Mỏ kim cương lớn nhất thế giới: Mir, Jwaneng, Orapa, Argyle và Diavik

Những mỏ kim cương lớn nhất thế giới phần lớn nằm trên các lõi lục địa cổ ở Siberia, miền nam châu Phi, bắc Canada và Tây Úc: Mir và Udachnaya ở Yakutia (Nga), Jwaneng và Orapa ở Botswana, Diavik và Ekati ở Canada, Argyle ở Tây Úc (đã đóng cửa năm 2020). Mỗi mỏ là một ống kimberlit hay lamproit riêng, có câu chuyện phát hiện riêng và một bài toán đào riêng. Bài này đi qua chúng bằng con mắt địa chất mỏ, không bàn giá trị hay thị trường.

Bản đồ nhanh các mỏ lớn

Bảng dưới chỉ ghi những thông tin đã được công bố rộng rãi; số đo chiều sâu, đường kính là xấp xỉ và thay đổi theo thời gian khai thác.

Theo các báo cáo hằng năm của Cục Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS), Nga, Botswana, Canada và Cộng hoà Dân chủ Congo nhiều năm liền nằm trong nhóm sản lượng kim cương khai thác hàng đầu. Riêng Congo có sản lượng carat lớn nhưng tỷ lệ đá cấp công nghiệp cao.

Mir: cái hố giữa vùng băng giá Siberia

Tháng 6 năm 1955, một đoàn địa chất Liên Xô lần theo hạt garnet pyrop trong sỏi suối ở Yakutia và tìm thấy ống kimberlit đặt tên là Mir, nghĩa là "hoà bình". Cùng năm, ống Udachnaya ở phía bắc cũng được phát hiện. Hai phát hiện mở ra cả một tỉnh kim cương ở Siberia.

Đào ở đây là cuộc vật lộn với khí hậu. Mùa đông nhiệt độ xuống dưới âm 40 độ, đất đóng băng vĩnh cửu cứng như đá, mùa hè lớp mặt tan thành bùn. Người ta phải nổ mìn cả đất đóng băng, dựng nhà máy tuyển trên móng chống lún. Hố lộ thiên Mir được đào dần thành hình phễu bậc thang sâu khoảng 525 m, rộng khoảng 1,2 km, trở thành một trong những hố mỏ lớn nhất do người đào.

Đến năm 2001, đào lộ thiên sâu hơn không còn hợp lý vì phải bóc quá nhiều đá thải, mỏ chuyển xuống hầm lò. Năm 2017 hầm lò Mir bị nước ngầm tràn vào, gây tai nạn chết người, và khu hầm lò ngừng hoạt động. Mir là ví dụ điển hình cho đời sống một ống kimberlit: lộ thiên khi còn nông, hầm lò khi đã sâu, và nước ngầm luôn là kẻ thù.

Jwaneng và Orapa: kim cương dưới cát Kalahari

Botswana gần như phủ kín bởi cát sa mạc Kalahari, có nơi dày hàng chục mét. Ống kimberlit giấu dưới đó, không lộ một vết nào trên mặt. Các nhóm thăm dò từ cuối thập niên 1950 phải tìm hạt chỉ thị trong lớp cát mỏng ở rìa sa mạc rồi lần dần vào trong. Câu chuyện thường được kể là ở Jwaneng, gò mối đã giúp người ta: mối đào sâu lấy đất sét ẩm, mang lên mặt cả những hạt garnet, ilmenit từ đá bên dưới.

Orapa được phát hiện năm 1967, chỉ một năm sau khi Botswana giành độc lập, và đi vào khai thác năm 1971. Ống Orapa có diện tích bề mặt hơn trăm hecta, thuộc loại lớn nhất thế giới. Jwaneng được phát hiện vài năm sau, khai thác từ năm 1982, và thường được giới ngành xếp vào nhóm mỏ giàu nhất thế giới tính theo giá trị sản lượng. Cả hai do Debswana, liên doanh giữa nhà nước Botswana và De Beers, vận hành.

Với địa chất mỏ, Jwaneng thú vị vì nó không phải một ống mà là một cụm ba ống nhập vào nhau ở gần mặt, mỗi ống có hàm lượng và đặc điểm đá khác nhau. Lập kế hoạch đào phải tính riêng từng khối.

Argyle: lamproit và những viên đá nâu, hồng

Ống AK1 ở vùng Kimberley, Tây Úc, được phát hiện năm 1979 sau khi nhóm thăm dò lần theo hạt kim cương nhỏ trong suối nhánh. Đá chứa là lamproit, loại đá trước đó ít ai nghĩ có thể nuôi một mỏ lớn. Argyle khai thác lộ thiên từ năm 1985, chuyển sang hầm lò vào thập niên 2010 và đóng cửa tháng 11 năm 2020 khi quặng kinh tế cạn.

