9. Kết cấu của luận văn
2.3.2. Kết quả nghiên cứu đặc điểm địa chất mỏ
Việc nghiên cứu để chỉ ra đặc điểm địa chất mỏ vƣợt quá năng lực KH&CN của Phòng R&D thuộc Công ty Sơn Lâm, do đó để nghiên cứu đặc điểm địa chất mỏ, chứng minh cho tính khả thi của hoạt động khai thác sau này, Phòng R&D thuộc Công ty đã đề nghị sự phối hợp của Liên đoàn Địa chất Tây Bắc, các chuyên gia ở Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam để cùng nghiên cứu.
52
a. Địa tầng
Trong khu khai thác gồm chủ yếu là các đá trầm tích biến chất thuộc tập 2 hệ tầng Hà Giang (ε2hg2) và các trầm tích bở rời hệ Đệ tứ (Q)
Các trầm tích biến chất thuộc tập 2 hệ tầng Hà Giang phân bố thành dải hẹp ở phần rìa phía tây bắc của diện tích khai thác và ít thấu kính nhỏ còn sót lại trong khối granit thuộc phức hệ Loa Sơn; thành phần gồm chủ yếu là quarzit, quarzit sericit xen lớp mỏng đá phiến thạch anh sericit, đá phiến lục actinolit thạch anh.
Đá phiến thạch anh sericit: Đá có màu xám sáng, phớt vàng, ánh tơ,
hạt vảy nhỏ mịn. Kiến trúc hạt vảy biến tinh. Cấu tạo phân phiến, phân lớp mỏng đến nhỏ. Thành phần khoáng vật: thạch anh 70-85%; sericit: 15-30%; khoáng vật phụ: zircon, apatit, tumalin
Quarzit, quarzit sericit: Đá có màu trắng đục, trắng xám phớt vàng, nâu
nhạt. Hạt vừa đến nhỏ. Kiến trúc hạt (vảy) biến tinh. Cấu tạo phân phiến. Thành phần khoáng vật gồm thạch anh 85-97%; sericit 3-15%; khoáng vật phụ: zircon, apatit, felspat.
Các đá này khi nằm gần các thể granitoit thƣờng bị sừng hoá (đá sừng thạch anh biotit, quarzit biotit, quarzit 2 mica…).
Đá phiến lục actinolit thạch anh: Đá có màu lục sẫm đến lục xám. Hạt
nhỏ đến mịn, kiến trúc que hạt biến tinh. Cấu tạo phiến trạng. Thành phần khoáng vật: actinolit:70%; thạch anh:25%; pyrocen 2%; khoáng vật quặng: 3%.
Các trầm tích bở rời hệ Đệ tứ phân bố chủ yếu ở phía nam và vài diện nhỏ ở tây bắc khu khai thác; thành phần vật chất gồm bùn, sét, sỏi sạn, mảnh vụn, hòn lăn.
Khu khai thác chỉ có mặt phức hệ magma xâm nhập Loa Sơn; đây là đối tƣợng chính để thăm dò. Phức hệ Loa Sơn phân bố rộng khắp, chiếm hầu hết diện tích khai thác, có quan hệ xuyên cắt với các đá vây quanh (đá phiến thạch anh – sericit, quarzit) của hệ tầng Hà Giang.
53
Các đá thuộc phức hệ Loa Sơn chủ yếu là plagiogranit biotit, plagiogranit 2 mica, granit biotit và granit 2 mica. Phần lớn các đá trên có dạng porphyr và bị sericit hoá.
Plagiogranit 2 mica dạng porphyr là thành phần chủ yếu của phức hệ. Đá có màu trắng đục, trắng xám, lấm chấm nâu lục, hạt nhỏ đến vừa; cấu tạo định hƣớng, kiến trúc ban tinh trên nền hạt nhỏ nửa tự hình; thành phần khoáng vật gồm plagioclas 63 - 67%, thạch anh 28 – 30%, biotit 3 – 5%, muscovit 2%, khoáng vật quặng 0 – vài hạt.
Granit 2 mica dạng porphyr có màu trắng đục, trắng xám, lấm chấm nâu lục, có các đám, dải mica màu nâu phớt lục; hạt nhỏ đến vừa; cấu tạo định hƣớng, kiến trúc ban tinh trên nền hạt nhỏ nửa tự hình; thành phần khoáng vật gồm plagioclas 22 - 28%, felspat kali 38 – 45%, thạch anh 27 – 28%, biotit 3 – 5%, muscovit 2 - 5%, khoáng vật quặng 0 – vài hạt.
