Luận văn: Nghiên cứu thu hồi cát từ đá mạt tại mỏ đá bazan Quang Long, Hòa Bình

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu quy trình thu hồi cát từ đá mạt bazan, phân tích hiệu quả kinh tế và giải pháp môi trường tại Lương Sơn, Hòa Bình.

• Tác giả: Trần Bình Minh
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thị Hồng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng thu hồi cát từ đá mạt trong khai thác đá bazan tại Công ty TNHH Quang Long, Lương Sơn, Hòa Bình
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sơ lược về việc khai thác đá bazan tại công ty TNHH Quang Long, Lương Sơn, Hòa Bình
• 1.1.1. Mỏ đá bazan Núi Voi
• 1.1.2. Quy trình công nghệ khai thác đá bazan
• 1.2. Các vấn đề môi trường do đá mạt tại mỏ
• 1.2.1. Ảnh hưởng tới môi trường đất, nước, không khí
• 1.3. Một số hướng tận dụng đá mạt trong khai thác đá
• 1.3.1. Sử dụng đá mạt làm cốt liệu bê tông và gạch không nung
• 1.3.2. Sử dụng đá mạt trong nông nghiệp
• 1.3.3. Sản xuất cát nhân tạo
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập tư liệu
• 2.2.2. Phương pháp điều tra, phỏng vấn thực địa
• 2.2.3. Phương pháp khảo sát, lấy mẫu, phân tích mẫu
• 2.2.4. Phương pháp thực nghiệm
• 2.2.5. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
• 2.3. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất
• 2.3.1. Thiết bị, dụng cụ
• 2.3.2. Hóa chất và thuốc thử
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả điều tra và đánh giá hiện trạng môi trường tại công ty TNHH Quang Long
• 3.1.1. Sơ lược về công tác bảo vệ môi trường tại công ty TNHH Quang Long
• 3.1.2. Kết quả quan trắc không khí và nước tại khu vực mỏ
• 3.1.3. Hiện trạng tồn lưu đá mạt
• 3.2. Kết quả phân tích các chỉ tiêu lý - hóa của đá mạt
• 3.2.1. Thành phần hạt của đá mạt
• 3.2.2. Hàm lượng sét, clorua và phản ứng kiềm-silic của đá mạt
• 3.3. Tiềm năng và hiệu suất thu hồi cát từ đá mạt
• 3.4. Kết quả thử cường độ nén của vữa tạo từ cát nghiền và cát sông
• 3.5. Phương án thu hồi cát và đánh giá hiệu quả kinh tế
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Bí quyết biến đá mạt thành cát nhân tạo giá trị cao

Ngành xây dựng Việt Nam đang đối mặt với tình trạng khan hiếm cát tự nhiên nghiêm trọng. Dự báo đến năm 2020, nhu cầu cát xây dựng là 130 triệu m³, trong khi sản lượng khai thác chỉ đáp ứng một phần nhỏ. Tình trạng này dẫn đến khai thác trái phép, gây sạt lở bờ sông, thay đổi dòng chảy và phá hủy hệ sinh thái. Trong bối cảnh đó, việc tìm kiếm vật liệu thay thế trở nên cấp thiết. Cát nhân tạo, hay còn gọi là cát nghiền, nổi lên như một giải pháp bền vững và hiệu quả. Nghiên cứu tại mỏ đá bazan của Công ty TNHH Quang Long (Lương Sơn, Hòa Bình) mở ra một hướng đi đầy tiềm năng: tận dụng đá mạt – một loại phế phẩm mỏ đá – để sản xuất cát nghiền chất lượng cao. Đá mạt, vốn bị xem là chất thải chiếm diện tích và gây ô nhiễm, lại có thành phần khoáng vật và hóa học tương đồng với đá gốc. Việc biến loại phế phẩm này thành vật liệu xây dựng cốt lõi không chỉ giải quyết bài toán thiếu hụt nguồn cung cát mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc áp dụng mô hình kinh tế tuần hoàn trong khai khoáng. Thay vì tốn chi phí xử lý và lưu trữ, các mỏ đá có thể tạo ra một sản phẩm mới có giá trị kinh tế, giảm thiểu tác động môi trường và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên. Đây là một cách tiếp cận toàn diện, mang lại lợi ích kép về kinh tế và môi trường.

