Luận án Đánh giá tiềm năng khoáng sản Kaolin vùng bắc bộ Việt Nam và định hướng sử dụng

Pegmatit; 5. Lớp phủ; 6. Đá phiến thạch anh biotit; 7. Quarzit Hình 3.4. Thân kaolin số 6 khu Yên Thái - Báo Đáp, Yên Bái (Lê Quang Hồ, 2005) 60 Hình 3.5. Sơ đồ địa chất thân kaolin số 6 khu Yên Thái - Báo Đáp (Lê Quang Hồ, 2005) 62 - Khu vực Phú Thọ: các mỏ, điểm kaolin phân bố ở tả ngạn sông Hồng và trường pegmatit Thạch Khoán, gồm các mỏ như Phương Viên, Đồi Đao, Hữu Khánh, Ba Bò, Mỏ Ngọt, Láng Đồng, Đồi Chiềng, Hang Dơi, Đoan Hùng, Vân Mộng, Chân Mộng + Vùng tả ngạn sông Hồng: các thân kaolin có chiều dài từ vài chục mét đến vài trăm mét, thường có dạng thấu kính, thấu kính phân nhánh kéo dài theo đường phương từ tây bắc - đông nam hoặc đông bắc - tây nam, góc dốc không ổn định. Các thân kaolin thường có chiều sâu phong hóa từ vài mét đến vài 40 - 50m, dày từ vài mét đến vài chục mét. Mặt cắt thân kaolin được thể hiện ở hình 3.6, hình 3.7. Chú thích: 1 2 3 4 1. Lớp phủ; 2. Pegmatit; 3. Pegmatit bán phong hóa; 4. Kaolin Hình 3.6. Thân kaolin số 8 mỏ Phương Viên, Phú Thọ (Trần Xuân Toản, 1971) Hình 3.7. Thân kaolin Dốc Kẻo, Phú Thọ (Nguyễn Hữu Tuệ, 2002) 63 + Khu vực Thạch Khoán (Phú Thọ): các thân kaolin phong hoá từ hơn 300 thể pegmatit xuyên cắt trầm tích biến chất tuổi Proterozoi hệ tầng Thạch Khoán và phân bố trên diện tích 1.000km2. Thân kaolin có dạng mạch, thấu kính phình ra tóp vào, dạng phân nhánh phức tạp và có ranh giới rõ ràng với đá vây quanh. Chiều dài của chúng thay đổi từ vài chục mét đến hơn 1.000m, rộng vài chục m đến hơn 60m, dày từ 10 - 50m. Ranh giới và mặt cắt thân kaolin khu vực Thạch Khoán được thể hiện ở hình 3.8 và hình 3.9. Hình 3.8. Ranh giới thân kaolin với đá vây quanh tại mỏ Hang Dơi, Thạch Khoán, Phú Thọ (ảnh Lê Đỗ Trí, 2013) 1. Hệ tầng Thạch Khoán; 2. Pegmatit gốc; 3. Pegmatit phong hóa yếu; 4. Kaolin; 5. Lớp phủ Hình 3.9. Thân kaolin mỏ Láng Đồng, Thạch Khoán, Phú Thọ (Nguyễn Tiến Dũng, 2009) 64 3.2.1.2. Phong hóa từ đá magma xâm nhập axit Trong vùng nghiên cứu, các thể granit phân bố rải rác ở nhiều nơi, nhưng tập trung ở vùng cao, địa hình phân cắt mạnh nên ít khi giữ lại được sản phẩm kaolin phong hóa. Các mỏ, điểm kaolin phong hóa từ đá granit hiện mới thăm dò, khai thác quanh các khối xâm nhập phức hệ Ngân Sơn ở Tuyên Quang. Các thân kaolin thường có dạng đẳng thước, chiều dài từ vài trăm mét đến ngàn mét, rộng 300 - 500 m, dày trung bình nhỏ hơn 10m, nằm dưới lớp đất trồng dày từ 0 - 3m và phủ trực tiếp trên lớp bán phong hóa của đá granit. Đới phong hóa và mặt cắt thân kaolin được thể hiện ở hình 3.10 và hình 3.11. Chú thích: I. Lớp phủ dày từ 0,5 đến 1,5m; II. Đới phong hóa mạnh dày từ 1 đến 4m; III. Đới phong hóa trung bình dày từ 0,5 đến 2m; IV. Granit. Hình 3.10. Ranh giới các đới phong hóa tại mỏ Đồng Bến, Tuyên Quang (ảnh Lê Đỗ Trí, 2014) 1. Phức hệ Ngân Sơn; 2. Hệ tầng Hà Giang; 3. Lớp phủ; 4. Đá phiến; 5. Kaolin; 6. Granit Hình 3.11. Thân kaolin mỏ Đồng Bến, Tuyên Quang (Lê Quang Hồ, 2010) 65 3.2.1.3. Phong hóa từ magma xâm nhập bazơ Các thân kaolin chủ yếu có dạng ổ hoặc thấu kính mỏng nằm ngang, chiều dày thường không duy trì và nằm dưới đới phong hóa mạnh có màu nâu, nâu vàng (do giàu Fe2O3), đôi khi cách bề mặt địa hình đến vài chục mét, thường nằm phủ trực tiếp trên bề mặt của khối gabro. Mặt cắt, đới phong hóa thân kaolin được thể hiện ở hình 3.12, hình 3.13. 