Chương 1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÙNG ĐỨC PHỔ - SA HUỲNH
2.3. Các kiểu mỏ liti
Các kiểu mỏ nguồn gốc-công nghiệp của liti bao gồm: pegmatit granit kiểu Na–Li; mỏ nhiệt dịch khí thành; mỏ muối trầm tích; sét hectorit [18, 25].
2.3.1. Các mỏ pegmatit granit kiểu Na-Li
Trong kiểu mỏ pegmatit granit Na-Li được phân thành các phụ kiểu mỏ sau:
pegmatit spodumen, pegmatit spodumen-lepidolit, pegmatit petalit-lepidolit, pegmatit lepidolit. Các khoáng vật liti cơ bản có giá trị công nghiệp (spodumen, lepidolit và pentalit và một phần ambligonit, trong một phức hợp với các khoáng vật có ích khác như beryl, columbit, tantalit, puluxit, microlit, cassiterit, felspat, …).
“Sự thành tạo các khoáng vật liti gắn liền với các quá trình biến chất trao đổi trong pegmatit. Hơn nữa, trong tiến trình biến chất trao đổi được đặc trưng bởi sự thay thế quá trình biến chất trao đổi K bởi quá trình biến chất trao đổi Na, và sau đó là quá trình biến chất trao đổi Li. Kiểu mỏ này là nguồn cung cấp khoảng 95% sản lượng khai thác liti trên thế giới “(Tatarinov và Kariakina, 1975) [16].
Pegmatit spodumen: khoáng vật liti chính là spodumen, các khoáng vật có ích đi kèm là trifilit-litiofilit, ambligonit, pentalit, beryl, columbit, tantalit, cassiterit.
pentalit. Kiểu mỏ này thường có trữ lượng lớn, rất có giá trị về kinh tế, ngoài Li là khoáng sản chính có giá trị còn có thể thu hồi các thành phần có ích đi kèm: Ta, Nb, Be, Sn. Trên thế giới kiểu mỏ này gặp ở Kings (Mỹ); Greenbushes (Australia); Ket Leicơ, La Cross (Canada), Liapin (Tây Ban Nha),…
Pegmatit spodumen-lepidolit: khoáng vật liti chính là spodumen, lepidolit, ambligonit các khoáng vật có ích đi kèm là poluxit, beryl, columbit, tantalit,
microlit, cassiterit,… Kiểu mỏ này thường là những mỏ có quy mô vừa phải. Ngoài Li là khoáng sản chính có giá trị còn có thể thu hồi các thành phần có íc h đi kèm:
Rb, Cs, Ta, Nb, Be, Sn. Trên thế giới kiểu mỏ này gặp ở Nam Dacota, Black Hill (Mỹ); Varutresker (Thụy Điển),…
Mỏ Greenbushes là một trong những mỏ có qui mô lớn nhất thế giới) được phát hiện tại Terran gneis Tây, tuổi AR (Tây Australia). Đới quặng rộng 1 km, kéo dài 7 km, gồm các thân pegmatit chứa thiếc, kim loại hiếm (Li, Ta) có chiều dài 2-3 km, dày 10-300 m; cắm sâu đến 500 m về phía tây với góc dốc 40-50o. Trong thời gian từ 1888 đến 1987, mỏ này đã khai thác được 26.000 tấn tinh quặng Sn (72%
Sn), 2300 tấn quặng Ta2O5, 39.000 tấn quặng liti (7,2% Li2O).
Pegmatit petalit-lepidolit: khoáng vật liti chính là petalit, lepidolit, ambligonit các khoáng vật có ích đi kèm là poluxit, beryl, columbit, tantalit, microlit, cassiterit,… Kiểu mỏ này thường là những mỏ có quy mô lớn, rất có giá trị về kinh tế. Ngoài Li là khoáng sản chính có giá trị còn có thể thu hồi các thành phần có ích đi kèm: Rb, Cs, Ta, Nb, Be, Sn. Trên thế giới kiểu mỏ này gặp ở Caribip (Tây Nam Phi), Rodezia, Londoria (Australia); Minas Gerais (Brazil),…
Pegmatit lepidolit: khoáng vật liti chính là lepidolit, các khoáng vật có ích đi kèm là ambligonit, columbit, tantalit, cassiterit,… Kiểu mỏ này thường gặp những mỏ có quy mô trung bình, ít gặp mỏ lớn. Ngoài Li là khoáng sản chính có giá trị còn có thể thu hồi các thành phần có ích đi kèm: Rb, Cs, Ta, Nb, Be, Sn. Trên thế giới kiểu mỏ này gặp ở Pala, California (Mỹ).
