Đặc điểm thành phần vật chất và đặc tính công nghệ dolomit khu vực tỉnh hà nam và khả năng sử dụng trong sản xuất gạch không nung

Xuất phát từ thực trạng đó, việc nghiên cứu, đánh giá các đặc tính kỹ thuật của dolomit ở Việt Nam nói chung và khu vực tỉnh Hà Nam nói riêng nhằm đáp ứng mục đích sản xuất vật liệu xây

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 - KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4

1.1.1 Vị trí địa lý 4

1.1.2 Đặc điểm địa hình 4

1.1.3 Khí hậu thủy văn 5

1.1.4 Đặc điểm kinh tế - xã hội 5

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 6

1.2.1 Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản 6

1.2.2 Đặc điểm địa chất khu vực 8

Chương 2 - TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

2.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DOLOMIT 11

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11

2.1.2 Ở Việt Nam 14

2.2 HỆ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

Chương 3 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM DOLOMIT KHU VỰC 19

TỈNH HÀ NAM 19

3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, THẠCH HỌC- KHOÁNG VẬT 19

3.1.1 Đặc điểm địa chất các mỏ dolomit 19

3.1.2 Đặc điểm thạch học – khoáng vật 21

3.2 ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN HÓA HỌC 26

3.3 ĐỘ HOẠT TÍNH ( ĐỘ HÚT VÔI) 27

Chương 4 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG TỪ DOLOMIT KHU VỰC TỈNH HÀ NAM 28

4.1 NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA 28

4.1.1 Nguyên liệu 28

4.1.2 Các loại phụ gia 28

4.2 THỦ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI LIỆU TỐI ƯU 29

4.3 THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC NÉN VÀ ĐỘ ẨM TẠO HÌNH SẢN PHẨM GẠCH 34

4.3.1 Thử nghiệm lựa chọn độ ẩm phối liệu và tạo hình sản phẩm 34

4.3.2 Thử nghiệm lựa chọn lực nén tạo hình 36

4.4 BẢO DƯỠNG SẢN PHẨM 40

4.5 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA GẠCH KHÔNG NUNG TỪ DOLOMIT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ địa chất và phân bố các mỏ dolomit khu vực Hà Nam 10

Hình 3.4 Đặc điểm thạch học của mẫu dolomit khu vực Thung Hoàng

Khiêm (mẫu HN7)

23

Hình 3.6 Đặc điểm thạch học của mẫu dolomit khu vực Tượng Lĩnh( Mẫu

TL1)

24 Hình 3.7.Đặc điểm thạch học của mẫu dolomit khu vực Thung Hoàng

Khiêm (mẫu HN6/2)

25 Hình 3.8a Giản đồ phân tích nhiễu xạ rơnghen mẫu dolomite khu vực

Thành Bồng (mẫu HN9 )

26

Hình 4.1 Đồ thị so sánh độ hút nước của các sản phẩm thử nghiệm với các

kiểu tỷ lệ phối trộn khác nhau

34 Hình 4.2 Đồ thị so sánh độ cường độ kháng nén của các sản phẩm thử

nghiệm với các kiểu tỷ lệ phối trộn khác nhau 34 Hình 4.3 Đồ thị so sánh cường độ kháng uốn, kháng nén của các sản phẩm

thử nghiệm với tỷ lệ phối trộn phụ gia khác nhau

35 Hình 4.4 Ảnh hưởng của độ ẩm tạo hình đến khối lượng thể tích và cường

độ sản phẩm (phối liệu theo kiểu GD11)

38 Hình 4.5 Biểu đồ tương quan giữa cường độ kháng nén và lực nén tạo hình 40 Hình 4.6 Biểu đồ tương quan giữa khối lượng thể tích và lực nén tạo hình 40

Hình 4.9 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất gạch không nung từ dolomit

khu vực Hà Nam

44

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Đặc điểm thành phần khoáng vật các mẫu dolomit khu vực tỉnh Hà

Nam………

24

Bảng 2 Kết quả thành phần hóa học và độ hoạt tính dolomit khu vực Hà Nam 26

Bảng 3.Kết quả phân tích độ hút vôi mẫu dolomit khu vực Hà Nam 27

Bảng 4 Thành phần hoá học của vôi nung Kiện Khê……… 29

Bảng 5 Đặc điểm kỹ thuật chết kết dính kiểu dolomit + vôi……… 30

Bảng 6 Đặc điểm kỹ thuật chết kết dính kiểu dolomit + vôi+ xi măng……… 31

Bảng 7 Đặc điểm kỹ thuật chết kết dính kiểu dolomit + vôi+ cát 32

Bảng 8 Kết quả thử nghiệm các đặc trưng cơ lý của mẫu sản phẩm thử nghiệm 32 Bảng 9 Kết quả đặc trưng cơ lý của sản phẩm gạch không nung ở các tỷ lệ khác nhau………

