MỞ ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp, nhu cầu
sử dụng kim loại ngày càng tăng. Ngoài việc nhập một lượng kim loại với chi phí
cao thì nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn và
đa dạng. Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu quả
nghiêm trọng cho môi trường.
Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các kim loại có tỉ khối
lớn hơn 5 gam/cm3. Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm
lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác
nhau. Trong các kim loại nặng, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể sống
và con người ở một giới hạn cho phép nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng
như: Cu, Zn, Mn, Mo…... nhưng khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép đó,
chúng sẽ gây độc hại nghiêm trọng cho cơ thể. Tuy nhiên khả năng gây độc của các
kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng. Trong hoạt
động khai thác khoáng sản, con người đã làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim
loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion tự do đi vào môi trường đất, môi
trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí có thể xâm
nhập vào cơ thể con người thông qua đường tiêu hóa và hô hấp, dẫn đến sự nhiễm
độc. Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, có khả năng
gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, vì vậy nó cũng
được xem là một chất thải nguy hại.
Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu tấn quặng, là
nguồn lợi cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác. Do năng lực có hạn, trang
thiết bị đang còn thô sơ, lạc hậu, các quy trình khai thác phần lớn theo thủ công,
chưa đảm bảo các quy định về bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần quặng
giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng
sản đi cùng. Các kim loại nặng có trong quặng, dưới tác dụng của quá trình phong
hóa tự nhiên sẽ bị phân hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa để vận chuyển hoặc tồn

1


khoảng 600.000 tấn đồng.
Những vùng tụ khoáng quặng đồng quan trọng ở nước ta là: Vùng tụ khoáng
Sinh Quyền (Lào Cai); Vùng tụ khoáng Bản Phúc (Sơn La); Vùng tụ khoáng Vạn
Sài (Sơn La); Điểm quặng Hổng Thu và Quang Tân Trai (Lai Châu); Điểm quặng
Bản Giàng (Sơn La); Vùng tụ khoáng Suối Nùng (Quảng Ngãi). Ngoài các vùng
quặng chính như trên, còn có rất nhiều điểm quặng khác phân bố rải rác ở các tỉnh
Thanh Hóa, Lạng Sơn, Lào Cai...

3


1.1.2. Trữ lượng quặng đồng sunfua tại mỏ đồng Sinh Quyền
Vùng mỏ đồng Sinh Quyền nằm ở hữu ngạn Sông Hồng, thuộc huyện Bát
Xát, tỉnh Lào Cai, bao gồm các mỏ khoáng Sinh Quyền, Cốc Mỳ, Vi Kẽm... được
đánh giá là vùng quặng hỗn hợp gồm ba thành phần chính là đồng, đất hiếm, vàng.
Vùng quặng này có 3 dải quặng đồng chính song song và kéo dài gần 40 km theo
phương TB-ĐN từ nam Bát Xát đến Lũng Lô sát biên giới Việt Trung, ở tọa độ
22048’55” vĩ độ bắc. 103048’55” kinh độ đông, bao gồm: dải Lùng Thàng - Pin
Ngang Chải ở phía Tây là dải quặng đồng - đất hiếm - molybđen. Dải giữa Sinh
Quyền - Nậm Mít là dải quặng chính gồm quặng đồng - đất hiếm. Dải Thùng Sáng Lũng Pô ở phía Đông gồm các mạch quặng thạch anh - sunfua chứa đồng.
Khu mỏ Sinh Quyền đã phát hiện được ít nhất 17 thân quặng trong một đới
khoáng hóa kéo dài theo phương tây bắc – đông nam với chiều rộng 100 ÷ 300m.
Trong đó các thân quặng gồm các chùm mạch quặng, mỗi chùm có từ 2 ÷ 5 thấu
kính hoặc thân quặng nhỏ khác. Các thân quặng của mỏ đồng Sinh Quyền chủ yếu
phân bố trong các đá amphibolit và granitogneiss bị migmatit hóa, ngoài ra có một
phận nhỏ phân bố trong đá granit và pegmatite.[10]
Trong thiên nhiên, quặng đồng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như tinh thể,
cục, mẩu, tấm.… Về mặt hóa học, đồng tồn tại phổ biến nhất là ở quặng chứa đồng
có gốc sunfua, ngoài ra cũng ở dạng cacbonat hoặc oxit. Những quặng đồng quan
trọng nhất là chalcopyrit CuFeS2, bornit Cu3FeS3, chalkosin Cu2S, bournonit