1.1. Thực trạng nguồn cát tự nhiên và sự cần thiết của cát nghiền

Cát tự nhiên, đặc biệt là cát sông, từ lâu đã là cốt liệu không thể thiếu trong mọi công trình xây dựng. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh chóng đã đẩy nhu cầu sử dụng cát lên mức báo động. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, năm 2015, sản lượng cát khai thác chưa được 52 triệu m³, trong khi nhu cầu thực tế lên đến 92 triệu m³. Sự chênh lệch cung - cầu này đã tạo ra một "cơn khát" cát, thúc đẩy các hoạt động khai thác cát trái phép, gây ra những hậu quả môi trường nghiêm trọng. Sạt lở bờ sông, thay đổi dòng chảy, suy giảm nguồn nước ngầm và mất đất canh tác là những vấn đề nhức nhối. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển sản xuất cát nhân tạo không còn là lựa chọn mà là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo sự phát triển bền vững cho ngành xây dựng.

1.2. Tiềm năng của việc tận dụng đá mạt bazan trong xây dựng

Đá mạt là sản phẩm phụ phát sinh trong quá trình nghiền sàng đá xây dựng, chiếm khoảng 20% tổng sản lượng đá nguyên khai. Tại các mỏ đá lớn như mỏ đá bazan Núi Voi, lượng đá mạt tồn đọng hàng năm có thể lên tới hàng chục nghìn mét khối. Về bản chất, đá mạt bazan có đầy đủ tính chất cơ lý và thành phần hóa học của đá gốc, vốn là vật liệu có cường độ cao và ổn định. Nghiên cứu của Trần Bình Minh (2016) tại Công ty TNHH Quang Long đã chứng minh rằng, với công nghệ phù hợp, hoàn toàn có thể thu hồi và chế biến đá mạt thành cát nghiền từ đá bazan đạt chuẩn, thậm chí có ưu điểm vượt trội so với cát tự nhiên trong một số ứng dụng như sản xuất bê tông cường độ cao. Việc này không chỉ giải phóng mặt bằng cho mỏ, giảm lãng phí tài nguyên mà còn tạo ra một nguồn cung vật liệu xây dựng ổn định và chất lượng.

II. Thách thức môi trường từ phế phẩm mỏ đá bazan là gì

Hoạt động khai thác và chế biến đá, dù mang lại nguồn vật liệu thiết yếu, cũng tạo ra những thách thức lớn về môi trường. Phế phẩm mỏ đá, đặc biệt là đá mạt với kích thước nhỏ và tỷ lệ bụi cao, là nguồn gây ô nhiễm chính. Tại khu vực mỏ đá Quang Long, lượng đá mạt tồn dư lên đến hàng trăm nghìn tấn, chiếm dụng một diện tích lớn và tiềm ẩn nhiều nguy cơ. Các bãi chứa đá mạt khổng lồ không chỉ làm mất mỹ quan, lãng phí quỹ đất mà còn có thể gây ra hiện tượng trượt lở khi mưa lớn, ảnh hưởng đến an toàn khu vực xung quanh. Hơn nữa, các hạt bụi mịn từ đá mạt rất dễ phát tán vào không khí khi có gió hoặc hoạt động vận chuyển, gây ô nhiễm không khí cục bộ và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của công nhân. Nước mưa chảy tràn qua các bãi thải này cuốn theo bột đá, gây bồi lắng các nguồn nước mặt lân cận, làm tăng độ đục và có thể thay đổi tính chất hóa học của nước. Việc tìm ra giải pháp xử lý bụi đá và tận dụng hiệu quả nguồn phế phẩm này là yêu cầu cấp bách để hài hòa giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường, hướng tới một ngành khai khoáng bền vững.

2.1. Tác động của bụi đá đến không khí và sức khỏe công nhân

Đá mạt chứa một tỷ lệ lớn các hạt siêu mịn, là nguồn phát sinh bụi chính trong khu vực mỏ. Các hoạt động như xúc bốc, vận chuyển và gió tự nhiên dễ dàng cuốn theo lượng bụi này vào không khí. Kết quả quan trắc tại mỏ đá Quang Long cho thấy nồng độ tổng bụi lơ lửng (TSP) tại khu vực nghiền sàng có thể lên tới 2,94 mg/m³, vượt xa quy chuẩn cho phép. Mặc dù sự phát tán có tính cục bộ, nhưng nó ảnh hưởng trực tiếp đến những công nhân làm việc tại mỏ. Hít phải bụi silic trong thời gian dài có thể gây ra các bệnh về đường hô hấp, điển hình là bệnh bụi phổi silic. Do đó, việc triển khai các biện pháp giảm thiểu như phun sương dập bụi và đặc biệt là tìm cách thu hồi, xử lý đá mạt để giảm nguồn phát sinh bụi là vô cùng quan trọng.

