Dolomit (cịn có tên gọi là bạch vân thạch), là một vật liệu tự nhiên, có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực cơng nghiệp nhƣ luyện kim, vật liệu chịu lửa, ngồi ra cịn sử dụng trong nông nghiệp và xử lý môi trƣờng.
2.2.1. Ứng dụng trong công nghiệp
Ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp gang thép là sử dụng dolomit
trong việc khử xỉ quặng làm tăng lƣu lƣợng và độ bền của lịng máng, khn đúc đƣợc chế tạo bằng magie. Dolomit bị đốt cháy ở trạng thái cứng tạo thành các sản phẩm vê viên và sau đó đƣợc thiêu kết lại tạo thành vật liệu có tỷ trọng cao hơn và đƣợc sử dụng để sản xuất gạch chịu lửa. Mặc dù gạch chịu lửa sản xuất từ dolomit đã dừng sử dụng ở một số nƣớc nhƣng một số nƣớc châu Âu nhƣ Đức, Thổ Nhĩ Kỳ vẫn đang sử dụng. Ngoài ra đá vơi dolomit có bổ sung oxit sắt cịn đƣợc sử dụng để sửa chữa khn đúc trong lị cao.Trong thời gian trƣớc đây, bùn dolomit đƣợc sử dụng khá rộng rãi để sản xuất muối magie chịu lửa. Có nhiều ứng dụng trong công nghiệp sản xuất gang thép, đã đặt ra một số giới hạn chặt chẽ về thành phần hóa học của dolomit, cụ thể là phải có hàm lƣợng silic thấp (<0,55% SiO2), hàm lƣợng sắt thấp (<0,55% Fe2O3), hàm lƣợng lƣu huỳnh <0,1% và phốt pho <<0,02%.
Ứng dụng quan trọng thứ hai của dolomit là sản xuất kính. Hầu hết các loại
kính cơng nghiệp hiện nay đều có thành phần cơ bản là silic cùng với soda và vôi. Vôi bị thay thế một phần bởi oxit magie và đƣợc cho vào vật liệu khi nóng chảy dƣới dạng đá vơi và oxit magie bằng cách bổ sung thêm dolomit. Tuy nhiên trong lĩnh vực sản xuất kính phẳng, hầu hết vôi đƣợc bổ sung vào vật liệu cùng với dolomit và chỉ một ít đá vơi đƣợc sử dụng để cân bằng tỷ lệ CaO/MgO. Vôi và oxit magie có tác dụng làm tăng độ bền của kính, nhƣng oxit magie cũng có tác dụng làm mờ kính. Dolomit cũng đƣợc sử dụng trong sản xuất kính hộp. Yếu tố quan trọng nhất trong các nguyên liệu đầu vào cho sản xuất kính là có sự tham gia của
dolomit là hàm lƣợng sắt bởi vì nó làm tạp chất rất có hại cho sản xuất kính khơng màu. Trái ngƣợc với cát thạch anh, quá trình chế biến khống sản khơng thể loại bỏ hàm lƣợng oxit sắt trong dolomit và đá vôi một cách hiệu quả.
Ứng dụng quan trọng của dolomit trong ngành luyện kim đen làm chất trợ dung, làm cháy rã xỉ và chế quặng thiêu kết magie.
Dolomit dùng làm chất trợ dung trong luyện kim có tiêu chuẩn nhƣ sau:
MgO >17-19%; SiO2 <6%; Fe2O3 + MnO <5%; không lẫn S, P, cỡ hạt <25 mm, sức kháng nén tức thời >300 kg/cm2, rắn chắc.
Dolomit dùng trong thiêu kết magie luyện kim cần đáp ứng các yêu cầu
sau: CaO + MgO > 35%, MgO > 16%, cặn không tan < 2,5%, sét < 3%, cỡ hạt 5- 75 mm chiếm 80%; cỡ hạt nhỏ hơn 5-75 mm dƣới 20%, cỡ hạt lớn hơn 5-75mm dƣới 5%. Lƣợng sử dụng khoảng 8-12 kg dolomit/1 tấn thép.