Chalcopyrit có màu vàng đồng thau, có vết vạch đen hoặc đen xanh, ánh
kim. Chalcopyrit thường có màu sặc sỡ do bị oxi hoá, chalcopyrit khác pyrit về màu
sắc và độ cứng thấp.
Chalcopyrit có nguồn gốc magma, trong đá mafic, cộng sinh với pyrotin,
pentlandit. Trong skarn, chalcopyrit cộng sinh với pyrit, pyrotin, sulfua chì, kẽm,
đồng. Ngoài ra chalcopyrit còn có trong các thành tạo ngoại sinh, trong đá trầm tích.
Trong đới oxi hoá, chalcopyrit bị biến đổi, tạo nên đồng tự sinh, chalcosin, covelin,
cuprit, malachit, azurit, crysocola.

5


Chalcopyrit có mặt ở Bản Xang, Bản Phúc (Sơn La), mỏ đồng Sinh Quyền
(Lào Cai) gần Tạ Khoa.
1.1.3.2. Pyrotin Fe1-xS
Là khoáng vật chính trong quặng, chiếm số lượng chủ yếu của quặng sulfid
sắt, nhưng có số lượng ít hơn chalcopyrit, hàm lượng Fe khoảng 58,22% - 63,53%,
trong công thức của pyrotin hệ số nguyên tử của Fe = 1-x, với x = 0,1-0,2, pyrotin
với công thức trên là một biến thể đa hình kết tinh ở hệ sáu phương, còn biến thể có
công thức là FeS là troilit cũng kết tinh ở hệ sáu phương, ngoài ra FeS còn có một
biến thể khác kết tinh ở hệ một nghiêng. Trong thành phần pyrotin ngoài sắt và lưu
huỳnh còn có các đồng hình khác như là Cu, Ni, Co.
Khoáng vật kết tinh ở hệ sáu phương, ô mạng cơ sở thuộc hệ nguyên thủy,
nhóm đối xứng không gian. Mô hình cấu trúc giống với khoáng vật nikenin (NiAs)
trong đó Fe đóng vai trò của Ni, còn lưu huỳnh đóng vai trò của As - nhóm đối
xứng không gian của khoáng vật. Đơn tinh thể pyrotin thường có dạng tấm, tháp
hoặc lăng trụ, trên tinh thể thường có các hình đơn như lăng trụ sáu phương, tháp
đôi sáu phương, đôi mặt, đôi khi có gắn kết song tinh. Các dạng tập hợp phổ biến
của pyrotin là tập hợp hạt, khối đặc xít, có khi ở dạng xâm tán. Đặc trưng của
pyrotin là màu vàng thau, có sắc nâu tối, và có từ tính mạnh, trong số khoáng vật

Magnetit có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện môi trường
hình thành đá. Magnetit phản ứng với oxy để tạo ra hematit, và cặp khoáng vật hình
thành một vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của ôxy. Các đá mácma thông
thường chứa các hạt của 2 dung dịch rắn, một bên là giữa magnetit và ulvospinel
còn một bên là giữa ilmenit và hematit. Các hạt magnetit nhỏ có mặt trong hầu đết
các đá macma và các đá biến chất. Magnetit cũng được tìm thấy trong một số loại
đá trầm tích như trong các thành hệ sắt phân dải.
1.1.3.4. Pyrit FeS2

7


Pyrit là khoáng vật disulfua sắt với công thức hóa học FeS2, thành phần hóa
học của Pirit chứa 46,6% Fe, 53,4% S, có ánh kim và sắc vàng đồng từ nhạt tới
thông. Pyrit là phổ biến nhất trong các khoáng vật sulfua. Pyrit thường chứa các tạp
chất hình As, Co, Ni, đôi khi Au, Cu tồn tại ở dạng phi bào thể.
Khoáng vật này có mặt như là các tinh thể đẳng cực thường xuất hiện dưới
dạng các khối lập phương. Cấu trúc tinh thể kiểu NaCl, trong đó vị trí của nguyên
tử clo được thay thế bằng [S2]2-, phân bố dọc theo trục bậc 3, còn ion Fe2+ ở tâm của
hình 8 mặt. Các mặt của lập phương có thể có sọc (các đường song song trên mặt
tinh thể hay mặt cát khai) do kết quả của sự xen kẽ các khối lập phương với các mặt
diện pyrit. Pyrit cũng hay xuất hiện dưới dạng các tinh thể bát diện và dạng diện pyrit
(hình thập nhị diện với các mặt ngũ giác). Nó giòn và có thể nhận dạng trên thực địa
do có mùi đặc trưng để phân biệt, được giải phóng ra khi mẫu vật bị tán nhỏ.
Pyrit thông thường được tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít
khác trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng như trong các tầng
than, và trong vai trò của khoáng vật thay thế trong các hóa thạch. Đôi khi cũng
được tìm thấy trong quặng chứa khoáng vật này.
1.1.4. Các quy trình khai thác quặng tại Việt Nam
1.1.4.1. Thăm dò địa chất