Plagiogranit biotit màu trắng xám, lấm chấm lục đen, hạt vừa - nhỏ; cấu tạo định hƣớng, kiến trúc hạt bán tự hình; thành phần khoáng vật tạo đá chủ yếu là plagioclas: 67%; thạch anh: 30%; biotit: 3%, khoáng vật quặng: vài hạt.
Granodiorit biotit dạng porphyr màu trắng xám lấm chấm lục, hạt nhỏ đến vừa; cấu tạo định hƣớng, kiến trúc ban tinh trên nên hạt nhỏ bán tự hình; thành phần khoáng vật tạo đá chủ yếu gồm: plagioclas: 28%, felspat kali 40%, thạch anh: 27%; biotit: 5%, khoáng vật quặng 0 – vài hạt.
Plagioclas là loại oligoclas dạng tấm lăng trụ ngắn, thƣờng có song
tinh liên phiến, hạt vừa đến lớn (ban tinh), hạt nhỏ (nền). Một số ban tinh có chứa bao thể thạch anh.
Orthoclas dạng tấm tƣơng đối tự hình hoặc dạng hạt tha hình lấp đầy
một số khoảng trống giữa các hạt plagioclas.
Thạch anh dạng hạt nhỏ, tha hình, phân bố thành từng đám xen với
plagioclas.
54
Muscovit dạng vảy nhỏ đến vừa, tập chung thành đám hoặc đơn lẻ, phân bố không đều, sắp xếp định hƣớng.
Theo tài liệu đã có trƣớc đây và tài liệu thu thập đƣợc trong quá trình thăm dò thì trong phạm vi diện tích khai thác không có đứt gãy. Tuy nhiên, hầu hết các đá bị nứt nẻ khá mạnh, có chỗ bị dập vỡ do ảnh hƣởng của các đứt gãy ở phía nam và phía tây bắc kề sát ngoài diện tích khai thác.
b. Đặc điểm địa chất các thân quặng
Khoáng sản trong khu mỏ là kaolin và felspat. b.1. Thân khoáng Kaolin
Kaolin là sản phẩm phong hóa từ các đá plagiogranit biotit, plagiogranit 2 mica, granit biotit và granit 2 mica thuộc phức hệ Loa Sơn. Trong phạm vi khu mỏ, thân khoáng đã đƣợc khống chế cả phần trên mặt và dƣới sâu.
* Đặc điểm thân khoáng: Thân khoáng dạng đẳng thƣớc nằm ngang, chiều dài 600 m, chiều rộng 500 m, chiều dày trung bình 8,3 m. Thân khoáng nằm dƣới lớp đất trồng có bề dày từ 0-3m và nằm phủ trực tiếp trên lớp bán phong hóa của các đá granit. Trong thân kaolin có chứa các thấu kính nhỏ thành phần là đá phiến thạch anh sericit, quarzit, kaolin không đạt chỉ tiêu trữ lƣợng, hoặc đá granit chƣa phong hóa.
* Đặc điểm của kaolin: Kaolin màu trắng đục, trắng xám xen các đám, ổ màu vàng nhạt, ít đốm, vệt mỏng màu nâu sẫm.
b2. Thân khoáng felspat:
Felspat ở khu Đồng Bến phân bố ở đới bán phong hóa và chƣa bị phong hóa của các đá granit thuộc phức hệ Loa Sơn. Thân khoáng felspat phân bố bên dƣới thân khoáng kaolin. Hầu hết thân khoáng không lộ trên mặt; chỉ lộ với diện lộ nhỏ ở những nơi khe rãnh hoặc taluy nhà dân, taluy đƣờng lâm nghiệp.
* Đặc điểm của felspat: Felspat có màu trắng xám, trắng đục, lốm đốm lục đen, đôi chỗ có các ổ nhỏ, dải mỏng màu nâu; hạt nhỏ đến vừa, bị ép nén mạnh, các khoáng vật thƣờng sắp xếp định hƣớng.
55
- Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm plagioclas, felspat kali, thạch anh, ít biotit, muscovit và khoáng vật quặng. Khoáng vật thứ sinh gồm có sericit, clorit.
Plagioclas là loại oligioclas dạng tấm tự hình hoặc dạng hạt lăng trụ tự
hình đến dạng hạt tha hình méo mó; thƣờng tập trung thành từng đám, đôi chỗ đơn lẻ, phân bố không đều, sắp xếp định hƣớng. Plagioclas thƣờng bị sericit hóa, sét hóa.