Gần đây các nhà địa chất của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) đã xếp các kiểu mỏ pegmatit chứa liti vào một kiểu mô hình gọi chung là “Liti- Cezi-Tantan Pegmatit (LCT Pegmatit)[26].
2.3.2. Các mỏ nhiệt dịch khí thành
Các mỏ nhiệt dịch khí thành được đặc trưng bởi quặng zilwaldit, cũng như quặng amblygonit. Các mỏ nhiệt dịch nhiệt độ cao có độ sâu vừa phải và đáng kể - các mạch thạch anh, wolframit, molipdenit, thạch anh cassiterit và các greisen với ziwaldit hiếm khi amblygonit. Kiểu mỏ này thường gặp những mỏ có quy mô trung
bình, ít gặp mỏ lớn. Zinwaldit có giá trị thực tiễn khi đi kèm trong việc chế biến quặng tinh wolframit và cassiterit. Trên thế giới kiểu mỏ này gặp ở Zinwalder (Tiệp Khắc) Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Đông Nam Trung Quốc.
2.3.3. Các mỏ muối lục địa
Các mỏ có liti nồng độ rất cao, toạ lạc ở các toạ độ cao của Chile, Argentina, Bolivia, Tây Tạng và T rung Quốc; các mỏ muối nước có nồng độ trung bình như Silver Peak, Nevada và Searles Lake, California (nơi này trước đây khai thác liti);
các mỏ có nồng độ thấp hơn như Great Salt Lake, Utah.
Mỏ muối liti lớn nhất thế giới là mỏ Salar de Uyuni ở Bolivia, mỏ này có trữ lượng bằng 50-70% trữ lượng liti thế giới.
2.3.4. Đất sét hectorite
Hectorite là một khoáng magnesium liti smectit và đất sét này được tìm thấy ở một số nơi tại phía tây nước Mỹ. Mỏ lớn nhất kết hợp với đá núi lửa của miệng núi lửa Mc Dermitt nằm dọc theo biên giới Nevada/Oregon, nơi đây xuất hiện một loạt thấu kính địa chất kéo dài.
Tổng tài nguyên liti trên thế giới khoảng 40 triệu tấn (theo báo cáo của Cục địa chất Mỹ USGS năm 2017). Trữ lượng được đánh giá đến năm 2016khoảng 14,5 triệu tấn, đứng đầu là Chile 7,5 triệu tấn, Trung Quốc 3,2 triệu tấn, Argentina 2,0 triệu tấn, Australia 1,6 triệu tấn.
Tổng sản lượng liti trên thế giới năm 2007 là 21.000 tấn, năm 2008 25.400 tấn, năm 2009 18.800 tấn, năm 2010 25.300 tấn, năm 2013 33.940 tấn, năm 2016 35.300 tấn. Trong đó đứng đầu là Australia, Chile, Argentina, Trung Quốc. Mỹ là nước sản xuất và tiêu thụ liti lớn nhất thế giới nhưng số liệu không được công bố.
2.3.5 Giới thiệu khái quát mô hình Liti-Cezi-Tantan Pegmatit (LCT Pegmatit)
Mô hình này do Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) xây dựng và cập nhật, đề cập đến một kiểu pegmatit trực tiếp hoặc gián tiếp giúp cho việc định hướng đánh giá, thăm dò liti-cezi-tantan pegmatit. Những mỏ khoáng này là một kiểu mỏquan trọng cung cấp các nguyên tốhiếm và chiến lược trên thếgiới. Chiếm
khoảng một phần ba sản lượng liti, hầu hết các tantan và tất cảcác cezi trên thếgiới (U.S. Geological Survey, 2011).
2.3.5.1- Khái quát
Liti-Cezi-Tantan Pegmatit (LCT Pegmatit) là một loại pegmatit có đặc điểm thạch học liên quan với đá granit nhất định. Chúng bao gồm chủ yếu là thạch anh, felspat kali, albit, và muscovit. Khoáng vật phụ thường gặp bao gồm granat, turmalin và apatit. Các khoáng vật Li chính là spodumen, petalit và lepidolit; Cezi chủyếu tồn tại trong khoáng vật polucit; tantan chủyếu là tantalit-columbit; khoáng vật của thiếc là cassiterit và khoáng vật của berin là beryl. Ngoài ra còn có một số loại đá quý và khoáng sản quý hiếm: beryl ngọc lục bảo, heliodor và aquamarin;
spodumen kunzit và hidenit; turmalin dạng dưa hấu (elbait). LCT pegmatit còn cung cấp khối lượng lớn thạch anh tinh khiết, felspat kali, albit và muscovit.
