ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

NGÔ THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ
NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG
CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

1


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

1.1.1. Trữ lượng và phân bố quặng đồng sunfua tại Việt Nam
Đồng là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp. Xét về khối lượng tiêu thụ,

đồng xếp hàng thứ ba trong các kim loại, chỉ sau thép và nhôm. Do tính dẫn điện,
dẫn nhiệt tốt, độ bền khá cao nên đồng và hợp kim đồng được sử dụng rộng rãi làm
dây dẫn điện trong các thiết bị điện công nghiệp và dân dụng. Ngoài ra, đồng và
hợp kim đồng còn được sử dụng nhiều trong chế tạo máy, xây dựng, sản xuất điện
cực.... Các hợp chất đồng như đồng oxit, đồng sunfat, đồng oxyclorua...cũng được
sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nông nghiệp, đóng tàu, bảo quản gỗ....Vì
vậy, việc khai thác quặng đồng luôn được các nhà đầu tư quan tâm và chú trọng
phát triển.
Quặng đồng Việt Nam thuộc vào 4 loại có nguồn gốc hình thành khác nhau
là: magma, thuỷ nhiệt, trầm tích, biến chất. Quặng đồng phân tán ở các tỉnh Cao
Bằng, Lạng Sơn, Sơn La, Quảng Ninh, Hà Bắc, Quảng Nam-Đà Nẵng, Lâm
Đồng… Các mỏ quặng đồng ở những tỉnh này thường có trữ lượng nhỏ, thành phần
khoáng đa dạng, bao gồm nhiều loại như quặng sunfua, cacbonat, nhưng thường
gặp là quặng chalcopyrit. Tổng trữ lượng các mỏ đã thăm dò ước đạt
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...

4


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

đương 551,2 nghìn tấn Cu, kèm theo 334 nghìn tấn R2O, 35 tấn Au, 25 tấn Ag, 843
nghìn tấn S. Tuy nhiên, đến các năm 1992 – 1994 các công ty khai thác khoáng sản
đã thăm dò bổ sung trữ lượng các nguyên tố trong quặng.
Theo TS. Phạm Tích Xuân và cộng sự (2011) [12], tại mỏ đồng Sinh Quyền,
hàm lượng đồng dao dộng từ 3.153 mg/kg tới 71.942 mg/kg. Bên cạnh đó, hàm
lượng các nguyên tố dạng vết khác như As, Zn, Ni và Cd cũng khá ổn định. Tham
khảo tài liệu phân tích mẫu công nghệ của mỏ đồng Sinh Quyền có thể thấy như
sau: Cu 0,001÷ 11,58%; trung bình 1,03%, RE2O3 – 0,03 ÷ 9,71 %; trung bình
0,90% (chủ yếu trong orthit); Au 0,46 ÷ 0,55 g/tấn quặng; Co 0,039 ÷ 0,065 g/tấn;
ngoài ra còn có Mo, Ag, Sb, Sn, Se....
1.1.3. Một số loại quặng chủ yếu ở mỏ đồng Sinh Quyền
1.1.3.1. Chalcopyrit CuFeS2
Chalcopyrit là khoáng vật nguyên sinh chủ yếu, có mặt trong hầu hết các
kiểu quặng, có hàm lượng Cu – 34,6%, ngoài ra còn có Ag, In và một số nguyên tố
khác. Chalcopyrit thường chứa tạp chất đồng hình Au, Ag. Cấu trúc gần giống với
cấu trúc của sphalerit, trong đó ô mạng cơ sở gấp đôi lên và vị trí Zn được thay thế
bằng Cu, Fe. Trong biến thể lập phương talnakhit, sự phân bố Fe và Cu không trật tự.
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.

6


Trong đới oxi hoá, chalcopyrit bị biến đổi, tạo nên đồng tự sinh, chalcosin, covelin,
cuprit, malachit, azurit, crysocola.
Chalcopyrit có mặt ở Bản Xang, Bản Phúc (Sơn La), mỏ đồng Sinh Quyền

