Báo cáo KHOÁNG sản PHI KIM LOẠI phần I carbonat

Đá cacbonat là đá thuộc nhóm khoáng sản vật liệu xây dựng, với nhiều loại đá cacbonat khác nhau: đá vôi, dolomit, sét vôi, tuf vôi…Thành phần đá cacbonat là nhân tố quyết định giá trị sử dụng của chúng. Phần lớn các lĩnh vực công nghiệp đều ưu sử dụng đá cacbonat có thành phần đồng nhất. Và được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như: dùng làm sản xuất chất dính kết, làm vật liệu xây dựng… Cacbonat được thành tạo trong các kiểu mỏ: cacbonatit, nhiệt dịch, phong hóa, trầm tích, biến chất. Ở Việt Nam đá vôi khá phổ biến song phân bố không đều, phần lớn đá vôi công nghiệp phân bố ở phía Bắc còn ở phía Nam thì đá vôi hiếm chất lượng kém. Đá cacbonat có các phân vị địa tầng có tuổi từ cổ đến trẻ. Sau đây sẽ đi tìm hiểu kỹ về đá cacbonat.

Phần I ĐÁ CACBONAT

MỞ ĐẦU

Đá cacbonat là đá thuộc nhóm khoáng sản vật liệu xây dựng, với nhiều loại đá cacbonat khác nhau: đá vôi, dolomit, sét vôi, tuf vôi…Thành phần đá cacbonat là nhân tố quyết định giá trị sử dụng của chúng Phần lớn các lĩnh vực công nghiệp đều ưu sử dụng đá cacbonat có thành phần đồng nhất Và được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như: dùng làm sản xuất chất dính kết, làm vật liệu xây dựng… Cacbonat được thành tạo trong các kiểu mỏ:

cacbonatit, nhiệt dịch, phong hóa, trầm tích, biến chất

Ở Việt Nam đá vôi khá phổ biến song phân bố không đều, phần lớn đá vôi công nghiệp phân bố ở phía Bắc còn ở phía Nam thì đá vôi hiếm chất lượng kém Đá cacbonat có các phân vị địa tầng có tuổi từ cổ đến trẻ Sau đây sẽ đi tìm hiểu kỹ về đá cacbonat

Chương 1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM

ĐỊA HÓA KHOÁNG VẬT

I Lịch sử nghiên cứu

Đá cacbonat là một trong những loại đá được loài người sử dụng sớm nhất Người ta đã sử dụng các tảng đá to làm các tường thành vững trãi ( tường thành nhà Hồ - Thanh Hóa), các tiểu quách hay các lăng mộ cổ

Việc nghiên cứu lịch sử của đá cacbonat hiện tại vẫn khá ít tài liệu về lịch

sử liên quan đến chúng Có thể nói đá cacbonat đã được sử dụng rất lâu đời

II Đặc điểm địa hóa khoáng vật

Đá cacbonat là một nhóm gồm nhiều loại đá: đá vôi, đolomit, đá phấn, đá macnơ, đá hoa ( đá trắng) đá cẩm thạch và một số loại đá khác

1 Đá vôi.

Đá vôi là 1 loại đá có nguồn gốc trầm tích và chủ yếu có thành phần CaCO3 >95% ngoài ra còn có lẫn 1 số tạp chất khác như dolomit, thạch anh, opal, siderit, casedoan, kaolin và apatit

Trong 95% CaCO3 ( CaO>56,04%, CO2 = 43,96%) trong đá vôi tùy thuộc vào các tạp chất mà người ta phân ra các loại đá vôi khác nhau Tùy theo hàm lượng MgO

Ví dụ: Nếu như trong đá vôi có chứa hàm lượng

MgO = 1,7 % thị gọi là đá vôi bị dolomit hóa

MgO = 1-10% thì gọi là đá vôi dolomit

MgO = 10-17% thì gọi là đá vôi nhiều dolomit

Nếu như trong đá vôi chứa nhiều tạp chất gọi là vôi sét trong đá vôi tùy theo hàm lượng của sét có tên gọi khác nhau