hạ xuống. Khu vực suy giảm và mức độ tác động lên nước mặt sẽ phụ thuộc rất lớn
về địa chất của khu vực.
Việc khai thác mỏ sun phua tạo ra một lượng lớn chất thải rắn. Phần lớn chất
thải rắn từ đá thải và sản phẩm phụ từ quá trình khai thác quặng. Đá thải được tạo ra
từ đất, đá, và những vật chất không phải mục đích khai thác phải được loại bỏ để
khai thác các khoáng có hàm lượng cao. Số lượng đá thải phụ thuộc vào khu vực và
độ sâu của mỏ. Sản phẩm phụ của quá trình khai thác, gọi là chất thải, bao gồm
quặng còn sót lại sau khi khoáng vật có ích đã được khai thác. Vì vậy, số lượng

9


khoáng chất có hàm lượng cao tương đối nhỏ, phần thải quặng được sinh ra trong
khai thác mỏ là lớn.
Chất thải được sinh ra từ quá trình khai thác quặng là độc. Đá thải có thể
chứa chất phóng xạ. Chất thải bao gồm kim loại nặng, các chất hóa học và dòng thải
axit mỏ, tất cả chúng là độc với môi trường với mức độ khác nhau.
Khai thác các thân quặng liên quan đến một chu kỳ khoan, nổ mìn, khai thác
quặng, và vận chuyển để các quặng có thể được xử lý và các khoáng chất quan
trọng được phục hồi.
1.1.4.3. Tuyển quặng
Hầu hết quặng sun phua có hàm lượng khoáng không đủ lớn để đưa trực tiếp
về nhà máy luyện. Nó phải qua quá trình tuyển quặng, nơi mà quặng được nghiền
và cô đặc bằng cách sử dụng nhiều chất hóa học khác.
Trong khi nghiền, một loạt các máy nghiền quặng thành các hạt mịn, hạt lớn
nhất cỡ bằng hạt cát, vì thế nó được tiến hành dễ dàng hơn. Khi hạt quặng đạt đến
kích thước xử lý hóa học. Chúng đưa tới nơi cô đặc. Sự cô đặc có thể được tiến
hành bằng một số cách.
1.1.4.4. Tuyển nổi [5, 17]
Tuyển nổi là phương pháp tuyển quặng được sử dụng rộng rãi nhất. Hóa chất

chiết dung môi, trao đổi ion, hoặc kết dính.
Có bốn loại của các quá trình lọc. Bãi lọc diễn ra trên một tấm lót nhưng bề
mặt cơ sở không thấm nước. Bình lọc, một phương pháp lọc với tỷ lệ cao, được
thực hiện trong một hệ thống thùng hoặc bình sử dụng giải pháp chiết xuất tập trung
(thường là axit sunphuric). Lọc tập trung diễn ra trên một miếng đệm lót làm bằng
vật liệu tổng hợp, nhựa đường, hoặc đất sét. Lọc tập trung được sử dụng với cấp