36 Bảng 10 Kết quả xác định các chỉ tiêu cơ lý của sản phẩm gạch không nung với lực nén khác nhau………

38 Bảng 11 Kết quả thử nghiệm gạch không nung từ dolomit khu vực Hà Nam… 41

MỞ ĐẦU

Sử dụng vật liệu xây dựng không nung (VLXKN) đã trở thành xu thế chung của các nước trên thế giới Ở Trung Quốc, đến năm 2010 vật liệu xây dựng kiểu mới chiếm tỷ lệ hơn 55%; ở Anh, VLXKN đang chiếm 60% trong tổng số vật liệu xây … Theo quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng tại Việt Nam đến năm

2020, nhu cầu sử dụng vật liệu xây tương ứng khoảng 42 tỷ viên gạch quy chuẩn Nếu đáp ứng nhu cầu này bằng gạch đất sét nung sẽ tiêu tốn khoảng 57 đến 60 triệu m³ đất sét, tương đương với 2.800 đến 3.000 ha đất nông nghiệp; tiêu tốn từ 5,3 đến 5,6 triệu tấn than, thải ra khoảng 17 triệu tấn khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính Điều này ảnh hưởng đến an ninh lương thực, an ninh năng lượng, mất cân bằng sinh thái,

và hơn nữa nó còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trong, ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Đánh giá đúng được xu thế phát triển tất yếu của ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, ngày 28/4/2010, Thủ tướng chính phủ ra quyết định số 567/QĐ-

TT về việc phê duyệt chương trình phát triển vật liệu xây dựng không nung 2010

Và trong quy hoạch tổng thể phát triển ngành công nghiệp vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và chương trình phát triển vật liệu xây không nung đến năm

2020 đã đặt ra mục tiêu đưa tỷ lệ sử dụng vật liệu không nung lên 20- 25% vào năm

2015 và 30- 40% vào năm 2020, tiến tới xóa bỏ hoàn toàn cơ sở sản xuất gạch đất nung bằng lò thủ công

Hiện nay, công nghệ sản xuất vật liệu xây dựng không nung đã mang lại nhiều kết quả tích cực như: tận dụng được nhiều nguồn nguyên liệu rẻ tiền hiện có tại các vùng miền, tạo ra được nhiều loại vật liệu xây dựng (VLXD) có giá thành thấp

Kết quả đề tài “ Đánh giá tiềm năng một số khoáng sản phi kim loại (phụ gia xi măng, nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng không nung, sericit) trên địa bàn tỉnh Yên Bái và đề xuất công nghệ khai thác chế biến” Nguyễn Ánh Dương, Kiều

Quý Nam và nnk trong năm 2012-2013 cho thấy dolomit có những đặc tính kỹ thuật

và có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng không nung

Xuất phát từ thực trạng đó, việc nghiên cứu, đánh giá các đặc tính kỹ thuật của dolomit ở Việt Nam nói chung và khu vực tỉnh Hà Nam nói riêng nhằm đáp ứng mục đích sản xuất vật liệu xây dựng không nung là rất cần thiết, không chỉ có ý nghĩa khoa học, mà còn có ý nghĩa thực thực tiễn, đề xuất thêm nguồn nguyên liệu mới cho sản xuất vật liệu xây dựng không nung góp phần phát triển công nghiệp địa phương, phát triển vật liệu xây dựng thân thiện môi trường phù hợp với xu thế của thời đại, tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải

Vì những lẽ trên, học viên đã lựa chọn đề tài “Đặc điểm thành phần vật chất và đặc tính công nghệ của dolomit khu vực tỉnh Hà Nam và khả năng sử dụng trong sản xuất gạch không nung” làm luận văn của mình

Mục tiêu của luận văn

Làm rõ các đặc điểm thành phần vật chất, đặc tính công nghệ và khả năng sử dụng của dolomit ở khu vực Hà Nam cho sản xuất gạch không nung

Luận văn được trình bày với những nội dung chính sau :

 Khái quát về khu vực nghiên cứu

 Tổng quan về tình hình nghiên cứu dolomit và hệ phương pháp nghiên cứu

 Một số đặc điểm của dolomit khu vực Hà Nam

 Khả năng sử dụng dolomit khu vực tỉnh Hà Nam trong sản xuất gạch không nung

Cơ sở tài liệu

Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu thu thập và sử dụng các số liệu nghiên cứu của đề tài « Nghiên cứu khả năng sử dụng dolomit chất lượng thấp

ở khu vực Hà Nam và Ninh Bình trong sản xuất vật liệu không nung » do viện Địa chất chủ trì và tác giả là một thành viên của đề tài

Chương 1 - KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1.1 Vị trí địa lý

Tỉnh Hà Nam nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, phía Đông giáp Hưng Yên

và Thái Bình, phía Nam giáp Nam Định và Ninh Bình, phía Tây giáp Hòa Bình có toạ độ như sau:

1050 45' - 1060 10' Kinh độ đông

200 21' - 200 43' Vĩ độ bắc Tỉnh Hà Nam bao gồm 6 đơn vị hành chính: thành phố Phủ Lý (tỉnh lỵ của tỉnh), các huyện Duy Tiên, Kim Bảng, Lý Nhân, Thanh Liêm và Bình Lục

