Trước thực trạng nguồn cát tự nhiên ngày càng cạn kiệt, giá thành tăng cao, kéo theo nhiều hệ lụy như khai thác cát trái phép trên các dòng sông, sạt lở bờ sông và ảnh hưởng đến môi trường, cát đồi đang dần trở thành một nguồn vật liệu thay thế có nhiều tiềm năng cho ngành xây dựng. Khai thác, tuyển rửa và chế biến cát đồi đang là hướng đi được nhiều doanh nghiệp tại các địa phương có nguồn tài nguyên khoáng sản phù hợp quan tâm.
>> Cao Bằng: Doanh nghiệp tiên phong khai thác cát đồi chất lượng cao
Nếu được đầu tư bài bản, cát đồi không chỉ góp phần bổ sung nguồn cung cát cho ngành xây dựng mà còn giúp doanh nghiệp tận dụng hiệu quả tài nguyên tại địa phương
Các mỏ cát đồi thường hình thành từ quá trình vận động, biến đổi địa chất trong thời gian dài, khi các lớp trầm tích cát, sỏi được tích tụ tại các thung lũng, lòng hồ, lòng sông cổ hoặc các khu vực địa hình thấp, sau đó được nâng lên trong quá trình kiến tạo. Vì vậy, loại vật liệu này có thể phân bố tại nhiều khu vực đồi núi và trung du. Một số địa phương được biết đến với nguồn cát đồi hoặc vật liệu trầm tích dạng này gồm Cao Bằng, Lạng Sơn, Hải Dương, Bắc Kạn, Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Ninh Thuận, An Giang...
Tuy nhiên, cát đồi có đặc điểm rất khác so với cát tự nhiên khai thác trực tiếp từ lòng sông. Trong thành phần nguyên khai thường chứa tỷ lệ đáng kể đất, bùn, sét, phù sa, chất hữu cơ, rễ cây và các tạp chất khác. Tỷ lệ các thành phần này thay đổi đáng kể tùy theo nguồn gốc địa chất, vị trí và thời gian hình thành của từng mỏ. Bề mặt các mỏ thường có lớp đất phủ và thảm thực vật dày hoặc mỏng khác nhau, do đó trước khi khai thác cần có phương án bóc phủ và xử lý phù hợp.
Bên cạnh đó, tỷ lệ giữa hạt cát, hạt sỏi và các cấp hạt có kích thước lớn cũng không giống nhau giữa các mỏ. Vì vậy, không thể áp dụng một phương án công nghệ duy nhất cho tất cả các nguồn cát đồi. Trước khi đầu tư dây chuyền khai thác và tuyển rửa, chủ đầu tư cần khảo sát địa chất, lấy mẫu đại diện, phân tích thành phần vật liệu và tiến hành các thử nghiệm thực tế trên thiết bị. Đây là cơ sở để xác định phương án công nghệ, công suất thiết bị và sơ đồ dây chuyền phù hợp, qua đó nâng cao hiệu quả thu hồi cát thành phẩm và giảm lượng vật liệu thải.
Sau khi được cấp phép khai thác, chủ đầu tư tiến hành bóc bỏ lớp đất phủ, thảm thực vật và các vật liệu không phù hợp trên bề mặt. Hỗn hợp cát, sỏi sau đó được khai thác bằng máy xúc, máy đào hoặc các thiết bị khai thác phù hợp với điều kiện thực tế của mỏ. Tuy nhiên, vật liệu nguyên khai sau khi đưa lên vẫn chưa thể sử dụng trực tiếp cho nhiều mục đích xây dựng do chứa nhiều tạp chất và chưa đáp ứng yêu cầu về thành phần hạt.
Do đó, cát đồi cần được xử lý bằng các công đoạn cơ học như cấp liệu, sàng phân loại, rửa, tách bùn đất và có thể nghiền đối với phần sỏi hoặc hạt có kích thước lớn. Sau quá trình tuyển rửa và phân loại, các sản phẩm cát, sỏi được thu hồi theo từng cấp hạt để cung cấp cho các nhu cầu sử dụng khác nhau.
Hạn chế của phương pháp rửa thủ công
Một phương pháp đang được áp dụng tại một số mỏ hiện nay là sử dụng vòi nước phun với áp lực cao để làm tơi đất, cát và sỏi, sau đó dùng máy xúc thu gom vật liệu. Phương pháp này có ưu điểm là thiết bị ban đầu tương đối đơn giản, nhưng tồn tại nhiều hạn chế khi áp dụng ở quy mô công nghiệp.
Việc phụ thuộc nhiều vào máy xúc khiến chi phí nhân công và nhiên liệu tăng cao. Đồng thời, lượng nước sử dụng lớn có thể cuốn theo một phần cát mịn ra ngoài nếu không có hệ thống thu hồi và tuần hoàn phù hợp. Quan trọng hơn, phương pháp này khó kiểm soát triệt để hàm lượng bùn, đất, sét và tạp chất hữu cơ trong sản phẩm cuối cùng. Vì vậy, cát sau rửa có thể không đáp ứng được yêu cầu đối với những loại bê tông có yêu cầu cao về chất lượng cốt liệu, đặc biệt khi các công trình áp dụng quy trình kiểm soát vật liệu nghiêm ngặt.