1. Lớp thổ nhưỡng; 2. Đá phiến thạch anh - mica, đá sừng thạch anh - pyroxen; 3. Gabro, anocthosit (gabro diorit); 4. Kaolin; 5. Sét; 6. Đá phiến thạch anh; 7. Anocthosit Hình 3.12. Thân kaolin mỏ Phú Lạc, Đại Từ, Thái Nguyên (Phan Văn San, 2010) Chú thích: Ia. Lớp phủ; Ib. Kaolin phong hóa mạnh; II. Kaolin bán phong hóa Hình 3.13. Thân kaolin tại mỏ Nà Thức, Thái Nguyên (ảnh Lê Đỗ Trí, 2013) 3.2.1.4. Phong hóa từ magma phun trào axit Kaolin phong hóa từ loại đá này phân bố rộng rãi trong vùng nghiên cứu, trong nhiều đới cấu trúc khác nhau. Thân kaolin thường có dạng ổ, thấu 66 kính nhỏ. Mặt cắt thân kaolin thể hiện ở hình 3.14. 1. Trầm tích Đệ tứ; 2. Đá vôi; 3. Đá phiến silic; 4. Đá phiến sét; 5. Cát kết; 6. Keratophyr; 7. Kaolin; 8. Đứt gãy. Hình 3.14. Thân kaolin mỏ Bích Nhôi, Minh Tân, Hải Dương (Kiều Văn Giựa, 1966) 3.2.1.5. Phong hóa từ các đá trầm tích và biến chất: Đối với đá cát kết, bột kết, đá phiến, cuội sỏi kết giàu felspat, quá trình phong hóa tạo kaolin chủ yếu liên quan với kiểu địa hình đồi núi thấp có sườn thoải. 1. Hệ tầng Thần Sa; 2. Lớp phủ; 3. Sericit; 4. Cát kết; 5. Kaolin phong hóa từ đá phiến sericit; 6. Kaolin phong hóa từ cát kết Hình 3.15. Thân kaolin mỏ Khe Mo, Thái Nguyên (Vũ Kế Nghiệp, 1964) Theo mặt cắt, phần trên thường là lớp cuội sỏi thạch anh và laterit hoặc 67 đất trồng; tiếp đến là các lớp cuội sỏi phong hóa mạnh tạo nên những thấu kính kaolin, càng xuống sâu thì trong kaolin lẫn nhiều tàn dư của cuội sỏi chưa phong hóa. Chiều dày vỏ phong hóa kaolin phổ biến hơn 10m. Mặt cắt thân kaolin được thể hiện ở hình 3.15. 3.2.2. Hình thái thân kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi Các thân kaolin - pyrophylit xuyên cắt hoặc nằm trùng với hệ thống đứt gãy phương đông bắc - tây nam và có hình dạng khá phức tạp, phình ra tóp vào không có quy luật, góc dốc từ thoải đến 60 - 70o. 1. Hệ tầng Nà Khuất; 2. Hệ tầng Khôn Làng; 3. Tuf riolit daxit; 4. Bột kết; 5. Alunit; 6. Kaolin - pyrophylit. Hình 3.16. Thân kaolin - pyrophylit mỏ Cưa Đá - Tấn Mài, Quảng Ninh (Trần Quang Bình, 1985) Trong các thân quặng lớn đã xác định có sự phân đới theo chiều ngang và chiều thẳng đứng. Mặt cắt thân kaolin - pyrophylit thể hiện ở hình 3.16. 3.2.3. Hình thái thân kaolin tái trầm tích Các thân kaolin thường có dạng thấu kính, nằm ngang và nằm dưới bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng. Mặt cắt thân kaolin thể hiện ở hình 3.17. Từ kết quả nghiên cứu, tổng hợp các tài liệu địa chất nêu trên cho thấy, trong vùng nghiên cứu, các thân kaolin thường có dạng thấu kính, mạch và dạng ổ; trong đó dạng thấu kính phong hoá từ pegmatit thường có quy mô lớn. Về thế nằm, các thân kaolin có nguồn gốc tái trầm tích, phong hóa từ đá 68 biến chất, granit thường có góc dốc thoải (<300); còn phong hóa từ pegmatit, keratophyr, felsic và nhiệt dịch biến chất trao đổi thường cắm dốc (30 - 450) và rất dốc (45 - 800). 