11


thấp, quặng nghiền nát. Cuối cùng, Lọc tại chỗ chiết xuất khoáng sản từ quặng mà
vẫn còn trong đất.
1.1.4.7. Quản lý chất thải [17]
Tuyển quặng tạo ra chất thải và nước thải như là sản phẩm phụ của việc cô
đặc khoáng chất. Chất thải là phần còn lại sau khi các khoáng cần thiết được loại
bỏ, bao gồm bùn và các hóa chất sử dụng trong tuyển quặng.
Chất thải gây nguy hiểm cho môi trường nên phải được cô lập. Chúng
thường được lưu trữ và chứa trong hố, hoặc khu vực quản lý chất thải, được lót bằng
vật liệu không thấm nước nói chung, chẳng hạn như đất sét hoặc tấm lót tổng hợp.
Chất thải được phép lưu trữ tại các hố. Ngoài ra, hệ thống thu gom nước rò rỉ
bên dưới tấm lót được thiết kế để tránh chất lỏng bị rò rỉ qua. Nước thải và dịch lọc
thường được tập trung lại, tái sử dụng hoặc xử lý.
1.1.4.8. Luyện và tinh chế [17]
Hầu hết các khoáng sun phua đều được nấu chảy. Các kim loại được tinh
luyện phụ thuộc vào mục đích sử dụng thương mại của chúng. Luyện bao gồm 3
bước riêng biệt: nung, nấu chảy và biến đổi.
Nung là cần thiết để cô đặc sun phua. Nó oxi hóa sắt và chuyển thành sun
phua đioxit. Nấu chảy các tạp chất còn lại trong quặng vào sỉ bằng cách kết hợp
quặng với silicat và đốt nóng chúng ở nhiệt độ cao.
Đồng thời, các kim loại kết hợp với lưu huỳnh để tạo thành một hỗn hợp

Dung dịch axit sinh ra trong quá trình oxy hóa sulfid là một dung môi mạnh,
các dòng axit thải từ bãi thải thường là các dung dịch có hàm lượng cao (thậm chí
bão hòa) các kim loại nặng và các ion hòa tan. Khi dung dịch bị trung hòa, xảy ra sự
lắng đọng nhiều hợp chất thứ sinh của Fe, Cu, Zn, Pb và các nguyên tố khác. Các
hợp chất này lại tương đối dễ tan khi thay đổi các điều kiện pH nên chúng có tính linh
động cao, là điều kiện góp phần làm tăng hàm lượng kim loại cao trong khu vực.

13


Lịch sử khai thác mỏ sun phua chỉ ra rằng nguyên nhân gây phá hủy môi
trường sinh thái là dòng thải axit mỏ, ô nhiễm kim loại nặng, các hóa chất gây ô
nhiễm và lắng cặn. Thăm dò khoáng sản đặt ra một số mối đe dọa hệ sinh thái. Hoạt
động khoan có thể thâm nhập vào nhiều tầng ngậm nước. Điều này có thể làm cho
nước từ các tầng ngậm nước xáo trộn, thay đổi tính chất hóa học của nước. Độ cao
tầng nước ngầm cũng có thể thay đổi, làm cho nguồn nước cạn.
Khi khoan, bùn và đất được đưa lên trên mặt đất, có thể có cả quặng sun
phua, các kim loại nặng và các chất gây ô nhiễm khác. Trong quá trình khoan thăm
dò thì đất sẽ bị xáo trộn, số lượng và sự đa dạng thực vật bị ảnh hưởng. Nếu một mỏ
được triển khai thì đất sẽ bị xáo trộn như một phần của sự tác động tổng thể.
Quá trình tuyển quặng cũng phát thải ra môi trường sinh thái một lượng bụi
lớn do quá trình nghiền quặng. Đồng thời, quá trình tuyển quặng này cũng sử dụng
nhiều hóa chất hóa học, lượng hóa chất này thoát ra môi trường tạo ra một mối nguy
hại lớn cho hệ sinh thái.
Chất thải của quá trình khai thác quặng là mối đe dọa lớn nhất, nó bao gồm
các hợp chất sun phua, các kim loại nặng và các hóa chất tuyển quặng. Các chất thải
này sẽ được đưa về khu vực quản lý. Khi chất thải này thoát ra khỏi khu vực quản lý,
nó chứa dòng thải axit, kim loại nặng độc hại, hóa chất của quá trình tuyển quặng.
Khi mưa lớn thì các chất này sẽ bị tràn ra di chuyển tới các vùng xung quanh.
Dòng thải axit sinh ra sẽ làm cho hệ sinh thái chứa kim loại nặng với nồng

1.2.2. Con đường phát tán kim loại nặng và các chất độc hại vào môi trường
Các nghiên cứu của nhiều tác giả chỉ ra rằng con đường phát tán chủ yếu của
các chất độc hại từ các bãi thải là qua môi nước. Khác với các chất gây ô nhiễm hữu
cơ, các kim loại không thể tự phân hủy cũng không thể tự biến mất. Chúng có khả
năng di chuyển theo các dòng nước nhưng trong những điều kiện thích hợp nhất
định sẽ lắng đọng, bị giữ lại thông qua việc tạo kết tủa với các anion trong đất như
cacbonnat, sulfua, hoặc các chất hữu cơ và bị hấp phụ trên các hạt của keo đất, tạo