Hà Nam là tỉnh cửa ngõ phía nam của thủ đô Hà Nội Nằm gần vùng kinh tế trọng điểm ở phía Bắc gồm nhiều tỉnh không có loại khoáng sản này như: Thái Bình, Hưng Yên, Nam Định và thủ đô Hà Nội, có các tuyến quốc lộ 1A, 21A, 21B,

38 và tuyến đường sắt Bắc-Nam chạy qua Đây là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế-xã hội nói chung và đối với sự phát triển công nghiệp khai khoáng sản xuất vật liệu xây dựng, bởi lẽ tỉnh có nguồn khoáng sản làm vật liệu xây dựng rất phong phú với chất lượng tốt

với hướng địa hình chính ở Việt Nam

1.1.3 Khí hậu thủy văn

Điều kiện khí hậu mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng và ẩm ướt Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23oC, nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất là tháng 1 khoảng 13 – 15oC và cao nhất là tháng 6 hoặc tháng 7 khoảng 29oC Lượng mưa trung bình năm từ 1700 – 2200 mm, song không đều tập trung 70% vào mùa

hạ từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô kéo dài từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau ít mưa khô lạnh

Hệ thống sông ngòi dày đặc với lượng nước khá dồi dào Một số con sông lớn như sông Đáy, sông Hoàng Long, sông Hồng, sông Châu với hướng chảy chính là tây bắc – đông nam Ngoài ra còn một số con sông nhỏ như sông Vạc, chi lưu của sông Đáy, một số sông do con người tự đào đắp như sông Nhuệ, sông Sắt, sông Nông Giang Bên cạnh hệ thông sông là các hồ, đầm có cảnh quan rất đẹp, nằm trong quần thể các núi đá vôi Nước ngầm dồi dào và chất lượng phục vụ cho đời sống và sản xuất Nước ngầm cũng là một yếu tố quan trọng trong thành tạo địa hình karst ngầm

1.1.4 Đặc điểm kinh tế - xã hội

a Dân cư

Theo số liệu thống kê năm 2009, dân số của khu vực là 1.683.516 người, phần lớn sống ở nông thôn, một số ít ở thành thị Trình độ dân trí, trình độ văn hóa xã hội của dân cư phát triển khá cao, thu nhập và đời sống của đa số dân cư đã được cải thiện và nâng cao đáng kể Với nguồn lực con người có truyền thống lao động cần

cù, hiếu học, ham hiểu biết và giàu sức sáng tạo trong phát triển kinh tế, mở mang văn hóa xã hội Đây là một nguồn lực đặc biệt quan trọng đối với phát triển kinh tế

xã hội của khu vực

b Kinh tế

Công nghiệp: Khu vực nghiên cứu có tiềm năng và thế mạnh phát triển công nghiệp vật liệu xây dựng với sản phẩm chủ chốt là xi măng, đá, thép, vôi, gạch… Bên cạnh đó còn phát triển các ngành công nghiệp khác như công nghiệp chế biến lượng thực thực phẩm, công nghiệp dược phẩm và tiểu thủ công nghiệp Các ngành nghề thủ công nghiệp truyền thống đã có từ lâu đời như thêu ren, đá mỹ nghệ, dệt chiếu, đan lát mây tre, nghề mộc…

Nông nghiệp: Nhân dân trong vùng chủ yếu trồng lúa, ngô, khoai, đậu, lạc và chăn nuôi gia súc, gia cầm Nhờ điều kiện tự nhiên thuận lợi, dân cư có tập quán canh tác lúa và chăn nuôi lâu đời, lại được sự quan tâm và đầu tư thích đáng về giống, thuỷ lợi…nên sản lượng lương thực ngày càng tăng, mức sống của nhân dân ngày được nâng cao

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.2.1 Lịch sử nghiên cứu địa chất và khoáng sản

Lịch sử nghiên cứu địa chất khoáng sản trên địa bàn tỉnh Hà Nam đã được tiến hành từ trước năm 1954, nhưng trong giai đoạn này chưa có công trình nào đề cập tới trữ lượng cũng như chất lượng và giá trị sử dụng của khoáng sản tỉnh Hà Nam Công tác tìm kiếm thăm dò khoáng sản sớm nhất ở Hà Nam là các báo cáo thăm dò đá vôi Kiện Khê của Phạm Văn Quý năm 1964 với mục đích phụ vụ cho việc chế biến đường của nhà máy đường Vạn Điển Trữ lượng đá vôi Kiện Khê được thăm dò là 2.222.000 tấn (cấp C1+ C2)

Đến những năm 1967 công tác tìm kiếm thăm dò dolomit tại Hạnh Lâm, Bút Sơn, Tân Sơn, Nam Hà mới được thực hiện bởi Vũ Tiến Kiên, nộp báo cáo và thành lập bản đồ năm 1969

Để phục vụ việc xây dựng nhà máy xi măng Bút Sơn từ năm 1974 đến 1977 Tổng cục Địa chất đã cho thăm dò hai mỏ đá vôi Bút Phong (phía Tây nam Ngũ Động khoảng 1km), mỏ Hồng Sơn và mỏ sét Khả Phong Trữ lượng mỏ Hồng Sơn (Nguyễn Văn Tùng, 1975) là 61.706.000 tấn, còn mỏ Bút Phong là 130.759.420 tấn, trữ lượng sét xi măng mỏ Khả Phong là 21.453.000 tấn cùng ở cấp B+C1+ C2 Năm 1976 nguyên liệu sét cho gạch ngói khu mỏ Ba Sao được thăm dò với trữ lượng 20.843.000 tấn (cấp C1+C2)