2.2. Nguy cơ ô nhiễm nguồn nước và lãng phí tài nguyên đất

Các bãi chứa đá mạt khổng lồ tạo ra nguy cơ ô nhiễm cho cả môi trường nước và đất. Khi mưa, dòng nước chảy tràn sẽ cuốn theo các hạt đá mịn và bột đá vào các ao hồ, sông suối gần đó. Hiện tượng này gây bồi lắng, làm tăng độ đục của nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Nghiên cứu tại khu vực mỏ cho thấy hiện tượng bồi lắng đã xảy ra tại khe nước phía sau nhà điều hành. Về mặt đất đai, việc chất tải hàng trăm nghìn tấn đá mạt lên một khu vực làm nén chặt đất, giảm độ tơi xốp và khả năng thấm nước. Bột đá bazan khi gặp nước có thể kết dính, tạo thành một lớp vỏ cứng, ngăn cản sự phát triển của thảm thực vật. Đây là một sự lãng phí tài nguyên đất nghiêm trọng, trong khi bản thân đá mạt lại là một nguồn tài nguyên có thể tái sử dụng.

III. Phân tích đá mạt Bước đầu sản xuất cát nghiền từ đá bazan

Để xác định khả năng thu hồi cát từ đá mạt, bước đầu tiên và quan trọng nhất là phân tích các chỉ tiêu lý-hóa của vật liệu đầu vào. Nghiên cứu thực hiện tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Môi trường (Đại học Khoa học Tự nhiên) đã tiến hành đánh giá chi tiết các đặc tính của đá mạt bazan từ mỏ Quang Long theo các tiêu chuẩn cát xây dựng TCVN. Các phân tích tập trung vào thành phần hạt, mô-đun độ lớn của cát, hàm lượng bùn sét, clorua và phản ứng kiềm-silic. Kết quả ban đầu cho thấy đá mạt có những đặc điểm rất tiềm năng nhưng cũng tồn tại những hạn chế cần được xử lý công nghệ. Cụ thể, hàm lượng các tạp chất có hại như bùn sét và clorua đều ở mức rất thấp, nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 9205:2012. Tuy nhiên, thành phần hạt của đá mạt nguyên bản lại không phù hợp để sử dụng trực tiếp làm cát cho bê tông. Việc hiểu rõ những đặc tính này là cơ sở khoa học vững chắc để đề xuất quy trình công nghệ chế biến phù hợp, đảm bảo sản phẩm cát nhân tạo cuối cùng đạt chất lượng và an toàn cho các công trình xây dựng.

3.1. Xác định thành phần hạt và mô đun độ lớn của đá mạt

Thành phần hạt là yếu tố quyết định đến chất lượng của cốt liệu nhỏ. Kết quả phân tích mẫu đá mạt tại mỏ Quang Long (Bảng 3-1, Luận văn Trần Bình Minh) cho thấy một vấn đề lớn: lượng sót tích lũy trên sàng 2,5 mm lên tới 74,3%. Con số này cao hơn rất nhiều so với yêu cầu của TCVN 9205:2012 (từ 0-25% đối với cát thô). Điều này dẫn đến mô-đun độ lớn (Mđl) của đá mạt đạt 4,3, vượt ngưỡng cho phép (2,0-3,3). Phân tích này chỉ rõ rằng không thể sử dụng trực tiếp đá mạt làm cát xây dựng. Cần phải có các biện pháp can thiệp công nghệ như nghiền lại các hạt có kích thước lớn hơn 2,5 mm để điều chỉnh biểu đồ cấp phối hạt, đưa mô-đun độ lớn về mức tiêu chuẩn.

3.2. Kiểm tra hàm lượng bùn sét và các tạp chất có hại khác

Trái ngược với vấn đề về thành phần hạt, các chỉ tiêu về tạp chất của đá mạt bazan lại rất khả quan. Theo Bảng 3-3 của nghiên cứu, hàm lượng bùn sét trong mẫu chỉ ở mức trung bình 1,03%, thấp hơn nhiều so với giới hạn 2% của tiêu chuẩn. Hàm lượng clorua cũng ở mức không đáng kể (< 0,01%), đảm bảo không gây ăn mòn cốt thép trong bê tông. Đặc biệt, kết quả thử phản ứng kiềm-silic cho thấy đá mạt bazan nằm trong vùng "cốt liệu vô hại", loại bỏ nguy cơ biến dạng và nứt vỡ bê tông do phản ứng hóa học nội tại. Những kết quả này khẳng định rằng đá mạt bazan là một nguồn nguyên liệu "sạch" và an toàn để sản xuất cát nhân tạo, chỉ cần giải quyết được bài toán về cấp phối hạt.

