Đặc điểm chất lượng kaolin khu vực đại từ thái nguyên và định hướng sử dụng

Bộ Giáo dục đào tạo Trường đại học Mỏ - địa chất Nguyễn thị minh giang đặc điểm chất lượng kaolin khu vực đại từ tháI nguyên định hướng sử dụng Luận văn thạc sỹ kỹ thuật hà nội - 2014 Bộ Giáo dục đào tạo Trường đại học Mỏ - địa chất Nguyễn thị minh giang đặc điểm chất lượng kaolin khu vực đại từ tháI nguyên định hướng sử dụng Ngành: Kỹ thuật địa chất MÃ số: 60.52.05.01 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Văn Lâm Hµ néi - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 15 tháng 04 năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Minh Giang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT - KHOÁNG SẢN KHU VỰC ĐẠI TỪ - THÁI NGUYÊN 11 1.1 Khái quát đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội 11 1.1.1 Vị trí địa lý 11 1.1.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên 11 1.1.3 Đặc điểm kinh tế - nhân văn, sở hạ tầng 12 1.2 Khái quát lịch sử nghiên cứu địa chất 15 1.2.1 Giai đoạn trước năm 1954 15 1.2.2 Giai đoạn sau năm 1954 .15 1.3 Đặc điểm địa chất - khoáng sản 17 1.3.1 Địa tầng .17 1.3.2 Magma .21 1.3.3 Kiến tạo .23 1.3.4 Khoáng sản 24 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ KAOLIN VÀ CÁC LĨNH VỰC SỬ DỤNG 26 2.1 Tổng quan khoáng sản kaolin 26 2.1.1 Khái niệm 26 2.1.2 Các kiểu nguồn gốc kaolin 26 2.2 Các lĩnh vực sử dụng kaolin yêu cầu công nghiệp 29 2.2.1 Công nghiệp sản xuất đồ gốm 30 2.2.2 Công nghiệp sản xuất vật liệu chịu lửa 32 2.2.3 Lĩnh vực sử dụng kaolin làm chất độn 33 2.2.4 Một số lĩnh vực khác 34 Chương 3: ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG KAOLIN KHU VỰC ĐẠI TỪ - 35 THÁI NGUYÊN 35 3.1 Đặc điểm phân bố kaolin 35 3.1.1 Mỏ Phú Lạc 35 3.1.2 Mỏ Núi Hồng .36 3.2 Đặc điểm thành phần vật chất kaolin 42 3.2.1 Thành phần khoáng vật 42 3.2.2 Thành phần hóa học .50 3.2.3 Đặc điểm nguyên tố vi lượng 57 3.2.4 Thành phần độ hạt độ thu hồi kaolin 57 3.3 Các tính chất lý cơng nghệ kaolin 59 3.3.1 Tính chất lý .59 3.3.2 Tính chất kỹ thuật 60 3.3.3 Tính chất công nghệ 61 3.4 Tài nguyên - trữ lượng kaolin khu vực Đại Từ - Thái Nguyên 64 3.4.1 Chỉ tiêu tính tài nguyên trữ lượng kaolin 64 3.4.2 Phương pháp xác định tài nguyên - trữ lượng .65 3.4.3 Kết tính tài nguyên trữ lượng kaolin khu vực Đại Từ 65 Chương 4: ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KAOLIN KHU VỰC ĐẠI TỪ - THÁI NGUYÊN 68 4.1 Khái quát trạng khai thác chế biến kaolin Việt Nam 68 4.1.1 Hiện trạng khai thác .68 4.1.2 Hiện trạng chế biến kaolin 68 4.2 Nhu cầu kaolin ngành công nghiệp đến năm 2020 .69 4.3 Định hướng sử dụng kaolin khu vực Đại Từ - Thái Nguyên 70 4.4 Định hướng công nghệ chế biến 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 DANH MỤC CÁC BẢNG Nội dung Trang Bảng 2.1: Thành phần hóa học kaolin lọc theo TCVN 6301 - 1997 31 Bảng 