Ngoài ra để gọi tên đá vôi t heo lĩnh vực sử dụng của nó cụ thể là:

Hàm lượng %

Cách gọi tên thứ 3: đá vôi còn được gọi tên theo kiến trúc theo độ hạt

- Đá vôi hạt lớn nếu đá vôi có d >0,5mm

- Đá vôi hạt nhỏ nếu đá vôi có d = 0,1 - 0,05 mm

- Đá vôi hạt vừa nếu đá vôi có d = 0,5 – o,1 mm

- Đá vôi hạt mịn nếu đá vôi có d = 0,05 – 0,01 mm

- Đá vôi hạt ẩn tinh nếu đá vôi có d < 0,01mm

Ngoài ra chúng ta còn gặp đá ôi có nguồn gốc hữu cơ cơ màu trắng, xám trắng, đôi khi có màu xanh đỏ

2 Đá đolomit

Cũng là loại đá có nguồn gốc trầm tích là chủ yếu, trong thành phần cơ bản của chúng chủ yếu là dolomit CaMg(CO3)2> 95% trong đó ( Hàm lương MgO = 21 -42%) ngoài ra trong dolomit thường lớn manhetit, sidesit, ankenit, opan, canxedoan, halit, thạch cao ngòa ra còn lẫn thêm photphorit

Đặc điểm khác biệt giữa dolomit với đá vôi là khó sủi bọt với axit và chúng thường có màu hồng cứng hơn vôi

3 Đá phấn

Là loại đá vôi màu trắng mềm CaCO3>= 95% ngoài ra trong thành phần còn chứa ít rong tảo

4 Đá trắng ( đá vôi trắng)

Đá trắng hay là đá vôi trắng đây là loại đá của nhóm đá cacbonat màu trắng Thành phần chủ yếu canxi (CaCO3) độ trắng tự nhiên >= 85% Đá trắng không riêng gì có màu trắng toàn phần mà còn nhiều khi trên thị trường hiện nay chúng ta không ghép vào nhóm này độ cứng 3, tỷ trọng 2,6 – 2,8 khi phân tích hóa hàm lượng CaO =56%, CO2= 44%

ở Việt Nam đá trắng chủ yếu gọi cho đá hoa thành phần khá tinh khiết Trong thành phần của nó đặc trăng là CaO=>55% ngoài ra trong thành phần còn lẫn các loại tạp chất với hàm lượng rất nhỏ của các oxit kim loại, axit silic, nhôm, magie, natri, kali, titan…

5 Đá macnơ

Đây là loại đá trung gian giữa đá vôi và đá sét và trong thành phần của chúng 20-70% CaCO3, 20 - 70% khoáng vật sét Khi các khoáng vật sét có hàm lượng ít hơn đá vôi thì gọi là đá vôi sét, nếu như đá macno trong thành phàn của

nó có 75 – 80% là vôi , thành phần còn lại 20-25% là sét đây là loại đá lý tưởng phục vụ cho công nghiệp xi măng Chính vì vậy nếu tự nhiên có hàm lượng như thế này gọi là đá macno xi măng

Đặc trưng của đá macno: thường sáng màu, hạt nhỏ, mịn, thành phần khá đồng nhất và đặc biệt độ hạt càng nhỏ ở dạng ẩn tinh thì chất lượng của đá làm

xi măng càng tốt

6 Đá cẩm thạch

Là một loại đá trong nhóm đá cacbonat * chính là đá vôi bị biến chất động lực biến chất nhiệt độ tiếp xúc mà thành Đá thường có màu xanh da trời gọi là đá cẩm thạch

Trong thành phần của chúng chủ yếu CaCO3 ít hơn là MgCa(CO3)2, ngoài

ra còn lắm thạch anh, hematit, dinit, granat, tuanmalin, pyrit

7 Đặc điểm của nhóm nguyên liệu Cacbonat

Tính đồng nhất về thành phần nó quyết đinh giá trị sử dụng của nguyên liệu khoáng