Orthoclas dạng tấm tƣơng đối tự hình hoặc dạng hạt tha hình lấp đầy
một số khoảng trống giữa các hạt plagioclas.
Thạch anh dạng hạt tha hình, phân bố không đều, thƣờng tập trung
thành đám lấp đầy khoảng trống giữa các hạt plagioclas và orthoclas.
Biotit màu nâu, dạng vảy nhỏ, thƣờng tập trung thành đám, dải mỏng, phân bố không đều, sắp xếp định hƣớng. Một số vảy biotit bị clorit hóa từng phần, đôi khi toàn phần.
Muscovit dạng vảy nhỏ đến rất nhỏ, phân bố không đều, tập trung thành
đám hoặc đơn lẻ.
Khoáng vật quặng màu đen dạng hạt, phân bố đơn lẻ, rải rác.
2.3.3. Kết quả nghiên cứu chất lượng và đặc điểm công nghệ của kaolin
Kaolin là sản phẩm phong hóa từ đá granit và plagiogranit hạt nhỏ đến vừa thuộc phức hệ Loa Sơn; có màu trắng đục xen các đám, ổ màu vàng nhạt, ít đốm, vệt mỏng màu nâu sẫm do ngấm hydroxyt sắt. Phần trên mức độ phong hoá mạnh mẽ, mềm bở làm biến dạng cấu trúc ban đầu. Mức độ phong hóa giảm dần theo chiều sâu. Chiều dày từ 1,2m đến 25m.
Dựa vào kết quả phân tích rơnghen, hoá học và tính chất cơ lý cho thấy kaolin tại mỏ Đồng Bến, Tuyên Quang có những đặc điểm sau:
a. Thành phần thạch học:
Theo kết quả phân tích mẫu rơnghen và mẫu nhiệt: kaolinnit từ 10÷23%, monmorilonit it, Illit từ 6 ÷ 22%, clorit từ 4 ÷ 6%, lẫn các vụn, sạn thạch anh từ 32÷50%, felspat từ 3÷38%, gơtit từ 2÷6%.
56
Theo kết quả phân tích hoá học cơ bản 195 mẫu đơn và 20 mẫu hoá nhóm, cho thấy hàm lƣợng các chất có ích và có hại của kaolin nhƣ sau:
+ Theo mẫu cơ bản SiO2 từ 60,42% đến 74,72%; Al2O3 từ 16,01% đến 23,37%; %; Fe2O3: từ 0,57% đến 2,00%; MKN từ 2,48% đến 7,18%; độ thu hồi dƣới rây 0,21mm từ 23,90% đến 95,8%.
+ Theo công trình: SiO2: từ 62,12% đến 73,68%; Al2O3: từ 16,01% đến 22,48%; Fe2O3: từ 0,64% đến 1,59%; MKN từ 3,01% đến 6,95%; độ thu hồi dƣới rây 0,21mm từ 27,5% đến 75,17%.
+ Theo khối trữ lƣợng: SiO2 từ 68,60% đến 71,05%; Al2O3: từ 17,23% đến 18,42%; Fe2O3: từ 0,94% đến 1,21%; MKN từ 5,05% đến 5,71%; độ thu hồi dƣới rây 0,21mm từ 50,30% đến 63,86%.
c. Thành phần hạt và độ trắng:
Theo kết quả phân tích 30 mẫu độ hạt và độ trắng, thành phần hạt và độ trắng của kaolin: độ trắng (dƣới rây 0,21mm) từ 44,9% đến 60,0 %, trung bình 55,9%.
Từ các số liệu trên cho thấy kaolin trong khu vực khai thác có hàm lƣợng Al2O3 và các thành phần có ích đều có thể sử dụng để làm nguyên liệu gốm sứ, hàm lƣợng sắt Fe2O3 tƣơng đối cao.
d. Tính chất cơ lý:
Qua kết quả phân tích các mẫu cơ lý đất (tƣơng đƣơng với mẫu lấy trong thân khoáng kaolin) cho thấy kaolin ở khu khai thác có đặc điểm mềm, dễ vỡ vụn. Độ ẩm tự nhiên thay đổi từ 0,99% đến 8,92% trung bình 4,09%, Dung trọng tự nhiên thay đổi từ 1,30 đến 1,63g/cm3
trung bình 1,41g/cm3, Tỷ trọng thay đổi từ 2,61 đến 2,66g/cm3
trung bình 2,63 g/cm3, Độ lỗ rỗng thay đổi từ 40,2 đến 52,1% trung bình 48,36%.
e. Tính chất công nghệ của kaolin:
Để đánh giá tính chất công nghệ của kaolin tiến hành lấy mẫu công nghệ và thử nghiệm sản xuất thử gốm sứ. Công tác thử nghiệm mẫu công nghệ do Trung tâm Khoa học công nghệ CERATEC thuộc Hiệp hội Gốm sứ
57
xây dựng Việt Nam tiến hành. Mẫu đƣợc lấy từ trong thân khoáng kaolin thuộc mỏ Đồng Bến, xã Thành Long, huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang.
