Mỏ đồng Sin Quyền Lào Cai: đường đi từ quặng đồng tới đồng tấm

Mỏ đồng Sin Quyền nằm ở vùng Bát Xát, tỉnh Lào Cai, sát biên giới phía bắc, và là mỏ đồng lớn được khai thác công nghiệp của Việt Nam. Quặng ở đây là quặng đồng sunfua, chủ yếu là khoáng vật chancopyrit, đi kèm quặng sắt magnetit và một ít vàng, bạc. Đường đi từ đá quặng tới tấm đồng tinh khiết gồm bốn chặng: khai thác và nghiền, tuyển nổi thành tinh quặng, luyện hoả ra đồng thô, rồi tinh luyện và điện phân thành đồng tấm độ sạch rất cao.

Mỏ đồng Sin Quyền ở đâu và được phát hiện thế nào?

Sin Quyền nằm trong dải đứt gãy sông Hồng — một đới địa chất lớn chạy chéo từ Vân Nam (Trung Quốc) qua Lào Cai về đồng bằng. Dọc dải này, các hoạt động địa chất cổ đã đưa dung dịch nóng chứa đồng, sắt lên và để chúng kết tinh trong đá biến chất. Các đoàn địa chất Việt Nam phát hiện và thăm dò mỏ trong nửa sau thế kỷ 20; phải tới khoảng giữa thập niên 2000, mỏ mới được khai thác ở quy mô công nghiệp, cùng với một nhà máy luyện đồng xây ở Lào Cai.

Vùng quanh mỏ là núi cao, thung lũng sông Hồng hẹp, có nhiều cộng đồng người Dao, Giáy, Hà Nhì sinh sống. Mỏ lộ thiên có vách moong bậc thang — nhìn từ trên cao giống như một giảng đường khổng lồ khoét vào sườn núi.

Quặng đồng sunfua khác quặng đồng ôxít thế nào?

Đồng trong tự nhiên hiếm khi nằm ở dạng kim loại. Thường gặp hai nhóm quặng:

Sin Quyền chủ yếu là quặng sunfua nằm sâu. Hàm lượng đồng trong quặng nguyên khai chỉ khoảng một vài phần trăm hoặc thấp hơn — tức một tấn đá đào lên chỉ cho chừng vài chục ki-lô-gam đồng. Mọi công đoạn sau đó là để bỏ đi phần đá vô dụng và lưu huỳnh, sắt đi kèm.

Một nét đặc biệt của Sin Quyền là quặng chứa nhiều magnetit (ôxít sắt nhiễm từ). Thay vì bỏ đi, nhà máy tuyển có thể dùng nam châm thu hồi magnetit thành tinh quặng sắt — một sản phẩm phụ có giá trị.

Tuyển nổi đưa quặng đồng từ vài phần trăm lên tinh quặng giàu ra sao?

Tuyển nổi là phát minh quan trọng nhất của ngành mỏ đồng thế kỷ 20. Nguyên lý: làm cho hạt khoáng vật cần lấy "ghét nước" và bám vào bọt khí, còn hạt đá thì "ưa nước" và chìm xuống.

1. Nghiền mịn: quặng được đập rồi nghiền trong máy nghiền bi tới cỡ hạt như bột, để hạt chancopyrit tách rời khỏi đá.
2. Pha bùn quặng với nước và thêm thuốc tuyển: chất tập hợp bám chọn lọc lên bề mặt khoáng vật đồng, làm chúng kỵ nước; chất tạo bọt giúp bọt bền.
3. Sục khí trong máy tuyển nổi: hàng triệu bọt nhỏ nổi lên, kéo theo hạt khoáng vật đồng.
4. Gạt bọt: lớp bọt quặng trên mặt bể được gạt sang máng, lọc nước, sấy thành tinh quặng đồng.
5. Đuôi thải (đá nghiền mịn đã hết đồng) được bơm ra hồ chứa thải.

Sau tuyển nổi, tinh quặng đồng thường chứa khoảng 20–30% đồng, phần còn lại chủ yếu là sắt và lưu huỳnh. Từ vài phần trăm lên vài chục phần trăm — đó là bước nhảy giúp việc vận chuyển và luyện trở nên kinh tế.