Theo công bố của Rio Tinto, Argyle đã cho tổng cộng hơn 800 triệu carat trong khoảng 37 năm. Phần lớn là kim cương nhỏ màu nâu, từng bị coi là chỉ dùng cho công nghiệp. Một tỷ lệ rất nhỏ có màu hồng đến đỏ, nguồn kim cương hồng chủ yếu của thế giới trong nhiều thập niên. Màu hồng và nâu ở Argyle được giải thích là do biến dạng dẻo trong mạng tinh thể khi đá nằm ở vùng đai tạo núi, chứ không do tạp chất.

Sau khi đóng cửa, khu mỏ được tháo dỡ và phục hồi cảnh quan theo kế hoạch đóng mỏ, đồng thời trao trả quyền sử dụng đất cho các cộng đồng thổ dân sở tại. Đây là một phần của câu chuyện một mỏ lớn mà ít ai kể.

Diavik và Ekati: đào dưới đáy hồ Bắc Cực

Đầu thập niên 1990, sau gần mười năm lần theo hạt chỉ thị theo hướng băng hà kéo đất đá, hai nhà địa chất Chuck Fipke và Stewart Blusson tìm ra ống kimberlit ở vùng hồ Lac de Gras, bắc Canada. Cuộc đổ xô đăng ký quyền thăm dò sau đó thuộc loại lớn nhất lịch sử Canada. Mỏ Ekati mở năm 1998, Diavik năm 2003.

Đặc điểm ở đây: các ống kimberlit nằm dưới đáy hồ. Băng hà đã bào phần kimberlit mềm thành lòng chảo, nước tràn vào thành hồ. Ở Diavik, người ta đắp đê bao quanh một phần hồ, bơm cạn nước rồi mới đào lộ thiên ngay trên đáy hồ cũ, sau đó chuyển xuống hầm lò. Nhiên liệu và vật tư nặng chủ yếu được chở vào bằng con đường mùa đông chạy trên các mặt hồ đóng băng, mỗi năm chỉ mở khoảng hai tháng.

Mỏ ở Bắc Cực đặt ra những câu hỏi môi trường riêng: cá trong hồ, tuần lộc di cư, nước thải mỏ. Các mỏ Canada phải lập kế hoạch giám sát và đóng mỏ từ trước khi mở, có sự tham gia của các cộng đồng bản địa trong vùng.

Đời sống một mỏ kim cương: từ lộ thiên xuống hầm lò

Hầu như mỏ kim cương gốc nào cũng đi qua các giai đoạn giống nhau, vì hình phễu của ống quyết định:

1. Lộ thiên: bóc đất phủ, đào bậc thang xoáy vào ống. Càng sâu, thành hố phải càng thoải để khỏi sạt, nên lượng đá thải tăng nhanh hơn lượng quặng.
2. Chuyển tiếp: khi tỷ lệ đá thải trên quặng quá lớn, mỏ dừng lộ thiên. Đây là quyết định kỹ thuật lớn nhất trong đời mỏ.
3. Hầm lò: đào giếng và lò bằng bên dưới đáy hố, dùng các phương pháp như phá sập khối, để khối quặng tự vỡ dần và rơi xuống điểm tháo. Phương pháp này hợp với ống kimberlit dạng ống đứng.
4. Đóng mỏ: lấp, ổn định thành hố, xử lý bãi thải và nước, trả lại đất. Hố cũ thường thành hồ nước sâu.

Một chi tiết ít người để ý: kim cương sa khoáng, như ở bờ biển Namibia hay sỏi sông Ấn Độ thời cổ, khai thác theo cách hoàn toàn khác, xúc sỏi và tuyển chứ không đào sâu vào đá gốc. Bài về sa khoáng đá quý ở danh mục "Đá quý sinh ra thế nào" đã kể kỹ phần này.

Góc nhìn hôm nay: tìm hiểu mỏ kim cương có trách nhiệm

Từ năm 2003, kim cương thô buôn bán quốc tế giữa các nước thành viên phải đi kèm chứng nhận của Quy trình Kimberley, cơ chế ra đời để ngăn kim cương xung đột. Danh mục "Khai thác có trách nhiệm" bàn sâu cơ chế này và giới hạn của nó.

Người muốn tìm hiểu tiếp có thể:

• Đọc báo cáo hằng năm về kim cương công nghiệp và đá quý của USGS (Mineral Commodity Summaries), có số liệu sản lượng theo nước.
• Tra trang Mindat.org theo tên mỏ, có danh sách khoáng vật và tài liệu địa chất từng ống.
• Xem ảnh vệ tinh miễn phí các hố Mir, Jwaneng, Diavik: nhìn từ trên cao mới thấy hết hình phễu bậc thang và các đê chắn hồ.