Một số công trình phân chia các loại pegmatit granit, như của London (2008). Đối với mục đích thăm dò, đánh giá. Đầu tiên là giữa pegmatit phổ biến, trong đó có thành phần khoáng chất đơn giản của đá granit. Thứ hai là sựkhác biệt về thành phần trong pegmatit kim loại hiếm. Pegmatit kim loại hiếm được chia thành 2 nhóm (families), LCT pegmatit và NYF pegmatit. NYF pegmatit được đặc trưng bởi sựlàm giàu Nb, Y và F và liên quan với các hoạt động magma phi tạo núi (anorogenic), trong khi đó LCT pegmatit liên quan đến các hoạt động magma tạo núi (orogenic).
Hình 2.2 cho thấy các mỏ LCT pegmatit, các trường pegmatit của thế giới theo quy mô và thời gian thành tạo. Mỏ khổng lồ là Tancoở Canada (2,1 triệu tấn quặng với hàm lượng 0,215% Ta2O5), Greenbushes tại Úc (70,4 triệu tấn quặng với hàm lượng 2,6% Li2O) và Bikita ở Zimbabwe (12 triệu tấn quặng với hàm lượng 1,4% Li2O). Hoa Kỳ là nước sản xuất chính Liti từpegmatit; trong số các khu vực quan trọng là Mountain King, Bắc Carolina và Black Hills, South Dakota. Brazil cũng là một trong những quốc gia có tài nguyên Liti rất lớn, từ những năm 1975- 1976 sản lượng khai thác được 1.250 tấn lepidolit, 2.230 tấn petalit, 1.030 tấn amblygonit, và 820 tấn spodumen.Trong đó Brazil sử dụng quặng Liti đểsản xuất
Hình 2.2: Bản đồ vị trí các mỏ LCT pegmatit trên thế giới
gốm sứ,men và kính đặc biệt. Hàng năm tiêu thụkhoảng 1.600 tấn Petalit, 1200 tấn lepidolit và 800 tấn spodumen; sản phẩm hóa chất Liti hàng năm cũng tiêu thụ khoảng 1.000 tấn amblygonit. Ngoài ra còn xuất khẩu sang Mỹ và Nhật Bản vào khoảng 2.500 tấn mỗi năm. Sản xuất Brazil hoàn toàn từcác mỏpegmatit nằmởphần phớa đụng Brazil và chủ yếuở Araỗuaớ-Itinga thuộc Minas Gerais, tài nguyờn dựbỏo khoảng 25.000 tấn Li.
2.3.5.2- Bối cảnhkiến tạo và thời đại tạo khoáng
Các LCT pegmatit được tìm thấy trong khu vực tạo núi nội lục, trong lõi của các địa khiên (Craton) tiền Cambri. Chúng là sản phẩm của sựva chạm mảng. Ví dụ điển hình là haiđai tạo núi rìa lục địa tích cực (Himalaya Pegmatit, California) và đai tạo núi va chạm (Mt. Mica, Maine). Hầu như chưa gặp LCT pegmatit có liên quan đến quá trình tạo các cung thông thường (ordinary arc processes) hoặc sự hút chìm (subduction).
Ĉerný (1991) cho rằng hầu hết các LCT pegmatit xuất hiện trong giai đoạn muộn của của va chạm đồng kiến tạo (late syntectonic) đến giai đoạn sớm của hậu kiến tạo (early post-tectonic) như một loại đá chốt cuối cùng.
Hầu hết LCT pegmatit xâm nhập trong đá biến chất, điển hình là tướng amphibolit áp suất thấp đến trên tướng đá phiến lục (Ĉerný, 1992). Đây là một trong những định hướng (chứkhông phải là điều kiện) bởi có một vài LCT pegmatit trong đá granit (Greer Lake, Canada) (Ĉerný, 2005), gabro (Pala Chief, California) (Symons et al, 2009), hoặc các đá xâm nhập khác. Các đá trầm tích phun trào hoặc các đá chưa biến chất không có tiềm năng.
