CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐÁ HOA VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1. Tổng quan về đá hoa
2.1.4. Hiện trạng khai thác, sử dụng đá hoa trên thế giới và trong nước
Nhờ chất lượng tinh khiết tự nhiên (không cần tuyển, giảm chi phí sản xuất) và độ trắng, độ sáng cao mà đá hoa trắng hiện là nguồn nguyên liệu khoáng quan trọng bậc nhất trong sản xuất bột carbonat calci tự nhiên (GCC). Số lượng các quốc gia, vùng lãnh thổ có tài nguyên đá hoa trắng (mable) cũng rất nhiều nhưng có chất lượng tốt thì không nhiều, gồm Na Uy, Thủy Điển, Pháp, Thổ Nhĩ Kỳ, Mỹ, Canada, Trung Quốc,... và Việt Nam (có chất lượng tốt đứng trong top đầu thế giới).
Tổng công suất chế biến bột carbonat calci tự nhiên năm 2007 của Thế giới đạt 71,7 triệu tấn, tăng trưởng 7%/năm, trong đó, 56 triệu tấn là bột CaCO3 mịn và siêu mịn dùng làm chất độn và tráng phủ trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm giấy, sơn và nhựa. Ngành công nghiệp sản xuất GCC trên thế giới có tính tập trung cao với 10 nhà sản xuất hàng đầu thế giới kiểm soát 68% tổng công suất của thế giới, gồm: thứ nhất là Omya (Thụy Sỹ) kiểm soát 35% tương ứng là 25 triệu tấn, thứ 2 là Imerys (Pháp) chiếm 13% bằng 9,3 triệu tấn, còn lại là của 8 công ty tiếp theo (năm 2007).
Trên thế giới có rất nhiều công nghệ chế biến bột đá siêu mịn và được sử dụng nhiều nhất hiện nay là dây chuyền công nghệ của các hãng HOSCOKAWA ALPINE (Đức), Trung Quốc, hãng LOMROWSKY (Mỹ), hãng ANIVI (Tây Ban Nha), Italia, vv…
Năng lực sản xuất của các nhà máy chế biến trên thế giới đạt gần 100 triệu tấn/năm, với số lượng hàng nghìn nhà máy chế biến. Các quốc gia sản xuất bột cacbonat calci hàng đầu thế giới tổng hợp ở bảng 2.1.
Bảng 2.1: Các quốc gia có sản xuất bột calcit carbonat hàng đầu thế giới
TT Tên quốc gia Sản lượng triệu
tấn/năm
Số lượng nhà máy
1 Trung Quốc 20 60
2 Ấn Độ 16 100
3 Nhật Bản 5 100
4 Thái Lan 2 30
5 Các nước khu vực bắc Mỹ và Châu Âu 30 -
Theo số liệu thông kê của Tập đoàn OMEGA (Thụy Sỹ), trong những năm gần đây nhu cầu về sản phẩm bột cacbonat calci trên toàn thế giới tăng mạnh, trước đây thị trường truyền thống tiêu thụ bột carbonat calci là Châu Âu và Bắc Mỹ, tuy nhiên trong những năm gần đây thị trường tiêu thị có nhu cầu tăng mạnh và xu thế chuyển dịch về khu vực Châu Á; đặc biệt nhu cầu tăng cao ở Trung Quốc, dự báo nhu cầu sẽ tăng trên 3% năm. Tổng nhu cầu năm 2011 là 110,884 triệu tấn, tăng khoảng 3,5 lần so với nằm 2007. Trong đó, nhu cầu tiêu thụ sản phẩm bột cacbonat
calci năm 2011 chủ yếu ở một số nước trên thế giới: Nhật Bản là 1198 triệu tấn, Ấn Độ 5 triệu tấn, Trung Quốc 6 triệu tấn, các nước khu vực Bắc Mỹ là 41 triệu tấn, các nước khu vực Tây Âu là 45,35 triệu.
b. Trong nước
Công nghệ khai thác chủ yếu hiện nay là thủ công kết hợp cơ giới, trong đó sử dụng phương pháp nêm - tách, có sử dụng nổ mìn nhỏ để tách đá từ nguyên khối và vận chuyển xuống chân núi rồi đưa về xưởng chế biến (cưa, cắt, đánh bóng…) vẫn còn phổ biến. Tại một số vùng mỏ đá hoa ở Nghệ An, Yên Bái hiện nay đã áp dụng chủ yếu phương pháp cắt bằng dây kim cương để tách khối đá, vận chuyển xuống dưới chân núi hoặc xưởng chế biến.
* Hệ thống khai thác
Hệ thống khai thác mỏ (HTKT) với sản phẩm là đá trắng làm bột carbonat calci, đá khối là một giải pháp kỹ thuật tổng hợp để thực hiện các khâu công nghệ trong quá trình khai thác nhằm đảm bảo các thiết bị hoạt động có hiệu quả nhất. Đối với mỏ đá đặc trưng của hệ thống khai thác là trình tự khấu các lớp đá. Một số HTKT hiện đang sử dụng là:
- Phương án I: Giai đoạn XDCB, do điều kiện địa hình dốc cao, chi phí ban đầu lớn nên áp dụng hệ thống khai thác theo lớp xiên cho đến giai đoạn tiếp theo, mỏ đạt công suất thiết kế hoặc đạt đến cao độ phù hợp thì sử dụng hệ thống khai thác lớp bằng vận tải trực tiếp bằng ôtô.
Ưu điểm của hệ thống này là điều kiện làm việc có không gian thoải mái, có khả năng tăng công suất mỏ khi có nhu cầu và cơ giới hoá trong khâu chuyển tải đá nên dẫn đến có năng suất cao đồng thời tận thu tỷ lệ đá khối cao và cơ giới hóa cao khâu khai thác đá khối bằng dây cắt kim cương.
- Phương án II: Giai đoạn XDCB và giai đoạn đạt công suất mỏ đều khai thác lớp xiên cắt tầng nhỏ, gạt chuyển tải qua tầng.
Ưu điểm của hệ thống khai thác này là đầu tư xây dựng cơ bản nhỏ, thời gian xây dựng cơ bản ít và cung độ vận tải ngắn, lợi dụng bờ dốc của mỏ khi cắt tách một phần lớn các khối đá lăn trượt dễ dàng xuống bãi trung chuyển hoặc chân tầng cuối cùng.
Nhược điểm của hệ thống khai thác này là công việc thủ công trên tầng nhiều, độ thu hồi đá khối thấp và gặp khó khăn khi nâng cao công suất mỏ.
* Quy trình cắt để lấy một khối đá nguyên lớn ra khỏi nguyên khối
Quy trình cắt để lấy một khối đá nguyên lớn ra khỏi nguyên khối bằng các kỹ thuật được sử dụng như sau :
- Công tác chuẩn bị và cắt khối đá lớn ra khỏi nguyên khối :
Theo chiều thẳng với đường kính 105 mm, lượng bụi đá trong lỗ khoan này được làm sạch bằng cách khoan hai lỗ khoan ngang và dùng nước đẩy bụi đá ra. Để khoan các lỗ khoan này cho chính xác, ta dùng máy định vị lỗ khoan xem (hình 2.1).
Sau đó các dây cắt kim cương được đưa vào để cắt các lát cắt ngầm bên trong bằng hệ thống ròng rọc (hình 2.2). Đường cắt ngầm được tạo ra bằng hệ thống ròng rọc ở đáy và ở trên sau đó sẽ được hạ xuống hố cùng chiều thẳng đứng cùng với dây kim cương, dây kim cương này được nối với cưa kim cương. Với công nghệ này, mặt cắt đứng sẽ được hoàn thành trước, tiếp theo là mặt đáy. Sau khi tầng lớp trên cùng của mỏ được cắt lấy ra, các tầng lớp dưới khác được lần luợt tiến hành tương tự. Thiết bị cơ bản gồm:
+ Máy cắt dây DWS-45-AX-8P;
+ Máy cắt dây DWS-22-AX-6P;
+ Dây cắt HD-GQ-R-B, có đường kính 11mm.