Từ dolomit ngƣời ta lấy đƣợc Mg kim loại bằng phƣơng pháp nhiệt silic hoặc điện phân. Phƣơng pháp nhiệt silic - quy trình Pitjon: đƣa dolomit nghiền thơ, nung ở nhiệt độ 1000-1100 o
C, nghiền nhỏ, trộn với bột ferosilic để có hỗn hợp chứa 75% Si, đóng bánh rồi đem nung trong lị chuyển chân không với nhiệt độ 1100-1200 oC. Sau cùng Mg đƣợc hoàn nguyên nhờ ferosilic theo phản ứng sau:
2CaO + 2MgO + Si = 2CaO.SiO2 + 2Mg (thể hơi)
Hơi Mg đi vào máy ngƣng tụ ở cuối lò chuyển. Ngƣời ta đƣa nấu chảy nó rồi rót vào khn thép để đúc thành thỏi. Kim loại Mg thu đƣợc rất tinh khiết (lẫn 0,002% Fe, không lẫn Ni và Al).
Yêu cầu nguyên liệu dolomit dùng sản xuất Mg kim loại bằng phƣơng pháp nhiệt silic: MgO > 19,5%, SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + Mn3O4 < 2,5%, Na2O + K2O < 0,2%, cỡ cục 20-300mm.
Bên cạnh đó dolomit cịn đƣợc sử dụng để sản xuất chất kết dính, sản xuất cao su, giấy xenlulo, công nghiệp thuộc da, vật liệu cách nhiệt, bơng khống, hóa chất và dƣợc liệu, trung hịa nƣớc sulfat, kỹ thuật điện và sơn mài, sản xuất bột mài, sản xuất muối cromonatri.
Về lĩnh vực sản xuất chất kết dính cần thiêu đốt dolomit cỡ cục 100-150mm
ở nhiệt độ 700-800 oC trong buồng đốt, thu đƣợc “dolomit ăn da”. Đƣa sản phẩm này nhào với dung dịch clorua sẽ thu đƣợc chất gắn kết manhedi dùng trong xây dựng, sản xuất gạch ceramic. Yêu cầu chất lƣợng dolomit để sản xuất dolomit ăn da nhƣ sau: MgO ≥ 18%, chất cặn không tan (HO) ≤ 5%, R2O3 ≤ 4% (riêng Fe2O3 và Mn3O4 ≤ 0,5%). Dolomit càng giàu MgO thì sức gắn càng cao, càng lẫn ít tạp chất thì càng trắng (độ trắng của tạp chất gắn rất có ý nghĩa trong lĩnh vực trang trí).
Trong công nghiệp sản xuất cao su bột dolomit vừa có tác dụng làm cho cao su thêm rắn, vừa đẩy nhanh quy trình lƣu hố. Ở đây tạp chất mangan là có hại, vì nó làm cho cao su sản phẩm nhanh lão hoá, nhất là sản phẩm cao su thiên nhiên.
Trong công nghiệp giấy xenlulo loại dolomit không nhuốm màu là nguyên
liệu để chế biến ra chất bùn khoáng axit (bisulfit Ca, Mg) bằng cách làm cho no sữa vôi - magie bởi SO2 (anhidrit sulfurơ). Chất này dùng để xử lý gỗ trƣớc khi đƣa gỗ xay thành bột. Hỗn hợp của vôi dolomit với xođa còn là chất độn trong bột giấy phấn.
Trong công nghiệp thuộc da ngƣời ta dùng loại vôi dolomit hoạt chất béo
nhất vào việc tẩy màng lông, làm mềm và làm dịu da, cũng nhƣ để chế chất thuộc da.
Vật liệu cách nhiệt có tên là xovelit - gồm “magie trắng” và 15% atbet. Nó
đƣợc sản xuất từ loại dolomit chứa không dƣới 19% MgO và lẫn ít tạp chất, theo quy trình sau đây: thiêu - thấm cacbon - tơi. Tấm xovelit có đủ sức ngăn cách những bề mặt có nhiệt độ đến 500 oC.
Bơng khống là một vật liệu cách nhiệt và cách âm tốt, bao gồm các sợi
dây giống thuỷ tinh nhỏ, có hệ số dẫn nhiệt 0,04-0,06 Kcal/m.độ.h. Nó đƣợc sản xuất từ phối liệu của macnơ, đá vôi, dolomit, sét, xỉ luyện kim, xỉ tro và thuỷ tinh. Phối liệu này phải đáp ứng mô thức axit (tỉ lƣợng SiO2 + Al2O3/CaO + MgO) không dƣới 1 và chứa không quá 1-1,5%S.