IV. Hướng dẫn quy trình công nghệ thu hồi cát từ đá mạt tối ưu

Từ kết quả phân tích đặc tính nguyên liệu, một quy trình công nghệ tối ưu để thu hồi cát từ đá mạt đã được đề xuất. Mục tiêu của quy trình là điều chỉnh thành phần hạt và loại bỏ các thành phần không mong muốn, nhằm tạo ra sản phẩm cát nhân tạo đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn cát xây dựng TCVN. Quy trình này kết hợp giữa các phương pháp cơ học và tuyển rửa. Đầu tiên, đá mạt được đưa qua hệ thống sàng để phân loại. Phần có kích thước lớn hơn 2,5 mm sẽ được đưa vào máy nghiền côn hoặc máy nghiền VSI (trục đứng) để giảm kích thước. Đây là công đoạn cốt lõi để điều chỉnh mô-đun độ lớn của cát. Sau khi nghiền, vật liệu được trộn lại và đưa qua máy sàng rung để kiểm soát cấp phối hạt lần cuối. Bước tiếp theo, và cũng không kém phần quan trọng, là áp dụng công nghệ rửa cát. Quá trình rửa giúp loại bỏ các hạt bụi mịn, bột đá dư thừa và các tạp chất nhẹ khác, đảm bảo hàm lượng bùn sét (tính theo phương pháp rửa) trong sản phẩm cuối cùng nằm trong giới hạn cho phép. Quy trình này không chỉ tạo ra cát chất lượng mà còn có thể thu hồi bột đá để sử dụng cho các mục đích khác như sản xuất gạch không nung, góp phần hiện thực hóa mô hình kinh tế tuần hoàn trong khai khoáng.

4.1. Vai trò của máy nghiền côn và máy sàng rung trong sản xuất

Để khắc phục nhược điểm về cấp phối hạt của đá mạt thô, việc sử dụng các thiết bị nghiền và sàng hiện đại là bắt buộc. Máy nghiền côn (Cone Crusher) đóng vai trò then chốt trong việc nghiền nhỏ các hạt đá có kích thước > 2,5 mm. Ưu điểm của loại máy này là tạo ra sản phẩm có hình dạng khối tròn, giảm thiểu các hạt dẹt, thoi, giúp tăng cường độ chịu lực và tính linh động của vữa và bê tông. Sau công đoạn nghiền, máy sàng rung (Vibrating Screen) thực hiện nhiệm vụ phân loại chính xác các cỡ hạt, đảm bảo biểu đồ cấp phối của cát nghiền từ đá bazan nằm trong đường bao tiêu chuẩn. Sự kết hợp giữa máy nghiền và máy sàng cho phép kiểm soát chặt chẽ chất lượng đầu ra, tạo ra sản phẩm đồng đều và ổn định.

4.2. Giải pháp công nghệ rửa cát để đáp ứng tiêu chuẩn TCVN

Mặc dù đá mạt bazan có hàm lượng sét tự nhiên thấp, nhưng quá trình nghiền lại tạo ra một lượng lớn bột đá. Lượng bột đá này nếu không được kiểm soát có thể làm tăng nhu cầu nước của bê tông, gây co ngót và giảm cường độ. Công nghệ rửa cát sử dụng các thiết bị như máy rửa trục vít hoặc máy rửa dạng bánh xe là giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Nước sẽ rửa trôi các hạt có kích thước siêu nhỏ (< 0,14 mm) và các tạp chất nhẹ khác ra khỏi cát. Quá trình này giúp khống chế hàm lượng hạt mịn lọt qua sàng 0,14 mm ở mức cho phép theo TCVN 9205:2012 (thường dưới 15%). Nước thải từ quá trình rửa cát sẽ được đưa vào bể lắng để thu hồi bột đá và tái sử dụng nước, tạo thành một chu trình sản xuất khép kín, thân thiện với môi trường.

V. Đánh giá chất lượng cát nhân tạo cho bê tông cường độ cao

Chất lượng của cát nhân tạo chỉ có thể được khẳng định thông qua các thử nghiệm thực tế trong vữa và bê tông. Nghiên cứu đã tiến hành chế tạo các mẫu vữa xi măng sử dụng cát nghiền từ đá bazan (đã qua tuyển rửa và chưa qua tuyển rửa) và so sánh trực tiếp với các mẫu sử dụng cát sông truyền thống (cát vàng, cát đen). Các mẫu vữa này được đúc và bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn, sau đó tiến hành thử cường độ nén ở các tuổi 3, 7, 14 và 28 ngày. Kết quả thử nghiệm mang lại những tín hiệu vô cùng tích cực, là bằng chứng khoa học thuyết phục về khả năng ứng dụng của loại vật liệu xây dựng mới này. Các chỉ số cho thấy cát nghiền bazan không chỉ có thể thay thế hoàn toàn cát tự nhiên mà còn có khả năng tạo ra vữa và bê tông cường độ cao hơn. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho cát nghiền trong các công trình đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật khắt khe, đồng thời chứng minh rằng việc thu hồi cát từ đá mạt là một giải pháp khả thi và hiệu quả.

