Đặc điểm thành phần vật chất và điều kiện thành tạo quặng bauxit khu vưc đăk song, tỉnh đăk nông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - A CHT NGUYN XUN TON đặc điểm thnh phần vật chất v điều kiện thnh tạo quặng bauxit khu vực đăk song, tỉnh đăk nông LUN VN THC S KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN XUN TON đặc điểm thnh phần vật chất v điều kiện thnh tạo quặng bauxit khu vực đăk song, tỉnh đăk nông Ngnh: K THUT A CHT Mó s: 60520501 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Quang Luật HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Hà nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Nguyễn Xuân Toán MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Danh mục vẽ Danh mục ảnh minh họa 10 Mở đầu 15 Chương Đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực Đăk Song 1.1.Vị trí vùng nghiên cứu bình đồ cấu trúc khu vực 15 1.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất khoáng sản 21 1.3 Đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực Đăk Song 25 1.3.1 Địa tầng 25 1.3.2 Magma xâm nhập 28 1.3.3 Đặc điểm cấu trúc kiến tạo 29 1.3.4 Đặc điểm địa hình địa mạo 29 1.3.5 Đặc điểm vỏ phong hóa bauxit laterit 33 39 Chương Cơ sở lý luận phương pháp nghiên cứu 2.1 Tổng quan nhôm quặng bauxit 39 2.2 Các kiểu mỏ công nghiệp 44 2.3 Các kiểu nguồn gốc quặng bauxit Việt Nam 46 2.4 Tổng quan tình hình khai thác chế biến bauxit giới 47 2.5 Các phương pháp nghiên cứu 60 65 Chương Đặc điểm địa chất quặng hóa bauxit khu vực Đăk Song 3.1 Đặc điểm đá basal khu vực Đăk Song 65 3.2 Đặc điểm cấu trúc vỏ phong hóa khu vực Đăk Song 72 3.3 Đặc điểm phân bố thân quặng bauxit khu vực Đăk Song 76 3.4 Đặc điểm cấu trúc thân quặng bauxit khu vực Đăk Song 78 91 Chương Đặc điểm thành phần vật chất quặng bauxit khu vực Đăk Song Nội dung 4.1 Đặc điểm thành phần khoáng vật quặng 4.2 Đặc điểm cấu tạo, kiến trúc quặng 4.3 Đặc điểm thành phần hóa học quặng 4.4 Đặc điểm thành phần phụ có hại quặng bauxit 4.5 Đặc điểm nguyên tố kèm quặng bauxit Chương Điều kiện thành tạo quy luật phân bố quặng bauxit khu vực Đăk Song, tỉnh Đăk Nông 5.1 Điều kiện thành tạo quặng bauxit khu vực Đăk Song 5.1.1 Điều kiện địa chất thành tạo quặng bauxit khu vực Đăk Song 5.1.2 Điều kiện hóa lý thành tạo quặng bauxit khu vực Đăk Song 5.1.3 Cơ chế thành tạo quặng bauxit khu vực Đăk Song 5.2 Quy luật phân bố quặng bauxit khu vực Đăk Song 5.2.1 Quy luật phân bố theo chiều thẳng đứng 5.2.2 Quy luật phân bố theo diện 5.2.3 Quy luật phân bố oxit quặng bauxit Kết luận kiến nghị Danh mục cơng trình tác giả Danh mục tài liệu tham khảo Trang 91 104 107 113 113 115 115 115 115 117 119 119 121 122 124 127 128 DANH MỤC CÁC BẢNG Số TT Nội