Luận án Nghiên cứu công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam

Nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ QUÍ THẢO NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ QUẶNG TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ QUÍ THẢO NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ QUẶNG TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9.52.05.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS. BÙI XUÂN NAM 2. PGS.TS. VŨ ĐÌNH HIẾU Hà Nội - 2020
3. i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Lê Quí Thảo
4. ii LỜI CÁM ƠN Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Khai thác mỏ với đề tài “Nghiên cứu công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam” là kết quả của quá trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng của tác giả trong suốt thời gian qua với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các nhà khoa học trong ngành mỏ, bạn bè, đồng nghiệp và sự ủng hộ từ gia đình. Với tình cảm chân thành, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa Mỏ, Ban chủ nhiệm và tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Khai thác lộ thiên cùng các thầy, cô giáo trong Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, công tác và nghiên cứu. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Bùi Xuân Nam và PGS.TS. Vũ Đình Hiếu là 2 người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học đã luôn dành nhiều thời gian, công sức để hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các nhà khoa học, đặc biệt là PGS.TS.NGƯT Hồ Sĩ Giao, đã có nhiều gợi ý bổ ích cho NCS trong quá trình hoàn thành luận án. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới Phòng lộ thiên - Viện Khoa học Công nghệ mỏ, Viện Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Mỏ Luyện kim; các Sở TN&MT Bình Thuận, Ninh Thuận, Bình Định và Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam; các công ty khai thác titan trên toàn quốc và các đơn vị, cá nhân đã tạo điều kiện và cung cấp tài liệu, số liệu trong quá trình làm NCS. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp trong nước và quốc tế, đại gia đình đã luôn giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 24 tháng 08 năm 2020 Tác giả luận án Lê Quí Tháo
5. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................. ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................. viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... xii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ............................................................................. 5 TITAN sa khoáng và tầm quan trọng của nó ....................................................... 5 Khái quát chung về titan sa khoáng .............................................................. 5 Tầm quan trọng của titan sa khoáng ............................................................. 6 Các sản phẩm chính từ titan sa khoáng ........................................................ 8 TỔNG QUAN VỀ TITAN SA KHOÁNG TRÊN THẾ GIỚI ............................ 8 Titan sa khoáng trên thế giới ........................................................................ 8 Công nghệ khai thác titan sa khoáng trên thế giới ...................................... 14 Đánh giá chung về việc thu hồi titan sa khoáng trên thế giới..................... 16 TỔNG QUAN VỀ TITAN SA KHOÁNG VIỆT NAM .................................... 17 Tiềm năng titan sa khoáng Việt Nam ......................................................... 17 Titan sa khoáng khu vực Bình Thuận ......................................................... 21 Công nghệ khai thác titan sa khoáng tại Việt Nam .................................... 25 Những nghiên cứu về khai thác titan sa khoáng ven biển Việt Nam ......... 33 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG...................................................................................... 35 . PHÂN LOẠI CÁC MỎ TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM ...................................................................................................................... 36 2.1. PHÂN LOẠI MỎ THEO ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT .......................................... 36 2.1.1. Hình thái thân quặng ................................................................................... 37 2.1.2. Kích thước thân quặng ................................................................................ 37
6. iv 2.1.3. Thành phần vật chất .................................................................................... 37 2.1.4. Độ hạt khoáng vật quặng ............................................................................ 38 2.2. PHÂN LOẠI MỎ THEO ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN .................... 40 2.3. PHÂN LOẠI MỎ THEO QUY MÔ .................................................................. 42 2.4. PHÂN LOẠI MỎ THEO ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ KHAI THÁC ............... 45 2.4.1. Tổng quan công nghệ khai thác bằng sức nước .......................................... 45 2.4.2. Các sơ đồ công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển ........................... 48 2.4.3. Công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển ........................................... 50 2.4.4. Phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển việt nam theo đặc điểm công nghệ khai thác ........................................................................................................... 62 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG...................................................................................... 64 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM ............................................... 