Để phát triển công nghiệp khai thác chế biến khoáng sản trên địa bàn tỉnh Hà Nam, Nhà nước và tỉnh đã đầu tư một số công trình điều tra thăm dò các loại khoáng sản đá vôi xi măng, sét và phụ gia sản xuất xi măng

Vật liệu sét xi măng và phụ gia xi măng được thăm dò năm 1996 ở Khe Non với trữ lượng 19.220.000 tấn

Năm 1999, Tỉnh phối hợp với Trường Đại học Mỏ địa chất điều tra đánh giá

đá vôi hoá chất, đá vôi xi măng ở Thanh Sơn và ở Thanh Nghị Kết quả điều tra đã tính được trữ lượng cấp C2+P cho đá vôi hoá chất và đá vôi xi măng ở Thanh Sơn là 579.428.000 tấn, ở Thanh Nghị là 214.335.000 tấn

Ngoài các đề án thăm dò nêu trên, còn có các công trình điều tra khảo sát các loại khoáng sản: than bùn ở Ba Sao (1967) và ở Hồ Liên Sơn (1999); sét xi măng ở Thịnh Châu (1964), ở Đồng Ao (1966), ở Thanh Tân (1967); Đá vôi xây dựng ở Thanh Nghị (1964); sét gạch ngói ở Duy Hải và ở Thuỵ Lôi (1999)

Riêng cát lòng sông ở Hà Nam mới được Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản khảo sát lập quy hoạch thăm dò khai thác từ cuối năm 2004 đến đầu năm 2005 Kết quả khảo sát đã xác định được triển vọng, chất lượng và khả năng sử dụng các loại cát phân bố ở lòng sông Hồng, sông Đáy

Tóm lại, công tác điều tra thăm dò khoáng sản trên địa bàn tỉnh Hà Nam còn ở mức độ khiêm tốn so với tiềm năng vốn có của tỉnh

1.2.2 Đặc điểm địa chất khu vực

Trên địa bàn Hà Nam phổ biến là các hệ tầng Tân Lạc, Đồng Giao và trầm tích

Đệ tứ không phân chia

Hệ tầng Tân Lạc (T1 tl)

Các trầm tích của hệ tầng Tân Lạc (T1 tl) do Đinh Minh Mông và nnk (1976)

xác lập, lộ ra chủ yếu ở phía tây thuộc 2 huyện Thanh Liêm và Kim Bảng Mặt cắt của hệ tầng bao gồm cát kết, bột kết và sét kết xen các lớp sét vôi và vôi sét Các đá

có cấu tạo phân lớp mỏng đến trung bình, uốn nếp dạng tuyến với đường trục kéo dài theo phương Tây bắc – Đông nam Liên quan đến hệ tầng Tân Lạc có các lớp trầm tích sét màu đen đạt chỉ tiêu làm phụ gia xi măng Hệ tầng Tân Lạc có quan hệ chuyển tiếp với hệ tầng Đồng Giao

Hệ tầng Đồng Giao (T2 a đg)

Hệ tầng Đồng Giao tương ứng với điệp Đồng Giao do A.I Jamoiđa và Phạm Văn Quang (1965) xác lập trong công tác đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1: 500.000 phần miền Bắc Các trầm tích của hệ tầng lộ ra thành dải kéo dài theo phương Tây bắc – Đông nam tập trung nhiều ở phía tây nam và dải rác ở khu vực trung tâm của vùng nghiên cứu Căn cứ vào thành phần thạch học, hệ tầng được chia thành phân

hệ tầng dưới và trên

- Phân hệ tầng dưới (T2 a đg 1): thành phần gồm vôi dolomit xen lớp mỏng vôi sét Đá có màu xám, xám sáng, cấu tạo dạng phân lớp trung bình đến dày Chiều dày 400 – 800 m

- Phân hệ tầng trên (T2 a đg 2): đá vôi phân lớp mỏng đến dạng khối màu xám xanh, xen lớp sét vôi và vôi dolomit Chiều dày từ 500 – 900m

Đệ tứ không phân chia (Q) Các thành tạo Đệ tứ phân bố trên diện tích lớn của tỉnh Chúng có thành phần chủ yếu gồm: bột sét lẫn cát màu xám đen, xám tro nguồn gốc biển, chứa di tích thực vật, than bùn dạng thấu kính

Hình 1 Sơ đồ địa chất và phân bố các mỏ dolomit khu vực Hà Nam

Chương 2 - TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ HỆ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DOLOMIT

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Dolomit là tên một khoáng vật có công thức hóa học là CaMg(CO3)2 và cũng

là tên một loại đá trầm tích cacbonat (Từ đây trở đi nếu không có chú thích khoáng vật thì trong luận văn thuật ngữ dolomit được hiểu là đá dolomit)