dung Trang Bảng 2.1.Các khoáng vật chủ yếu để lấy nhôm 42 Bảng 2.2 Trữ lượng sản lượng khai thác bauxit giới 48 Bảng 2.3.Các nhà máy alumin giới xử lý quặng bauxit 50 Bảng 2.4.Các nước sản xuất nhôm lớn giới 51 Bảng 2.5.Các nước tiêu thụ nhôm lớn giới năm 2001-2006 52 Bảng 2.6 Dự báo giá nhôm thị trường giới từ 2011-2020 54 Bảng 2.7 Dự báo giá alumin thị trường giới từ 2009-2020 55 Bảng 2.8 Các mỏ bauxit laterit miền Nam Việt Nam 57 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp thành phần hóa học quặng bauxit nhóm thân quặng đơn giản Bảng 3.2 Bảng tổng hợp thành phần phụ có hại nhóm thân quặng đơn giản Bảng 3.3 Bảng tổng hợp nguyên tố kèm quặng bauxit nhóm thân quặng đơn giản Bảng 3.4 Bảng hệ số tương quan thành phần quặng tinh bauxit nhóm thân quặng đơn giản Bảng 3.5 Bảng tổng hợp thành phần hóa học quặng bauxit nhóm thân quặng tương đối phức tạp Bảng 3.6 Bảng tổng hợp thành phần phụ có hại nhóm thân quặng tương đối phức tạp Bảng 3.7 Bảng tổng hợp nguyên tố kèm quặng bauxit nhóm thân quặng tương đối phức tạp Bảng 3.8 Bảng hệ số tương quan thành phần quặng tinh bauxit nhóm thân quặng tương đối phức tạp Bảng 3.9 Bảng tổng hợp thành phần hóa học quặng bauxit nhóm thân quặng phức tạp Bảng 3.10 Bảng tổng hợp thành phần phụ có hại nhóm thân quặng phức tạp Bảng 3.11 Bảng tổng hợp nguyên tố kèm quặng bauxit nhóm thân quặng phức tạp Bảng 3.12 Bảng hệ số tương quan thành phần quặng tinh bauxit nhóm thân quặng phức tạp 79 80 80 80 82 82 82 83 84 84 85 85 Số TT 21 22 23 24 Nội dung Trang Bảng 3.13 Bảng tổng hợp thành phần hóa học quặng bauxit nhóm 86 thân quặng phức tạp Bảng 3.14 Bảng tổng hợp thành phần phụ có hại nhóm thân 87 quặng phức tạp Bảng 3.15 Bảng tổng hợp nguyên tố kèm quặng bauxit nhóm 87 thân quặng phức tạp Bảng 3.16 Bảng hệ số tương quan thành phần quặng tinh 87 bauxit nhóm thân quặng phức tạp 25 Bảng 3.17 Bảng thống kê thông số thân quặng 88 26 Bảng 4.1 Bảng tổng hợp kết phân tích nhiệt vi sai 91 27 Bảng 4.2 Bảng tổng hợp kết phân tích rơnghen 92 28 29 30 31 32 33 34 35 Bảng 4.3 Bảng tổng hợp thành phần hóa học quặng bauxit nguyên khai khu vực Đăk Song Bảng 4.4 Bảng tổng hợp thành phần hóa học quặng tinh bauxit khu vực Đăk Song Bảng 4.5 Bảng ma trận tương quan thành phần khu vực Đăk Song Bảng 4.6 Bảng chia khoảng hàm lượng Al2O3 mỏ bauxit khu vực Đăk Song Bảng 4.7 Bảng chia khoảng hàm lượng SiO2 mỏ bauxit khu vực Đăk Song Bảng 4.8 Bảng thành phần phụ có hại quặng tinh bauxit khu vự Đăk Song Bảng 4.9 Bảng tổng hợp nguyên tố kèm quặng tinh bauxit khu vực Đăk Song Bảng 5.1 Cơ chế thành tạo khoáng vật vỏ phong hóa đá phun trào basalt 107 109 110 111 112 113 114 119 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số TT