Chương 1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÙNG ĐỨC PHỔ - SA HUỲNH
2.1. Đặc điểm địa hóa, khoáng vật học của liti (Li)
Liti được nhà hóa học Johan Ausgust Arfwedson người Thụy Điển tìm ra lần đầu tiên vào năm 1817. Liti được xếp vào nhóm I trong bảng hệ thống tuần hoàn là một kim loại kiềm, theo phân loại địa hóa liti được xếp vào nhóm litophil (nguyên tố ưa đá). Về mặt khoáng sản Li được xếp vào nhóm kim loại hiếm. Các thuộc tính của liti kim loại:
Số thứ tự: 3; Màu sắc: màu trắng bạc đến màu ghi.
Trọng lượng nguyên tử: 6,94; Tỷ trọng (g/cm3): 0,534
Độ cứng (theo bảng Mohr): 0,6; Nhiệt độ nóng chảy: 453,69 K (180,54OC).
Nhiệt độ sôi: 1615 K (1342OC).
Khả năng dẫn nhiệt tốt (hệ số dẫn nhiệt: 84,7 W/m.K); nhiệt dung riêng 3,582 kJ/kg.K; dẫn điện tốt (hệ số dẫn điện 10,8.106 S/m); điện trở suất tại 20oC:
9.45 x 10-6àohm-cm).
Do khả năng phản ứng cao nên trong thiên nhiên liti không tồn tại ở dạng nguyên tố. Ở nhiệt độ phòng, liti chỉ bền vững lâu dài trong điều kiện không khí khô tuyệt đối, còn trongđiều kiện không khíẩm, trên bề mặt liti dễ chuyển hóa bề mặt bên ngoài thành bề mặt quặng ôxít (Li2O) có tính kiềm mạnh.
Hàm lượng trung bình của liti trong vỏ trái đất 0,006%. Hàm lượng liti tăng có quy luật: trong gabro 0,0003%, trong bazan 0,003%, trong granit 0,03%. Mức độ tích tụ Li cao nhất trong các thành tạo sau magma granit và chủ yếu ở các giai đoạn muộn của quá trình pegmatit,ở đây nó tổ hợp chặt chẽ nhất với natri. Những tích tụ công nghiệp lớn nhất của Li được biết chính là trong pegmatit granit (kiểu Na – Li).
Ở mức độ thấp hơn, Li tích tụ vào các thành tạo khí thành nhiệt dịch, đặc trưng cho loại này là sự tổ hợp của Li với F để tạo ra một dãy khoáng vật Li chứa F. Trong các mỏ nội sinh pegmatit và nhiệt dịch, các khoáng vật của Li thường tổ hợp với các khoáng vật của Be và B.
Liti là một kim loại phản ứng, có xu hướng ưu tiên liên kết với silicat hơn là
sulfid hoặc kim loại. Nó được làm giàu trong các khoáng vật sắt-magie so với felspat và biotit hoặc trong amphibol so với pyroxen hoặc olivin và tập trung trong giai đoạn phân dị magma muộn. Liti dễ dàng bị hấp phụ bởi các khoáng vật sét trong quá trình phong hóa.
Liti là cation hóa trị 1, về thuộc tính thì gần gũi nhất với Na nhưng do kích thước nhỏ củaion Li+so với ion kiềm tiếp theo là Na+, liti có thể chỉ có thể thay thế khá hạn chế cho natri trong tinh thể. Sự thay thế ion có thể xảy ra giữa Li+ và Al3+, Fe2+ và đặc biệt là Mg2+ là do sự giống nhau về bán kính của các ion này bất chấp về bản chất hoá học của chúng. Sự thay thế này diễn ra trong giai đoạn kết tinh magma muộn và ảnh hưởng đến các thành phần của một số khoáng vật như clinopyroxen và mica.
Trong quá trình magma Li+ thay thế Mg2+ và Fe2+ trong pyroxen, tourmalin và amphibol (Ure và Berrow 1982). Nó cũng có thể thay thế Mg và Al trong mica , chẳng hạn như lepidolit và chlorit, nhưng điện tích và bán kính ion của nó nhỏ (0,82 Ǻ) đã hạn chế khả năng cạnh tranh của nó cho các vị trí ô mạng, nên nó vẫn tồn tại ở tận giai đoạn phân dị muộn. Từ đó mà tỷ lệ Li/Mg có thể cung cấp chỉ thị đáng tin cậy về sự tiến hóa magma (Nockolds và Allen 1956).
Liti phát hiện được trong hơn 150 khoáng vật, nhưng những khoáng vật thực sự của Li thì chỉ có khoảng 30, trong đó phổ biến nhất là các khoáng vật spodumen, lepidolit, petalit, amblygonit và zinwaldit [18].