2.2: Thành phần cỡ hạt tiêu lý theo TCVN 6301 - 1997 31 Bảng 2.3: Tiêu chuẩn chất lượng kaolin làm vật liệu chịu lửa samot 32 (TCVN 6588 - 2000) Bảng 2.4: Yêu cầu chất lượng kaolin cho sản xuất giấy 33 Bảng 3.1: Hàm lượng thành phần khoáng vật kaolin Phú Lạc 42 Bảng 3.2: Kết phân tích rơnghen mẫu kaolin tái trầm tích mỏ Phú Lạc 45 Bảng 3.3: Kết phân tích nhiệt mẫu kaolin tái trầm tích mỏ Phú Lạc 45 Bảng 3.4: Thành phần hóa kaolin rây 0,21mm mỏ kaolin Núi Hồng 51 Bảng 3.5: Kết phân tích hóa nhóm kaolin mỏ Phú Lạc 53 Bảng 3.6: Kết xử lý thống kê hàm lượng Al2O3 mỏ Phú Lạc 55 Bảng 3.7: Các thông số thống kê hàm lượng Al2O3 mỏ Phú Lạc 55 Bảng 3.8: Kết xử lý thống kê hàm lượng Fe2O3 mỏ Phú Lạc 56 Bảng 3.9: Các thông số thống kê hàm lượng Fe2O3 mỏ Phú Lạc 56 Bảng 3.10: Thành phần độ hạt kaolin mỏ Núi Hồng 57 Bảng 3.11: Thành phần độ hạt kaolin mỏ Phú Lạc 57 Bảng 3.12: Kết xử lý thống kê độ thu hồi kaolin qua rây 0,21mm 58 Bảng 3.13: Các thông số thống kê độ thu hồi kaolin qua rây 0,21mm 59 Bảng 3.14: Kết phân tích mẫu lý kaolin mỏ Núi Hồng 59 Bảng 3.15: Kết phân tích mẫu lý kaolin mỏ Phú Lạc 60 Bảng 3.16: Các tiêu kỹ thuật đơn giản khác kaolin mỏ Núi Hồng 61 Bảng 3.17: Hàm lượng thành phần kaolin nguyên khai Phú Lạc 61 Bảng 3.18: So sánh kaolin sau lọc với kaolin nguyên khai 63 Bảng 3.19: Trữ lượng, tài nguyên kaolin nguyên khai mỏ Phú Lạc 65 Bảng 3.20: Trữ lượng, tài nguyên kaolin rây 0,21mm mỏ Núi Hồng 66 Bảng 4.1: Nhu cầu thăm dò, khai thác kaolin làm nguyên liệu cho sản xuất 70 VLXD Việt Nam đến năm 2020 Bảng 4.2: So sánh chất lượng kaolin lọc qua rây 0,21mm mỏ Phú Lạc 71 với tiêu chuẩn kaolin sử dụng số ngành công nghiệp Bảng 4.3: So sánh chất lượng kaolin lọc qua rây 0,21mm mỏ Núi Hồng với tiêu chuẩn kaolin sử dụng số ngành công nghiệp 71 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Nội dung Trang Hình 1.1: Sơ đồ giao thơng tỉnh Thái Ngun 14 Hình 1.2: Bản đồ địa chất vùng Đại Từ - Thái Nguyên 25 Hình 3.1: Sơ đồ địa chất bố trí cơng trình mỏ kaolin Phú Lạc, xã Phú 38 Lạc, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên Hình 3.2: Mặt cắt địa chất tuyến 1,2,3,6 mỏ kaolin Phú Lạc, xã Phú Lạc, 39 huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên Hình 3.3: Bản đồ địa chất bố trí cơng trình mỏ kaolin Núi Hồng - Đại 40 Từ - Thái Nguyên Hình 3.4: Mặt cắt địa chất tuyến 7,8,9,22 mỏ kaolin Núi Hồng - Đại Từ - 41 Thái Nguyên Hình 3.5: Biểu đồ rơnghen mẫu kaolin Phú Lạc 43 Hình 3.6: Biểu đồ nhiệt mẫu kaolin Phú Lạc 44 Hình 3.7: Kết phân tích nhiệt mẫu KPL - PH1 46 Hình 3.8: Kết phân tích nhiệt mẫu KPL - PH2 47 Hình 3.9: Kết phân tích rơnghen mẫu KPL - PH1 48 Hình 3.10: Kết phân tích rơnghen mẫu KPL - PH2 49 Hình 3.11: Biểu đồ tần suất hàm lượng Al2O3 mỏ Phú Lạc 55 Hình 3.12: Biểu đồ tần suất hàm lượng Fe2O3 mỏ Phú Lạc 56 Hình 3.13: Biểu đồ tần suất độ thu hồi kaolin qua