Hình 2.1. Sơ đồ máy khoan cho việc tạo lỗ cắt ngầm
Hình 2.2. Mô phỏng bề mặt mỏ được cắt bởi kỹ thuật dây cắt kim cương
- Quá trình tách khối đá ra khỏi nguyên khối
Trước khi tảng đá vừa được cưa lấy ra khỏi nguyên khối để cắt tiếp thành các khối đá nhỏ hơn, người ta phải tiến hành tách chúng ra bằng việc sử dụng kích thủy lực, túi khí, bơm thủy lực (hình 2.3, 2.4).
Hình 2.3: Sử dụng túi Hydro để tách các tảng đá Hình 2.4. Sử dụng kích thủy lực để tách khối đá
- Tạo cắt các khối đá nhỏ từ tảng đá lớn theo kích thước nhất định:
Các tảng đá to đã tách ra khỏi mỏ được đo theo các kích thước cụ thể bằng những nhân viên có kinh nghiệm sau khi nghiên cứu các vết nứt, rạn do cấu tạo địa chất để có được sự sử dụng tối đa. Sau khi đánh dấu, các khối đá được tách rời bằng máy cưa dây DWS-22AX-6P (hình 2.5).
Hình 2.5: a - Phương pháp khai thác chủ yếu cắt bằng cưa kim cương b - Phương pháp tách bằng khoan nhồi bột nở hoặc nêm tách
Hình 2.6: Phương pháp cắt bằng lưỡi cưa
- Đá hoa làm bột carbonat calci: đặc điểm của hầu hết các mỏ đá hoa Miền Bắc nước ta hiện nay là khai thác đá hoa làm ốp lát kết hợp làm bột carbonat calci, trừ khu vực Yên Bình (Yên Bái). Vì vậy, công nghệ chủ yếu áp dụng cho việc khai thác đá ốp lát. Đá làm bột carbonat calci được tận dụng từ các bìa đá loại ra từ đá ốp lát, các khối đá không đạt tiêu chuẩn làm ốp lát và các tập đá không đạt tiêu chuẩn đá khối làm ốp lát. Công nghệ khai thác đối với các loại sản phẩm này chủ yếu là sử dụng máy cắt dây kim cương hoặc công nghệ khoan - nổ mìn để thu hồi khoáng sản, đồng bộ thiết bị hầu hết là máy xúc thủy lực gàu ngược (dung tích gàu khoảng 0,8 - 1 m3) kết hợp với ô tô trọng tải từ 10 - 15 tấn đến 30 - 40 tấn.
c. Miền Bắc Việt Nam
Đối với các mỏ đá hoa chỉ sử dụng trong lĩnh vực làm bột carbonat calci thì hoạt động khai thác có sử dụng mìn để phá đá và tuyển chọn, phân loại thủ công tại thực địa, sau đó vận chuyển về nhà máy nghiền (cơ sở chế biến).
Đối với mỏ khai thác đá khối làm ốp lát, kết hợp sản xuất bột thì quy trình khai thác không sử dụng khoan nổ mìn, mà sử dụng hệ thống khoan tách bằng nêm hoặc bột nở (một số mỏ ở Nghệ An), cưa cắt bằng dây kim cương (chủ yếu ở Quỳ Hợp - Nghệ An, Lục Yên - Yên Bái) tại thực địa để tách các khối đá đá có kích thước khác nhau. Kích thước khối tách chủ yếu phụ thuộc vào hệ thống phát
triển khe nứt trong đá. Các khối đá được vận chuyển về nhà máy để gia công thành các khối, tấm đá có kích thước, hình dạng khác nhau. Các sản phẩm phụ được phân loại và có thể nghiền sử dụng làm bột carbonat calci, làm đá hộc hoặc sản xuất đá dăm làm vật liệu xây dựng thông thường.