Các tính chất cơ lý như: độ bền, độ lỗ rỗng, tính cách điện, nhiệt độ nóng chảy, độ chịu lạnh, đều ảnh hưởng rất lớn đến khả năng sử dụng của chúng cũng

là 1 trong những chỉ tiêu quyết định đến giá trị của nguyên liệu khoáng

Là nguyên liệu khoáng của cacbonat khi sử dụng chủ yếu được gia công

cơ học: đập, nghiền

Ít bị ra công bằng các phương pháp nhiệt, hóa học

Chương II CÔNG DỤNG VÀ YÊU CẦU CÔNG

NGHIỆP

Nhóm đá cacbonat được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực chính sau

- Sản xuất vật liệu xây dựng

- Sản xuất chất kết dính

- Sản xuất bột cacbonatcanxi

- Phục vụ cho công nghiệp luyện kim ngoài ra còn phục vụ rất nhiều cho lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp,

1 Phục vụ sản xuất vật liệu xây dựng ( chiếm 60%)

Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng các nguyên liệu của nhóm này được sử dụng nhiều nhất là đá vôi, đá dolomit và đá cẩm thạch Vì thế, khi nghiên cứu nhất thiết phải đánh giá độ bền cơ học của chúng Tùy theo từng lĩnh vực sử dụng mà người ta đưa ra các tiêu chuẩn tương đương theo yêu cầu của lĩnh vực đó

Đặc biêt về đá ốp lát thì chúng ta phải nghiên cứu thêm tính trang trí của chúng

đó là máu sắc, ánh, khả năng đánh bóng và độ thu hồi nguyên liệu đó

*) Việt Nam

- Tiêu chuẩn cho các đá phục vụ sản xuất vật liệu xây dựng

a) Sản xuất vật liệu xây dựng

Hình ảnh đá vôi dùng làm đá đổ bê tông

- Cường độ kháng nén >= 300kg/cm2 Trong đó đối với bê tông max

300-400 và bê t ông có độ kháng nén 300-4000-5000kg/cm2 thì người ta yêu cầu nguyên liệu đá cacbonat phải đạt cường độ khánh nén 800-1300kg/cm2

Độ bền cơ học của đá: được quy định cho từng lĩnh vực sử dụng phục vụ cho đặc thù của từng ngành

Nếu nghiên cứu nguyên liệu đá cacbonat phục vụ cho xây dựng đường ô

tô thì nhất thiết phải thí nghiệm độ mài mòn lăn quay

Đối với đá cabonat sử dụng làm đá ốp lát trang trí của VN yêu cầu:

Tính nguyên khối cho từng loại đá nếu đá vôi trắng hoặc màu xám trắng 0,5-2m3, nếu như đá màu đen 0,2 -12m3 và độ thu hồi của cả 1 loại đá này phải đạt 20 – 30 %

*) Đá ốp lát

- Cường độ kháng nén >=500kg/cm2

- Hệ số hóa mềm >= 0,7%

- Hệ số bóng >= 90%

- Hàm lượng các tạo chất lẫn trong đá <1%

- Sức tô điểm của đá

Nếu nghiên cứu được xếp vào mức tô điểm cao là loại đá hoa màu trắng hoặc đá vôi đen tuyền và đá màu xanh lơ, xanh lục, đá óc ngựa và một sô loại

đá vôi màu sắc sặc sỡ

Sức tô điểm vừa hay trung bình là loại đá hoa màu trắng nhưng lại có vân

rõ, đá hoa màu xám thuần màu

Đá hoa trắng sử dụng làm đá ốp lát

2 Sản xuất chất kết dinh

Chủ yếu sử dụng dá vôi, đá phấn và đá macno, đôi khi người ta cũng sử dụng đá dolomit nhưng rất ít

Trong nung vôi chủ yếu dùng đá vôi, đá phấn

Trong xi măng được dùng chủ yếu : đá vôi, đá macno, cùng có thể người

ta dùng đến đá phấn, nếu trong đá macno có thành phần đủ theo yêu cầu công nghiệp – macno vôi

