Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu; Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp luận tích hợp công nghệ Viễn thám và GIS giám sát một số yếu tố môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít; Chương 3: Thử nghiệm giám sát một số yếu tố môi trường bị ảnh hưởng trong quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít tại tổ hợp Bô xít - Nhôm Lâm Đồng 9. Những đóng góp mới của luận án Cung cấp đồng thời các chỉ số giám sát chất lượng môi trường nước (Turb, Chl–a), môi trường không khí (SO2, NO2, CO), chất lượng thực vật và lớp phủ mặt đất bằng công nghệ viễn thám và GIS dưới tác động của quá trình khai thác và chế biến quặng bô xít. Tích hợp viễn thám và GIS có thể chủ động theo dõi, giám sát các yếu tố môi trường này một cách hiệu quả mà không cần tiếp cận trực tiếp và theo nhiều chu kỳ trong năm. Sử dụng các thuật toán máy học tiên tiến cùng mã nguồn mở và nền tảng điện toán đám mây để xây dựng các chương trình tính toán các chỉ số liên quan đến chất lượng môi trường nước, môi trường không khí, chất lượng thực vật và hiện trạng lớp phủ mặt đất.
Kết hợp công nghệ Viễn thám, GIS và phép phân tích thứ bậc AHP xây dựng bản đồ hiện trạng và biến động chất lượng môi trường của khu vực nghiên cứu. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các vấn đề cơ bản về khoáng sản bô xít, hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản bô xít 1. Khoáng sản bô xít Bô xít hay bauxite là một loại quặng được hình thành do phá hủy, vận chuyển và tích tụ các đá và khoáng vật giàu nhôm trong môi trường nước, thường gặp trong các thung lũng giữa đá vôi, cả quặng gốc và quặng lăn trong đó quặng gốc thường có quy mô nhỏ, chất lượng quặng thấp hơn quặng lăn.
Bô xít trầm tích có đặc điểm chung là có màu xanh đen hoặc nâu đỏ do mức độ phong hóa, quặng lăn thường có màu nâu đỏ, nâu nhạt gắn bó chặt chẽ với các thân quặng gốc phân bố trong các thung lũng kích thước vàu trăm mét đến vài nghìn mét. Thành phần khoáng vật quặng gồm diaspo từ 20 – 50%, cá biệt lên tới 80%; boemit thường nhỏ hơn 10% hãn hữu lên đến 20%; gipxit từ 4 đến 7%; kaolinit, sericit, sét từ 1 đến 2%. Thành phần hóa học quặng thay đổi trong khoảng rộng, ngay trong một thân quặng có nơi gặp quặng có hàm lượng Al2O3 trên 50%, có nơi chỉ dưới 20%; SiO2 từ 5 đến 10%. Quặng tinh bô xít +3 mm thường có hàm lượng Al2O3 từ 42 – 50,7%; modul silic có hàm lượng 6-10%.
Một số mỏ quặng có chất lượng đáp ứng yêu cầu luyện nhôm. Bô xít nguồn gốc phong hóa laterit từ đá bazan, có màu nâu sẫm, nâu đỏ thành phần gồm bô xít cứng, limonit từ 1 đến 2 m, đôi khi đến 8 m, đới chứa bô xít màu nâu đỏ, nâu nhạt từ 2 đến 15 m, hoặc xám, xám phớt vàng từ 0 đến 6 m. Thành phần khoáng vật quặng khác với bô xít trầm tích, chủ yếu gồm gibsit, ít boemit và kaolimit. Thành phần hóa học quặng nguyên khai như sau: Al2O3 từ 35 đến 40%; SiO2 từ 10 đến 15%; Fe2O3 từ 20 đến 25%; TiO2 từ 2 đến 3%.