5.1. So sánh cường độ nén vữa giữa cát nghiền và cát sông

Kết quả thử cường độ nén (Bảng 3-4, Hình 3-4, Luận văn Trần Bình Minh) đã cho thấy sự vượt trội rõ rệt của vữa sử dụng cát nghiền từ đá bazan đã qua tuyển rửa. Ở tuổi 28 ngày, mẫu vữa dùng cát nghiền đạt cường độ nén 45,6 MPa, cao hơn đáng kể so với mẫu dùng cát vàng (38,8 MPa) và cát đen (25,9 MPa). Ngay cả mẫu vữa dùng cát nghiền chưa qua tuyển rửa cũng cho cường độ cao hơn cát vàng (41,2 MPa). Sự phát triển cường độ sớm của vữa dùng cát nghiền cũng nhanh hơn. Điều này được lý giải do bề mặt hạt cát nghiền góc cạnh, nhám, tạo ra độ bám dính tốt hơn với hồ xi măng, từ đó hình thành một cấu trúc đặc chắc và chịu lực tốt hơn. Kết quả này là minh chứng mạnh mẽ cho chất lượng của cát nhân tạo.

5.2. Khả năng đáp ứng tiêu chuẩn cát xây dựng TCVN 9205 2012

Thông qua quy trình công nghệ đề xuất, bao gồm nghiền và tuyển rửa, sản phẩm cát nhân tạo cuối cùng đã hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu khắt khe của tiêu chuẩn cát xây dựng TCVN 9205:2012. Cấp phối hạt được điều chỉnh để có mô-đun độ lớn nằm trong khoảng 2,0 - 3,3. Hàm lượng bùn sét và các tạp chất có hại được kiểm soát dưới ngưỡng cho phép. Cường độ của vữa sử dụng loại cát này đã chứng minh được chất lượng vượt trội. Do đó, có thể kết luận rằng, đá mạt bazan tại mỏ Quang Long sau khi được chế biến đúng quy trình có thể tạo ra sản phẩm cát nghiền loại I, đủ tiêu chuẩn để sử dụng cho mọi loại bê tông và vữa, bao gồm cả các kết cấu chịu lực quan trọng và bê tông cường độ cao.

VI. Hiệu quả kinh tế tuần hoàn trong khai khoáng từ đá mạt

Việc thu hồi cát từ đá mạt không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là một mô hình kinh doanh mang lại hiệu quả kinh tế cao, thể hiện rõ tinh thần của kinh tế tuần hoàn trong khai khoáng. Thay vì phải chịu chi phí lưu trữ và xử lý môi trường cho một loại phế phẩm mỏ đá, doanh nghiệp có thể biến nó thành một sản phẩm thương mại có giá trị. Phân tích chi phí-lợi nhuận trong nghiên cứu tại mỏ Quang Long đã chỉ ra rằng, mặc dù có chi phí đầu tư ban đầu cho dây chuyền thiết bị như máy nghiền côn, máy sàng rung và hệ thống rửa, nhưng lợi nhuận thu được từ việc bán cát nhân tạo là rất đáng kể. Mô hình này giúp doanh nghiệp tận thu tối đa nguồn tài nguyên, giảm giá thành sản phẩm do tận dụng được nguyên liệu đầu vào gần như bằng không. Đồng thời, nó góp phần giải quyết tình trạng thiếu hụt vật liệu xây dựng, ổn định thị trường và giảm áp lực lên việc khai thác cát tự nhiên. Về lâu dài, đây là hướng đi tất yếu cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp khai khoáng và xây dựng tại Việt Nam, tạo ra một chu trình sản xuất khép kín, ít chất thải và tối ưu hóa giá trị tài nguyên.

6.1. Phân tích chi phí và lợi nhuận của mô hình sản xuất cát

Nghiên cứu đã thực hiện tính toán chi tiết chi phí sản xuất cho hai phương án: tuyển rửa trực tiếp và nghiền kết hợp tuyển rửa. Chi phí sản xuất cho một mét khối cát nhân tạo (đã bao gồm chi phí khấu hao máy móc, điện, nước, nhân công) dao động trong khoảng hợp lý. Khi so sánh với giá bán cát trên thị trường tại Hòa Bình và các khu vực lân cận, biểu đồ lợi nhuận cho thấy dự án có tính khả thi cao. Việc tận dụng đá mạt làm nguyên liệu đầu vào với chi phí bằng không là yếu tố quyết định giúp giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh trên thị trường. Doanh nghiệp không chỉ có thêm doanh thu mà còn tiết kiệm được chi phí xử lý chất thải rắn, mang lại lợi ích kinh tế kép.