Dolomit cịn được sử dụng trong cơng nghiệp hố chất và dược liệu ngồi
những nguyên liệu tối ƣu nhƣ manhezit, carnalit, nƣớc ót, ngƣời ta còn dùng dolomit để sản xuất MgO. Từ đó chế ra hàng loạt chất liệu quan trọng nhƣ “magie trắng” (hay còn gọi là magie nhẹ hoặc magie carbon kỹ thuật có cơng thức 5MgO.4CO2.6H2O), magie nung (rất nhẹ và hút khí mạnh) dùng chế dƣợc liệu, làm chất cách nhiệt, chất xúc tác, chế phẩm nhuộm, sơn, chất thơm, xà phòng,... Từ dolomit còn chế ra magie sulfat, magie clorua, H2CO3 kỹ thuật.
Trong các ngành sản xuất trên, tất cả nguyên liệu dùng đều phải là dolomit sạch, đồng nhất, chứa nhiều MgO, lẫn thật ít sét, chất nhuốm màu và CaO tự do.
Dolomit được sử dụng làm chất gây trung hòa nước sunfat ngƣời ta dùng
tấm lọc chế từ dolomit sống hoặc dolomit đã đƣợc nung ở 700 oC. Về mặt này nó tốt hơn tấm lọc đá vơi vì khơng tạo ra thạch cao trên bề mặt tấm lọc. Ngoài ra, dolomit cịn dùng để gây kiềm hố nƣớc.
Trong kỹ thuật điện và nghề sơn mài do tính chất cách điện, nên dolomit
dùng làm bảng phân phối điện. Trong nghề sơn mài dolomit đƣợc dùng làm chất độn cho sơn trắng.
Ngƣời ta có thể sản xuất bột mài từ dolomit sống và dolomit thiêu, ngƣời ta sản xuất ra bột dùng để đánh bóng thuỷ tinh, kim loại (niken, đồng, đồng thanh), xà cừ, xenluloit,... trong công nghiệp ổ trục và kỹ thuật điện cũng sử dụng rất nhiều (ở dạng kem hoặc nhào với nƣớc).
Để chế bột mài và kem vôi ngƣời ta dùng loại dolomit tinh khiết chứa
không quá 2 % cặn không tan, đƣa nung ở nhiệt độ 1000-1100oC sao cho thu đƣợc chất vơi chứa ít nhất 99 % CaO + MgO, mất khi nung không quá 4%, không lẫn những hạt bị quá lửa, những kết hạch silic và các tạp chất khác. Dolomit dùng làm phối liệu sản xuất muối cromonatri yêu cầu kỹ thuật đối với dolomit phải chứa ≥ 17% MgO và 30% CaO; ≤ 4% SiO2 + R2O3; cỡ cục không
quá 250 mm.
2.2.2. Ứng dụng trong nông nghiệp
Dolomit tƣơng đối mềm và dễ nghiền thành bột nên nó thƣờng đƣợc sử dụng làm bùn vơi trong nông nghiệp để làm giảm độ chua cho đất và bổ sung sự thiếu hụt magie trong đất.
Cùng với đá vôi, dolomit cũng đƣợc dùng để sản xuất vơi lƣu huỳnh khơ có tác dụng diệt nấm độc và sâu bọ, cũng nhƣ gây trung hoà axit thổ nhƣỡng.
Dolomit cịn có ứng dụng quan trọng trong sản xuất phân đạm dùng
dolomit làm chất chống dính cho loại phân bón amoni nitrat (NH4NO3). Dolomit phải có thành phần nhƣ sau: chứa không dƣới 19-20% MgO; 32-33% CaO; không quá 2,5% SiO2; 1,5% R2O3.
2.2.3. Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng
Dolomit đƣợc sử dụng làm vôi xây, vôi xây thủy lực, xây dựng nhà cửa đƣờng sá.
Vôi xây dolomit nung dolomit ở 1000-1100oC sẽ thu đƣợc vôi dolomit.
Đƣa vôi này tôi với nƣớc sẽ thu đƣợc vôi tôi, vữa vôi và sữa vôi tuỳ theo lƣợng nƣớc nhiều hay ít. Từ vơi bột sống cịn có thể chế thẳng thành vữa xây và bê tông. Để sản xuất vôi bột sống có thể dùng loại nguyên liệu dolomit lẫn thạch anh, tuf dolomit, thuỷ tinh núi lửa, tro núi lửa...