1. Lớp phủ; 2. Cát ; 3. Kaolin 4. Cát, cuội thạch anh Hình 3.17. Thân kaolin mỏ Minh Xương, Phú Thọ (Kiều Văn Giựa, 1964) 3.3. Đặc điểm chất lƣợng kaolin Chất lượng kaolin được quyết định chính bởi hàm lượng các oxyt có lợi và có hại là SiO2, Al2O3, Fe2O3. Trong đó, hàm lượng Al2O3 là thành phần quan trọng để đánh giá chất lượng kaolin, còn hàm lượng Fe2O3 là thành phần có hại làm giảm chất lượng kaolin. Hàm lượng SiO2 cao thì kaolin có hạt thô, kém dẻo và không mịn; hàm lượng Al2O3 cao thì kaolin có màu trắng, mịn, dẻo và có độ chịu lửa cao; hàm lượng Fe2O3 cao thì kaolin có màu vàng, hồng và làm giảm nhiệt độ nóng chảy, nhuộm màu kaolin trước và sau khi nung. Kaolin là khoáng chất công nghiệp nên việc xem xét đánh giá chất lượng không chỉ căn cứ vào thành phần có ích mà còn phải đánh giá các thành phần có hại chính theo yêu cầu của lĩnh vực sử dụng, cụ thể: đối với sản xuất gốm sứ, thành phần có ích chính là Al2O3, thành phần có hại chính là Fe2O3; đối với sản xuất VLCL, thành phần có ích chính là Al2O3, TiO2, thành phần có hại chính là Fe2O3. Để làm rõ đặc trưng biến đổi chất lượng kaolin theo các kiểu nguồn gốc khác nhau, NCS tiến hành tổng hợp, xử lý thống kê hàm lượng kết quả phân tích mẫu hóa các oxyt chính gồm SiO2, Al2O3 và Fe2O3 của kaolin thu hồi dưới rây 0,21mm bằng phần mềm Ecxel. 69 Ngoài các hàm lượng thành phần chính, chất lượng kaolin còn được quyết định bởi thành phần khoáng vật, tính chất kỹ thuật và công nghệ. Dưới đây là đặc điểm chất lượng kaolin tương ứng với từng kiểu nguồn gốc của kaolin vùng Bắc Bộ. 3.3.1. Kaolin nguồn gốc phong hóa 3.3.1.1. Kaolin phong hoá từ pegmatit Kaolin phong hoá từ pegmatit của các phức hệ khác nhau đều có đặc điểm chung là màu trắng xám, trắng phớt vàng, có thành phần khoáng vật phổ biến là kaolinit, thạch anh, mica, ít hơn là ilit, clorit, goethit Hàm lượng các thành phần SiO2 và Al2O3 cao, Fe2O3 thấp. Độ thu hồi kaolin dưới rây 0,21mm ở mức trung bình so với các loại kaolin nguồn gốc khác, thường dưới 40%. Kaolin phong hoá từ pegmatit thường biểu hiện rõ tính phân đới: đới phong hoá mạnh, trung bình và phong hóa yếu. Trong số các mỏ, điểm mỏ thuộc kiểu nguồn gốc này, mỏ được nghiên cứu chi tiết là mỏ kaolin Láng Đồng, thuộc xóm Đình, xã Thạch Khoán, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ và khu vực thuộc huyện Văn Yên - Chấn Yên, tỉnh Yên Bái. * Mỏ kaolin Láng Đồng: kết quả thăm dò đã khoanh nối được 3 thân kaolin phong hoá từ pegmatit phức hệ Tân Phương. Chiều dài các thân thay đổi từ 140m đến gần 1.000m. Chiều rộng từ vài m đến 110m. Kết quả nghiên cứu đã làm rõ đặc điểm thành phần vật chất, chất lượng kaolin mỏ Láng Đồng như sau: - Thành phần khoáng vật: kết quả phân tích mẫu trong các đới phong hoá trong thân kaolin cho kết quả: + Kaolin trong pegmatit phong hóa mạnh: thành phần khoáng vật chủ yếu là kaolinit 40 - 50%, thạch anh 40 - 50%, hyđromica 3 - 5%, ít goethit. Chiều dày đới từ 5 - 30m. + Kaolin trong pegmatit phong hóa trung bình: kaolin màu trắng hồng 