66 3.1. CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ QUẶNG TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM ...................... 66 3.1.1. Các sơ đồ công nghệ khai thác khả thi cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam .................................................................................................... 66 3.1.2. Xác định trình tự khai thác hợp lý cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam ........................................................................................................... 83 3.1.3. Xác định lượng nước cần thiết cho khai thác các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam .................................................................................................... 87 3.1.4. Đánh giá ổn định bờ mỏ cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam ................................................................................................. 94 3.1.5. Xác định phương án cải tạo và phục hồi môi trường các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam ...................................................................................... 101 3.1.6. Hiệu quả kinh tế khai thác các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam ............................................................................................... 104 3.2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI XÁC ĐỊNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ QUẶNG TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM . 106
7. v 3.2.1. Xây dựng sơ đồ khối xác định công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam .............................................................. 106 3.2.2. Xây dựng chương trình máy tính xác định công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam ........................................... 106 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG.................................................................................... 111 CHƯƠNG 4. ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM CHO MỎ TITAN SA KHOÁNG NAM SUỐI NHUM, TỈNH BÌNH THUẬN ..................................................................... 113 4.1. CÁC THÔNG TIN CỦA MỎ NAM SUỐI NHUM ........................................ 113 4.1.1. Đặc điểm địa chất mỏ ............................................................................... 113 4.1.2. Đặc điểm địa chất thủy văn ...................................................................... 113 4.1.3. Đặc điểm địa chất công trình .................................................................... 115 4.1.4. Các thông tin khác của mỏ nam suối nhum .............................................. 116 4.2. KẾT QUẢ ........................................................................................................ 116 4.2.1. Sơ đồ công nghệ khai thác ........................................................................ 116 4.2.2. Trình tự khai thác ...................................................................................... 122 4.2.3. Lượng nước cần thiết ................................................................................ 122 4.2.4. Ổn định bờ mỏ .......................................................................................... 124 4.2.5. Cải tạo, phục hồi môi trường .................................................................... 125 4.2.6. Hiệu quả kinh tế ........................................................................................ 125 4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG.................................................................................... 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ............................................... 129 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NGHIÊN CỨU SINH ................................. 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 130 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 137
8. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Sản lượng khai thác titan tại một số nước ............................................................. 7 Bảng 1.2. Thống kê trữ lượng quặng titan trên thế giới ........................................................ 8 Bảng 1.3. Tổng hợp phương pháp khai thác một số mỏ trên thế giới ................................. 16 Bảng 1.4. Trữ lượng, tài nguyên quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam....................... 18 Bảng 1.5. Thông tin các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam ........................................ 19 Bảng 1.6. Kết quả định tính thành phần quặng titan tỉnh Bình Thuận ................................ 23 Bảng 1.7. Trữ lượng và tài nguyên quặng titan tỉnh Bình Thuận ........................................ 24 Bảng 1.8. Bảng thống kế sản lượng trung bình các năm khai thác của một số mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam .................................................................................................. 29 Bảng 2.1. Đặc điểm ĐCTV của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam ...................... 40 Bảng 2.2. Phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo quy mô mỏ .............. 43 Bảng 2.3. Phân loại hệ thống khai thác sức nước của G.A. Nurôc ...................................... 46 Bảng 2.4. Phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo đặc điểm công nghệ khai thác ............................................................................................................................... 