Journal of Mining and Earth Sciences Vol 62, Issue 3b (2021) 103 - 110 103 Some mineral - chemical composition results of titanium ore from the red sand layer in Binh Thuan area Gam Hong Thi Nguyen 1,*, Bac Hoang Bui 2, Dung Kim Thi Nhu National institute of Mining - Metallurgy Science and Technology Centre for Excellence in Analysis and Experiment,, Hanoi University of Mining and Geology Department of Mineral Processing, Hanoi University of Mining and Geology ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: Received 24th May 2021 Accepted 24th Jun 2021 Available online 20th July 2021 Binh Thuan is an area with great potential for titanium ore in the red sand layer In previous studies, a suitable scheme of mineral processing and types of equipment had been designed for improving the quality of titanium ore concentrate However, the existence of manganese in Binh Thuan ilmenite has not been clarified, and therefore, an effective method of separating Mn from ilmenite has not yet been proposed In this study, X-ray diffraction analysis (XRD), and scanning electron microscopy (SEMEDS), and Raman spectroscopy method are used to determine the mineral-chemical composition of Binh Thuan ilmenite The analytical results show that in the study area of ilmenite ore, there was a certain proportion of Mn in the Binh Thuan ilmenite ore with an average of about 3.0% Manganese is found to exist as a partial isomorphic replacement between Mn2+ and Fe2+ ions in ilmenite mineral crystals, creating an intermediate mineral ilmenite-pyrophanite with the formula (Fex,Mn1x)TiO3 The obtained research results contribute to the orientation in the separation process, in removing Mn effectively from Ti concentration ore Keywords: Binh Thuan, Ilmenite, Pyrophanite, Titan Copyright © 2021 Hanoi University of Mining and Geology All rights reserved _ *Corresponding author E - mail: gamcic@vimluki.vn DOI: 10.46326/JMES.2021.62(3b).11 104 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 62, Kỳ 3b (2021) 103 - 110 Một số kết nghiên cứu đặc điểm thành phần vật chất quặng titan tầng cát đỏ khu vực Bình Thuận Nguyễn Thị Hồng Gấm 1,*, Bùi Hồng Bắc 2, Nhữ Thị Kim Dung Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim Trung tâm Phân tích, Thí nghiệm Cơng nghệ cao, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Bộ mơn Tuyển khống, Trường Đại học Mỏ - Địa chất THÔNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 24/5/2021 Chấp nhận 24/6/2021 Đăng online 20/7/2021 Bình Thuận khu vực có tiềm lớn quặng titan nằm tầng cát đỏ Trong nghiên cứu trước đây, quy trình cơng nghệ thiết bị phù hợp để tuyển có hiệu nguồn tài nguyên khoáng sản xác lập Tuy nhiên, nghiên cứu này, vấn đề dạng tồn mangan tinh quặng ilmenit chưa làm sáng tỏ chưa định hướng phương pháp xử lý tách mangan khỏi tinh quặng ilmenit cách hiệu Để góp phần làm sáng tỏ dạng tồn mangan tinh quặng ilmenit, nghiên cứu tiến hành sử dụng tổ hợp phương pháp phân tích trọng sa, phân tích nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM-EDS), phương pháp quang phổ Raman nhằm xác định thành phần khoáng vật, thành phần hóa học tinh quặng ilmenit, xác định nguyên tử tinh thể ilmenit Kết phân tích tinh quặng ilmenit khu vực nghiên cứu có chứa Mn với tỉ lệ định, trung bình khoảng 3,0% Mangan nhận định tồn dạng thay đồng hình phần nhỏ ion Mn2+ Fe2+ tinh thể khoáng vật ilmenit, tạo nên khống vật trung gian ilmenit-pyrophanit với cơng thức (Fex,Mn1-x)TiO3 Kết nghiên cứu đạt góp phần cho việc định hướng trình tuyển luyện, nhằm loại bỏ Mn đạt hiệu cao Từ khóa: Bình Thuận, Ilmenit, Pyrophanit, Titan © 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Đặt vấn đề Việt Nam quốc gia có tiềm lớn tài nguyên quặng sa khoáng titan - zircon ven biển, phân bố chủ yếu dọc bờ biển miền trung (Lương Quang Khang Khương Thế Hùng, 2016; _ *Tác giả liên hệ E - mail: gamcic@vimluki.vn DOI: 10.46326/JMES.2021.62(3b).11 Bùi Tất Hợp, 2010; Nguyen Tien Dung nnk, 2017) Theo Quyết định phê duyệt Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác quặng titan giai đoạn đến năm 2020, có xét tới năm 2030 Thủ tướng Chính phủ năm 2013 tổng trữ lượng tài nguyên dự báo quặng titan nước khoảng 650 triệu khống vật nặng (trong khoảng 78 triệu zircon) (Quyết định số 1546/QĐ-TTg, 2013) Trong đó, trữ lượng tài nguyên dự báo khu vực Bình Thuận khoảng 599 triệu tấn, chiếm 92% tổng trữ lượng tài nguyên quặng titan Việt Nguyễn Thị Hồng Gấm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3b), 103 - 110 Nam Quặng titan khu vực phân bố tầng cát đỏ với bề dày tầng cát đỏ chứa quặng trung bình khoảng 85m Hàm lượng quặng titan trung bình đạt 0,7% TiO2 Các khu vực phân bố chủ yếu quặng titan Bình Thuận có khu Tuy Phong với tài nguyên dự báo 23,9 triệu tấn, khu bắc Phan Thiết với tài nguyên dự báo 476 triệu tấn, khu nam Phan Thiết với tài nguyên dự báo 56 triệu khu Hàm Tân 1,6 triệu (Tổng cục địa chất Khống sản - Bộ Tài ngun Mơi trường, 2010) Trong nghiên cứu “Điều tra, đánh giá tiềm sa khoáng titan – zircon tầng cát đỏ vùng Ninh Thuận, Bình Thuận Bắc Bà Rịa Vũng Tàu” Tổng cục Địa chất Khoáng sản, Bộ Tài nguyên Môi trường đánh giá sơ thành phần vật chất đối tượng quặng (Tổng cục địa chất Khoáng sản – Bộ Tài nguyên Môi trường, 2010) Kết nghiên cứu rằng, hàm lượng titan thấp tỉ lệ mùn sét nhiều so với quặng sa khoáng chứa titan lớp cát xám cát vàng Ngoài ra, hàm lượng mangan quặng tinh chứa titan khu vực cao, gây ảnh hưởng không nhỏ cho trình luyện kim Trong nghiên cứu trước đây, quy trình cơng nghệ thiết bị phù hợp để tuyển có hiệu nguồn tài ngun khống sản xác lập (Nguyễn Thị Hồng Gấm, 2016) Tuy nhiên, dạng tồn mangan tinh quặng ilmenit chưa làm sáng tỏ chưa định hướng phương pháp xử lý tách mangan khỏi tinh quặng ilmenit Theo Waychuna (1991), khống vật nhóm loạt ilmenit bao gồm có khoáng vật ilmenit (FeTiO3), hematit (Fe2O3), geikielit ((MgTiO3), pyrophanit (MnTiO3) ecandrewsit (ZnTiO3) Giữa khống vật này, có dạng trung gian giữa, tạo thay đồng hình ion có mức hóa trị lượng tương tự ion