70 nhưng hàm lượng hyđromica tăng 30 - 40%, thạch anh 40 - 50%, kaolinit giảm chỉ còn 10 - 12%, ít felspat 1 - 3%. Chiều dày đới từ 3 - 10m. + Đới phong hóa yếu: có chỗ còn những tảng pegmatit rắn chắc. Thành phần chủ yếu là thạch anh, felspat và muscovit. Chiều dày đới từ 3 - 10m. Trong phạm vi nội dung của luận án, NCS cùng các đồng nghiệp đã tiến hành phân tích mẫu kaolin phong hóa tại khu mỏ Láng Đồng và bước đầu xác định sự tồn tại của khoáng vật haloysit. Các phương pháp phân tích được sử dụng bao gồm phân tích SEM, TEM và XRD. Kết quả phân tích SEM cho thấy rằng trong các mẫu có khoáng vật dạng hình que, với chiều dài lên tới 5 micromet (hình 3.18-A). Các khoáng vật này nằm hỗn độn, đan xen nhau tạo thành những đám và chiếm một lượng khá lớn trong mẫu (hình 3.18-B). Hình thái cấu trúc dạng ống của khoáng vật haloysit này được thể hiện khá rõ trong kết quả phân tích TEM với phần rìa của cấu trúc ống có màu nhạt hơn so với phần trung tâm của ống (hình 3.19). Đặc điểm này đặc trưng cho cấu trúc dạng ống do khoảng cách phần trung tâm dày hơn phần rìa khi nhìn từ trên xuống. Trên cơ sở kết quả phân tích XRD (hình 3.20) của mẫu kaolin đối với độ hạt <2 micromet dưới các điều kiện thí nghiệm khác nhau như điều kiện nhiệt độ phòng, mẫu tẩm chất ethylene glycol (EG), nung tại nhiệt độ 3500 và 550 0 C cho thấy sự tồn tại của khoáng vật nhóm kaolin thể hiện qua các đỉnh điển hình 7,2-7,4 Ǻ, 4,4 Ǻ và 3,5 Ǻ. Giá trị peak ghi nhận 10,0 Å and 4,4 Å tại điều kiện nhiệt độ phòng cùng với sự chuyển dịch vị trí peak từ 7,4 đến 7,2 và 10,0 đến 10,6 Å dưới điều kiện tẩm EG chỉ ra sự có mặt của khoáng vật haloysit trong mẫu phân tích. Dưới điều kiện nung 3500C, các peak của haloysit dịch chuyển đến các peak của khoáng vật kaolinite đặc trưng (7,2; 4,4 và 3,5 Ǻ). Tại 5500C cấu trúc của các khoáng vật của nhóm kaolin (haloysit và kaolinit) bị phá hủy và bị chuyển thành dạng vô định hình. Như 71 vậy, dựa trên các kết quả phân tích ban đầu SEM, TEM và XRD cho thấy sự tồn tại của khoáng vật haloysit tại khu vực mỏ Láng Đồng, Phú Thọ. Kết quả nghiên cứu đã góp phần đánh giá đầy đủ về chất lượng kiểu kaolin phong hóa từ pegmatit. Theo kết quả lấy và phân tích mẫu đã xác định vị trí phân bố khoáng vật haloysit nằm ở tầng dưới của đới phong hóa mạnh và tầng trên của đới phong hóa trung bình (bảng 3.1). Đây là cơ sở quan trọng định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm góp phần sử dụng hiệu quả kaolin trong vùng nghiên cứu. Hình 3.18. Hình ảnh phân tích SEM của mẫu kaolin mỏ Láng Đồng, Phú Thọ (Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 2015) Hình 3.19. Hình ảnh phân tích TEM khoáng vật haloysit mỏ Láng Đồng, Phú Thọ (Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 2015) 72 (a- Nhiệt độ phòng, b- Tẩm EG, c- Tại 3500C và d- Tại 5500C) Hình 3.20. Kết quả phân tích XRD mẫu kaolin mỏ Láng Đồng, Phú Thọ (Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 2015) Bảng 3.1. Vị trí phân bố khoáng vật haloysit trong VPH phức hệ Tân Phương Đới phong hóa Khoáng vật chính Mạnh Kaolinit Haloysit Trung bình Kaolinit, felspat Yếu Felspat, ít kaolinit Đá gốc Felspat - Thành phần hóa học: kết quả tổng hợp và xử lý thống kê hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 dưới rây 0,21mm của 170 mẫu được trình bày trên hình 3.21 và bảng 3.2. 