CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.5. Khoáng sét bentonite Việt Nam
Bentonite là loại khống sét silicate lớp, thuộc nhóm smectite, hình thành từ q trình phong hóa tro núi lửa, tương đối mềm. Hàm lượng của Fe có trong cấu trúc khống ảnh hưởng đến có màu sắc (trắng đến vàng) của khoáng sét. Các khống có trong nguyên liệu bentonite Việt Nam như: montmorillonite, quartz, cristobalite, feldspar, caolinite, pyroxen, calcite,... trong đó thành phần chiếm nhiều nhất là khống montmorillonite. Bentonite được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp do vật liệu có diện tích bề mặt khá lớn và có khả năng hấp phụ cao. Ứng dụng chủ yếu của bentonite là:
- Trong công nghiệp dầu mỏ, sử dụng làm dung dịch khoan trong ngành khoan dầu khí, địa chất, xây dựng…,
Nam ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử và một số kết quả nghiên cứu quá trình hấp phụ uranium [127],......các phản ứng ở nhiệt độ, áp suất thường và cho độ chọn lọc cao.
Trữ lượng khoáng sét bentonite của Việt Nam đã được xác định khoảng 95 triệu tấn và công suất khai thác trung bình là 20 000-24 000 tấn/năm [128] được phân bố chủ yếu ở một số khu vực như: Lâm Đồng (Di Linh), Bình Thuận, Ninh Thuận (Thuận Hải), Thanh Hóa (Cổ Định), Mộc Châu…. Tùy vào điều kiện vị trí, khí hậu mà mỗi một mỏ có các đặc trưng cấu trúc và thành phần khác nhau; cụ thể:
* Bentonite Di Linh-Lâm Đồng
Bentonite Di Linh có nguồn gốc từ sự phong hóa do núi lửa, được sa lắng trong mơi trường nước. Khống sét ngun khai có mầu xám xanh-xanh lục-vàng- nâu vàng; có thành phần chính là montmorillonite. Bentonite Di Linh là một loại bentonite có hàm lượng MMT lớn nhất Việt Nam được tổng hợp ở Bảng 1.4; ngồi ra nó cịn chứa các tạp chất khác như kaolinite, calcite, dolomite [129].
Bảng 1.4. Thành phần khoáng của bentonite Di Linh [129]
Tên khoáng Thành phần (%) trung bình
Montmorillonite 70 Illite 12 Kaolinite < 3 Chlorite < 3 Quartz 14 Feldspar < 3 Goethite < 3 Siderite 3 Dolomite - Calcite -
Thành phần hóa học của bentonite Di Linh [129] có thành phần % trung bình như sau SiO2 (53,13), Al2O3 (18,34), Fe2O3 (6,59), TiO2 (0,77), CaO (1,35), MgO (3,78), K2O
Thành phần khoáng của bentonite Di Linh, khoáng montmorillonite là thành phần chủ yếu, cịn thành phần hóa học có chứa một hàm lượng lớn các oxide kim loại kiềm thổ, như vậy nó sẽ làm giảm khả năng trương nở của bentonite. Nên trước khi được sử dụng làm một chất độn hay làm chất phân tán thì bentonite Di Linh phải được trao đổi ion kim loại kiềm [130-131].
Montmoriolite (MMT) là alumino-silicate tự nhiên có cấu trúc lớp 2:1. Cấu trúc tinh thể của Montmoriolite gồm hai lớp tứ diện liên kết với một lớp bát diện ở giữa tạo nên lớp cấu trúc ba lớp của MMT. Giữa các lớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hấp phụ. Cấu trúc MMT được thể hiện ở Hình 1.16
Hình 1.16. Cấu trúc tinh thể của MMT [132]
Cơng thức hóa học đơn giản nhất của khoáng MMT là: Al2O3.4SiO2.nH2O. Chiều dày của một lớp cấu trúc là 9,6 A0. Nếu kể cả lớp hấp phụ thì chiều dày lên đến 15 Ao. Trong thực tế, cấu trúc tinh thể của MMT ln có sự thay thế đồng hình ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+… thay thế với Al3+ trong bát diện [AlO6] và ion Si4+ trong tứ diện [SiO4].
Dung lượng trao đổi cation của MMT dao động trong khoảng 0,7÷ 1,2 mg đlg/g. Khoảng khơng gian giữa các lớp bị thay đổi khi các phân tử nước xâm nhập và hấp thụ ở lớp hấp thụ. Khoảng cách này cịn thay đổi hơn khi có sự thay thế các cation trao đổi ở lớp hấp phụ với các các polyme vô cơ, các ion vô cơ phân cực, các phân tử
hữu cơ,... Do đó mà khống sét có hàm lượng MMT lớn được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực sản xuất: hấp phụ, xúc tác, sản xuất giấy, sản xuất sơn,......