15


thành các nơi tập trung thứ sinh. Tùy thuộc vào điều kiện tại chỗ, sự lắng đọng các
hợp chất có thể xảy ra dưới dạng bền hoặc kém bền vững. Phần lớn các kim loại
trong đất tạo phức với chất hữu cơ hoặc keo khoáng mà không ở dạng ion hay hợp
chất vô cơ.
Trong quá trình di chuyển trong môi trưởng, các kim loại nặng không chỉ bị
hấp thụ bằng các keo sét hay lắng đọng ở dạng kết tủa ít tan mà nó còn hấp thụ vào
thực vật, cơ thể sinh vật thông qua các chuỗi thức ăn. Quá trình phát tán kim loại
nặng vào môi trưởng tự nhiên thường trải qua cả một dãy dài các chuỗi biến đổi từ
một số hợp chất này sang hợp chất khác. Trong bất kỳ giai đoạn nào của chuỗi biến
đổi đấy, kim loại nặng đều có thể xâm nhập vào cơ thể sống và tích tụ trong nó.
Việc giảm thiểu các dòng kim loại nặng là điều mà các nhà khoa học quan tâm. Tuy
nhiên quá trình di chuyển của các kim loại có thể khống chế được nếu xác định
được quy luật của các quá trình oxi hóa, hòa tan và vận chuyển.
Điều kiện hóa lý và thành phần ion của dung dịch quyết định dạng tồn tại của
kim loại trong quá trình di chuyển. Dạng tồn tại của kim loại trong dòng thải các
khu vực khai thác và chế biến trước hết phụ thu vào thế oxi hóa khử E h và pH của
dung dịch. Đối với nhiều ion kim loại khi thế oxi hóa khử cao (điều kiện oxi hóa)
chúng bị oxi hóa lên những trạng thái oxi hóa cao và tạo các hợp chất khó tan. Khi
nồng độ pH thay đổi thấp thì các kim loại bị giải hấp, hoặc khi có các ion cạnh tranh

cũng không được chú ý. Có nơi nước thải từ mỏ và xưởng tuyển được thải trực tiếp
ra cánh đồng lúa với hàm lượng asen gấp 30 lần nước bình thường. Ở mỏ thiếc Quỳ
Hợp, dòng thải của nhà máy được thải trực tiếp ra con suối gần đó. Hàm lượng As
trong chất thải rắn rất cao (355 mg/kg) so với hàm lượng được coi là không ô nhiễm
trên thế giới là 5 – 20 mg/kg.
Ngoài việc làm ô nhiễm nguồn nước, các loại bùn thải từ khu vực khai thác
đổ ra các khu vực xung quanh, theo thời gian chúng làm ô nhiễm đất tại các khu
vực này, diện tích đất nông nghiệp không những bị thu hẹp mà còn bị hoang hoá, ô
nhiễm không sử dụng canh tác được. Mặt khác, do sử dụng nguồn nước tương đối
lớn nên ngoài việc làm ô nhiễm, giảm chất lượng nguồn nước, việc khai thác

17


khoáng sản đã làm cho hệ thống tưới tiêu thay đổi, nguồn nước cạn kiệt, do đó, diện
tích đất nông nghiệp bị ảnh hưởng rất nhiều.
Điển hình về việc bồi lấp sông, suối, ao hồ do khai thác quặng mà trong thời
gian gần đây gây bức xúc trong dư luận là việc khai thác mỏ quặng ở các dãy núi
xung quanh lưu vực nước chảy về bồi lấp nhanh chóng Hồ Ba Bể. Những công
trường khai thác bằng nhiều máy móc với công suất lớn đã đưa khối lượng đất lớn
dồn xuống chân núi và rìu khe Khuồi Giang. Khi có mưa đất bùn sét, hoá chất rửa
quặng, dầu mỡ của máy móc thải ra theo các suối chảy vào Hồ Ba Bể làm cho Hồ
bồi lấp với tốc độ khủng khiếp. Ngoài ra, diện tích đất nông nghiệp cũng bị một
lượng mùn đọng lại làm cho cây trồng không phát triển được.
Tại mỏ Cromit Cổ Định [4], nguồn nước trong khu vực trước khi khai thác
có 4 suối nhỏ, chảy từ núi Na Sơn đổ vào sông Lê, với tổng lưu lượng xấp xỉ 100
l/s; hệ thống các ao hồ nhỏ nằm rải rác với tổng diện tích mặt nước khoảng 80 ha.
Sau 40 năm khai thác, 4 suối đã biến mất, bên cạnh đó lại xuất hiện một số hồ lớn
như Cổ Định, Hoà Yên, hồ bãi thải quặng đuôi, vì vậy tổng diện tích mặt nước đã
tăng 200 ha. Khai thác quặng Cromit Cổ Định đã làm tăng lượng nước mặt. Nước