73 Hình 3.21. Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) Bảng 3.2. Kết quả xử lý thống kê hàm lượng các thành phần chính của kaolin mỏ Láng Đồng Thông số Hàm lượng (%) Hệ số biến thiên (%) Mức độ biến đổi Phân bố Min Max Trung bình Al2O3 21,29 35,99 29,16 10,39 Đồng đều Chuẩn SiO2 46,74 59,65 53,66 5,61 Đồng đều Chuẩn Fe2O3 0,32 1,28 0,72 24,58 Đồng đều Chuẩn Từ kết quả trình bày ở bảng trên cho thấy, kaolin phong hóa từ pegmatit phức hệ Tân Phương (mỏ Láng Đồng) có hàm lượng Al2O3, Fe2O3 tuân theo phân bố chuẩn. Hàm lượng SiO2 từ 46,74 - 59,65%, trung bình 53,66%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 5,61%); Al2O3 từ 21,29 - 35,99%, trung bình 29,16%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 10,39%); Fe2O3 từ 0,32 - 1,28%, trung bình 0,72%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 24,58%). Ngoài ra, hàm lượng các thành phần khác trong kaolin dưới rây 0,21mm gồm: Na2O từ 0,20 - 4,68%, trung bình 1,56%; K2O từ 0,20 - 4,91%, trung bình 2,76%; MKN từ 6,49 - 13,71%, trung bình 9,91%. * Khu Yên Thái - Báo Đáp, Yên Bái: trong khu vực đã khoanh định và 1 2 5 13 12 25 17 13 9 3 21.29 23.02 24.75 26.48 28.21 29.94 31.67 33.40 35.13 36.86 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (a) 1 6 14 20 33 12 7 7 0 1 0.37 0.48 0.59 0.69 0.80 0.91 1.01 1.12 1.23 1.33 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (b) 74 đánh giá được 16 thân pegmatit có bề dày từ 3,5 - 22,1 m, chiều dài từ 350 - 1.150 m, phần trên mặt hầu hết đã bị phong hoá tạo thành kaolin với độ sâu phong hoá từ 1 - 39m. Kaolin thường có màu trắng đục xen các đám, ổ màu vàng nhạt, ít đốm, vệt mỏng màu nâu sẫm; độ thu hồi dưới rây 0,21 mm thay đổi từ 42,90 - 74,20%, trung bình 58,78%. - Thành phần khoáng vật: kaolin có thành phần khoáng vật gồm kaolinit từ 24 - 28%, hydromica từ 13 - 16%, clorit ít - 5%, thạch anh từ 33 - 44%, felspat từ 5 - 19%, granat đã bị limonit hóa ít - 5%. - Thành phần hóa học dưới rây 0,21 mm (%): kết quả tổng hợp và xử lý thống kê hàm lượng Al2O3, Fe2O3 dưới rây 0,21mm của 77 mẫu được tổng hợp ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Kết quả xử lý thống kê hàm lượng các thành phần chính của kaolin khu vực Yên Thái - Báo Đáp Thông số Hàm lượng (%) Hệ số biến thiên (%) Mức độ biến đổi Phân bố Min Max Trung bình Al2O3 21,3 34,09 27,21 1,06 Đồng đều Chuẩn Fe2O3 0,15 1,65 0,73 54,00 Không đồng đều Chuẩn Từ kết quả trình bày ở bảng trên cho thấy, kaolin phong hóa từ pegmatit phức hệ Tân Hương (Khu Yên Thái - Báo Đáp) có hàm lượng Al2O3 từ 21,30 - 34,09%, trung bình 27,21%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 1,06%); Fe2O3 từ 0,15 - 1,65%, trung bình 0,73%, biến đổi thuộc loại không đồng đều (V = 54,0%). 