Thời đại hình thành của LCT pegmatit theo tài liệu “The global age distribution of LCT Pegmatit” (Tkachev, 2011; McCauley and Bradley, 2011) là tương tự như sự phân bố độ tuổi của đá granit tạo núi và tuổi zircon (Bradley, 2011). Tuổi LCT pegmatit: 2650, 1800, 525, 350, và 100 triệu năm tương ứng với thời gian của kiến tạo sơn va chạm (Bradley, 2011). Điều đáng chú ý của sự phát triển nhất LCT pegmatit trong thời đại cổ đãđược ghi nhận, đến nay mỏkhoáng lớn nhất có tuổi Archei.
2.3.5.3- Mối liên quan với đá xâm nhập
LCT pegmatit là đại diện cao nhất khác biệt và là sản phẩm cuối cùng của quá trình kết tinh của loại granit nhất định. Đá mẹ granit thường bão hoà nhôm (aluminous), thuộc kiểu S-granit, mặc dù vẫn có một sốtuổi Arkei là chưa bão hoà nhôm (metaluminous), kiểu I-granit (Martin and De Vito, 2005). Mối liên quan nguồn gốc giữa một pegmatit granit và đá mẹgranit của nó đãđược thành lập thông qua các chứng cứ khác nhau. Trong các trường hợp rõ ràng nhất được thể hiện bởi sựliên tục vật lý (Greer Lake, Canada) (Ĉerný, 2005).
Pegmatit tại Ghost Lake, Canada, cho thấy một khu vực phân đới liên quan với các đá granit mẹ, với việc làm giàu các nguyên tố không tương thích trong pegmatit xa hơn (Breaks và Moore, 1992). Có lẽvì phân phối khu vực như vậy, một số pegmatit ví dụ như ở Brazil Lake, Canada (Kontak, 2006) chỉ có một số rất ít phân bố trong đá mẹ. Trong trường LCT pegmatit loại này, các pegmatit cấu trúc phân đới cao nhất là đặc biệt giàu nguyên tốhiếm.
TrongLCT pegmatit được làm giàu các nguyên tố không tương hợp: Li, Cs, Sn, Rb, Ta và được phân biệt với pegmatit nguyên tốhiếm khác bằng bộchẩn đoán các nguyên tố này. Trong LCT pegmatit giàu các thành phần: H2O, F, P và B, những nguyên tốnày làm giảm nhiệt độ, độ nhớt và mật độ ở giai đoạn cuối, trong khi tăng mức độ khuyếch tán và hoà tan. Do đó pegmatit có thể tạo nên các đai mạch mỏng và tinh thểlớn mặc dù thành phần felsic và nhiệt độ dưới mức kết tinh.
Nghiên cứu bao thểcủa các LCT pegmatit khác nhau chỉ ra điều kiện thành tạo tại ~ 350-550°C và áp suất tương đối thấp trong khoảng 3kb (London, 2008).
2.3.5.4- Hình dạng, kích thước, cấu trúc và khoáng vật
Hình thái pegmatit bao gồm dạng đai mạch, bản lề, chuỗi, dạng khối. Ngay cả các LCT pegmatit lớn nhất cũng nhỏ hơn nhiều so với pluton granit điển hình.
Một trong những pegmatit có quy mô lớn nhất và giàu nhất là Greenbushes, chỉ dài 3 km dài và rộng một vài trăm mét trên. Hầu hết các LCT pegmatit có kích thước nhỏ hơn nhiều.
Hầu hết các LCT pegmatit bị khống chế bởi các dạng cấu trúc, tuỳ thuộc chiều sâu của đới biến đổi và quy mô từ khu vực đến địa phương. Ở độ sâu của vỏ trái đất nông, pegmatit có xu hướng xâm nhập phù hợp với phương cấu trúc cùng với đứt gãy, khe nứt, mặt lớp (Brisbin, 1986). Trong đá biến chất cao, pegmatit thường chỉnh hợp với phương phân phiến khu vực và thường có hình dạng thấu kính, elip, hoặc "hình củcải" (Fetherston, 2004).
Hầu hết các LCT pegmatit có tính phân đới đồng tâm nhưng không cân đối.
Phân đới cảkhoáng vật và kết cấu. Tổng hợp kết quả nghiên cứu chi tiết hàng trăm pegmatit Hoa Kỳ, Cameron và những người khác (1949) đã xácđ ịnh bốn đới chính:
đường bao (border zone), tường (wall zone), trung gian (intermediate zone) và lõi (core zone).
Trong LCT pegmatit thường chứa nhiều loại khoáng vật có giá trị. Ví dụ tại Tanco, có đến 105 khoáng vật đãđư ợc xác định (London, 2008).