Đá dolomit được tạo nên phần lớn bởi khoáng vật dolomit Đá vôi được thay thế một phần bởi dolomit được gọi là đá vôi dolomit Dolomit lần đầu được mô tả vào năm 1791 bởi nhà tự nhiên học và địa chất người Pháp, Déodat Gratet de Dolomieu (1750–1801) cùng với việc phát hiện ra dãy Dolomit Alps ở phía bắc Italy

* Về nguồn gốc:

Đá dolomit trầm tích đã được thành tạo trong quá khứ địa chất lâu dài trước đây Hiện tại quá trình tạo đá trầm tích dolomit hầu như không được ghi nhận ngoại trừ một vài dấu hiệu thành tạo khoáng vật dolomit trong đầm hồ với độ mặn cao tại phía Nam Úc và trong trầm tích biển sâu giàu tàn tích hữu cơ dưới tên gọi dolomit sinh học

Các nghiên cứu gần đây tìm thấy dolomit hình thành dưới điều kiện kị khí ở các phá nước mặn dọc bờ biển Rio de Janeiro ở Brasil Điều này được cho rằng bởi các quá trình hóa học được gây ra bởi vi khuẩn Dolomit có thể được hình thành

trong những điều kiện này do sự tương tác của các loại vi khuẩn khử sulfat (Yvonne van Lith et al 2000) Hiện nay cơ chế hình thành dolomit bởi vi khuẩn đang được

nghiên cứu thêm

Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã gặp nhiều khó khăn trong việc

chế tạo nhân tạo dolomit Tuy nhiên, trong một nghiên cứu năm 1999, thông qua một quá trình xen kẽ giữa hòa tan và tái kết tủa, một lượng nhất định dolomit đã được tổng hợp trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp [3,4]

Đá dolomit thường tồn tại dưới hai dạng chính: Phân lớp dày, dạng khối và loại hạt nhỏ như mảnh vụn cát sạn

* Về cấu trúc hóa tinh thể :

Mối liên quan giữa dolomit (CaCO3.MgCO3), canxit (CaCO3) và magnhezit (MgCO3) đã được nhiều nhà khoa học quan tâm liên tục từ những năm 1891 về các phương diện hóa học, cấu trúc tinh thể, điện tích v.v… Cho đến nay có thể tóm lại như sau:

- Ca và Mg là hai nguyên tố hóa học khác biệt nhau cả về tính chất hóa học

và vật lí nên không có khả năng tạo nên một dung dịch rắn có khả năng thay thế đồng hình liên tục như feldspat

- Hiện tại cũng chưa phát hiện được một dãy thay thế đồng hình liên tục nào giữa hai khoáng vật này mặc dù có tồn tại canxit chứa dolomit, hoặc nếu có thì khoáng vật trung gian không bền vững

- Về phương diện cấu trúc, canxit và dolomit thuộc hai nhóm cấu trúc không gian khác nhau hoàn toàn không thuận lợi cho quá trình thay thế đồng hình

- Tính ổn định về thành phần hóa học và các thuộc tính vật lí liên quan của dolomit đã loại trừ khả năng tồn tại của một dãy thay thế đồng hình

- Chính vì vậy mặc dù tồn tại như một muối cacbonat kép nhưng dolomit không phải là một hỗn hợp đơn thuần giữa canxit và magnhezit

- Cấu trúc tinh thể của dolomit được tạo nên từ sự xen kẹp của các lớp

CO3, Ca, Mg riêng biệt (hình 2)

Hình 2 Cấu trúc tinh thể của dolomit

* Về thành phần hóa học :

Dolomit tính theo tỉ lệ mol 1: 1 của hai thành phần có công thức lí thuyết gồm: CaCO3 54,35% , MgCO3 45,65%, hay tính theo dạng oxit gồm : CaO – 30,41%, MgO -21,86%, CO2 – 47,73%

Trong thực tế, qua số liệu phân tích hàng ngàn mẫu trên phạm vi toàn cầu từ những năm cuối thể kỉ 19 đến nửa cuối thế kỉ 20 hầu như không bắt gặp dolomit

“thực thụ”, thông thường một trong hai thành phần hoặc cả hai thành phần đều thay đổi Hàm lượng mol của CaCO3 có thể đạt tới 56% trong môi trường giàu Ca và trong trường hợp dolomit được thành tạo trong môi trường giàu magiê hàm lượng mol của MgCO3 có thể đạt 49,2-50%, thậm chí trong một tinh thể dolomit cũng có thể gặp sự khác biệt này [14] Ngoài ra người ta còn nhận thấy trong môi trường khí hậu nóng ẩm ở Florida hàm lượng mol của CaCO3 thậm chí có thể đạt tới 58 - 67%, còn ở vùng khí hậu bán khô nóng của vùng Bonair hàm lượng mol của CaCO3 thay đổi trong phạm vi 54-56% trong khi đó với khí hậu khô nóng của vùng vịnh Perxic chỉ còn 54%

* Ứng dụng của dolomit: Dolomit được dùng làm đá trang trí, đá xây dựng, sử dụng làm phụ gia trong sản xuất xi măng [1,19], một khối lượng lớn dolomit dùng