6.2. Hướng đi bền vững cho ngành vật liệu xây dựng Việt Nam

Mô hình chuyển hóa đá mạt thành cát nghiền chất lượng cao là một ví dụ điển hình cho sự phát triển bền vững. Nó giải quyết đồng thời ba vấn đề cốt lõi: kinh tế, xã hội và môi trường. Về kinh tế, nó tạo ra giá trị gia tăng từ chất thải. Về xã hội, nó cung cấp một nguồn vật liệu xây dựng ổn định, chất lượng, giảm sự phụ thuộc vào cát tự nhiên đang cạn kiệt. Về môi trường, nó giảm thiểu ô nhiễm bụi, nước, tiết kiệm tài nguyên đất và bảo vệ hệ sinh thái sông ngòi. Việc nhân rộng mô hình này tại các mỏ đá trên cả nước sẽ góp phần định hình lại ngành công nghiệp khai khoáng, hướng tới một tương lai xanh hơn, hiệu quả hơn và phù hợp với các mục tiêu phát triển bền vững của quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Cát là loại vật liệu vô cùng quan trọng trong ngành xây dựng, là thành phần không thể thiếu trong bê tông và vữa. Loại cát truyền thống đƣợc sử dụng trong xây dựng là cát sông, cát mỏ đƣợc hình thành do quá trình phong hóa lâu dài các loại đá gốc một cách tự nhiên.Quá trình phát triển kinh tế, bùng nổ dân số kéo theo nhu cầu rất lớn về vật liệu xây dựng nói chung và cát xây dựng nói riêng. Theo quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hƣớng dẫn năm 2030 dự báo nhu cầu cát xây dựng trong nƣớc là 92 triệu m3 năm 2015 và 130 triệu m3 năm 2020. Trong khi đósố liệu của tổng cục thống kê đƣa ra năm 2015, sản lƣợng cát khai thác chƣa đƣợc 52 triệu m3.

Điều này cho thấy nhu cầu cát xây dựng ở Việt Nam đang thiếu một cách nghiêm trọng, dẫn đến khai thác cát tràn lan trên các sông suối và để lại những hậu quả nghiêm trọng về môi trƣờng nhƣ sạt lở bờ, thay đổi dòng chảy, đào lòng, ảnh hƣởng tới nguồn nƣớc ngầm, mất đất canh tác, làm ảnh hƣởng đến hệ sinh thái của sông, suối. Chính vì những tác động tiêu cực trên lại thêm việc thắt chặt chính sách quản lý trong khai thác cát càng làm cho nhu cầu tìm kiếm loại vật liệu mới thay thế cát tự nhiên càng trở nên cấp bách. Cát nhân tạo hay còn có các tên gọi khác nhƣ cát xay, cát nghiền, cát công nghiệp đƣợc sản xuất từ các loại đá đã đƣợc nghiên cứu và chứng minh có khả năng thay thế, một phần hay toàn bộ cát sông, cát mỏ; thậm chí trong nhiều trƣờng hợp còn có ƣu thế hơn hẳn về mặt kinh tế và kỹ thuật. Đá mạt là sản phẩm phụ, thải trong quá trình khai thác và chế biến đá xây dựng tại các mỏ đá nhƣng về mặt thành phần hóa học và khoáng vật thì không khác gì so với các loại đá gốc.

Năm 2015 sản lƣợng khai thác đá của Việt Nam là gần 155 triệu m3, do đó lƣợng đá mạt phát sinh hàng năm lên tới hàng chục triệu m3 và đây chính là một nguồn sản xuất cát nhân tạo rất tiềm năng. Hòa Bình là tỉnh miền núi thuộc vùng núi phía tây bắc Việt Nam, với nhiều mỏ đá có trữ lƣợng lớn đang đƣợc đầu tƣ khai thác vật liệu xây dựng, nên rất có tiềm năng để sản xuất cát nhân tạo.Tuy nhiên hiện nay tỉnh vẫn phải phụ thuộc 1 nhiều vào nguồn cát tự nhiên đƣợc khai thác từ sông Bôi, sông Bƣởi và sông Đà.Việc đầu tƣ cho sản xuất cát nhân tạo chƣa đƣợc chú trọng, các hệ thống nghiền đá khi đƣợc đầu tƣ trƣớc đây thƣờng không chú ý tới khả năng sản xuất cát nghiền nên sinh ra rất nhiều đá mạt trong quá trình sản xuất. Vì vậy, việc “Nghiên cứu khả năng thu hồi cát từ đá mạt trong khai thác đá bazan tại Công ty TNHH Quang Long, Lƣơng Sơn, Hòa Bình” là cần thiết, góp phần bảo vệ môi trƣờng, giảm tiêu thụ tài nguyên không tái tạo và tận thu chất thải.Mục tiêu của luận văn nhằm: - Thu hồi cát từ đá mạt trong khai thác đá bazan tại Công ty TNHH Quang Long nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và giải phóng lƣợng đá mạt - chất thải trong quá trình khai thác và chế biến đá bazan -hiện đang tồn đọng tại mỏ. - Nghiên cứu khả năng thay thế cát sông của cát sản xuất từ đá mạt.

- Đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sản xuất cát từ đá mạt để áp dụng vào thực tế sản xuất tại Công ty. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.Sơ lƣợc về việc khai thác đá bazan tại công ty TNHH Quang Long, Lƣơng Sơn, Hòa Bình 1. Mỏ đá bazan Núi Voi a) Vị trí địa lý và các đặc điểm kinh tế, xã hội, tự nhiên của khu vực mỏ Theo Báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng (ĐTM) của Công ty Cổ phần tƣ vấn và thiết kế xây dựng Nhân Hòa [1], khu vực mỏđá bazan thuộc dãy Núi Voi (xã Hòa Sơn, huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hòa Bình) có diện tích là 7,8 ha thuộc tờ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50000 hệ VN2000, tờ Chƣơng Mỹ ký hiệu 61050 IV. Khu vực quanh vùng mỏ chủ yếu là ngƣời Kinh và Mƣờng sống tập trung thành các thôn, bản ở khu vực suối Nảy, Đồng Gội, Đồng Táu, Gò Bài, Đồng Quýt… Nghề chính của dân trong vùng là trồng lúa nƣớc, làm nƣơng rãy, nuôi trồng thủy sản và dịch vụ thƣơng mại.

Trong những năm gần đây, do nhà nƣớc có chính sách đầu tƣ trọng điểm cho nông nghiệp, việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế ở các địa phƣơng nói chung trong đó có xã Hòa Sơn nói riêng đã đem lại hiệu quả nên đời sống của nhân dân đang ngày càng đƣợc cải thiện. Trong khu vực mỏ đá bazan khu vực Đông Nam Núi Voi (KV6) hiện nay không có dân cƣ sinh sống, không có di tích lịch sử văn hóa và cảnh quan du lịch.Trong vùng có một số cơ sở khai thác, chế biến đá làm vật liệu xây dựng quy mô vừa và nhỏ nhƣ Công ty Sông Đà 11, công ty cổ phần Hà Sơn nằm liền kề với diện tích khu vực mỏ của Công ty TNHH Quang Long. Hòa Sơn còn là xã có nguồn lực lao động tƣơng đối lớn. Lực lƣợng dân số tƣơng đối trẻ trong độ tuổi lao động.Khu vực nghiên nằm phía Đông Bắc của huyện Lƣơng Sơn, cách trung tâm huyện 5 km theo quốc lộ 6 đi từ Hà Nội lên thành phố Hòa Bình.

Tuy là xã miền núi nhƣng Hòa Sơn là một trong 8 xã vùng trung tâm huyện có địa bàn tƣơng đối bằng phẳng, các xóm nằm theo dải đồi thấp[13]. Xung quanh khu vực mỏ chủ yếu là núi đá bazan và khu canh tác của ngƣời 3 dân địa phƣơng. Vị trí cụ thể: + Tiếp giáp phía Đông là mỏ đá của công ty CP Hà Sơn + Phía Đông Nam là mỏ đá của công ty Sông Đà 11 + Phía Tây Bắc là mỏ đá của công ty CP đầu tƣ Xuân Hòa + Phía Tây Nam là khu phụ trợ của mỏ b) Đặc điểm địa chất công trình, trữ lƣợng và chất lƣợng mỏ - Biên giới khai trường:Các chỉ tiêu chủ yếu về biên giới khai trƣờng của mỏ đá bazan Núi Voi đƣợc trình bày trong bảng 1-1. Bảng 1-1: Các chỉ tiêu chủ yếu về biên giới khai trƣờng [1] TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Kích thƣớc khai trƣờng m 1 - Chiều rộng trung bình m 295 - Chiều dài trung bình m 400 2 Cốt cao nhất m 3 Cốt cao đáy mỏ m 284 4 Trữ lƣợng địa chất (121) m3 110 5 Trữ lƣợng khai thác m3 10.000 6 Khối lƣợng đất đá thải m3 5.156 7 Hệ số bóc 0,08 - Đặc điểm địa chất công trình +Lớp đất phủ Lớp đất phủbao gồm lớp đất thổ nhƣỡng, lớp đất phong hóa mạnh đến triệt để từ đá bazan có chiều dày từ 5,0 đến 21,0 m, trung bình 13,0 m.