3.3.1.2. Kaolin phong hóa từ đá magma xâm nhập axit Kaolin trong vỏ phong hóa các đá magma xâm nhập pha chính thành phần axit thường có màu vàng nâu, nâu nhạt, trắng phớt vàng. Thành phần khoáng vật phổ biến là kaolinit, thạch anh hạt nhỏ, mica, ít hơn có ilit, goethit, 75 montmorilonit Trong số các mỏ, điểm kaolin thuộc kiểu nguồn gốc này, mỏ được nghiên cứu chi tiết nhất là mỏ kaolin Đồng Bến, xã Long Phúc, huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang. * Mỏ kaolin Đồng Bến: tại mỏ chỉ có mặt đá magma xâm nhập thành phần axit phức hệ Ngân Sơn. Kết quả thăm dò đã xác định được thân kaolin có dạng đẳng thước, chiều dài 600 m, chiều rộng 500 m, dày trung bình 8,3 m, nằm dưới lớp đất trồng có bề dày từ 0 - 3m và phủ trực tiếp trên lớp bán phong hóa của đá granit. Kaolin màu trắng đục, trắng xám xen các ổ, đám có màu vàng nhạt. Độ thu hồi qua rây 0,21mm từ 23,90 - 95,8%. - Thành phần khoáng vật: các khoáng vật phổ biến trong kaolin nguyên khai là kaolinit từ 9 - 20%, montmorilonit rất ít, clorit từ 4 - 6%, ilit từ 6 - 22%, sạn thạch anh từ 32 - 50%, felspat từ 4 - 36%, goethit từ 2 - 6%. - Thành phần hóa học: kết quả tổng hợp và xử lý thống kê hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 dưới rây 0,21mm của tập mẫu chung của 98 mẫu được trình bày ở hình 3.22 và bảng 3.4. Hình 3.22. Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) 14 20 24 25 11 2 1 3 16.48 17.42 18.35 19.29 20.23 21.16 22.10 23.04 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (a) 3 8 34 22 18 4 6 4 0.66 0.83 1.00 1.18 1.35 1.52 1.69 1.87 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (b) 76 Bảng 3.4. Kết quả xử lý thống kê hàm lượng các thành phần chính của kaolin mỏ Đồng Bến Thông số Hàm lượng (%) Hệ số biến thiên (%) Mức độ biến đổi Phân bố Min Max Trung bình Al2O3 16,01 22,57 18,15 7,8 Đồng đều Chuẩn SiO2 60,42 74,72 69,23 3,9 Đồng đều Chuẩn Fe2O3 0,57 1,78 1,08 25,1 Đồng đều Chuẩn Từ kết quả trình bày bảng trên cho thấy, kaolin phong hóa từ magma xâm nhập thành phần axit (mỏ Đồng Bến) có hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 tuân theo phân bố chuẩn. Hàm lượng SiO2 từ 60,42 - 74,72%, trung bình 69,23%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 3,9%); Al2O3 từ 16,01 - 22,57%, trung bình 18,15%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 7,8%) ; Fe2O3 từ 0,57 - 1,78%, trung bình 1,08% và biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 25,1%). Ngoài ra, tổng hợp kết quả phân tích mẫu cho hàm lượng TiO2 từ 0,18 - 0,41%; CaO từ 0,15 - 0,76%; MgO từ 0,11 - 0,87%; K2O từ 0,05 - 3,39%; Na2O từ 0,05 - 3,34%; P2O5 từ 0,00 - 0,02%; SO3 < 0,01%; MKN từ 4,40 - 7,76%. 3.3.1.3. Kaolin phong hoá từ magma xâm nhập bazơ Kaolin có đặc điểm chung là màu xám, xám trắng, phớt vàng, đôi khi có những ổ rất trắng; mềm, mịn, ngấm nước khá dẻo. Thành phần khoáng vật phổ biến gồm kaolinit, montmorilonit, hematit, hydromica, hydrogoethit, clorit, gipsit, zeolit, dolomit, felspat, amphibol... Hàm lượng trung bình SiO2 và Al2O3 thấp, Fe2O3 cao; độ thu hồi qua rây 0,21mm cao hơn so với các loại kaolin nguồn gốc khác. Trong số các mỏ, điểm mỏ thuộc kiểu nguồn gốc này, mỏ được nghiên cứu chi tiết nhất là mỏ kaolin Phú Lạc, thôn Phương Nam 2, xã Phú