để sản xuất vôi nung , để sản xuất magie trong công nghiệp hóa chất và dược phẩm Dolomit sử dụng trong luyện thép Lượng lớn dolomit được dùng trong việc sản xuất thủy tinh [5] Trong nghệ thuật trồng hoa, dolomit và đá vôi dolomit được thêm vào đất để làm giảm tính axit và là nguồn cung cấp magie, ngày nay dolomit cũng được sử dụng khá phổ biến trong xử lý môi trường [29], trong nuôi trông thủy hải sản, trong sản xuất dung dịch khoan [2]…

2.1.2 Ở Việt Nam

Ở nước ta dolomit phân bố ở nhiều nơi như Ninh Bình, Hà Nam, Yên Bái, Bắc Kạn, Thái Nguyên, Thanh Hóa, Nghệ An, Lâm Đồng, Đắc Lắc… Tiềm năng

và trữ lượng của dolomit: ở Việt Nam theo tổng hợp số mỏ và tài nguyên khoáng sản

làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng trên cả nước năm 2012 (Ban hành kèm theo Quyết định số 45/QĐ-TTg ngày 09 tháng 01 năm 2012 của Thủ tướng Chính phủ) hiện cả nước có 82 mỏ và điểm quặng dolomit

* Theo nguồn gốc dolimit được chia thành:

1- Dolomit trầm tích nguyên sinh: Các thành tạo dolomit trong các thành tạo

trầm tích cacbonat chủ yếu có tuổi từ Trias đến Devon gồm các mỏ: Thạch Bình, Yên Động, Hạnh Lâm thuộc hệ tầng Đồng Giao (T2a đg), La Giang, Làng Lai, Mật Sơn, La Khê thuộc hệ tầng Bắc Sơn (C-P bs), Ba Bể thuộc hệ tầng Đại Thị (D1 đt),

Suối Ba, Núi Han thuộc hệ tầng Dưỡng Động (D1-2 dđ)

Các thành phần hóa học chủ yếu là: MgO từ 19-21%, CaO: 28-33%, Fe2O3 < 1 2- Dolomit trầm tích biến chất gồm: các mỏ và điểm khoáng Ngầm Bà Huỳnh thuộc hệ tầng Núi Vú (Є1 nv), Kontonklak thuộc hệ tầng Đắc Uy (Є 2 đu), Sa Pa, Cốc San thuộc hệ tầng Cam Đường (Є2 cđ), Làng Doi hệ tầng Sinh Vinh (O3- S1 sv)… Thành phần hóa học chủ yếu: MgO: 16-21%; CaO:30-50%; Fe2O3: 0,1-0,7%

* Thực trạng nghiên cứu dolomit: khoáng sản dolomit cũng được quan tâm

nghiên cứu dưới nhiều góc độ khác nhau:

- Về điều tra cơ bản tìm kiếm thăm dò, đánh giá chất lượng, trữ lượng khoáng sản dolomit ở khu vực Hà Nam và Ninh Bình nói riêng và ở Việt Nam nói chung cũng đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu từ nhiều năm trước [6,16-17,25-28,…]

- Về nghiên cứu ứng dụng: dolomit đã được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: trong sản xuất chất kết dính thủy lực, sản xuất vật liệu xây

dựng [12,18], trong sản xuất gạch ceramic [7], trong cải tạo đất trồng (Cồ Khác Sơn 2002…), hay làm nguyên liệu để thu hồi oxit magiê [13] và trong các lĩnh vực

khác như: trong công nghệ sản xuất thủy tinh nổi, làm chất trợ dung, vê viên trong

luyện kim hay làm vật liệu chịu lửa trong các lò cao (Nguyễn Đăng Hùng 1966, 2006), trong nuôi trồng thủy, hải sản,v.v…Trong lĩnh vực sản xuấtt vật liệu XDKN

gần như chưa được nghiên cứu Năm 2013, Nguyễn Ánh Dương và nnk trong đề tài

“ Đánh giá tiềm năng một số khoáng sản phi kim loại (phụ gia xi măng, nguyên liệu

để sản xuất vật liệu xây dựng không nung, sericit) trên địa bàn tỉnh Yên Bái và đề xuất công nghệ khai thác chế biến » bước đầu đã đạt được kết quả nhất định và

cho thấy sản phẩm gạch không nung từ dolomit có thể đáp ứng được yêu cầu sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng không nung

2.2 HỆ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là dolomit khu vực tỉnh Hà Nam Để hiểu rõ được các đặc trưng kỹ thuật của dolomit khu vực nghiên cứu như độ hoạt tính, thành phần hoá học, thành phần khoáng vật của nguyên liệu và tính chất cơ lý của gạch không nung, đòi hỏi phải sử dụng tổng hợp một hệ phương pháp nghiên cứu bao gồm:

1- Phương pháp khảo sát địa chất: Đã tiến hành khảo sát, nghiên cứu đánh giá

tính đa dạng của các loại dolomit, đặc điểm phân bố của các thành tạo dolomit trong khu vực mỏ, thu thập mẫu phân tích xác định đặc điểm thành phần vật chất, đặc tính

kỹ thuật công nghệ

2- Phương pháp nghiên cứu thạch học: xác định thành phần thạch học, thành phần khoáng vật của đá dolomit, đặc điểm và hình thái của khoáng vật Việc nghiên cứu này chủ yếu được thực hiện bằng phân tích khoáng vật dưới kính hiển vi phân cực