2.3.5.5-Định hướng tìm kiếm, phát hiện
Việc xác định đá mẹgranit có thểlà một bước quan trọng trong việc đánh giá một khu vực tiềm năng LCT pegmatit. Ở các vùng giàu tiềm năng, đá granit bão hoà nhôm thường chứa muscovit có màu xanh lá cây chứkhông phải là bạc; felspat kali đó là màu trắng chứ không phải màu hồng; các khoáng vật phụ granat, turmalin, fluorit, và (hoặc) cordierit (Selway và nnk, 2005). Đá granit giàu tiềm năng có Cs, Li, Rb, Sn và Ta cao; Ca, Fe và Mg thấp; chúng cũng có những tỷ lệ nguyên tốbất thường (ví dụ, Mg/Li <10 và Nb/Ta <8) (Selway và nnk, 2005).
Không phải tất cả LCT pegmatit có thể được liên kết với một granit mẹ đã biết, sựvắng mặt của đá granit giàu tiềm năng ởtrên mặt không loại trừkhả năng có LCT pegmatit. Tài liệu hướng dẫn thăm dò chỉ ra rằng có thểsử dụng sự phân đới khoáng vật và địa hóa đã đư ợc đúc kết bởi Selway và nnk (2005). Kiểu LCT pegmatit thường gặp trong nhóm, trong đó bao gồm hàng chục đến hàng trăm thể pegmatit và bao phủtrên diệntích lên đến vài chục cây sốvuông (Ĉerný, 1991).
Các LCT pegmatit được biết có thểhình thành cách xa tới 10 km từ đá granit mẹ (Breaks and Tindle, 1997), những khoảng xa và phân đoạn nhất. Các pegmatit
trong một nhóm thường xuất hiện sự phân đới khoáng vật học và địa hóa học theo kiểu đồng tâm với một granit đã lộra hoặc granitẩn thểhiện cảtrên bản đồvà trong mặt cắt ngang. Các thểpegmatit gần khối nhất ít được phát triển trong một trường LCT mà chỉ chứa các khoáng vật tạo đá tiêu chuẩn của một loại đá S-granit. Trong pegmatit phân đoạn nhất trong khu vực kế tiếp, berin xuất hiện, sau đó columbit, sau đó tantalit và spodumen, cuối cùng là polucit. Các pegmatit giàu nguyên tốhiếm chỉ chiếm 1-2% số lượng pegmatit trong khu vực (Ginsburg và nnk, 1979; Stewart, 1978).
Trong một vùng pegmatit, xu hướngphân đoạn của một sốkhoáng vật có thể giúp tiết lộ các đới. Felspat kali từ pegmatit phân đoạn nhất chứa >3000 ppm Rb, K/Rb<30 và >100ppm Cs (Selway và nnk, 2005). Tương tự như vậy, muscovit từ pegmatit phân đoạn nhất chứa > 2000 ppm Li, > 10.000 ppm Rb, và > 500 ppm Cs (Selway và nnk, 2005).
Smeds (1992) quan sát thấy rằng trong pegmatit Thụy Điển, Sn> 500 ppm trong muscovit là một chỉ thị tốt, đặc biệt là khi kết hợp với hàm lượng Mg và Fe thấp.
Granat thay đổi cả về màu sắc và thành phần với sự gia tăng phân đoạn (Selway và những người khác, 2005). Đá granit giàu tiềm năng chứa màu đỏ, almandin giàu chất sắt trong khi pegmatit tiến hóa nhất có thểcó màu cam do chứa spesartin giàu mangan.
Turmalin trong đá granit giàu tiềm năng và vùng ngoài của LCT pegmatit là màu đen và chứa ít Li và Mn; các vùng bên trong của pegmatit phân đoạn nhất thường có màu thay đổi từhồng đến màu xanh lá cây (elbait), có hàm lượng Li và Mn cao. Beryl cũng cho thấy sự thay đổi màu sắc với tăng phân đoạn, từxanh hoặc nâu trong pegmatit ít phát triển đết nhạt, trắng và màu hồng trong các pegmatit phát triển hơn (Trueman và Ĉerný, 1982).
Trong vỏ phong hoá LCT pegmatit có thể có hai dị thường địa hoá đất và khoáng vật chỉ thị. Smith và những người khác (1987) đã chứng minh rằng As, Be, Sb, Sn và tạo thành một vành 12-20 km trong đất bao quanh pegmatit Greenbushes;
Nb, Ta, và B tạo thành một vành nhỏ hơn, 1- 5km. Cassiterit, tantalit, elbait và spesartin tạo thành các vành phân tán trọng sa.