Mg2+-Mn2+, Fe2+-Mn2+, Fe2+-Mg2+ Do thấy theo quan điểm cơng thức lý tưởng khống vật ilmenit FeTiO3 khoáng vật pyrophanit MnTiO3 Sự thay đồng hình ion Fe2+ ion Mn2+ theo tỷ lệ cấu trúc mạng tinh thể khoáng vật ilmenit tạo thành khoáng vật trung gian gọi chung ilmenit-pyrophanit, công thức hóa học tổng quát (Fex,Mn1-x)TiO3 105 Trong báo cáo này, tập thể tác giả giới thiệu số kết phân tích góp phần làm sáng tỏ dạng tồn mangan tinh quặng ilmenit Kết nghiên cứu đạt thông tin quan trọng cho việc định hướng xử lý loại bỏ mangan ilmenit nhằm thu sản phẩm đạt yêu cầu ngành công nghiệp Mẫu phương pháp phân tích 2.1 Mẫu nghiên cứu Mẫu quặng nguyên khai lấy mỏ quặng titan tầng cát đỏ khu vực Bình Thuận Mẫu quặng nguyên khai Phịng Cơng nghệ Tuyển khống thuộc Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim (VIMLUKI) trực tiếp triển khai lấy mẫu hai khu vực khu vực xã Hịa Thắng, huyện Bắc Bình Hàm Thuận Nam thuộc tỉnh Bình Thuận Đồng thời mẫu gộp với mẫu thuộc đề án thăm dị khống sản sa khoáng titan – zircon khu Lương Sơn I, huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận (do Cơng ty Cổ phần Địa chất Khoáng sản – Vinacomin cung cấp cho VIMLUKI) Mẫu gia công giản lược lưu thành mẫu phục vụ q trình phân tích nghiên cứu thử nghiệm (Nguyễn Thị Hồng Gấm, 2016) Mẫu nghiên cứu sản phẩm tinh quặng ilmenite thu hồi q trình tuyển vít thu hồi khống vật nặng tuyển từ Mẫu hong khơ lị sấy nhiệt độ 600C Tùy phương pháp mục đích phân tích khác nhau, mẫu tiến hành gia cơng với quy trình khác ví dụ đúc epoxy để cắt mài bóng, phủ carbon hay nghiền mịn cối mã não 2.2 Phương pháp phân tích Tổ hợp phương pháp phân tích sử dụng nhằm góp phần làm sáng tỏ đặc điểm thành phần hóa học ilmenit khu vực nghiên cứu bao gồm: phân tích trọng sa phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM-EDS) Trường Đại học Mỏ - Địa chất; phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) Viện Địa chất – Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam phương pháp quang phổ Raman Đại học Quốc gia Hà Nội 106 Nguyễn Thị Hồng Gấm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3b), 103 - 110 Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Phân tích trọng sa Kết phân tích trọng sa cho thấy rằng, khoáng vật ilmenit chiếm chủ yếu với khoảng 80,00% tổng khoáng vật nặng (Nguyễn Thị Hồng Gấm, 2016) Hình ảnh chụp mẫu ilmenit kính soi cho thấy khống vật ilmenit có dạng hạt tròn cạnh, độ mài tròn tốt, màu đen có ánh bán kim (Hình 1) 3.2 Phân tích XRD Kết phân tích XRD cho mẫu quặng ilmenit thể Hình Giản đồ cho thấy xuất đỉnh cho có tồn khoáng vật pyrophanit (MnTiO3) với ilmenit (FeTiO3) Khoáng vật ilmenit đặc trưng đỉnh nhiễu xạ 2,74 Å; 1,72 Å; 2,54 Å; 1,86 Å; 1,50 Å 1,47 Å Trong khống vật pyrophanit thể đỉnh nhiễu xạ 2,76 Å; 2,55 Å; 1,74 Å; Hình Giản đồ XRD mẫu ilmenit nghiên cứu 1,88 Å; 1,52 Å 1,48 Å Tuy nhiên, mạng tinh thể khoáng vật ilmenit, pyrophanit khoáng vật trung gian chúng tương đồng với nhau, việc phân biệt tồn khoáng vật ilmenit, hay khoáng vật