rây 0,21mm mỏ Phú Lạc 58 Hình 3.14: Sơ đồ quy trình tuyển lọc kaolin mỏ Phú Lạc 62 Hình 3.15: Bình đồ phân khối trữ lượng kaolin mỏ kaolin Phú Lạc, xã Phú 67 Lạc, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên Hình 4.1: Quy trình cơng nghệ tuyển lọc kaolin máng ziczăc 69 Hình 4.2: Quy trình cơng nghệ tuyển lọc kaolin tiên tiến 73 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Kaolin đá sét sáng màu, với thành phần chủ yếu kaolinit với khống vật sét khác: illit, nacrit, dickit,… Kaolin biết đến khống chất cơng nghiệp quan trọng phổ biến nhiều lĩnh vực khác nhau: làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ, vật liệu chịu lửa, làm chất độn ngành công nghiệp sản xuất giấy, sơn, phân bón, Ở Việt Nam, kaolin phong phú, phân bố rải rác toàn quốc, chủ yếu tập trung khu vực miền Bắc Qua kết điều tra, khảo sát địa chất, tìm kiếm thăm dị xác nhận kaolin nước ta có ba loại nguồn gốc phong hóa, tái trầm tích nhiệt dịch Trong kaolin nguồn gốc phong hóa phân bố rộng, chất lượng tốt tiềm lớn Đại Từ huyện miền núi nằm phía tây bắc tỉnh Thái Nguyên Tài nguyên khoáng sản huyện Đại Từ tương đối đa dạng chủng loại, gồm khoáng sản nhiên liệu (than đá), kim loại màu (thiếc, vonfram), kim loại đen (titan, sắt), khống chất cơng nghiệp (pyrit, barit, kaolin ), vật liệu xây dựng thơng thường (sét gạch ngói, đá vơi xây dựng, cát, cuội, sỏi) Trong đó, kaolin số khống sản có vai trị khơng nhỏ định hướng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Trong năm qua, công tác điều tra địa chất, tìm kiếm thăm dị địa bàn huyện Đại Từ phát số mỏ điểm kaolin phong hố từ đá gabro phức hệ Núi Chúa có tiềm chất lượng đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ số lĩnh vực khác Tuy nhiên, việc khai thác, chế biến sử dụng kaolin cịn khơng bất cập, gây lãng phí tài nguyên ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Do vậy, việc đánh giá cách đầy đủ toàn diện đặc điểm phân bố, chất lượng tiềm nguyên liệu kaolin làm sở định hướng sử dụng cách hợp lý có hiệu để phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội huyện Đại Từ nói riêng, tỉnh Thái Nguyên nói chung có ý nghĩa to lớn Đề tài: “Đặc điểm chất lượng kaolin khu vực Đại Từ - Thái Nguyên định hướng sử dụng” đặt để giải yêu cầu thực tiễn nêu Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: mỏ, điểm mỏ kaolin khu vực Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên - Phạm vi nghiên cứu: kaolin khu vực Đại Từ, Thái Nguyên phát đo vẽ đồ địa chất khu vực, tìm kiếm thăm dị Mục đích nghiên cứu luận văn Làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, chất lượng tiềm tài nguyên, trữ lượng kaolin khu vực Đại Từ - Thái Nguyên làm sở định hướng sử dụng kaolin phục vụ cho khai thác, chế biến sử dụng hợp lý, tiết kiệm đạt hiệu cao Nội dung nghiên cứu luận văn - Tiến hành tổng hợp hệ thống hóa kết đo vẽ đồ địa chất khu vực, kết tìm kiếm, thăm dò kaolin khu vực Đại Từ - Thái Nguyên - Nghiên cứu làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, thành phần vật chất, chất lượng kaolin khu vực Đại Từ - Thái Nguyên sở tổng hợp, xử lý kết phân tích hóa tính chất kỹ thuật, công nghệ kaolin số mỏ điển hình - Định hướng sử dụng cơng nghệ chế biến kaolin theo hướng tiết kiệm hiệu Phương pháp nghiên cứu - Áp dụng phương pháp tiệm cận có hệ thống kết hợp phương pháp địa chất truyền thống để nghiên cứu, nhận thức chất đối tượng nghiên cứu - Tổng hợp, hệ thống hóa phân tích tài liệu điều tra địa chất, tìm kiếm thăm dị để luận giải đặc điểm phân bố, chất lượng tính chất công nghệ kaolin khu vực Đại Từ - Thái Nguyên - Sử dụng phương pháp tổng hợp, đối sánh để đánh giá chất lượng kaolin lĩnh vực công nghiệp khác làm sở cho việc định hướng sử dụng chế biến kaolin cách hợp lý có hiệu 68 Chương 4: ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KAOLIN KHU VỰC ĐẠI TỪ - THÁI NGUYÊN 4.1 KHÁI QUÁT HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN KAOLIN Ở VIỆT NAM 4.1.1 Hiện trạng khai thác Ở nước ta, sản lượng kaolin chủ yếu khai thác từ mỏ nguồn gốc phong hố từ thân pegmatit, mỏ phong hoá từ đá magma thành phần axit tái trầm tích Nhìn chung, kaolin phong hố khai thác lộ thiên phương pháp cắt tầng với độ cao tầng - 5m Độ cao khai thác phần lớn mỏ thường cao mực xâm thực địa phương nên việc tháo khô mỏ chủ yếu phương pháp thoát nước tự chảy Một số mỏ có độ cao khai thác thấp mực xâm thực địa phương, lượng nước chảy vào mỏ tháo khô phương pháp cưỡng mỏ Quy trình khai thác đơn giản, gồm: bóc đất đá phủ đưa bãi thải, xúc bốc kaolin lên ô tô gàu xúc, vận chuyển bãi chứa khu chế biến 4.1.2 Hiện trạng chế biến kaolin Kaolin nguyên khai sau khai thác vận chuyển kho chứa, sau tuyển lọc để tạo kaolin lọc thành phẩm có chất lượng để đáp ứng yêu cầu nhiều ngành công nghiệp, mà chủ yếu công nghiệp gốm sứ, vật liệu chịu lửa,… Nhìn chung, kaolin ngun liệu có cơng nghệ chế biến tương đối đơn giản Hiện nay, đa số doanh nghiệp dùng phương pháp tuyển lọc kaolin truyền thống sử dụng dây chuyền công nghệ máng ziczăc để thu hồi kaolin thương phẩm Công nghệ lọc kaolin truyền thống có ưu điểm giá thành rẻ, song sản phẩm có chất lượng khơng ổn định, tỷ lệ thu hồi kaolin thấp, bã thải chưa tận thu, kaolin sau tuyển lẫn nhiều tạp chất như, cát, oxyt sắt,… Quy trình cơng nghệ tuyển lọc kaolin truyền thống máng ziczăc trình bày hình 4.1 69 Kaolin nguyên khai Tiêu thụ Bể khuấy, đánh tơi, chà xát Nhập kho Hệ thống máng zizăc Đóng bao Bể lắng Phơi, sấy khơ Hình 4.1: Quy trình cơng nghệ tuyển lọc kaolin truyền thống máng ziczăc Tuy nhiên, với loại kaolin có chất lượng thấp (hàm lượng Al2O3 thấp, hàm lượng oxyt tạo màu Fe2O3 hay TiO2 cao), phương pháp tuyển lọc kaolin truyền thống không đem lại hiệu cao, chất lượng kaolin