Trong sản xuất xi măng nhất thiết phải tính modun silic, hệ số bão hòa

*) Trong công nghiệp sản xuất vôi

Trong sản xuất vôi chủ yếu người ta dùng đá vôi và đá phán ngoài ra cũng sử dụng đến đá dolomit đây là các loại đá có hàm lượng của canxit cao >= 80-90% các tạp chất khác có nhưng hàm lượng rất nhỏ 5-20%

*) Trong công nghiệp sản xuất xi măng

Đây là ngành công nghiệp sử dụng nguyên liệu của nhóm đá cacbonat nhiều nhất chủ yếu sử dụng đá vôi, macno, phấn, các đá sử dụng trong công nghiệp xi măng yêu cầu:

- Hàm lượng CaO=40%

- Hàm lượng MgO <=3,5%

Ngoài 2 hợp phần này trong đá có thể lẫn Al2O3; SiO2; FeO và các hợp phần có hại quy định

Đối với đá vôi: Na2OH2O<=1 %

SO3<= 1-3%

P2O5<= 0,04%

Đối với đá sét vôi: SO3<=5%

Tổng Na2O +K2O <= 3,5 – 4 % Ti<= 2%

P2O5<= 6 % Nếu như là đá macno thì người ta chỉ quy định hàm lượng của sét nhỏ nhất 25%, vôi lớn nhất 80%

*) Ở Việt Nam

Đối với đá cabonat làm nguyên liệu xi măng người ta quy định

CaO>=51%

MgO< 3,5%

Độ cứng <= 4,5 ( dolomit) Chú ý: trong quá trình sản xuất xi măng người ta phải tính đến mudun silic hệ số bão hòa

Trong clanke thì có phương pháp ướt và phương pháp khô

+) Yêu cầu chất lượng công nghiệp đá nhóm cacbonat đối với một số ngành sử dụng nguyên liệu này.

Ngành

Thành

Phần

%

Luyện

kim Nhôm Niken canxiBột Sx sôđa Sx đấtđèn đườngCN GiấyCN Công nghiệp

xmăng

3 Các lĩnh vực sử dụng khác

a Trong công nghiệp hóa học

Đối với công nghiệp hóa thì người ta dùng đá vôi sạch đê sản xuất xoda

và sản xuất bột canxi, ngoài ra người ta còn dùng 1 số các lĩnh vực khác phục

vụ công nghiệp hóa học nhưng mà các chỉ tiêu sử dụng người dùng đưa ra

b Trong công nghiệp ăn uống.

- Đá cacbonat được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp sản xuất đường, chính

đá cacbonat là chất tẩy làm cho đường sạch

c Ngoài ra đá cacbonat còn được sử dụng trong công nghiệp thủy tinh, công nghiệp sơn và lĩnh vực công nghiệp khá

Chương III CÁC LOẠI HÌNH MỎ CÔNG

NGHIỆP

Đá cacbonat xuất hiện ở nhiều loại hình mỏ ngốc trong vỏ trái đất từ nội ngoại cho đến biến chất sinh

Những mỏ của đá cacbonat xuất hiện trong mỏ trầm tích là chủ yếu ít hơn

là mỗi cacbonattit nhiệt dịch

1 Mỏ cacbonatit

Đây là loại hình mỏ mà sự thành tạo của chúng khá phức tạp về thành phần chúng liên quan đất các đá xâm nhập siêu bazo, kiềm, xong các tích tụ cacbonat thành tạo theo kiểu cacbonatit khối lượng khá lớn, chất lượng khá tốt

2 Mỏ đá cacbonat nhiệt dịch

Kiểu mỏ này gồm các thành hệ dolomit vôi bị biến đổi, thành hệ canxit mạch và thành hệ tradin Thành phần hóa học của dolomit trong thành hệ

dolomit vôi bị biến đổi thường không ổn định và chúng được dùng sản xuất đá hộc, dăm…