dần dần bị biến đổi.
Có 3 loại phong hoá đá và khoáng vật là phong hoá vật lý, phong hoá hoá
học và phong hoá sinh học. Sự phân chia các loại phong hoá chỉ là tương đối vì
trong thực tế các yếu tố ngoại cảnh đồng thời tác động lên đá và khoáng vật, do vậy 3
loại phong hoá đồng thời cùng diễn ra. Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết
và hỗ trợ cho nhau, tuỳ điều kiện cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn.
1.4.1. Phong hoá vật lý
Phong hoá vật lý là quá trình làm các đá bị biến đổi mà không kèm sự biến
đổi về thành phần khoáng vật mà chỉ biến đổi về kiến trúc, cấu tạo của đá và biến đá
từ nguyên khối thành cục, vụn, hạt.

19


Phong hoá vật lý bao gồm những dạng sau:
* Phong hoá nhiệt: Động lực thúc đẩy các quá trình phong hóa nhiệt là sự
nung nóng bởi bức xạ mặt trời và các hoạt động địa chất ngoại lực như nước chảy,
gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ Trái Ðất. Các lớp đất đá ở những độ sâu khác nhau có
nhiệt độ khác nhau, do đó bị giãn nở khác nhau, khiến cho độ liên kết giữa các lớp
bị phá hủy dần rồi vỡ thành nhiều mảnh vụn. Các loại đá có cấu tạo tinh thể, có các
hạt với thành phần khoáng vật khác nhau, do đó có độ hấp phụ năng lượng mặt trời
và độ giãn nở khác nhau, dẫn đến sự phá hủy các khối đá cứng chắc thành những
vụn, như trong trường hợp tạo cát ở các vùng khô nóng. Mặt khác, trong những điều
kiện đất đá giống nhau thì khi dao động nhiệt độ càng đột ngột và có biên độ càng
lớn, hiệu ứng phong hóa nhiệt càng mạnh.
Như vậy, đối với loại phong hóa này, dao động nhiệt độ giữa ngày và đêm
đáng chú ý hơn cả. Phong hóa nhiệt hoạt động rất mạnh ở các khí hậu khô nóng –
các vùng sa mạc và bán sa mạc. Còn ở các vùng ẩm ướt, do lớp phủ thực vật và thổ
nhưỡng phát triển mạnh, bề mặt đá gốc được che phủ, biên độ dao động nhiệt độ
giữa ngày và đêm nhỏ nên quá trình xảy ra yếu hơn.

trình phong hoá vật lý, quá trình phong hoá do tác dụng của các tác nhân hoá học
không chỉ làm cho đá vỡ vụn mà còn có thể làm cho thành phần hoá học của
khoáng vật và đá thay đổi. Các yếu tố như nước, không khí... tác động lên các
khoáng vật và đá làm cho chúng bị phá huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước,
thành phần và tính chất hoá học. Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản
ứng hoá học diễn ra do sự tác động của nước và không khí lên đá và khoáng vật.
Phong hoá hoá học được chia thành 4 quá trình chính là: Oxi hoá, hyđrat
hoá, hoà tan và sét hoá.
* Quá trình hoà tan: Nước có thể hoà tan nhiều loại khoáng chất, đất đá và
nham thạch. Quá trình hoà tan phụ thuộc nhiều vào thành phần của nham thạch và