Khi nhu cầu xây dựng ngày càng tăng, các loại bê tông có cường độ cao được sử dụng phổ biến hơn, yêu cầu đối với cốt liệu cũng trở nên khắt khe hơn. Cát có hàm lượng tạp chất cao không chỉ ảnh hưởng đến cấp phối mà còn có thể tác động đến khả năng thi công và chất lượng bê tông. Đây chính là lý do các mỏ cát đồi ngày càng cần chuyển từ phương thức khai thác đơn thuần sang mô hình khai thác kết hợp tuyển rửa và phân loại chuyên nghiệp.
Sàng rung và hệ thống rửa cát – khâu quyết định chất lượng sản phẩm
Một trong những điểm khác biệt quan trọng của dây chuyền khai thác, tuyển rửa và phân loại cát đồi là việc kết hợp sàng rung phân loại với hệ thống rửa cát chuyên dụng. Sàng rung có nhiệm vụ phân chia vật liệu theo kích thước, đồng thời khi kết hợp với nước trên bề mặt sàng sẽ hỗ trợ quá trình tách đất, bùn và các tạp chất bám trên hạt cát.
Với biên độ và tần số rung phù hợp, vật liệu được phân tán và chuyển động liên tục trên mặt sàng. Dòng nước áp lực thích hợp giúp rửa sạch bề mặt hạt, trong khi các cấp hạt được phân loại thành những dòng sản phẩm riêng biệt. Nhờ đó, sản phẩm đầu ra có độ đồng đều cao hơn và thuận lợi hơn cho việc kiểm soát chất lượng.
Tuy nhiên, sau khi qua sàng, cát thành phẩm vẫn có thể chứa bụi mịn, bùn và một lượng tạp chất nhất định. Đặc biệt đối với những nguồn cát đồi có tỷ lệ đất sét và chất hữu cơ cao, chỉ sử dụng sàng rung thông thường có thể chưa đủ để tạo ra sản phẩm đáp ứng các yêu cầu khắt khe của ngành xây dựng.
Vì vậy, việc đầu tư hệ thống rửa cát có khả năng vừa làm sạch vừa phân loại cấp hạt đang trở thành một hướng công nghệ được nhiều doanh nghiệp quan tâm. So với các phương pháp rửa sử dụng guồng quay kiểu bánh xe hoặc trục vít xoắn truyền thống, hệ thống rửa kết hợp phân loại phù hợp có thể nâng cao khả năng tách bùn, đất và tạp chất, đồng thời kiểm soát tốt hơn sản phẩm cát sau xử lý.
Tại một số mỏ ở Hải Dương, Ninh Thuận và các địa phương khác, doanh nghiệp đã đầu tư các phương án rửa bằng guồng hoặc trục vít. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý phụ thuộc rất lớn vào đặc tính vật liệu đầu vào. Với những mỏ có hàm lượng đất, sét và tạp chất hữu cơ cao, nếu chỉ sử dụng một công đoạn rửa đơn giản thì sản phẩm đầu ra vẫn có nguy cơ còn nhiều tạp chất và khó đáp ứng những yêu cầu cao về chất lượng cốt liệu.
Dây chuyền công nghệ cần được thiết kế theo từng loại mỏ
Để xây dựng một dây chuyền khai thác và chế biến cát đồi hiệu quả, các thiết bị cơ bản thường bao gồm phễu hoặc hệ thống cấp liệu, cấp liệu rung, sàng rung phân loại, hệ thống rửa cát, băng tải và các thiết bị thu gom sản phẩm. Tùy theo đặc tính của từng mỏ, dây chuyền có thể được bổ sung các thiết bị tách bùn, thu hồi cát mịn, tuần hoàn nước hoặc xử lý phần vật liệu thải.
Đối với những mỏ có tỷ lệ sỏi và đá lớn, việc bổ sung máy nghiền cát trước công đoạn sàng phân loại là cần thiết. Phần sỏi có kích thước lớn sau khi nghiền sẽ được đưa trở lại hệ thống sàng để phân loại, từ đó tăng khả năng tận dụng nguồn nguyên liệu và nâng cao tỷ lệ thu hồi sản phẩm có giá trị.
Một dây chuyền được thiết kế tốt không chỉ hướng tới việc tạo ra cát sạch mà còn phải tối ưu tỷ lệ thu hồi, giảm lượng vật liệu thất thoát, tiết kiệm nước và năng lượng, đồng thời hạn chế lượng chất thải phát sinh. Đặc biệt, hệ thống tuần hoàn và xử lý nước thải cần được tính toán ngay từ khâu thiết kế để đáp ứng yêu cầu về môi trường và giúp giảm chi phí vận hành lâu dài.
BuilData