pyrophanit, khống vật trung gian chúng Hình Hình ảnh mẫu tinh quặng ilmenit nghiên cứu Nguyễn Thị Hồng Gấm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3b), 103 - 110 mẫu nghiên cứu sử dụng kết phân tích XRD gặp khó khăn định 3.3 Phân tích SEM-EDS Trong nghiên cứu này, phương pháp phân tích kính hiẻ n vi điẹ n tử quét (SEM-EDS) sử dụng để kiểm tra xác định có mặt nguyên tố Mn khoáng vật ilmenit Kết cho thấy, mẫu khoáng vật ilmenit gắn kết, mài láng, phân tích thành phần hóa học lượng tán xạ tia X liên kết với SEM cho thấy đỉnh tán xạ đặc trưng cho Mn xuất (Hình 3) Hình 3a thể phổ tán xạ tia X phân tích SEM cho bề mặt hạt ilmenit cịn hình 3b thể phổ tán xạ tia X phân tích SEM diện tích bề mặt lõi hạt ilmenit cắt mài bóng Kết bắn EDS cho thấy nguyên tố Mn xuất tất điểm diện tích bắn khống vật ilmenit phân tích Tuy nhiên, đỉnh tán xạ nguyên tố Mn có cường độ khơng lớn khác tùy thuộc vào tỷ lệ Mn điểm phân tích Đỉnh tán xạ đặc trưng cho nguyên tố Ti Fe nguyên tố chủ 107 đạo thành phần khống Ngồi ra, Si Al xuất với hàm lượng nhỏ Kết xác định bán hàm lượng nguyên tố Mn ilmenit nghiên cứu số điểm vùng bắn EDS tập hợp Bảng Kết cho thấy, hàm lượng Mn điểm bắn EDS đạt trung bình khoảng 3,0 %, lại hàm lượng Ti tổng Fe Tất điểm phân tích EDS cho thấy có mặt đồng thời nguyên tố Fe Mn Như vậy, bước đầu đưa nhận định rằng, xảy trình thay đồng hình phần nhỏ ion Mn2+ cho ion Fe2+ mạng tinh thể khoáng vật ilmenit tạo khoáng vật trung gian ilmenit-pyrophynit ((Fex,Mn1-x)TiO3 Trong q trình phân tích, chưa tìm thấy khống vật chứa Mn, pyrophanit 3.4 Phân tích quang phổ Raman Phân tích khống vật ilmenit (FeTiO3) pyrophanit (MnTiO3) phương pháp quang phổ Raman nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể (Wu X., Qin S., Dubrovinsky L., 2010; Guan X.F nnk, Hình Hình ảnh kết phân tích SEM-EDS cho mẫu ilmenit hạt (a) mài bóng (b) 108 Nguyễn Thị Hồng Gấm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3b), 103 - 110 Bảng Hàm lượng oxit số điểm bắn EDS Oxit TiO2 MnO T.Fe Tổng Điểm 48,12 2,94 42,44 93,50 Điểm 48,19 2,90 42,60 93,69 Hàm lượng (%) Điểm Điểm 48,15 48,11 2,93 2,97 42,04 42,18 93,12 93,26 Điểm 48,08 2,96 42,11 93,15 Điểm Điểm 47,98 48,76 2,98 3,02 42,22 42,16 93,18 93,94 Ghi chú: T.Fe: Tổng sắt Bảng Vị trí đỉnh giản đồ phổ Raman pha dao động tương ứng MnTiO3 Vị trí (cm-1) Ký hiệu Pha dao động 166 203 237 264 335 359 467 601 685 Eg Ag5 Eg Ag4 Ag3 Eg Ag2 Eg Ag1 Mn O Mn O TiO6 Mn TiO6 Mn O-Ti-O O-Ti-O O-Ti-O Ti-O Ti-O Bảng Vị trí đỉnh giản đồ phổ Raman pha dao động tương ứng FeTiO3 Vị trí 151 (cm-1) Ký hiệu Eg Pha dao động Fe O 217 280 320 374 598 690 Eg TiO6 Fe Ag4 TiO6 Fe Ag3 O-Ti-O Eg O-Ti-O Eg Ti-O Ag1 Ti-O 2013) Các nghiên cứu trước rằng, vị trí đỉnh giản đồ Raman thể cho khoáng vật pyrophanit (MnTiO3) bao gồm 166, 203, 237, 264, 335, 359, 467, 601, 685 cm-1 (Bảng 2) (Wu , Qin , Dubrovinsky, 2010) Các đỉnh 151, 217, 280, 320, 374, 598, 690 cm-1 thể cho khoáng vật ilmenit (FeTiO3) (Bảng 3) (Guan X.F., Zheng J nnk, 2013) Kết phân tích