Với mục đích nâng cao chất lƣợng kaolin đã sử dụng xyclon thuỷ lực. Đây là thiết bị tuyển rất hiệu quả và phổ biến trong các xƣởng tuyển khoáng trên thế giới. Ở Việt Nam, việc sử dụng xyclon với mục đích phân cấp đã đƣợc sử dụng tại một số xƣởng chế biến kaolin. Quá trình phân cấp trong xyclon thuỷ lực chủ yếu dựa vào nguyên lý tạo ra chuyển động dòng xoáy của dòng bùn quặng trong môi trƣờng nƣớc.
Mẫu đƣợc cấp vào thùng để đánh tơi, sau đó đƣợc vận chuyển và cấp vào thiết bị phân cấp ruột xoắn. Tại đây, kaolin đƣợc phân cấp thành 2 sản phẩm, sản phẩm cát thô +0,2mm và sản phẩm cấp hạt mịn -0,2mm. Sản phẩm mịn tiếp tục đƣợc đƣa vào hệ thống phân cấp xyclon thuỷ lực Φ25 để tuyển. Trong sản phẩm kaolin tinh nhận đƣợc từ quá trình phân cấp có chứa tạp chất là oxit sắt. Vì vậy cần phải xem xét khả năng tuyển tách sắt để giảm hàm lƣợng của chúng trong sản phẩm, đã tiến hành tuyển từ ƣớt sản phẩm tinh quặng kaolin (thể hiện chi tiết ở Báo cáo kết quả nghiên cứu, đánh giá mẫu công nghệ kaolin, felspat sử dụng trong công nghiệp gốm sứ).
Kết quả thu hoạch của mẫu sau khi tuyển nhƣ sau:
Bảng 2.6. Kết quả thí nghiệm mẫu kaolin sau tuyển
Stt Sản phẩm Ký hiệu Thu hoạch (%)
1 +0,21 CL ĐB.1 41,02
2 -0,21 +0,038 CL ĐB.2 40,70
3 -0,038 CL ĐB.3 18,28
(Nguồn: Công ty Sơn Lâm)
Tỷ lệ thu hồi dƣới rây 0,21 mm đạt 58,98%.
Sản phẩm kaolin sau tuyển, phần cấp hạt nhỏ hơn 0,21 mm đƣợc kiểm tra, đánh giá một số chỉ tiêu kỹ thuật nhƣ thành phần hóa, độ trắng, độ co.
58
- Công nghệ tuyển hợp lý cho kaolin là tuyển rửa bao gồm các khâu: đánh tơi chà sát để giải phóng kaolin ra khỏi các liên kết với các khoáng vật khác; phân cấp ruột xoắn, phân cấp xyclôn để tách cát ra khỏi kaolin; tuyển từ để tách các khoáng vật sắt và titan: ráo khử nƣớc bằng lắng tự nhiên trong bể cô đặc và lọc ép khung bản để cho ra sản phẩm kaolin tinh có độ ẩm từ 25 - 28 %.
- Kết quả tuyển thí nghiệm trong phòng đã nhận đƣợc sản phẩm kaolin tinh. Sản phẩm thu hồi qua rây 0,21 mm đạt 58,98%, hàm lƣợng Al2O3 = 17,07%; SiO2 = 70,98 %; Fe2O3 = 0,79 %; TFe2O3 = 1,09 %; MKN = 5,52 %;
- Sản phẩm kaolin sau tuyển có thể ứng dụng sản xuất xƣơng cho sản phẩm gốm sứ xây dựng.