Thân quặng dạng biếu, thấy kính, vỉa phức tạp Loại hình mỏ này ít có giá trị công nghiệp Các mro travectin bao gồm các vỉ travectin và đá hộc dạng dải dùng sản xiaats vật liệu xây dựng, đá ốp lát, phôi liệu xi măng, thành phần của travectin: ankinit – aragonit

3 Kiểu mỏ phong hóa

Thuộc nhóm này có các mỏ dolomit dạng bột hình thành do kết quả phong hóa các đá dolomit đặc sit Nguyên liệu ở dạng bở xốp dùng bón ruộng trực tiếp không cần nghiền ít phổ biến

4 Mỏ cacbonat trầm tích

Mỏ trầm tích của các đá nhóm cacbonat có ý nghĩa và phổ biến hơn cả, từ

mỏ này người ta có thể khai thác các loại đá khác nhau để phục vụ công nghiệp

Mỏ hình thành bằng các con đường khác nhau: trầm tích cơ học, hóa học, sinh hóa Dù trầm tích bằng con đường nào đá có giá trị: đá vôi, dolomit,

macno

*) Điều kiện kết tủa CaCO 3

Trong tự nhiên các đá cacbonat lắng đọng: do mất CO2 trong nước, các phản ứng kết tủa, do sự bốc hơi của dung dịch, do hoạt động của sinh vật

*) Do mất CO 2 : như chúng ta đã biết lượng CO2 tan trong nước nó đã làm tăng độ tan CaCO3 và chúng sẽ phân giải CaCO3 chính vì thế khi lượng CO2

giảm đã gây nên sự kết tủa cacbonatcanxi , và giảm áp xuất thủy tĩnh trong nước hoặc có thể làm giảm atm khí quyển, làm tăng nhiệt độ cho dung dịch

*) Muốn tăng nhiệt độ chính là do các dòng đối lưu dẫn tới giải phóng

CO2 Do hoạt động của núi lửa dưới biển và nhiều khi chúng được cung cấp do các dòng nhiệt gottoc trong lòng Do sự bốc hơi của nước cũng làm cho nồng độ CaCO3 kết tủa

Trong môi trường nước các phản ứng liên tục sảy ra giữa sự tương tác các chất và cacbonat kết tủa do có sự xúc tác tạo nên

*) Hoạt động visinh vật

Đây là quá trình trầm tích sinh hóa do vi khuẩn hoạt động và chúng phân hủy hợp chất hữu cơ đưa ra biển tạo ra NH3 sau đó tác dụng CaCO2 tạo nên cacbonat amoni rồi kết hợp sunfat canxi tạo nên cho ta cacbonat canxi

NH3+H2O=NH4(OH)

NH2(OH) +CO2 = (NH)4)2CO3 + H2O

[NH4]2CO3 + CaSO4 =CaCO3 + (NH4)2SO4

Ngoài các trường hợp nêu trên tại CaCO3 còn được thành tạo bằng nhiều phương thức khác nhau, chính vì thế tạo cho ta tầng đá vôi khá dầy trong biển

Thân khoáng thường có dạng vỉa, vỉa phức tạp, dạng biếu thấu kính, và các thân đá cacbonat thành tạo trong điều kiện địa máng thường có bề dày kém

ổn định và bị phức tpaj hóa với các phá hủy kiến tạo về sau

Còn được thành tạo trong điều kiện nền bề mặt dầy ổn định và biến đổi phức tạp cho đặc điểm của quá trình trầm tích mà các vùng trầm tích cacbonat thường có cấu tạo phân dị

Chương IV ĐẶC ĐIỂM CÁC KIỂU NGUỒN GỐC

MỎ CACBONAT ĐIỂN HÌNH Ở VIỆT NAM

1 Vị trí địa tầng chứa đá vôi và đá hoa

Theo kết quả đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1: 1.000.000 – 1: 50000 và kết quả tìm kiếm, thăm dò đá carbonat trên lãnh thổ nước ta, hiện có hơn 90 đơn vị địa tầng chứa đá vôi, đá hoa trải rộng và có tuổi khá liên tục từ Arkei đến Kainozoi