Quặng tinh bô xít thường có modul silic tới 25 – 26%, thích hợp để sản xuất ra alumin (Al2O3) là nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% lượng bô xít được khai thác trên thế giới [33]. 9 Tại châu Mỹ, quặng bô xít phân bố chủ yếu ở khu vực Nam Mỹ với trữ lượng vào khoảng 5 tỷ tấn. Mặc dù nước Mỹ có mỏ bô xít chất lượng cao tập trung ở vùng Arkansas với diện tích hàng trăm hecta, nhưng Jamaica lại là nước được xếp trong nhóm đầu về trữ lượng bô xít có nguồn gốc phong hóa nằm trong trầm tích đá vôi. Ở Brazil, các mỏ bô xít phân bố rộng rãi khắp vùng Amazon có nguồn gốc phong hóa nhiệt đới ẩm [45], [67].
Tại châu Phi, quặng bô xít tập trung chủ yếu ở Guinea. Nếu tính các mỏ bô xít về cả trữ lượng và cấp độ, triển vọng và địa lý thì đây là nơi có tiềm năng quặng bô xít số một trên thế giới. Khả năng tiếp cận quặng tương đối dễ dàng, hàm lượng quặng cao, nhiều thân quặng chứa trên 100 triệu tấn bô xít. Guinia có tiềm năng bô xít hơn 40 tỷ tấn trong đó 10,6 tỷ tấn đã được xác minh [52].
Tại Châu Âu, tài nguyên bô xít đã được khai thác từ rất lâu, hiện nay trữ lượng quặng bô xít còn lại tương đối ít tập trung ở một số nước Hy Lạp, Ý, Thổ Nhĩ Kỳ…[48]. Tại Châu Á - Thái Bình Dương, lượng bô xít chiếm 41% tổng trữ lượng trên toàn thế giới, phân bố chủ yếu ở các nước như Úc, Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ…[74]. Theo công bố mới nhất của cục Khảo sát địa chất Mỹ [76], Việt Nam là quốc gia có trữ lượng bô xít xấp xỉ 3.7 tỷ tấn, còn theo ước tính của Bộ Công Thương, trữ lượng bô xít chỉ riêng ở Tây Nguyên cũng lên tới 5,4 tỷ tấn. Quặng bô xít nước ta phân bố chủ yếu ở hai dạng đó là bô xít nguồn gốc trầm tích có tuổi Permi muộn nằm trên mặt bào mòn của đá vôi Carbon – Permi.
Thành phần khoáng vật quặng chủ yếu là diaspo, bomit tập trung ở các tỉnh phía Bắc như Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang, Sơn La và Nghệ An với trữ lượng và tài nguyên được điều tra, thăm dò đạt 357 triệu tấn; bô xít nguồn gốc phong hóa laterit từ đá bazan tuổi Neogen và Pliocen-Pleistocen tập trung ở các tỉnh phía Nam như Kon Tum, Đắk Nông, Lâm Đồng, Đồng Nai, Bình Dương, 10 Phú Yên và Quảng Ngãi. Gần đây một kết quả thống kê chuyển đổi trữ lượng và tài nguyên bô xít laterit về một “mặt bằng cấp trữ lượng và tài nguyên” theo quy định về thăm dò, phân cấp trữ lượng và tài nguyên bô xít cho thấy tổng trữ lượng và tài nguyên bô xít laterit của 23 mỏ ở Tây Nguyên được 2,522 tỷ tấn quặng tinh. Dải quặng bô xít ở Tây Nguyên kéo dài theo hướng Bắc Nam, nằm dọc theo dải Trường Sơn Nam, từ Măng Đen (Kon Tum) quá Kon Hà Nừng (Gia Lai), Gia Nghĩa (Đắk Nông) đến Bảo Lộc (Lâm Đồng) và kết thúc ở Bình Long (Bình Phước). Quặng bô xít Tây Nguyên nằm trong hơn 20.000 km2 vỏ phong hóa của đá phun trào bazan, tuổi Neogen đệ tứ cách đây hơn 5 triệu năm [44].
Phân bố trữ lượng bô xít toàn cầu Phân bố trữ lượng bô xít ở Việt Nam Hình 1. Phân bố trữ lượng bô xít trên thế giới và Việt Nam [76] 1. Hoạt động khai thác và chế biến bô xít Tại khu vực châu Mỹ, quặng bô xít khai thác hàng năm không đủ để đáp ứng nhu cầu lâu dài của khu vực nên nhiều nước phải nhập khẩu quặng từ các nguồn khác. Là một trong số các nước dẫn đầu về trữ lượng, ngành công nghiệp khai thác bô xít và sản xuất alumin đã phát triển tại Jamaica từ những năm 70 của thế kỷ trước với sản lượng bình quân hiện nay ở mức 10 triệu tấn bô xít/năm và 2,5 triệu tấn alumin/năm.