Bảng 2.1. Các khoáng vật chứa liti Tên khoáng
vật Công thức hóa học Hàm lượng (%)
K2O (Na2O) Li2O Al2O3
Spodumen LiAl[Si2O6] - 8,1 27,4
Lepidolit K(Li,Al)3[(Al,Si)4O10](F,OH)2 12,13 2-6 26,0 Zinwaldit K(Li,Fe,Al)3[(Al,Si)4O10](F,OH)2 10,78 3,42 23,33
Petalit Li[AlSi4O10] - 4,9 16,7
Tainiolit KLiMg2Si4O10F2 11,63 3,69 -
Amblygonit LiAl[PO4]F (5,12) 7,40 33,67
Masutomilite K(Li,Al,Mn)3[(Si,Al)4O10](F,OH)2 11,71 7,43 19,11
Tên khoáng
vật Công thức hóa học Hàm lượng (%)
K2O (Na2O) Li2O Al2O3 Polylithionite KLi1.7Na0.3AlSi4O10F(OH) 11,98 6,46 12,97 Trilithionite Kli1,5Al1,5AlSi3O10F2 11,80 5,61 31,93 Ephesite NaLiAl2(Al2Si2)O10(OH)2 7,99 3,85 52,55
Norrishite K(Mn2Li)Si4O10(O)2 10,23 3,25 52,22
Sokolovaite CsLi2AlSi4O10F2 - 6,17 10,53
Triphylite Li(FeII,MnII)[PO4] FeO: 45,54 9,47 -
Kryolithionit Li3Na3[AlF6]2 - 12,06 27,43
Spodumen. LiAl[Si2O6] (hay trifan) là một silicat liti (thuộc nhóm pyroxen).
Độ cứng 6,5-7. Tỷ trọng 3,1-3,2. Nhiệt độ nóng chảy 1380oC. Chỉ tiêu khúc xạ Np1,655, Ng=1,679. Gắn bó về nguồn gốc với pegmatit granit và gặp ở đó dưới dạng tinh thể với kích thước khác nhau, thường khá lớn, tổ hợp v ới thạch anh, felspat, ambligonit, beryl, columbit, tantalit, ... Ánh thủy tinh, màu xám, xám phớt lục, xám phớt vàng, lục nhạt phớt vàng. Trong tia catot phát sáng mạnh màu da cam. Khi nung đến nhiệt độ 900-1000ºC thì chuyển thành mô thể đa hình.
Spodumen trong quá trình pegmatit dễ bị thay thế bởi những khoáng vật khác nhau và chịu những quá trình biến đổi khác nhau. Nó có thể bị thay thế bởi pentalit Li[AlSi4O10], thạch anh, albit, muscovit dạng vảy nhỏ,... Trong điều kiện ngoại sinh spodumen dễ bị phá hủy dưới tác động của nước. Về lý thuyết Spodumen có thành phần: Li2O 8,1%; Al2O3 27,4%; SiO2 64,5%. Song trong thực tế do kết quả của quá trình ngoại sinh, hàm lượng Li2O trong đó giảm còn 6-7,5%. Chất đi kèm có giá trị là gali (0,003-0,1%).
Lepidolit. K(Li,Al)3[(Al,Si)4O10](F,OH)2. Thuộc vào nhóm mica liti. Độ cứng 2,5-3. Tỷ trọng 2,8-3. Chỉ tiêu khúc xạ 1,53-1,56. Màu tím, tím nhạt, hồng với sắc thái khác nhau, trắng phớt xám, xám và trắng. Ánh thủy tinh đến xà cừ. Trong pegmatit gặp ở dạng đám vảy lớn và đám vảy vừa hoặc vật chất vảy đặc sít. Gắn bó về nguồn gốc với turmalin hồng, ambligonit, poluxit, manganotantalit,… Nằm trong tổ hợp với thạch anh, felspat, mica, spodumen, cassiterit, fluorit,… Hàm lượng Li2O trong lepidolit biến động trong khoảng rộng 2-6%; SiO2 46-57%; Al2O3 17-29%;
Na2O + K2O 10-17%. Chất đi kèm rất quý là rubidi (đến 3,7% Rb2O) và cezi (đến 1,5% Cs2O).
Zinwaldit. K(Li,Fe,Al)3[(Al,Si)4O10][F,OH]2 thuộc nhóm mica liti, là thành viên quá độ trong dãy đẳng hình liên tục từ biotit đến lep idolit. Độ cứng 2-3. tỷ trọng 2,9-3,3. Nhiệt độ nóng chảy 945-997oC. Màu xám, nâu, nâu đỏ đến nâu sẫm, đôi khi lục sẫm. Ánh thủy tinh, trên mặt tách có ánh xà cừ. Phổ biến trong granit, amazonit, pegmatit và greisen, chủ yếu trong mỏ nhiệt dịch khí thành kiểu Zinvander (trong một tổ hợp với wolframit, cassiterit, fluorit, topa).
Khoáng vật Spodumen Nguồn mindat.org
Khoáng vật Zinwaldit.
Mỏ Wig-Wam Creek, Jefferson County, Colorado, USA. Nguồn webmineral.com
Lepidolit vùng La Vi, Quảng Ngãi Lepidolit Rožná, vrch Hradisko Česká republika. Nguồn geologie.vsb.cs Hình 2.1: Một số khoáng vật của liti