Lạc, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. * Mỏ kaolin Phú Lạc: trong diện tích khu mỏ đã phát hiện được 2 thân 77 kaolin và nằm dưới lớp vỏ phong hóa dày thay đổi từ 7 - 38,5m. Các thân kaolin có dạng thấu kính kéo dài theo phương tây bắc - đông nam từ 130 - 400m, dày trung bình 9,9 - 10,3m. Tổng hợp kết quả nghiên cứu chất lượng kaolin như sau: - Thành phần khoáng vật: gồm kaolinit từ 21 - 72%, trung bình 62,50%; montmorilonit từ 0 - 9%, trung bình 4,50%, hydrobiotit + hydromuscovit + glauconit + ilit từ 8 - 14%, trung bình 10,70%; clorit từ 5 - 7%, trung bình 5,50%; hydrogoethit từ 0 - 7%, trung bình 4,3%. Độ thu hồi kaolin qua rây 0,21mm theo mẫu đơn từ 36,8 - 99,34%, trung bình 76,98%. Hình dáng, kích thước khoáng vật kaolin thể hiện ở hình 3.23. (a) (b) Hình 3.23. Hình ảnh phân tích SEM mẫu kaolin mỏ Phú Lạc, Thái Nguyên (Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, 2014) - Thành phần hóa học: kết quả tổng hợp và xử lý thống kê hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 dưới rây 0,21mm của tập mẫu chung (54 mẫu) được trình bày ở hình 3.24 và bảng 3.5. 78 Bảng 3.5. Kết quả xử lý thống kê hàm lượng các thành phần chính của kaolin mỏ Phú Lạc Thông số Hàm lượng (%) Hệ số biến thiên (%) Mức độ biến đổi Phân bố Min Max Trung bình Al2O3 21.38 38.58 28.98 15.19 Đồng đều Chuẩn SiO2 41.64 55.19 49.06 7.17 Đồng đều Chuẩn Fe2O3 0.95 2.95 2.01 30.69 Đồng đều Chuẩn Hình 3.24. Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) Từ kết quả trình bày ở bảng trên cho thấy, kaolin phong hóa từ magma xâm nhập thành phần bazơ (mỏ Phú Lạc) có hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 tuân theo phân bố chuẩn. Hàm lượng SiO2 từ 41,64 - 55,19%, trung bình 49,06%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 7,17%); Al2O3 từ 21,38 - 38,58%, trung bình 28,98%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 15,19%) ; Fe2O3 từ 0,95 - 2,95%, trung bình 2,01% và biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 30,69%). 3.3.1.4. Kaolin phong hóa từ magma phun trào axit Kaolin trong vỏ phong hóa các đá phun trào ryolit, ryolit porphyr, felsit 8 6 39 22 0 6 19 23.75 26.04 28.33 30.62 32.91 35.20 37.48 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (a) 8 22 11 22 17 8 11 1.14 1.47 1.80 2.14 2.47 2.80 3.14 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (b) 79 được xác định liên quan với hệ tầng Khôn Làng và hệ tầng Văn Chấn có tuổi từ Trias giữa đến Jura muộn. Kaolin thường có màu trắng, trắng xám phớt hồng, mịn. Thành phần khoáng vật phổ biến là kaolinit, hydromica, thạch anh vi tinh. Kaolin phong hoá từ đá phun trào axit biểu hiện rõ tính phân đới từ trên xuống dưới như sau: đới kaolin mầu hồng phân bố ở độ sâu từ 3 - 8m; đới kaolin màu trắng xám ở độ sâu từ 7 - 15m; đới kaolin mầu vàng lẫn hồng ở sâu 12 - 15m. Trong số các mỏ, điểm mỏ thuộc kiểu nguồn gốc này, mỏ được nghiên cứu chi tiết nhất là mỏ kaolin Minh Tân, Kinh Môn, Hải Dương. * Mỏ kaolin Minh Tân: gồm khu Bích Nhôi, Tử Lạc và Đồi Chè. Kết quả thăm dò đã xác định các thân khoáng dài từ 140 - trên 600m, rộng 