Vôi xây thuỷ lực dolomit bột dolomit thiêu, chứa 6-20% sét mịn (sót lại
thức thuỷ lực (tức tỷ lƣợng: CaO + MgO/SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ) là 3,5-8 (sản xuất từ loại dolomit chứa 13,2-22,3% sét).
Trong xây dựng nhà cửa, đường sá yêu cầu không cao về chất lƣợng
dolomit, dùng dolomit ở dạng đá chiếc, dăm, bột. Đá chiếc là đá hộc, đá tƣờng, dolomit và đá kiến thiết. Chúng đƣợc đẽo gọt qua loa, dùng để xây dựng thuỷ kỹ thuật và đƣờng sá. Dăm dolomit đƣợc dùng làm chất độn cho bê tông, rải nền đƣờng sắt và dùng vào nhiều việc khác. Ngƣời ta dùng bột dolomit để sản xuất vật liệu xây dựng và nhiều mặt hàng dựa trên tính gắn kết.
2.2.4. Ứng dụng trong xử lý môi trường
Các đầm hồ nuôi tôm luôn bị ô nhiễm bởi các loại thức ăn thừa cũng nhƣ các chất bài tiết của chính con tơm. Các chất ơ nhiễm dạng rắn lắng xuống đáy và bị phân huỷ trong điều kiện yếm khí tạo ra các sản phẩm tan vào nƣớc nhƣ: axit hữu cơ, sulphur hydro (H2S), ammoniac (NH4) cùng các loại chất hữu cơ
khác. Chúng làm giảm lƣợng oxi hồ tan trong nƣớc, dễ gây mùi hơi thối, làm biến đổi chế độ pH của môi trƣờng nƣớc. Đây là môi trƣờng thuận lợi cho vi khuẩn gây bệnh phát triển. Sử dụng dolomit trong việc điều hoà pH của môi trƣờng nƣớc là một biện pháp rất tốt (hình 2).
Hình 2. Ứng dụng dolomit trong cải tạo môi trường nước trong các đầm ni trồng thủy sản
Ngun liệu dolomit khi nung nóng ở nhiệt độ 6500 tạo nên hỗn hợp MgO + CaCO3. Khi gặp nƣớc, nguyên liệu dolomit thiêu kết sơ bộ sẽ xảy ra các phản ứng hoá học sau:
CaCO3 + H+ = Ca+2 + HCO3- Sự có mặt của HCO3-
đƣợc xem nhƣ là một chất đệm của mơi trƣờng, có thể duy trì đƣợc điều kiện pH của mơi trƣờng ổn định. Nói cách khác, axit HCO3-
là tác nhân đệm của môi trƣờng nƣớc làm ổn định chế độ pH. Trong điều kiện pH mơi trƣờng hạ thấp, tốc độ hồ tan dolomit nhanh hơn, ngƣợc lại, khi pH của mơi trƣờng tăng, tốc độ hồ tan dolomit sẽ giảm. Do vậy pH mơi trƣờng có sự tham gia của dolomit luôn đƣợc ổn định hoặc rất ít thay đổi.
Ngoài ra sử dụng hỗn hợp dolomit + zeolit để kiểm soát amoniac cũng là một giải pháp làm ổn định môi trƣờng nuôi tôm. Hiện nay sản phẩm này chủ yếu đƣợc nhập từ Thái Lan.
Có thể sử dụng bột dolomit làm trung hoà nƣớc sulphat. Ngƣời ta dùng tấm lọc chế từ dolomit sống hoặc dolomit đã đƣợc thiêu kết ở 700 o
C. Dolomit cũng đƣợc sử dụng làm chất kết tủa xử lý silic trong môi trƣờng nƣớc. Đá cục dolomit đƣợc nung sơ bộ thành hợp chất MgO - CaCO3 có tác dụng loại bỏ silic, đạt đƣợc nồng độ môi trƣờng dƣới 1 mg/l.