nhưng ít gặp.
Ở Việt Nam, pyrotin có ở Nam Đông Thừa Thiên Huế, Ba Trại-Hà Tây, Kim
Bôi-Hòa Bình.
1.1.3.3. Magnetit
Magnetit là một khoáng vật sắt từ có công thức hóa học Fe3O4, một trong các
ôxít sắt và thuộc nhóm spinel. Magnetit là khoáng vật có từ tính mạnh nhất trong
các khoáng vật xuất hiện trong thiên nhiên. Các mảnh magnetit bị từ hóa tự nhiên
được gọi là lodestone sẽ hút các mẫu sắt nhỏ, và đây cũng là cách mà người cổ đại
khám phá ra tính chất từ đầu tiên. Lodestone được sử dụng trong các la bàn.
Magnetit thường mang các dấu hiệu từ trong các đá và vì thế nó được xem như là
một công cụ để nghiên cứu cổ từ, một khám phá khoa học quan trọng để hiểu được
quá trình kiến tạo mảng và dữ liệu lịch sử cho từ thủy động lực học và các chuyên
ngành khoa học khác.
Các mối quan hệ giữa magnetit và các khoáng vật ôxít giàu sắt khác như
ilmenit, hematit, và ulvospinel cũng đã được nghiên cứu nhiều, cũng như các phản
ứng phức tạp giữa các khoáng vật này và oxy ảnh hưởng như thế nào đến sự bảo tồn
trường từ của Trái Đất.
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.

8


1.1.3.4. Pyrit FeS2
Pyrit là khoáng vật disulfua sắt với công thức hóa học FeS2, thành phần hóa

để thiết lập mô hình của thân quặng. Khoan lõi mở rộng, lấy số mẫu lớn và phân
tích. Sự phù hợp của các thân quặng hoặc là khai thác hầm lò hoặc khai thác lộ
thiên cũng được xác định, chủ yếu dựa vào độ sâu và kích thước của thân quặng.
1.1.4.2. Khai thác
Khai thác bao gồm tất cả các hoạt động phải diễn ra trước khi thân quặng có
thể khai thác. Hoạt động này liên quan đến việc xây dựng các công trình trên mặt
đất, đường giao thông, đường điện, và đường sắt. Nếu một mỏ lộ thiên được xây
dựng, việc khai thác bao gồm việc loại bỏ các loại đá và đất bao quanh các thân
quặng. Nếu một mỏ dưới lòng đất được xây dựng, sự phát triển sẽ bao gồm xây
dựng đường vào và hệ thống thông gió.
Dù mỏ lộ thiên hay mỏ ngầm thì trong quá trình khai thác sẽ có sự tích lũy
nước từ mực nước ngầm tự nhiên. Nước này phải được bơm ra khỏi mỏ để thợ mỏ
vào khai thác quặng. Việc bơm nước này phải tiến hành liên tục trong quá trình khai
thác cho đến khi khai thác xong và đóng cửa mỏ.
Bơm nước ngầm từ mỏ, hoặc tháo khô nước, tạo ra sự suy giảm nước ngầm
của khu vực xung quanh. Điều này có thể làm giảm mực nước trong các nguồn
nước gần đó. Nếu nước ngầm nối với sông, hồ, mực nước bề mặt cũng có thể được
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

10


quặng còn sót lại sau khi khoáng vật có ích đã được khai thác. Vì vậy, số lượng
khoáng chất có hàm lượng cao tương đối nhỏ, phần thải quặng được sinh ra trong

Một số hoá chất được sử dụng trong quá trình tuyển nổi có thể được sử dụng
lại để cô đặc quặng hơn. Tuy nhiên, các hóa chất này là một sản phẩm phụ của quá
trình tuyển quặng mà cuối cùng phải được xử lý.
Một số chất hóa học như đồng sun phát, natri cianua và natri đicromat là
những chất có độc tính cao với môi trường thủy sinh. Các hóa chất khác không gây
ra mối đe dọa môi trường nghiêm trọng như vậy nhưng lại được sử dụng với số
lượng lớn.
1.1.4.5. Tuyển trọng lực [5, 17]
Dựa trên sự khác nhau về khối lượng riêng giữa thành phần có ích và đất đá
tạp được thể hiện qua tốc độ rơi trong môi trường. Quặng được tách trong môi
trường lỏng có thể ở trạng thái tĩnh hoặc trạng thái động. Tỷ lệ tách khác nhau của
các chất rắn cho phép khoáng sản mong muốn được chiết xuất.
1.1.4.6. Lọc [17]
Lọc bao gồm việc bơm một chất hóa học thông qua quặng đã vỡ hoặc nghiền
để hòa tan các khoáng chất có giá trị. Dung dịch, tạo thành từ các chất hóa học và
khoáng chất, được biết đến như một cách sản sinh nước thải. Khai thác mỏ có thể
chọn một trong một số kỹ thuật để phục hồi các khoáng chất từ nước thải, bao gồm
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

12


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]