63 Bảng 3.1. So sách một số chỉ tiêu công nghệ khi sử dụng thiết bị Tamaclon ..................... 70 Bảng 3.2. Kích thước hố bơm .............................................................................................. 75 Bảng 3.3. Tốc độ vận tải đất đá trong ống ........................................................................... 80 Bảng 3.4. Xác định hệ số ma sát  bằng thực nghiệm ........................................................ 81 Bảng 3.5. Chỉ tiêu tiêu hao nước thực tế của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam khi khai thác theo sơ đồ công nghệ 1 ......................................................................................... 92 Bảng 3.6. Chỉ tiêu tiêu hao nước thực tế của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam khi khai thác theo sơ đồ công nghệ 3 ......................................................................................... 92 Bảng 3.7. Chỉ tiêu tiêu hao nước thực tế của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam khi khai thác theo sơ đồ công nghệ 5 ......................................................................................... 93 Bảng 3.8. Sự thay đổi độ ổn định phụ thuộc vào góc dốc bờ mỏ ........................................ 96 Bảng 3.9. Bảng chuẩn bị khối lượng mẫu với hàm lượng sét khác nhau ............................ 97 Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả đo các thông số khảo sát của tầng quặng (ở trạng thái khô, độ ẩm 0%) khi tỉ lệ sét thay đổi 5%, 10%, 15%, 20% .............................................................. 99 Bảng 3.11. Tổng hợp kết quả đo các thông số khảo sát của tầng quặng (ở trạng thái ẩm 15%) khi tỉ lệ sét thay đổi 5%, 10%, 15%, 20% ................................................................ 100
9. vii Bảng 3.12. Tổng hợp kết quả đo các thông số khảo sát của tầng quặng (ở trạng thái ẩm 30%) khi tỉ lệ sét thay đổi 5%, 10%, 15%, 20% ................................................................ 100 Bảng 3.13. Chi phí cải tạo, phục hồi môi trường thực tế của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam .................................................................................................................... 103 Bảng 4.1. Tổng hợp các giá trị đặc trưng của tầng chứa nước lỗ hổng ............................. 114 Bảng 4.2 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý trong tầng cát đỏ .................................................... 115 Bảng 4.3. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý trong tầng cát xám ................................................ 115 Bảng 4.4. Tổng hợp chủng loại và số lượng thiết bị - Sơ đồ công nghệ 1 ........................ 118 Bảng 4.5. Tổng hợp chủng loại và số lượng thiết bị - Sơ đồ công nghệ 3 ........................ 120 Bảng 4.6. Tổng hợp chủng loại và số lượng thiết bị - Sơ đồ công nghệ 5 ........................ 121
10. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Bản đồ khu vực khai thác titan sa khoáng tại Australia ...................................... 9 Hình 1.2. Khu vực mỏ Jacinth - Ambrosia, Australia ..................................................... 10 Hình 1.3. Bản đồ các vùng quặng titan sa khoáng tại Trung Quốc .................................. 11 Hình 1.4. Khai thác titan sa khoáng tại Richards Bay, Nam Phi ...................................... 12 Hình 1.5. Khai thác titan sa khoáng tại Mozambic bởi công ty Kenmare Resources ......... 13 Hình 1.6. Phương pháp khai thác ướt sử dụng tàu khai thác kết hợp ............................... 14 với các trạm tuyển nổi tại Phía Bắc đảo Stradboke ........................................................ 14 Hình 1.7. Phương pháp khai thác khô áp dụng tại mỏ Iluka Douglas, Victory, Australia .. 15 Hình 1.8. Bản đồ vị trí các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam .................................. 21 Hình 1.9. Hình ảnh phân tích mẫu titan sa khoáng khu vực Bình Thuận .......................... 22 Hình 1.10. Hình ảnh NCS thực thiện phân tích mẫu trên thiết bị XRD ............................ 23 Hình 1.11. Kết quả phân tích XRD mẫu titan sa khoáng Bình Thuận .............................. 23 Hình 1.12. Sơ đồ minh họa công nghệ khai thác titan, tuyển sơ bộ và thải cát ................. 26 Hình 1.13. Hệ thống bè vít xoắn tuyển thô tại mỏ titan Cương Gián, Hà Tĩnh ................. 27 Hình 1.14. Sơ đồ công nghệ tuyển thô quặng titan sa khoáng ......................................... 27 Hình 1.15. Công tác khai thác, tuyển sơ bộ và thải cát tại Bình Định .............................. 28 Hình 1.16. Tầng khai thác bị lở do chiều sâu khai thác lớn ............................................. 29 Hình 1.17. Minh họa trình tự khai thác, thải cát chưa hợp lý........................................... 30 Hình 1.18. Nguy cơ mất an toàn khi bờ mỏ bị trượt lở ................................................... 31 Hình 2.1. Trầm tích biển Halocen ở vùng Quảng Xương, Thanh Hóa ............................. 37 Hình 2.2. Trầm tích biển Pleistocen (cát đỏ) Ninh Thuận ............................................... 37 Hình 2.3. Phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo điều kiện địa chất .... 39 Hình 2.4. Phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo điều kiện địa chất thủy văn ......................................................................................................... 42 Hình 2.5. Phân loại mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo quy mô của mỏ ............. 44 Hình 2.6. Các sơ đồ HTKT theo phân loại của Giáo sư G.A. Nurôc ................................ 48 Hình 2.7. Sơ đồ tổng quát công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển ......................... 49