Hình 2.7: Khai thác đá hoa làm đá khối xuất khẩu
(mỏ Cốc Há II, Lục Yên, Yên Bái; ảnh: Nguyễn Xuân Ân, 2014)
Theo thống kê, tính đến nay Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cấp 50 giấy phép khai thác đang hoạt động tại 03 tỉnh (Yên Bái: 26, Nghệ An: 23, Bắc Kạn: 01).
Tổng trữ lượng trữ lượng đá hoa đã cấp phép khai thác là 161,6 triệu m3 làm ốp lát và 418 triệu tấn làm bột carbonat calci. Công suất khai thác là 5,8 triệu m3/năm và 16 triệu tấn đá bột/năm (bảng 2.2).
Bảng 2.2. Tổng hợp hiện trạng khai thác đá hoa ở Miền Bắc Việt Nam [11, 12, 46]
Địa phương
Số giấy phép đã
cấp
Trữ lượng Công suất
Đá ốp lát (nghìn m3)
Đá bột (nghìn tấn)
Đá ốp lát (nghìn m3)
Đá bột (nghìn tấn)
Yên Bái 26 110.044 188.992 3.794 7.140
Nghệ An 23 49.038 213.320 1.918 8 339
Bắc Kạn 01 2.530 15.710 84 520
Tổng cộng 50 161.612 418.023 5.797 15.999
Hình 2.8: Nhà máy sản xuất đá ốp lát Phủ Quỳ, Nghệ An (ảnh: Nguyễn Xuân Ân, 2014)
Hình 2.9: Nhà máy sản xuất bột carbonat calci NANO Tech (Việt Trì, Phú Thọ) - đá hoa mỏ Mông Sơn, Yên Bình, Yên Bái (ảnh: Nguyễn Phương, 2014)
Thực tế khai thác cho thấy tỷ lệ thu hồi đá khối đủ tiêu chuẩn làm ốp lát hiện nay chỉ khoảng dưới 10 - 20% (có mỏ < 5%). Tỷ lệ thu hồi đá đạt tiêu chuẩn sản xuất bột carbonat calci đạt 20 - 30%. Thêm vào đó, vấn đề thị hiếu và thị trường tiêu thụ đá ốp lát, đặc biệt là đá hoa làm ốp lát hiện nay là tương đối khó khăn, dẫn tới hiệu quả sản xuất của các mỏ đá hoa làm ốp lát hiện tại là không cao.
Tóm lại: Từ các dẫn chứng trên và so sánh tài liệu trong các báo cáo thăm dò với kết quả khai thác thực tế ở nhiều mỏ cho thấy tỷ lệ thu hồi đá khối và đá hoa đạt tiêu chuẩn sản xuất bột carboant calci thực tế khai thác nhỏ hơn nhiều so với tài liệu thăm dò. Sự sai lệch đó do nhiều nguyên nhân khác nhau, nhưng các nguyên cơ bản là:
- Chỉ tiêu tính trữ lượng trong các báo cáo chỉ chú ý kích thước khối đá, chưa đánh giá đến màu sắc, độ đồng đều và tính tô điểm bề mặt của khối đá....
- Trong thăm dò thường áp dụng quy trình và phương pháp thăm dò tương tự đá carbonat làm nguyên liệu xi măng, chưa chú ý đến tính đặc thù, cũng như sự khác biệt về chỉ tiêu tính trữ lượng của đá hoa làm ốp lát, sản xuất bột carbonat calci với đá carbonat calci làm nguyên liệu sản xuất xi măng.
- Trữ lượng đá hoa làm ốp lát tính trong các báo cáo thăm dò chỉ sử dụng số liệu mở mong khai thác thử với thể tích 50 - 100 m3 là quá nhỏ, không đủ tính đại diện, dẫn đến không đánh giá đúng cho toàn mỏ; mặt khác, trong thực tế tỷ lệ thu hồi đá khối còn phụ thuộc chặt chẽ vào công nghệ khai thác.
Những yếu tố trên, hầu như chưa được đánh giá, xem xét đầy đủ khi luận giải chỉ tiêu tính trữ lượng đá khối làm ốp lát trong các báo cáo thăm dò đá hoa làm ốp lát ở nước ta trong thời gian qua.