quang phổ Raman cho mẫu ilmenit nghiên cứu thể đỉnh Raman 258, 327, 369, 450, 578, 681 cm-1 (Hình 4) Từ kết Bảng 2, cho thấy, vị trí đỉnh Hình Giản đồ quang phổ Raman mẫu phân tích Nguyễn Thị Hồng Gấm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3b), 103 - 110 pha dao động phổ Raman ilmenit (FeTiO3) pyrophanit (MnTiO3) có nhiều giá trị tương ứng với Các vị trí đỉnh pha dao động khác thể ảnh hưởng ion Fe2+ Mn2+ cấu trúc mạng tinh thể khoáng vật Giản đồ phổ Raman mẫu ilmenit nghiên cứu không trùng khớp với phổ dao động điển hình ilmenit (FeTiO3) pyrophanit (MnTiO3) công bố Điều có thay đổi định mạng tinh thể khống vật ilmenit nghiên cứu Để có nhận định cách hệ thống, tác giả sử dụng kết phân tích TEM từ nghiên cứu trước để thảo luận (Trần Thị Hiến nnk, 2015) Hình hình ảnh hạt ilmenit kính hiển vi điện từ truyền qua (TEM) giản đồ phổ EDS biểu diễn nguyên tố có mặt thành phần số hạt khống điển hình (ngoại trừ đỉnh Cu lưới đồng chứa mẫu) Kết cho thấy rõ ràng với điểm bắn EDS có diện tích tiếp xúc nhỏ, dạng kích thước nano (Hình 5), cho thấy tồn ion Mn chiếm tỉ lệ % định Kết góp phần ủng hộ nhận định mẫu nghiên cứu, chủ yếu tồn khoáng vật trung gian ilmenit-pyrophynit với tồn phần nhỏ ion Mn mạng tinh thể khoáng vật Như vậy, với kết phân tích phương pháp SEM TEM cho thấy tồn 109 iom Mn2+ cấu trúc khoáng ilmenit nghiên cứu với tỉ lệ định Một phần ion Mn2+ thay đồng hình ion Fe2+ cấu trúc mạng tinh thể khoáng ilmenit, tạo thành khoáng vật trung gian ilmenit-pyrophanit ((Fex,Mn1-x)TiO3) Nhận định phù hợp với thực tế việc tuyển luyện tách Ti tinh khiết theo phương pháp vật lý cho quặng khu vực nghiên cứu gặp khó khăn tồn Mn cấu trúc khoáng vật Do vậy, phương pháp tuyển luyện theo phương pháp hóa học cho quặng ilmenit khu vực nghiên cứu lưu ý đề xuất Kết luận Kết nghiên cứu thành phần vật chất quặng ilmenit thành tạo cát đỏ khu vực Bình Thuận có thành phần tạp chất MnO Tổ hợp kết phần tích XRD, SEM-EDS, quang phổ Raman cho thấy Mn không tồn dạng khoáng vật độc lập (khoáng vật pyrophanit (MnTiO3)) mà tồn dạng ion thay Fe2+ cấu trúc tinh thể khoáng vật ilmenit (FeTiO3) tạo thành khoáng trung gian ilmenitpyrophanit ((Fex,Mn1-x)TiO3) Do vậy, để nâng cao giá trị quặng tinh ilmenit cần thiết phải nghiên cứu q trình cơng nghệ chế biến sâu để tách tạp chất Mn cấu trúc tinh thể khoáng vật ilmenit Hình Kết phân tích TEM-EDS cho hạt ilmenit (Trần Thị Hiến nnk, 2015) ... Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 62, Kỳ 3b (2021) 103 - 110 Một số kết nghiên cứu đặc điểm thành phần vật chất quặng titan tầng cát đỏ khu vực Bình Thuận Nguyễn Thị Hồng Gấm 1,*, Bùi... nghiên cứu lưu ý đề xuất Kết luận Kết nghiên cứu thành phần vật chất quặng ilmenit thành tạo cát đỏ khu vực Bình Thuận có thành phần tạp chất MnO Tổ hợp kết phần tích XRD, SEM-EDS, quang phổ... - Địa chất 62(3b), 103 - 110 Nam Quặng titan khu vực phân bố tầng cát đỏ với bề dày tầng cát đỏ chứa quặng trung bình khoảng 85m Hàm lượng quặng titan trung bình đạt 0,7% TiO2 Các khu vực phân