Luyện hoả và điện phân biến tinh quặng thành đồng tấm thế nào?

Tinh quặng đồng sunfua được luyện qua các bước kế tiếp, nhiệt độ đều vượt ngưỡng chảy của đồng (khoảng 1.085 °C):

• Nấu chảy thành sten: tinh quặng nấu ở khoảng 1.200 °C với chất trợ dung chứa silic. Một phần sắt bị ôxi hoá, đi vào xỉ; phần còn lại thành sten đồng — hỗn hợp nóng chảy của sunfua đồng và sunfua sắt, nặng hơn xỉ nên chìm dưới.
• Thổi luyện: thổi không khí hoặc không khí giàu ôxi qua sten lỏng. Lưu huỳnh cháy thành khí SO₂, sắt còn lại vào xỉ. Sản phẩm là đồng thô (còn gọi "đồng bọt" vì mặt nổi bọt khi đông) chứa khoảng 98–99% đồng.
• Tinh luyện lửa: khử bớt ôxi và tạp chất, đúc thành tấm anốt.
• Điện phân tinh luyện: anốt đồng thô và tấm catốt được nhúng trong dung dịch đồng sunfat có axit. Dòng điện hoà tan đồng ở anốt và kết tủa đồng tinh khiết lên catốt. Tạp chất quý như vàng, bạc rơi xuống đáy bể thành bùn anốt, được thu hồi riêng.

Kết quả là đồng catốt độ tinh khiết khoảng 99,99% — loại đồng dùng kéo dây điện. Độ tinh khiết quan trọng vì chỉ một lượng nhỏ tạp chất cũng làm giảm đáng kể khả năng dẫn điện của đồng.

Khí SO₂ từ lò luyện đồng đi đâu?

Luyện quặng sunfua sinh ra rất nhiều khí SO₂ — chất gây mưa axit và hại đường hô hấp. Trước đây, ở nhiều nơi trên thế giới, khí này bị xả thẳng qua ống khói, để lại những vùng đồi trọc quanh lò luyện đồng. Nhà máy luyện đồng hiện đại thu khí SO₂ để sản xuất axit sunfuric, một hoá chất công nghiệp dùng cho phân bón và nhiều ngành khác. Với một nhà máy đồng, xưởng axit gần như là bắt buộc: vừa giảm ô nhiễm, vừa có thêm sản phẩm.

Các vấn đề môi trường còn lại cần theo dõi ở mọi vùng mỏ đồng gồm: hồ chứa đuôi thải (phải có đê bao an toàn, nhất là ở vùng núi mưa lớn), nước rỉ axit từ bãi đá thải chứa sunfua, và bụi từ khâu nghiền. Đây là những điểm mà cơ quan quản lý và người dân quanh mỏ hay quan tâm.

Đồng từ Sin Quyền đi vào đời sống thế nào?

• Dây và cáp điện: công dụng lớn nhất của đồng, nhờ độ dẫn điện chỉ thua bạc.
• Cuộn dây động cơ, máy biến áp: quạt điện, máy bơm, xe điện đều cần nhiều đồng.
• Ống đồng cho điều hoà, tản nhiệt.
• Hợp kim: đồng thau (đồng – kẽm), đồng thanh (đồng – thiếc) cho van, vòi, bạc lót.

Đồng là một trong những kim loại được tái chế nhiều nhất, vì nấu lại không làm giảm chất lượng. Nhưng nhu cầu tăng nhanh — nhất là từ điện mặt trời, điện gió, xe điện — nên đồng từ mỏ vẫn cần thiết.

Muốn xem quặng đồng tận mắt thì đi đâu?

Bảo tàng Địa chất (Hà Nội) có mẫu chancopyrit, malachit, azurit và nhiều quặng đồng Việt Nam — rất nên xem để phân biệt "vàng của kẻ ngốc" (pyrit, chancopyrit) với vàng thật. Bảo tàng tỉnh Lào Cai có tư liệu về khai khoáng vùng biên. Khu mỏ đang khai thác là khu vực công nghiệp có nổ mìn, xe tải nặng — chỉ vào khi có đoàn tham quan được phép, mặc đồ bảo hộ và đi theo hướng dẫn.