35 - 270m, dày vài mét đến 25 - 40m. Kaolin thường màu hồng, trắng hồng, trắng phớt vàng. - Thành phần khoáng vật: các khoáng vật phổ biến trong kaolin nguyên khai là thạch anh vi tinh 53%; kaolinit 35 - 37%; mica 15 - 22%, ít metahalozit. Hình dáng, kích thước khoáng vật kaolin thể hiện ở hình 3.25. Hình 3.25. Hình ảnh phân tích SEM mẫu kaolin mỏ Minh Tân, Hải Dương (Trường Địa học Mỏ - Địa chất, 2015) - Thành phần hóa: kết quả phân tích mẫu hóa kaolin tương ứng với các đới từ trên xuống dưới như sau: 80 + Đới kaolin màu hồng: hàm lượng Al2O3 trung bình 19,5%; Fe2O3 trung bình 1,7%; K2O + Na2O gần 3%. + Đới kaolin màu trắng hồng: Fe2O3: 1,2%; Al2O3: 18%, K2O + Na2O: 2,4%. + Đới kaolin màu vàng và hồng: Fe2O3: 1,3 - 1,5%; Al2O3: 15 - 19%, K2O + Na2O: 2,6%. Để làm rõ đặc trưng chất lượng kaolin chung cho toàn thân khoáng, NCS đã tổng hợp, xử lý thống kê hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 dưới rây 0,21mm của tập mẫu chung. Kết quả nghiên cứu được trình bày trên hình 3.26 và bảng 3.6. Hình 3.26. Biểu đồ tần suất xuất hiện mẫu Al2O3 (a) và Fe2O3 (b) Bảng 3.6. Kết quả xử lý thống kê hàm lượng các thành phần chính của kaolin mỏ Minh Tân Thông số Hàm lượng (%) Hệ số biến thiên (%) Mức độ biến đổi Phân bố Min Max Trung bình Al2O3 13,51 20,00 17,02 7,32 Đồng đều Chuẩn SiO2 65,70 75,74 71,37 2,71 Đồng đều Chuẩn Fe2O3 0,50 1,96 1,27 22,83 Đồng đều Chuẩn Từ kết quả trình bày ở bảng trên cho thấy, kaolin phong hóa từ magma 1 3 11 22 42 10 8 3 13.97 14.90 15.83 16.76 17.68 18.61 19.54 20.46 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (a) 1 1 14 38 18 16 7 4 0.60 0.81 1.02 1.23 1.44 1.65 1.86 2.06 T ầ n s u ấ t (% ) Giá trị trung bình khoảng (b) 81 phun trào thành phần axit (mỏ Minh Tân) có hàm lượng Al2O3, SiO2, Fe2O3 tuân theo phân bố chuẩn. Hàm lượng SiO2 từ 65,70 - 75,74%, trung bình 71,37%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 2,71%); Al2O3 từ 13,51 - 20,0%, trung bình 17,02%, biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 7,32%) ; Fe2O3 từ 0,50 -1,96%, trung bình 1,27% và biến đổi thuộc loại đồng đều (V = 22,83%). 3.3.1.5. Kaolin phong hóa từ đá trầm tích và biến chất Kaolin thường có màu trắng, trắng xám, độ hạt thô. Thành phần khoáng vật: kaolinit, hydromica, thạch anh, limonit. Thành phần hóa học đặc trưng cho kiểu mỏ này là hàm lượng Al2O3 thấp, SiO2 và Fe2O3 cao. Độ thu hồi qua rây 0,21mm thấp hơn so với các loại kaolin nguồn gốc khác. Trong số các mỏ, điểm mỏ thuộc kiểu nguồn gốc này, mỏ được nghiên cứu chi tiết nhất là mỏ kaolin Khe Mo, thuộc xã Khe Mo, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên * Mỏ Khe Mo: kết quả thăm dò đã xác định được 04 thân kaolin có dạng ổ, dạng thấu kính là sản phẩm phong hóa từ cát, bột kết sericit hệ tầng Thần Sa. Các thân có chiều dài từ 150m - 550m, rộng từ 15m - 80m và dày từ 0,5 - 8m. Kaolin màu trắng phớt vàng, trắng xám; độ thu hồi kaolin qua rây 0,21mm theo mẫu đơn rất thấp, từ 0,57 - 37,37%, trung bình 15%. - Thành phần khoáng vật: kaolin có thành phần khoáng vật gồm kaolinit từ 60 - 80%; thạch anh từ 7 - 13%, ngoài ra còn có