3- Phương pháp phân tích rơnghen (XRD):Phương pháp này được sử dụng để

xác định thành phần khoáng vật của các pha kết tinh trong mẫu dựa trên định luật Vulf- Bragg

Mẫu nghiên cứu được tiến hành phân tích trên máy Siemen tại phòng thí nghiệm X- ray thuộc Viện Khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và tại Trung tâm Phân tích thí nghiệm địa chất – Cục Địa chất Việt Nam

4- Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA): Phương pháp nhiệt vi sai bổ

sung cho phương pháp nhiễu xạ rơnghen, tăng thêm độ chính xác trong xác định thành phần khoáng vật Phương pháp này dựa trên cơ sở, khi nung nóng mẫu dẫn đến sự thay đổi các tính chất hoá lý cũng như sự thu nhiệt và phát nhiệt của chúng, bằng các thiết bị tiếp nhận thông tin (điện gương kế) khi nung mẫu sẽ ghi nhận được các đường cong mất trọng lượng TG, DTG và đường cong nhiệt vi sai DTA so

với mẫu chuẩn ta xác định định tính và có thể là định lượng các khoáng vật

5- Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) :Để xác định thành phần hóa của

mẫu nghiên cứu

6- Phương pháp hoá học: Phương pháp này được sử dụng để xác định độ hoạt

tính của mẫu dựa trên khả năng hút vôi của mẫu

Mẫu được nghiền thành bột nhỏ hơn 0.08 mm Sau đó lấy 2g mẫu hòa vào 100ml dung dịch vôi bão hòa Lắc đều sau 48h thì lấy 50ml dung dịch này chuẩn độ bằng

HCl 0.05N thuốc thử Metyl da cam Lại thêm 50ml dd vôi bão hòa vào dd mẫu ban đầu, sau 48h lại chuẩn độ như bước 1 Lặp lại các khoảng 15 lần (khoảng 720h) ta xác định được độ hút vôi của mẫu theo công thức:

X = (V-V0).Nx2.5/V1trong đó:

V: thể tích HCl tiêu thụ khi chuẩn với dung dịch rút, ml;

Vo: thể tích HCl tiêu thụ khi chuẩn với dung dịch mẫu trắng, ml;

N: Nồng độ đương lượng HCl;

V1: thể tích dung dịch rút sử dụng để chuẩn độ, ml

2.5 là hệ số quy đổi ra 1g mẫu

7- Nhóm phương pháp cơ lý xác định cường độ kháng nén, kháng uốn, độ hút nước của vật liệu (được tiến hành theo các phương pháp thử quy định trong các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6882:2001, TCVN 3735: 1982, TCVN 7131:2002):

Cường độ là khả năng chịu lực của vật liệu chống lại sự phá hoại khi có tác dụng

của ngoại lực (như tải trọng, nhiệt độ, gió, thay đổi thời tiết, ) Cường độ của vật liệu được biểu thị bằng cường độ chịu nén giới hạn, chịu uốn, của vật liệu Những

giá trị này tương ứng với ứng suất khi mẫu bị phá hoại

+ Giới hạn cường độ chịu nén, Rn

Là tỉ số giữa lực phá hoại P tác dụng lên mẫu khi nén, kéo, cắt với tiết diện F ban đầu của mẫu vật liệu

Rn,k = Pmax / F ( Kg/cm2)

Giới hạn cường độ chịu nén được xác định bằng phương pháp phá hoại mẫu: Mẫu được đặt giữa 2 mâm nén của thiết bị thí nghiệm và tăng lực cho đến khi mẫu

bị phá hoại, là lúc mẫu có xuất hiện các vết nứt, bị tách lớp hay biến hình

Để xác định Ru, mẫu được chế tạo ở hình thanh, có tiết diện hình chữ nhật Khi mẫu làm việc, phần trên chịu nén, phần dưới chịu kéo Lúc thí nghiệm, mẫu được đặt lên 2 gối tựa và được tác dụng lên bởi 1 hay 2 tải trọng tập trung Tăng lực cho đến khi mẫu bị phá hoại hoàn toàn

Ru = 3.P.L/(2.b.h2) và Ru = 3.P(L-a) / (b.h2) (2 tải trọng)

Với: P : Tải trọng gây uốn (kgf)

L : Khoảng cách giữa 2 gối tựa (cm)

b,h: Bề rộng, chiều cao tiết diện ngang mẫu, cm

a : Khoảng cách giữa 2 trục đặt tải,cm

+ Độ hút nuớc của gạch (W), tính bằng % theo công thức:

Trong đó:

m0 - Khối lượng mẫu thử đã sấy khô đến khối lượng không đổi, tính

bằng g; ml - Khối lượng mẫu thử ngấm đầy nước, tính bằng g;

Độ hút nước của lô gạch là trung bình cộng kết quả của 5 mẫu thử, tính chính xác đến 0,l%