Tiêu đề hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ vị trí giao thơng khu vực Đăk Song Hình 1.2 Vị trí mỏ bauxit Đăk Song bình đồ cấu trúc kiến tạo Việt Nam Hình 1.3 Biểu đồ địa hóa ba hợp phần kiểu vỏ phong hóa nhóm đá khác Việt Nam Trang 17 20 35 Hình 1.4 Mặt cắt địa chất tuyến 44 37 Hình 1.5 Mặt cắt địa chất tuyến 172 38 Hình 3.1 Mặt cắt vỏ phong hóa đặc trưng kiểu alferit 71 10 11 12 13 14 15 16 Hình 3.2 Bản đồ địa chất phân bố thân quặng bauxit khu vực Đăk Song, tỉnh Đăk Nơng Hình 4.1 Biểu đồ nhiễu xạ rơnghen sản phẩm phong hóa giếng ĐS-G846 Hình 4.2 Biểu đồ nhiễu xạ rơnghen sản phẩm phong hóa giếng ĐS-G1054 Hình 4.3 Biểu đồ nhiễu xạ rơnghen sản phẩm phong hóa giếng ĐS-G324 Hình 4.4 Biểu đồ nhiệt vi sai sản phẩm phong hóa giếng ĐS-G846 Hình 4.5 Biểu đồ nhiệt vi sai sản phẩm phong hóa giếng ĐS-G1054 Hình 4.6 Biểu đồ nhiệt vi sai sản phẩm phong hóa giếng ĐS-G324 Hình 4.7 Biểu đồ tần suất hàm lượng Al2O3 mỏ bauxit khu vực Đăk Song Hình 4.8 Biểu đồ tần suất hàm lượng SiO2 mỏ bauxit khu vực Đăk Song Hình 5.1 Cơ chế thành tạo quặng bauxit 77 98 99 100 101 102 103 111 112 119 DANH MỤC CÁC BẢN VẼ Số TT Tiêu đề vẽ Số hiệu vẽ Bản đồ địa chất phân bố thân quặng bauxit khu vực Đăk Song, tỉnh Đăk Nông tỷ lệ 1/25.000 01 Mặt cắt địa chất tuyến 44 tỷ lệ 1/2.000 02 Mặt cắt địa chất tuyến 136 tỷ lệ 1/2.000 03 Mặt cắt địa chất tuyến 172 tỷ lệ 1/2.000 04 DANH MỤC CÁC ẢNH MINH HỌA Số TT Tiêu đề ảnh Trang Ảnh 1.1 Đá basalt hệ tầng Túc Trưng điểm khảo sát 27 ĐSD.1582 Ảnh 1.2 Đá basalt hệ tầng Túc Trưng điểm khảo sát 28 ĐSD.757 Ảnh 1.3 Địa hình dạng vịm phủ, có bề mặt đỉnh 31 phẳng chứa bauxit thuộc thaan quặng 13c-ĐS Ảnh 1.4 Dạng địa hình sườn bóc mịn trơ quặng laterit chứa 31 bauxit thuộc thân quặng 13m-ĐS Ảnh 1.5 Dạng địa hình thung lũng chứa than bùn xã Thuận 32 An Ảnh 1.6 Dạng địa hình thung lũng 32 Ảnh 2.1 Một số hình ảnh nhà máy Alumin Nhân Cơ 59 Ảnh 2.2 Một số hình ảnh nhà máy Alumin Tân Rai 60 69 13 Ảnh 3.1 Đá basalt tholeit màu xám xanh, xám đen Ảnh 3.2 Đá basalt pyroxen màu xám xanh, xám đen, ban tinh với gian phiến, ophit Ảnh 3.3 Đá basalt lỗ hổng màu xám xanh, xám đen, ban tinh với gian phiến, ophit Ảnh 3.4 Mặt cắt vỏ phong hóa laterit chứa bauxit thuộc thân quặng 13a-ĐS điểm khảo sát ĐS.5212 khu Thôn Ảnh 4.1 Bauxit dạng mảnh, dạng xỉ có độ hạt > 10mm 94 14 Ảnh 4.2 Bauxit dạng mảnh, dạng xỉ có độ hạt 5mm 94 15 Ảnh 4.3 Gibsit tập hợp nhỏ, nửa tự hình Ảnh 4.4 Gibsit giả hình theo hình dạng lăng trụ plagioclas Ảnh 4.5 Gibsit tập hợp vi hạt, nhỏ tha hình 95 10 11 12 16 17 18 19 20 21 22 Ảnh 4.6 Gibsit dạng vi vẩy, vẩy nhỏ Ảnh 4.7 Gibsit tập hợp vi hạt, nhỏ nửa tự hình, hạt tự hình Ảnh 4.8 Gibsit giả hình lăng trụ plagioclas Ảnh 