Cải tạo là hoạt động cuối cùng, là việc phục hồi và phục hồi của khu vực dự
án với điều kiện khai thác ban đầu của nó. Mục đích là để loại bỏ, giảm thiểu, hoặc
giảm thiểu các mối đe dọa môi trường về vật lý hoặc hóa học. Trong khi hầu hết cải
tạo bao gồm việc loại bỏ tất cả các cấu trúc hỗ trợ khai thác mỏ, và hệ thực vật và
ổn định của khu mỏ. Việc thực hiện cải tạo theo nhiều cách khác nhau. Mỗi mỏ sẽ
khác nhau, và sự lựa chọn các biện pháp cải tạo sẽ bị ảnh hưởng bởi khí hậu, đặc
điểm vật lý của các khu mỏ, pháp luật của địa phương cụ thể nơi khu mỏ khai thác,
và tính khả thi kỹ thuật và kinh tế của các dự án cải tạo.
1.2. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các bãi thải khai thác chế biến khoáng sản
1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm
Quá trình khai thác và chế biến khoàng sản sẽ hình hình một lượng chất thải
lớn, các chất thải này thường được tập trung thành các bãi thải. Các bãi thải này
thường chứa các khoáng vật sulfid kim loại như pyrit, cholcopyrit, arsenopyrit,
galenit, sphalerrit... Các khoáng vật này ở điều kiện bề mặt thường bị oxi hóa khi
gặp nước và không khí.Quá trình oxi hóa tạo ra dung dịch axit và là môi trường hòa
tan các kim loại và các thành phần độc hại có trong thành phần các khoáng vật
quặng ở bãi thải, từ đó phát tán chúng vào môi trường, gây ô nhiễm môi trường.
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.

14


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

chảy hoặc gió bụi. Nước ngầm ô nhiễm kim loại nặng cũng góp phần ô nhiễm nước
mặt. pH càng thấp thì các ion kim loại càng linh động. Chúng đe dọa đến sức khỏe
con người về lâu dài và có thể ảnh hưởng, thậm chí là giết chết các sinh vật thủy
sinh. Con người không chỉ hấp thụ kim loại nặng này qua nước uống, mà còn thông
qua các thức ăn hàng ngày bị ô nhiễm kim loại nặng.
Quá trình khai thác quặng sẽ bóc tách một lương đất đá rất lớn, lượng đất đá
này sẽ làm ảnh hưởng dòng chảy của suối, lấp các hồ nước gần đó và đặc biệt là che
phủ các vùng đất canh tác nông nghiệp. Việc tháo khô mỏ trong quá trình khai thác
sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp, đồng thời mực nước của sông hồ gần đó cũng
giảm. Điều này ảnh hưởng đến một số loại, đặc biết là cây lúa nước.
Khai thác quặng sẽ đưa vào môi trường nước nhiều hóa chất độc hại. Dầu sử
dụng vận hành thiết bị xả vào nước tạo một lớp màng mỏng trên mặt nước, ngăn
cản khả năng hòa tan oxi vào trong nước.
Trong quá trình khai thác sẽ xảy ra hiện tượng lún hoặc sập mỏ. Người ta sẽ
sử dụng chất thải chứa quặng sun phua hoặc chứa hóa chất trong quá trình tuyển
quặng để khắc phục. Chất thải này khi tiếp xúc với nước thoát ra từ hầm mỏ thì có
thể xuất hiện hiện tượng nước mặt và nước ngầm bị ô nhiễm trong thời gian dài.
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

16


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

nhiều thách thức: khai thác sử dụng chưa có hiệu quả làm cho tài nguyên thiên
nhiên cạn kiệt; đặc biệt tác động xấu tới cảnh quan và môi trường, gây ô nhiễm
nguồn nước, không khí, đất đai, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và nhiều nghành
kinh tế khác.
Từ đầu năm 2007, các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Môi Trường –
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Đại
học Quốc gia Hà Nội đã lấy hàng trăm mẫu đất và cây tại các vùng mỏ để phân tích
thành phần, hàm lượng kim loại nặng. Qua phân tích cho thấy, tất cả các mỏ đều là
điểm nóng về ô nhiễm, điển hình là mỏ thiếc xã Hà Thượng và mỏ than núi Hồng bị
ô nhiễm asen nghiêm trọng, với hàm lượng asen trong đất gấp 17 – 308 lần tiêu
chuẩn cho phép của Việt Nam, thậm chí có nơi hàm lượng asen trong đất lên đến
15.166 ppm, gấp 1.262 lần theo quy định. Mỏ kẽm, chì làng Hích cũng có hàm
lượng chì gấp 186 lần tiêu chuẩn và kẽm 49 lần.
Việc khai thác mỏ thiếc, đuôi quặng thường chứa arsenopyrit (1 – 2%),
chalcopyrit (1%) và pyrit (10 – 15%) [3]. Các khoáng vật sulfua này bị oxi hoá tạo
ra dòng thải axit mỏ và dung dịch giàu kim loại. Sự lan toả của As và sự oxi hoá các
kim loại độc hại như Cu, Cd từ các dòng rỉ từ dòng thải axit mỏ qua các đống thải
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