không đảm bảo yêu cầu chất lượng cho sản xuất gốm sứ cao cấp 4.2 NHU CẦU KAOLIN CỦA CÁC NGÀNH CÔNG NGHIỆP ĐẾN NĂM 2020 Tùy theo thành phần chất lượng khoáng, kaolin sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất khác kinh tế quốc dân, như: vật liệu xây dựng (gạch, vật liệu chịu lửa,…), gốm sứ, giấy, cao su, hóa mỹ phẩm (sơn, xà phịng,…),v.v Hiện nay, nhu cầu đòi hỏi sản phẩm vật liệu xây dựng, giấy, cao su,… với chất lượng cao tăng mạnh nước Đây ngành cơng nghiệp chủ lực Việt Nam nên có tốc độ tăng trưởng mạnh có sức cạnh tranh lớn so với sản phẩm loại thị trường nước khu vực Do đó, nhu cầu nguyên liệu kaolin lớn Tuy nhiên, nhu cầu kaolin làm nguyên liệu cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng chiếm chủ yếu, gốm sứ giấy, ngành khác không đáng kể Theo dự báo “Quy hoạch thăm dị, khai thác, chế biến sử dụng khống sản làm vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020”, nhu cầu thăm dò, khai thác chế biến kaolin làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 thể bảng 4.1 70 Bảng 4.1: Nhu cầu thăm dò, khai thác kaolin làm nguyên liệu cho sản xuất VLXD Việt Nam đến năm 2020 Nhu cầu khối lượng thăm dò (triệu tấn) 2011 - 2015 2016 - 2020 15 Tổng cộng 20 Nhu cầu khối lượng khai thác, chế biến (nghìn tấn) 2011 - 2015 2016 - 2020 440 Tổng cộng 400 840 “Nguồn: Quyết định số 45/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ, 2012” Như vậy, thấy nhu cầu thăm dò, khai thác chế biến kaolin phục vụ cho nhu cầu sản xuất vật liệu xây dựng nước giai đoạn từ đến 2020 lớn 4.3 ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG KAOLIN KHU VỰC ĐẠI TỪ - THÁI NGUYÊN Tùy thuộc vào nguồn gốc thành tạo chất lượng khoáng sản mà loại khống sản đáp ứng u cầu chất lượng cho nhiều ngành công nghiệp hay đáp ứng yêu cầu cho lĩnh vực sản xuất Do đó, để việc sử dụng kaolin có hiệu kinh tế, khơng làm thất thốt, gây lãng phí tài nguyên thiên nhiên, cần vào tiêu chí sau việc định hướng sử dụng kaolin cho ngành công nghiệp: - Chất lượng tiềm tài nguyên kaolin đánh giá - Tiêu chuẩn chất lượng kaolin sử dụng cho nghành công nghiệp - Bảo đảm sử dụng hợp lý, tiết kiệm tài ngun khống sản kết hợp với bảo vệ mơi trường Để đánh giá khả sử dụng kaolin vùng, học viên tiến hành so sánh chất lượng kaolin thương phẩm mỏ với tiêu chất lượng ngành công nghiệp (bảng 4.2, 4.3) 71 Bảng 4.2: So sánh chất lượng kaolin lọc qua rây 0,21mm mỏ Phú Lạc với tiêu chuẩn kaolin sử dụng số ngành công nghiệp Hàm lượng (%) Chỉ tiêu Đạt tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Việt Nam Kaolin Phú Lạc sau lọc Loại I Loại II Tiêu chuẩn kaolin sản xuất gốm sứ xây dựng (TCVN 6301: 1997) Al2O3 33 30 36,29 Loại I Fe2O3 1,0 1,7 1,29 Loại II Tiêu chuẩn kaolin sản xuất gốm sứ dân dụng Al2O3 ≥ 15 36,29 Đạt Fe2O3 ≤ 1,5 1,29 Đạt Tiêu chuẩn kaolin công nghiệp giấy Al2O3 30 - 39 36,29 Đạt Fe2O3