2.3.4. Kết quả nghiên cứu chất lượng và đặc điểm công nghệ của felspat
Felspat là phần bán phong hóa hoặc chƣa bị phong hóa của các đá granit, plagiogranit thuộc phức hệ Loa Sơn có chất lƣợng đảm bảo các yêu cầu về chất lƣợng của nguyên liệu gốm sứ. Felspat màu trắng đục, trắng xám xen ít đốm, dải màu nâu; cấu tạo khối đến định hƣớng, kiến trúc dạng porphyr, ít chỗ kiến trúc hạt nửa tự hình; hầu hết bị ép và nứt nẻ. Phần trên thƣờng bị bán phong hóa; phần dƣới ít bị phong hoá hoặc chƣa bị phong hóa.
Theo kết quả phân tích thạch học, hoá học và tính chất cơ lý cho thấy felspat tại ở mỏ Đồng Bến, Tuyên Quang có những đặc điểm sau:
a. Thành phần thạch học:
Theo kết quả phân tích 9 mẫu thạch học chi tiết, felspat tại ở mỏ Đồng Bến, Tuyên Quang có thành phần khoáng vật chủ yếu gồm plagioclas, felspat kali, thạch anh, ít biotit, muscovit và khoáng vật quặng. Khoáng vật thứ sinh gồm có sericit, clorit.
Plagioclas (24-67%) là loại oligioclas dạng tấm tự hình hoặc dạng hạt
lăng trụ tự hình đến dạng hạt tha hình méo mó; thƣờng tập trung thành từng đám, đôi chỗ đơn lẻ, phân bố không đều, sắp xếp định hƣớng. Plagioclas thƣờng bị sericit hóa, sét hóa.
59
Orthoclas (0-45%) dạng tấm tƣơng đối tự hình hoặc dạng hạt tha hình
lấp đầy một số khoảng trống giữa các hạt plagioclas.
Thạch anh (28-30%) dạng hạt tha hình, phân bố không đều, thƣờng tập
trung thành đám lấp đầy khoảng trống giữa các hạt plagioclas và orthoclas. Biotit (0-5%) màu nâu, dạng vảy nhỏ, thƣờng tập trung thành đám, dải
mỏng, phân bố không đều, sắp xếp định hƣớng. Một số vảy biotit bị clorit hóa từng phần, đôi khi toàn phần.
Muscovit (0-5%) dạng vảy nhỏ đến rất nhỏ, phân bố không đều, tập
trung thành đám hoặc đơn lẻ.
Khoáng vật quặng (vài hạt) màu đen dạng hạt, phân bố đơn lẻ, rải rác. b. Thành phần hoá học:
Theo kết quả phân tích hoá học cơ bản 179 mẫu đơn và 20 mẫu hoá nhóm, cho thấy hàm lƣợng các chất có ích và có hại của felspat nhƣ sau:
+ Theo mẫu cơ bản SiO2: 75,20 ÷ 80,30%; Al2O3: 11,02 ÷ 13,53%; Fe2O3: 0,22 ÷ 1,20%; Na2O: 2,88 ÷ 6,68%, K2O: 0,15 ÷6,10%, CaO: 0,10 ÷ 1,52%.
+ Theo công trình: SiO2: 75,96 ÷ 79,32%; Al2O3: 11,24 ÷ 13,27%; Fe2O3: 0,30 ÷ 0,95%, Na2O: 3,17 ÷ 5,89%, K2O: 0,15 ÷ 4,48%.
+ Theo khối trữ lƣợng: SiO2: 76,77 ÷ 78,32%; Al2O3: 11,78 ÷ 12,41%; Fe2O3: 0,50 ÷ 0,75%, Na2O: 4,39 ÷5,48%, K2O: 1,58 ÷3,10%.
Từ các số liệu trên cho thấy felspat có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ.
c. Thành phần các nguyên tố quý hiếm:
Kết quả phân tích 10 mẫu hấp thụ nguyên tử cho thấy hàm lƣợng các nguyên tố quý hiếm nhƣ sau: Cd <1 – 1 ppm, Li <1 ppm, Rb 11 – 244 ppm, Sb 185 – 231 ppm, La 45 – 65 ppm, Ce 88 – 116 ppm.
Hàm lƣợng các nguyên tố quý hiếm rất thấp, việc sử dụng felspat làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ sẽ không gây lãng phí tài nguyên quý hiếm.
60
Nguyên liệu felspat ở khu khai thác có đặc điểm là bị phong hóa khá mạnh đến chƣa bị phong hóa; phần bị phong hóa có độ gắn kết yếu, dễ vỡ vụn, phần chƣa bị phong hóa rất cứng chắc. Cƣờng độ kháng nén ở trạng thái bão hòa thay đổi từ 403,0 KG/cm2