18



Khu mỏ đồng Sinh Quyền hàng năm thải ra khoảng hàng trăm triệu tấn đất
đá còn lẫn quặng, khoảng một triệu tấn chất thải (dưới dạng bùn quặng) từ khâu
tuyển quặng và hàng chục nghìn tấn thải từ khâu luyện quặng. Mỏ dự kiến hoạt
động trong khảng thời gian 50 năm và tất nhiên sẽ sinh ra một khối lượng khổng lồ
chất thải nguy hại cho môi trường.[10]
1.4. Quá trình phong hoá quặng [7,12]
Phong hóa là hiện tượng biến đổi, phá hủy tại chỗ đất đá ở phần trên cùng
của vỏ trái đất do các tác nhân trong khí quyển, thủy quyển và sinh quyển (như
không khí, nước, nguồn năng lượng bức xạ mặt trời, sự biến đổi nhiệt độ, các quá
trình kết tinh và hoạt động của sinh vật...) làm đất đá và khoáng vật bị thay đổi
thành phần, cấu trúc và tinh thể.
Các đá được tạo thành dưới sâu trong điều kiện giống như điều kiện lúc hình
thành, nghĩa là tồn tại cũng ở sâu trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao thì chúng sẽ
ở trạng thái cân bằng. Nhưng nếu vì một lý do nào đó, các đá bị phơi ra bề mặt để
chịu những điều kiện mới: điều kiện về nhiệt độ, áp suất và các điều kiện vật lý của
môi trường xung quanh khác hẳn với môi trường khi chúng còn nằm sâu thì các đá
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.

20



mao dẫn phải chịu một áp lực lớn khiến cho bề mặt nham thạch bị rạn nứt gây ra
giãn nở phá vỡ nham thạch.
* Phong hoá cơ học do sinh vật: Trong quá trình sống, các sinh vật đặc biệt
là hệ thống rễ thực vật có khả năng xuyên vào các khe, kẽ nứt của đá. Các rễ cây
phát triển dần làm kẽ nứt ngày càng rộng, gây nứt vỡ đất đá.
Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nước chảy
hoặc gió thổi sẽ phá huỷ các đá trên đường di chuyển của chúng. Phong hoá vật lý
có tính chất tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho phong hoá hoá học và sinh học.
1.4.2. Phong hoá hoá học
Phong hóa hóa học là quá trình phá thủy đất đá do tác động hóa học giữa các
khoáng vật của đất, đá với nước, không khí, các chất hóa học chứa trong nước, đất
đá bị biến đổi về thành phần khoáng vật và hóa học.
Trong quá trình phong hoá tự nhiên, nhờ tác dụng phá vỡ, chia nhỏ đất đá và
nham thạch của các tác nhân vật lý ở quá trình phong hoá vật lý xảy ra trước đó đã
làm cho diện tích tiếp xúc của đá với môi trường tăng lên đáng kể. Vì vậy các quá
trình phong hoá hoá học xảy ra sau đó gặp thuận lợi hơn rất nhiều. Khác với quá
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

22



* Quá trình oxi hoá khử: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập
của O2 tự do trong không khí và O2 hoà tan trong nước. Quá trình oxi hoá làm cho
khoáng vật và đá bị biến đổi, bị thay đổi về thành phần hoá học. Do trong khoáng
vật, đá và quặng thường có chứa các ion mức oxi hoá như Fe(II), Mn(II), Cu(I)...
nên khi gặp môi trường oxi hoá chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức oxi
hoá cao hơn. Trong quá trình đó có thể gây ra những biến đổi về thành phần của
quặng, khoáng, đất, đá, dần dần hình thành nên một số các dạng mới bền vững hơn
trong môi trường phản ứng. Các khoáng vật có chứa Fe(II) khi tiếp xúc với oxi
không khí thường bị oxi hoá chuyển thành Fe(III) gây ra những thay đổi về thành
phần của quặng.
Ví dụ:
- Quặng pyrit bị oxi hóa theo một loạt các phản ứng sau [2,14, 20, 21]
FeS2 + 3,5O2 + H2O → Fe+2 + 2SO42- + 2H+
Fe2+ + 0,25O2 + H+ → Fe3+ + 0,5H2O
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+
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+ + 2SO42-

24


Nhưng khi có mặt Fe3+ thì xáy ra theo phương trình

25