Thành phần chủ yếu là sét, sét pha lẫn các dăm sạn và mảnh đá bazan là sản phẩm phong hóa từ đá gốc. Lớp phủ này nếu mƣa nhiều gặp nƣớc có thể xảy ra hiện tƣợng trƣợt lở. 4 +Lớp đá bazan phong hóa yếu - không phong hóa Lớp đá bazan phong hóa yếu đến không bị phong hóa (đá tƣơi) chiếm khối lƣợng chủ yếu trong khu vực, nằm dƣới lớp phủ và gặp ở độ sâu 5,0 đến 21,0 m; chiều dày lớp này đến độ sâu 169,0 m, trung bình khoảng 162,0 m. Đá có màu xám xanh, xanh phớt lục, chủ yếu là bazan biến đổi, bazan biến đổi bị ép yếu, bazan bị ép, biến đổi có cấu tạo khối đến cấu tạo định hƣớng, rắn chắc, ít bị nứt nẻ, độ bền cơ học cao và không bị hóa mềm khi gặp nƣớc.

- Chất lượng mỏ + Tính chất cơ lý của đá bazan Đá bazan có cƣờng độ kháng nén ở trạng thái bão hòa > 800KG/cm2 và không bị hóa mềm khi bão hòa nƣớc, nên đá bazan khai thác trong khu vực mỏ hoàn toàn có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng và cốt liệu bê tông.Tính chất cơ lý của đá bazan khu vực Núi Voi đƣợc trình bày trong bảng 1-2. Bảng 1-2:Tính chất cơ lý của đá bazan[1] TT Tên thông số Đơn vị Giá trị Trung bình 1 Độ ẩm % 0,06 - 0,14 0,09 2 Dung trọng tự nhiên g/cm3 2,76 - 2,83 2,83 3 Tỷ trọng g/cm3 2,81 - 2,89 2,85 4 Cƣờng độ kháng nén KG/cm2 887 - 1249 1044 Cƣờng độ kháng nén ở 5 KG/cm2 842 - 1198 1011 trạng thái bão hòa 6 Hệ số hóa mềm 0,95 - 0,99 0,97 +Thành phần hóa học của đá bazan: Thành phần hóa học của đá bazan mỏ Núi Voi trình bày trong bảng 1-3 cho thấy: Hàm lƣợng lƣu huỳnh (tính theo dạng tồn tại SO3) trong đá bazan nhỏ hơn 5 giới hạn cho phép < 1%, thỏa mãn yêu cầu làm cốt liệu bê tông. Bảng 1-3:Thành phần hóa học của đá bazan [1] Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình TT Thành phần (%) (%) (%) 1 SiO2 43,82 65,21 52,09 2 Al2O3 7,11 12,76 9,49 3 Fe2O3 7,56 15,73 12,22 4 TiO2 0,005 0,009 0,007 5 CaO 6,92 13,39 10,48 6 MgO 2,16 8,93 5,95 7 MnO 0,003 0,007 0,005 8 SO3 0,02 0,91 0,19 9 P2O5 0,012 0,090 0,032 10 H2 O+ 0,25 2,09 1,40 11 K2 O 0,82 1,65 1,18 12 Na2O 1,34 3,08 2,58 13 TP khác 1,19 6,21 3,82 - Trữ lượng khai thác Trữ lƣợng đá khai thác đƣợc tính toán dựa trên cơ sở trữ lƣợng đá địa chất trong khai trƣờng trừ đi lƣợng đá tổn thất do để lại bờ moong trong quá trình khai thác, vận tải, …và đất đá có chất lƣợng kém, lẫn bẩn. Kết quả tính khối lƣợng đá địa chất, tổn thất và khai thác trong biên giới khai trƣờng khu vực Đông Nam Núi Voi (KV6), xã Hòa Sơn, huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hòa Bình đƣợc nêu trong bảng 1-4 dƣới đây.

6 Bảng 1-4:Trữ lƣợng đá khai thác trong biên giới khai trƣờng Trữ Lƣợng Diện tích Khoảng cách Thể tích TT Tầng 2 3 Q (m3) (m ) (m) V (m ) 1 284 2 270 833 14 3887 3693 3 250 5165 20 53815 51124 4 230 8291 20 133333 126666 5 210 19503 20 277940 264043 6 190 32518 20 520210 494200 7 170 38361 20 708790 673351 8 150 48378 20 867390 824021 9 130 53442 20 1018200 967290 10 110 48589 20 1020310 969295 11 90 39461 20 880500 836475 Tổng 5.156 c) Chế độ làm việc, công suất, tuổi thọ mỏ - Chế độ làm việc: +Công tác khoan nổ mìn: 260 ngày/năm, 2 kíp/ngày, 6 giờ/kíp; +Công tác xúc bốc, chế biến, vận tải: 300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 8 giờ/ca.