Chương 3 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM DOLOMIT KHU VỰC

TỈNH HÀ NAM

3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, THẠCH HỌC- KHOÁNG VẬT

3.1.1 Đặc điểm địa chất các mỏ dolomit

Các mỏ dolomit trong khu vực chủ yếu phân bố ở phía tây của tỉnh Hà Nam tại hai huyện Kim Bảng, Thanh Liêm Các thành tạo dolomit nằm trong hệ tầng Đồng Giao (T2 đg) (hình 1) Theo các kết quả điều tra địa chất khoáng sản tiềm

năng dolomit khu vực Hà Nam có trữ lượng : 203,938 triệu tấn tập trung chủ yếu ở hai huyện Kim Bảng (trữ lượng 155,567 triệu tấn) và huyện Thanh Liêm (trữ lượng 48,371 triệu tấn) với các mỏ dolomit lớn gồm: mỏ Tân Lang, Dốc Ba Chồm, Tây Thung Hoàng Khiêm, Nam Hồng Sơn, Bút Sơn (huyện Kim Bảng) và mỏ Thanh Bồng, Núi Hâm - Núi Tây Hà (huyện Thanh Liêm)

Tại khu vực huyện Kim Bảng, các dải dolomit kéo dài từ xã Tượng Lĩnh, Tây Sơn xuống đến Ba Sao, Liên Sơn với các mỏ Tân Lang, mỏ Dốc Ba Chồm, Tây Thung Hoàng Khiêm, Nam Hồng Sơn, Bút Sơn Dolomit trong các này mỏ có màu xám đen, xám tro, xám trắng cấu tạo nứt nẻ mạnh, nhiều nơi bị vỡ vụn bở rời (hình 3.1, 3.2) Lớp dolomit vỡ vụn này có chiều dày dao động từ 1 - 2m đến hàng chục mét Các mỏ dolomit này có cấu trúc tương đối đơn giản, đường phương của dolomit chủ yếu là Tây bắc - Đông nam và á kinh tuyến khá ổn định, chỉ trong mỏ Tân Lang đường phương của dolomit là phương Đông bắc - Tây nam và á vĩ tuyến Trên địa bàn huyện Thanh Liêm dolomit chủ yếu phân bố ở khu vực Kiện Khê và Thanh Bồng, Thanh Nghị với các mỏ dolomit Thanh Bồng, Núi Bảy Ngọn Dolomit màu xám, xám tro, xám sáng (hình 3.3a,b) Các thành tạo dolomit khu vực nghiên cứu thường bị phong hóa vỡ vụn, bở rời, nhiều nơi có cấu tạo dạng dăm Mỏ

có cấu trúc tương đối đơn giản, đường phương của các khối dolomit chủ yếu là Tây bắc - Đông nam và á kinh tuyến

Hình 3.1 Dolomit vỡ vụn bở rời mỏ Tây Thung Hoàng Khiêm (HN7)

Hình 3.2 Dolomit cấu tạo nứt nẻ, vỡ vụn mỏ Dốc Ba Chồm

Hình 3.3a Dolomit nứt nẻ, vỡ vụn khu vực Tân Sơn (TS1)

Hình 3.3b Dolomit nứt nẻ, vỡ vụn khu vực Tân Sơn (TS1)

3.1.2 Đặc điểm thạch học – khoáng vật

Kết quả phân tích lát mỏng dưới kính kiển vi phân cực cho thấy mặc dù trong

một mỏ đặc điểm của các mẫu có những khác biệt:

Các mẫu bị vỡ vụn thành phần chủ yếu là dolomit ( 70-85%), canxit (15-25%) Các tinh thể dolomit thường dạng hình thoi, thoi không hoàn chỉnh, kích thước không đều thay đổi từ 0.05 đến 0.2mm Canxit thường có dạng vi hạt lấp đầy ranh giới giữa các hạt dolomit, có màu giao thoa trắng bậc cao, có ánh xà cừ (hình 3.4, 3.5)

Hình 3.4 Đặc điểm thạch học của mẫu dolomit mỏ Thung Hoàng Khiêm (mẫu HN7)

Đối với những mẫu dolomit ít bị vỡ vụn, đặc điểm thạch học của các mẫu này là: tinh thể dolomit thường có dạng thoi hoàn chỉnh, xắp xếp chặt sít, kích thước 0,02 - 0,07mm, trên bề mặt dolomit có khảm bao thể canxit dạng vi hạt, giao thao cao (hình 3.6) hoặc trong mẫu thành phần khoáng vật canxit thường chiếm hàm lượng lớn hơn (45-50%) (hình 3.7), bề mặt chứa sét và vật chất hữu cơ nên có màu nâu bẩn không đều, trên bề mặt dolomit có khảm bao thể canxit dạng vi hạt, giao thoa cao Lấp đầy ranh giới giữa các hạt dolomit là canxit dạng hạt rất không đều, dạng méo mó Canxit dạng hạt lớn, kích thước có hạt đo được khoảng 4mm theo bề ngang, bề mặt sạch, song tinh đa hợp rõ nét, trên bề mặt chứa khá nhiều ổ - đám dolomit dạng thoi