Với loại dolomit nung khơng hồn tồn, trong thành phần sản phẩm chứa MgO - CaCO3 là hai loại kiềm khác nhau về hoạt độ, mạnh do MgO và yếu do CaCO3, độ mạnh yếu có tính cục bộ. Dựa trên tính kiềm, cơ chế điều chỉnh pH, tính đệm và tính kiềm cục bộ, dolomit và các sản phẩm chế biến đƣợc ứng dụng làm vật liệu lọc nƣớc với mục đích: khử độ chua, xử lý sắt, mangan cùng một số kim loại dễ tan và dễ kết tủa ở vùng pH cao, cũng nhƣ dùng để cải thiện, duy trì mơi trƣờng sống hài hồ cho các lồi thuỷ sản (tơm, cua,...).
Nhiều loại sản phẩm của thế giới đƣợc chế biến từ dolomit đang đƣợc lƣu hành rộng rãi để xử lý nƣớc sinh hoạt nhƣ Decarbolith (Đức) hoặc để xử lý môi trƣờng nuôi tôm của Thái Lan (dolomit + zeolit).
Ngồi ra, có thể sử dụng dolomit làm sạch nƣớc sinh hoạt, nƣớc công nghiệp và nƣớc thải. Tại vùng đồng bằng Bắc Bộ, nguồn nƣớc ngầm đƣợc sử dụng khá phổ biến cho sinh hoạt (giếng đào, giếng khoan), nƣớc thƣờng chứa nhiều sắt, mangan cùng một số kim loại nặng độc khác với hàm lƣợng tuy không cao nhƣng không đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn cho phép về an toàn sức khoẻ. Chúng cần đƣợc xử lý nhằm nâng cấp nƣớc an toàn cho sinh hoạt. Về mùa khô, nhiều nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm bị nhiễm chua và do bị chua nên nƣớc hoà tan nhiều kim loại khác nhƣ: nhơm, sắt, kẽm gây tình trạng ơ nhiễm nặng nguồn nƣớc và không thể sử dụng (ăn mịn lớn, gây bệnh đãng trí...).
Dolomit và các sản phẩm chế biến từ chúng có thể sử dụng để góp phần giải quyết các vấn đề trên. Ngồi các tác dụng trên, dolomit còn dùng xử lý một
số chất màu trong nƣớc thải công nghiệp (dệt, nhuộm) và xử lý các loại khí thải chứa axit.
2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Khảo sát thực địa
Khảo sát thực địa tại các vết lộ quặng, lộ trình mặt cắt địa chất cắt qua đới quặng, trên các điểm lộ đá dolomit, theo các hành trình đã đƣợc chọn lựa nhằm thu thập thêm thơng tin, phục vụ mục đích nghiên cứu cụ thể cũng nhƣ chính xác hóa một số yếu tố địa chất trong vùng và hy vọng phát hiện những vấn đề mới.
Công tác mẫu là công tác quan trọng nhằm làm sáng tỏ thành phần khống vật, hóa học, cấu tạo, kiến trúc, cho biết chất lƣợng cũng nhƣ tính chất cơ lý của dolomit giúp quy hoạch và định hƣớng sử dụng chúng. Nghiên cứu tiến hành lấy các mẫu nhƣ sau:
- Mẫu thạch học: đƣợc lấy tại các điểm lộ, cơng trình khai đào của các loại đá khác nhau trên lộ trình địa chất. Loại mẫu này nhằm nghiên cứu thành phần, kiến trúc, cấu tạo của đá bằng mắt thƣờng ở ngồi thực địa và trong phịng.
- Mẫu lát mỏng: đƣợc lấy tại các điểm quan sát nhằm nghiên cứu thành phần, cấu tạo, kiến trúc và xác định tên đá dƣới kính hiển vi phân cực.
- Mẫu phân tích hóa học: lấy tại các vết lộ tự nhiên, cơng trình dọn sạch... nhằm nghiên cứu và xác định các thành phần có ích, có hại chính giúp đánh giá chất lƣợng và định hƣớng sử dụng hợp lý dolomit. Mẫu hóa cơ bản phân tích các chỉ tiêu MgO, CaO, MKN, HO và hóa tồn diện phân tích các chỉ tiêu MgO, CaO, MKN, HO, SiO2, TiO2, Fe2O3, P2O5, SO3, Mn3O4. Kết quả đánh giá sai số phân tích cho
thấy tập mẫu phân tích hóa cơ bản khơng phạm sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống, đảm bảo độ tin cậy trong đánh giá tài nguyên, trữ lƣợng và chất lƣợng dolomit.
- Mẫu cơ lý: nhằm xác định các tính chất cơ lý của đá nhƣ cƣờng độ kháng