21


các khoáng vật. Đối với các khoáng vật có chứa các muối dễ bị hoà tan như muối
clorua, muối sulfat của các cation kim loại kiềm thì khả năng hoà tan của khoáng
vật trong nước là rất lớn. Nhưng đối với một số loại nham thạch khác như đá vôi và
quặng đôlômit thì tốc độ hoà tan của chúng trong nước nhỏ hơn. Nếu trong nước có
chứa nhiều CO2 thì tốc độ hoà tan của các muối trong khoáng sẽ nhanh hơn rất
nhiều. Đặc biệt là các khoáng cacbonat và muối mỏ. Các khoáng vật và đá bị hoà
tan tạo thành các dung dịch thật.
Một ví dụ điển hình về quá trình phong hóa đá cacbonat (CaCO 3) được biểu
diễn bằng các phản ứng sau:

* Quá trình hyđrat hoá: Là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể
của khoáng vật. thực chất đây là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi
thành phần hoá học của khoáng vật (biến các khoáng vật thành dạng hydrat). Các
hydrat được hình thành sau quá trình hydrat hoá thường có độ cứng thấp hơn và thể
tích lớn hơn so với quặng, khoáng ở trạng thái bình thường. Vì thế chúng rất dễ bị
phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ hơn.

FeS2 + 3,75O2 + 3,5H2O → Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+
Axit H2SO4 và Fe3+ được giải phóng ra trong quá trình oxi hoá sun phua sắt
có thể tác dụng lên các khoáng vật sun phua khác và đẩy nhanh quá trình phân huỷ
chúng theo phản ứng [6].
MS + H2SO4 → H2S + MSO4
2MS +2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4
(M là các kim loại hoá trị hai: Cu. Pb. Zn...)
- Chancopyrit bị oxy hóa khi có mặt oxy [11]
CuFeS2 + 4O2 → Cu2+ + Fe2+ + 2SO42Nhưng khi có mặt Fe3+ thì xáy ra theo phương trình

23


CuFeS2 + 16Fe3+ + 8H2O → Cu2+ + 17Fe2+ + 2SO42- + 16H+
* Quá trình sét hoá: Các khoáng vật silicat. nhôm silicat do tác động của
H2O. CO2 sẽ bị biến đổi tạo thành các khoáng sét (keo sét). Các chất kiềm và kiềm
thổ trong khoáng vật bị H+ chiếm chỗ trong mạng lưới tinh thể được tách ra dưới
dạng hoà tan. Như vậy thực chất của quá trình sét hoá là các quá trình hoà tan.
hyđrat hoá chuyển các khoáng vật silicat. nhôm silicat thành các khoáng vật thứ
sinh. các muối và oxít.
Ví dụ:
K2Al2Si6O16 + H2O + CO2 → H2Al2Si2O8.2H2O + K2CO3 + SiO2.nH2O
Fenspatkal(orthoclaz)

Kaolini

Opan

1.4.3. Phong hoá sinh học
Hoạt động của sinh vật bậc thấp, bậc cao cũng tham gia phá huỷ các khoáng

phát

và

asenat

CaHAsO4.2H2O,

CaMg3(CO3)4,

Pb5(PO4)3Cl,

CaHAsO4.H2O,

CaHAsO4,

FeAsO4.2H2O.
Như vậy sau quá trình phóng hóa do tác động của các yếu tố môi trường thì
các kim loại trong sun phua trở thành các ion tự do linh động đi vào môi trường
nước; còn sun phua thì biến thành sun phat và nó tạo thành từng dòng axit mỏ.
Nồng độ kim loại và sun phát trong dòng thải mỏ axit là lớn và pH thấp 0,1-1, nồng
độ của SO42-, Fe, Cu, Zn tương ứng là 7,6.105 mg/l, 8,6.104 mg/l, 120-650 mg/l,
700-2.600 mg/l [11]. Khi các ion kim loại đi vào trong môi trường, chúng lại thực
hiện một loạt các phản ứng kết tủa, tạo phức, thủy phân...
1.5.1. Quá trình tạo kết tủa
Khi gặp môi trường pH cao, các ion này sẽ bị thủy phân về dạng hidroxit kết
tủa. hay khi gặp các ion CO32-, PO43-, S2-... thì các ion này sẽ kết tủa lại và lắng
xuống bùn hay trầm tích, khi gặp điều kiện môi trường thuận lợi như pH thấp hay
chúng tạo phức tan với các axit hữu cơ có trong nước thì chúng sẽ giải phóng khỏi
kết tủa và tiếp tục di chuyển trong môi trường.