4.9 Bauxit dạng giả cầu thuộc thân quặng 13a-ĐS Ảnh 4.10 Vết lộ quặng bauxit dạng giả cầu thuộc thân quặng 13a-ĐS 70 71 75 95 96 96 97 97 106 106 117 phần chúng tồn dạng khống vật rutil, cịn lại phần lớn số lượng ion Ti+4 bảo tồn thành phần ilmenit Với đặc điểm nêu ion Ti+4 tích tụ đới vỏ phong hóa, thực chất làm giàu tương đối khoáng vật ilmenit đới bauxit laterit đới sét Nguyên tố Ca: có thành phần plagioclas (andezin labrado), phần lớn số lượng ion Ca+2 tham gia vào thành phần khoáng vật plagioclas với tư cách cation chủ yếu, phần nhỏ Ca+2 tham gia vào thành phần pyroxen với Mg+2 Fe+2 Trong q trình phong hóa đá basalt cation Ca+2 giải phóng khống vật nêu dễ dàng hòa tan nước đới nước chảy đứng nước chảy ngang đưa khỏi đới vỏ phong hóa Nguyên tố Mg: có thành phần pyroxen olivin, trình phong hóa cation Mg+2 giải phóng khỏi thành phần khống vật nêu trên, có khả hòa tan nước dạng dung dịch thật nước đưa khỏi đới vỏ phong hóa Nguyên tố Na: có thành phần plagioclas, q trình plagioclas bị phong hóa cation Na+ giải phóng hồn tồn khỏi khống vật, dễ hịa tan nước dạng dung dịch thật nước mang khỏi vỏ phong hóa 5.1.3 Cơ chế thành tạo quặng bauxit khu vực Đăk Song Các tác nhân gây biến đổi đá basalt xẩy mạnh mẽ, phần đá basalt phía tiếp xúc với khơng khí chịu tác dụng trực tiếp với nước mưa, có độ pH = 4-5 Nước mưa sau rơi xuống mặt đất có hoạt tính hóa học mạnh thấm vào đá bị rạn nứt suốt mùa khơ làm cho khống vật thành phần đá (olivin, pyroxen, plagioclas) bị thủy phân rửa trôi, trước tiên nguyên tố kiềm, kiềm thổ silic Trong trường hợp này, địa hình đồi có phân dị chế độ mơi trường định q trình tạo khống ngoại sinh Sự phân dị mơi trường hóa lý có lẽ nước ngầm định Các khoáng vật đá 118 basalt theo vị trí khơng gian (theo chiều thẳng đứng) chịu tác dụng biến đổi môi trường hóa lý khác Ở phần mực nước ngầm, môi trường luôn thay đổi tác động trực tiếp yếu tố ngoại sinh nhiệt độ, nước mưa, Nước đới thường xuyên cung cấp oxy tự do, CO2, H2, tạo nên mơi trường có phản ứng axit yếu (pH = 4-5), oxy hóa mạnh Trong điều kiện này, khoáng vật nguyên sinh bị biến đổi mạnh mẽ q trình hydrat hóa, thủy phân, oxy hóa đặc biệt q trình rửa lũa mạnh mẽ Các khoáng vật olivin, pyroxen plagioclas, bị biến đổi hồn tồn Trong q trình biến đổi khoáng vật nêu ion Ca+2 Mg+2 giải phóng khỏi thành phần olivin pyroxen bị rửa lũa mạnh mẽ, cịn ion Fe+2 bị oxy hóa biến thành oxit (hydroxit) sắt ba Fe2O3.nH2O khơng hịa tan nước giữ lại chỗ sau biến thành hydrogoethit FeO(OH).nH2O goethit FeO(OH) Một phần ion Fe+2 hòa tan di chuyển theo nước, điều kiện tiếp xúc với khơng khí tạo thành Fe+3 lắng đọng Khi phong hóa plgioclas nguyên tố kiềm, kiềm thổ giải phóng, ion Si+4 với oxy