Ở Brazil, hàng năm nước này khai thác trung bình khoảng 30 triệu tấn quặng bô xít và sản xuất khoảng 9 triệu tấn alumin. Brazil 11 là quốc gia có sản lượng xuất khẩu bô xít đứng thứ ba và có nhà máy luyện nhôm Alumar với công suất lớn nhất thế giới hiện nay. Tuy nhiên, do sự cố rò rỉ từ các hồ bùn đỏ xảy ra sau những trận mưa liên tiếp nên tháng 2/2018 khu mỏ đã tạm thời ngừng hoạt động để xử lý cho đến cuối năm 2019 sau khi đã đảm bảo an toàn sản xuất nhà máy đã hoạt động trở lại [45], [67]. Tại châu Phi, Guinea là một nước có ngành khai thác và chế biến bô xít phát triển.
Năm 2018, Guinea khai thác được 50 triệu tấn bô xít trong đó 13% sản lượng được chế biến thành alumin, phần còn lại xuất khẩu. Ngành bô xít và alumin đóng góp trực tiếp gần 20% GDP cho quốc gia này, tuy nhiên các vấn đề liên quan đến môi trường và việc làm cho các cộng đồng địa phương còn là rào cản [52]. Tại Châu Âu, có 11 nhà máy sản xuất alumin với tổng công suất 7,44 triệu tấn và có 39 nhà máy điện phân nhôm với tổng công suất hơn 5,1 triệu tấn. Trong đó riêng nước Nga có 6 nhà máy sản xuất alumin và 11 nhà máy điện phân nhôm chủ yếu để xuất khẩu vì lợi thế về nguồn điện giá rẻ [48].
Hầu hết các nước châu Âu, bao gồm Nga đều phải nhập khẩu quặng bô xít và alumin để sản xuất. Tại Châu Á và Thái Bình Dương, ngành công nghiệp bô xít - nhôm của Úc bao gồm: 5 mỏ bô xít dài hạn, 7 nhà máy sản xuất alumin, 6 nhà máy luyện nhôm. Tất cả các nhà máy alumin và điện phân nhôm tại Úc đều có công suất rất lớn, sản lượng hàng năm đạt 1,6 triệu tấn nhôm và 20 triệu tấn alumin. Alumin sản xuất tại Úc có giá thành thấp nhất thế giới và khoảng 80% sản lượng dành cho xuất khẩu với giá trị đạt tới 16 tỷ đô [74].
Trung Quốc có trữ lượng bô xít chủ yếu thuộc loại karst, phân bố ở các tỉnh Sơn Tây, Sơn Đông, Hà Nam, Quý Châu, Quảng Tây và Vân Nam [12]. Hiện nay, Trung Quốc là nhà sản xuất nhôm lớn, nhập khẩu bô xít từ các nước Guinea, Malaysia và Indonesia. Ấn Độ là nước sản xuất nhôm đứng thứ hai thế giới với các mỏ bô xít có nguồn gốc từ vỏ phong hóa đá bazan và phong hóa đá phiến kết tinh đem lại chất lượng cao [67]. 12 Có thể thấy, hầu hết các nước có trữ lượng bô xít lớn đều khai thác để sản xuất alumin và nhôm, phục vụ tiêu dùng trong nước hoặc xuất khẩu, đáp ứng nhu cầu của thế giới [Aluminium, alumina and bauxite, Resources and energy].
Trên thế giới có khoảng trên 20 nước khai thác quặng bô xít, 33 nước sản xuất alumin và 45 nước điện phân nhôm. Trong đó những quốc gia khai thác bô xít lớn là Úc (25%), Trung Quốc (23%), Guinia (17%) và Brazil (9%). Bốn nước sản xuất alumin lớn là Trung Quốc (55%), Úc (15%), Brazil (16%), Ấn Độ (5%).