- Thành tạo Arkei ( AR): các lớp, thấu kin sh đá hoa, calcifyr nằm xen kẽ trong đá phiến thạch anh – biotit – silimanit… thuộc hệ tầng Daklo phân bố với diện tích không lớn ở phía tây BÌnh Định và Gia Lai Đây là trầm tích biến chất chứa đá caarrbonat cổ nhất ở nước ta

- Thành tạo Paleo – Meso Proterozoi: Phân bố rải rác ở vùng Đông Bắc

và Tây Nguyên với kiểu mặt cắt trầm tích biến chất chứa đá hoa tremolit ĐIển hình cho các thành tạo này là hệ tầng Chiêm Hóa, hệ tầng Núi Con Voi, hệ tầng Thạch Khoán phân bố ở phú thộ, tuyên quang, Yên Bái, Lào Cai, Hòa BÌnh, hệ tầng Tắc Pỏ ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên

- Các thành tạo Neo Ptrerozoi – Cambri dưới: thường gặp đá hoa đi cùng với đá phiến sét tạo nên các phân vị địa tầng như hệ tầng An Phú ở Tuyên Quang, Yên Bái, Hà Giang, hệ tầng Sa Pa ở Lào Cai, Yên Bái, hệ tầng Đá Đinh

ở Lào Cai hệ tầng Chư Sê ở Gia Lai

- Các thành tạo Cambri, Cambi – Ordocvi, Cambri – Silur: phân bố rộng rãi ở vùng Đông Bắc, Tây Bắc và Nam Trung Bộ, gồm 9 hệ tầng chứa đá hoa,

đá vôi bị hóa và đá vôi : hệ tầng Cam Đường, Hà Giang, Sông Mã, Chang Pung, Bến Khế, Hàm Rồng, A Vương, Đak Long và hệ tầng Phong Hanh

- Các thành tạo Ordovic, Ordovic – Silur và silur: gồm 5 hệ tầng có thành phần đặc trưng là trầm tích lục nguyên chứa đá vôi, đá vôi sét: hệ tầng Luxia, Sinh Vinh, Xuân Sơn, Đại Giang và hệ tầng Bó Hiềng

Các thành tạo Devon , Devon – Carbon: phân bố rộng rãi ở vùng Đông Bắc, Tây Bắc và Bắc Trung Bộ, gồm 39 đơn vị địa tầng chứa đá vôi, đá vôi sét ,

đá vôi hữu cơ dạng trứng cá, đá vôi bitum, đá vôi silic: hệ tầng Cốc Xô, Đại Thị, Đèo Bén, Mỏ Nhài, Mia Lé, NÀ Đon, Bản Thăng, Bó Mới, Nậm Pìa, Phia Khao, Pia Phương, Hà Giang, Si Phai, Sông Cầu, Sông Mua, Tràn Kênh, Bản Páp, Hạ Lang, Hồ Tam Hoa, HUổi Lôi, Khao Lộc, Mục Bài, Nà Xe Băng

Hiêng, XÓm Nha, Bản Cải, Cao Quản, Con Voi, Khe Ảng, Phong Nha, Phong Sơn và hệ tầng Tốc Tác

- Các thành tạo Carbon, Carbon – Permi, Permi: phân bố rộng rãi trên lãnh thổ nước ta, gồm 15 hệ tầng chứa đá vôi, đá vôi hữu cơ, đá vôi trứng cá, đá vôi tái kết tinh, đá vôi dolomit hóa, đá vôi sét: hệ tầng Bắc Sơn, Cát Bà, La Khê, Lũng Nậm, Đá Mài, Sông Đà, Đak lin, Cam Lộ, Hà Tiên, Bãi Cháy, Bản Diệt, Cẩm Thủy, Đồng Đăng, Hớn Quan và hệ tầng Khe Giữa