tạo thành SiO2.nH2O (dạng keo) dễ hòa tan rửa lũa với nguyên tố kiềm kiềm thổ Mức độ hòa tan silic phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, độ pH Điều giải thích đới laterit SiO2 đưa khỏi vỏ phong hóa tới 96% so với hàm lượng ban đầu chúng Trong điều kiện nhơm có khả kết hợp với nhóm (OH) để tạo thành Al2O3.nH2O điều kiện khô nóng biến thành gibsit Al2O3.3H2O Một phần silic khơng hịa tan với nhơm tạo thành kaolinit Q trình thành tạo gibsit, goethit kaolinit xẩy trực tiếp nguyên tố Ca, Na, Mg, đặc biệt silic đưa mạnh mẽ, nguyên tố mang tính lưỡng tính như: Al+3, Fe+3, Ti+3, giữ lại, khoáng vật đá basalt (plagioclas, olivin, pyroxen, ) trực tiếp biến thành gibsit, goethit phần kaolinit tạo nên đới laterit chứa bauxit 119 SiO2 SiO2 (Ca,Na)[(Al,Si)4O8] (Ca,Fe,Mg)2[Si2O6] (Fe,Mg)2[SiO4] Tác nhân phong hóa Gibsit Al(OH)3 O2+ H2O; t0 Hydrogoethit FeO(OH).nH2O Kaolinit Al2(OH)4[Si2O5] Hình 5.1 Cơ chế thành tạo quặng bauxit Bảng 5.1 Cơ chế thành tạo khống vật vỏ phong hóa đá phun trào basalt Đá gốc basalt Tác nhân phong hóa Plagioclas (Ca,Na)[(Al,Si)4O8] H2O + O2 t0 Pyroxen (Ca,Fe,Mg)2[Si2O6] H2O + O2 t0 Olivin (Fe,Mg)2[SiO4] H2O + O2 t0 Sản phẩm phong hóa với khống vật - Kaolinit, Haluazit - Gibsit - Montmorilonit {3H2O(Ca,Na)}Al2(OH)2[Si4O16] - Goethit - Hydrogoethit FeO(OH)nH2O - Goethit - Hydrogoethit 5.2 Quy luật phân bố quặng bauxit khu vực Đăk Song Nghiên cứu đặc điểm bauxit laterit vỏ phong hóa đá basalt rút quy luật sau: 5.2.1 Quy luật phân bố theo chiều thẳng đứng mặt cắt phong hóa laterit đá basalt 120 Các kết nghiên cứu chi tiết thành phần hóa học, hệ số tập trung nguyên tố tạo quặng, thành phần khoáng vật, đặc điểm cấu tạo, thể rõ tính quy luật phân đới thành phần vật chất cấu tạo vỏ phong hóa laterit bauxit Vỏ phong hóa laterit bauxit đá basalt có tính phân đới rõ rệt từ xuống gồm đới sau: đới thổ nhưỡng, đới laterit chứa bauxit, đới litoma, đới saprolit, đá basalt Mỗi đới khơng đặc trưng tổ hợp khống vật định mà cịn phân biệt chúng dựa vào thị màu sắc, thành phần độ hạt, mức độ gắn kết đặc điểm kiến trúc cấu tạo chúng Đới phần lớp vỏ phong hóa có tính chất riêng biệt Sự hình thành bảo tồn chúng phụ thuộc vào nhiều điều kiện địa hình, khí hậu, thực vật, hoạt động xâm thực, Đó yếu tố bản, tương tác lẫn thúc đẩy trình thủy phân dẫn đến rửa trôi nguyên tố tạo đá basalt, trước tiên kiềm silic Đồng thời tích lũy nhơm nguyên tố thủy phân khác Kết cuối tạo nên đới riêng biệt có thành phần, kiến trúc cấu tạo khác có vị trí định mặt cắt Khi xác lập đới kiểu mặt cắt dựa vào đặc điểm gọi tên đới sau: Thạch học - Khoáng vật Số TT Cấu tạo Thạch học Khoáng vật đặc trưng Địa hóa Đới Ngun tố đặc trưng Q trình Định lượng Al2O3