TIỀM NĂNG KAOLIN VIỆT NAM VÀ ĐỊNH HƯỚNG THĂM DÒ, PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI

Kaolin là một trong số khoáng chất công nghiệp được loài người biết đến và sử dụng từ lâu. Ngày nay, kaolin vẫn được đánh giá là nguyên liệu quan trọng và sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, như làm nguyên liệu chính để sản xuất gốm sứ, gạch chịu lửa, làm chất độn trong công nghiệp sản xuất giấy, sơn, phân bón, cao su, chất dẻo v.v... Kaolin phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ nước ta, tập trung chủ yếu ở các khu vực: Tây Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Tuy nhiên, một thực tế diễn ra trong thời gian qua là do nhu cầu sử dụng nguyên liệu khoáng ngày càng nhiều và đa dạng, nên việc khai thác, sử dụng tài nguyên khoáng sản nói chung, kaolin nói riêng, ở nước ta ngày càng phát triển ồ ạt, thiếu quy hoạch và đặc biệt là sử dụng chưa hợp lý, gây lãng phí tài nguyên và ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái. Do đó, việc đánh giá một cách đầy đủ và toàn diện về tiềm năng tài nguyên kaolin làm cơ sở định hướng công tác thăm dò khai thác và phân vùng theo lĩnh vực sử dụng hợp lý phục vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững là cần thiết.

I. TỔNG QUAN VỀ KAOLIN VÀ CÁC LĨNH VỰC SỬ DỤNG

Kaolin là loại đá sét màu trắng, dẻo, mềm được cấu thành bởi khoáng vật kaolinit và một số ít khoáng vật illit, montmorilonit, thạch anh, .... sắp xếp thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó kaolinit quyết định kiểu cấu tạo và kiến trúc của kaolin.

Kaolin hình thành do quá trình phân huỷ khoáng vật felspat và các khoáng vật alumosilicat giàu nhôm, có trong thành phần của nhiều loại đá sét nguồn gốc khác nhau. Nó có màu trắng, dạng đặc sít hoặc là những khối dạng đất sáng màu, tập vảy nhỏ. Khi ngấm nước, nó có tính dẻo, nhưng không có hiện tượng co giãn, có khả năng trao đổi cation bằng một nửa illit, hoặc một phần tư montmorilonit. Mặt khác, khả năng trao đổi anion của kaolinit lại tương đối cao. Trọng lượng riêng: 2,58-2,60 g/cm3, độ cứng khoảng 1, nhiệt độ nóng chảy: 1.750-1.787oC. Khi nung nóng, kaolin có hiệu ứng thu nhiệt 510-600 0C, liên quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai hiệu ứng toả nhiệt từ 960 đến 1.000 và 1.200oC liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩm kaolin không định hình, với hiệu ứng 1.200oC là quá trình kết tinh của oxyt silic không định hình để tạo thành cristobalit.

Trong tự nhiên, kaolinit thường bị nhuộm bẩn bởi oxit sắt, titan, hỗn hợp kiềm, đất hiếm, và các khoáng vật sét khác như halloysit, hyđromica, illit, montmorilonit. Oxit sắt là chất có hại, quyết định việc phân loại và sử dụng kaolin trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. 

 Kaolin là nguyên liệu mang nhiều tính chất kỹ thuật có giá trị kinh tế cao, được dùng trong nhiều lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân. Chất lượng và khả năng sử dụng trong các ngành công nghiệp phụ thuộc vào thành phần hoá học, đặc điểm cơ lý, thành phần khoáng vật của kaolin.

Kaolin được sử dụng rộng rãi hoặc từ kaolin tự nhiên, hoặc đã được làm giàu. Yêu cầu công nghiệp đối với kaolin chủ yếu dựa vào chỉ tiêu thành phần hoá học của Al2O3, TiO2, Fe2O3, CaO, SO3… và các tính chất lý hoá, cơ lý như độ phân tán, độ bền cơ học ở trạng thái khô, độ chịu lửa, độ trắng.

Các ngành công nghiệp sử dụng kaolin khá nhiều [3]. Dưới đây, đề cập một số ngành công nghiệp chính sử dụng kaolin.

- Công nghiệp sản xuất giấy: Trong công nghiệp giấy, kaolin được sử dụng làm chất độn tạo cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang và làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt nhất. Loại giấy thông thường chứa 20 % kaolin, có loại chứa tới 40 %. Thông thường, một tấn giấy đòi hỏi 250-300 kg kaolin. Chất lượng kaolin dùng làm giấy được xác định bởi độ trắng, độ phân tán và mức độ đồng đều của các nhóm hạt. Cát là tạp chất làm giảm chất lượng kaolin, vì nó làm giảm độ bóng của mặt.

- Công nghiệp sản xuất đồ gốm mịn: Công nghiệp sản xuất sứ, gốm sứ dân dụng, sứ mỹ nghệ, dụng cụ thí nghiệm, sứ cách điện, sứ vệ sinh, v.v. đều sử dụng chất liệu chính là kaolin; chất liệu kết dính là sét chịu lửa dẻo, có mầu trắng. Chất lượng kaolin đòi hỏi rất cao và phải khống chế các oxit tạo mầu (Fe2O3 và TiO2). Hàm lượng Fe2O3 không được quá 0,4-1,5 %; TiO2 không quá 0,4-1,4 %; CaO không quá 0,8 % và  SO3 không quá 0,4 %.

- Công nghiệp sản xuất cao su, da, vải nhân tạo và dây cáp: Các lĩnh vực này đòi hỏi giới hạn của Fe2O3 không quá 0,5-0,8 %.

- Công nghiệp hoá học: Kaolin được sử dụng để sản xuất sulfat và chlorit nhôm. Các chỉ tiêu quan trọng của kaolin là hàm lượng Al2O3 không thấp hơn 35-37 %; hàm lượng Fe2O3 < 1-1,2 %; hàm lượng TiO2 < 0,8-1,4 %.

- Sản xuất gạch samốt: Các chỉ tiêu cơ bản đòi hỏi đối với kaolin sản xuất gạch samôt là Al2O3 = 36-39 %; hàm lượng Fe2O3 < 1,5-2 %, độ chịu lửa 1730-1780oC.

- Sản xuất gạch chịu axit: Đòi hỏi chất lượng kaolin với hàm lượng SiO2 ≤ 70%; Al2O3 + TiO2 ≥ 22 %; Fe2O3 ≤ 1,5-2 %; nhiệt độ chịu lửa 1670-1730oC.

II. CÁC LOẠI HÌNH NGUỒN GỐC VÀ CHẤT LƯỢNG KAOLIN Ở VIỆT NAM

Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng lớn về kaolin, phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ với các loại hình nguồn gốc khác nhau, trong đó tập trung chủ yếu trong 3 kiểu nguồn gốc, là phong hoá, trầm tích và nhiệt dịch.

1. Kaolin nguồn gốc phong hóa

Theo tài liệu hiện có, kaolin nguồn gốc phong hoá tập trung chủ yếu ở Đông Bắc Bộ và ít hơn, có ở Trung Bộ và Tây Nguyên, bao gồm:

a. Kaolin trong vỏ phong hóa các thân pegmatit: Các thân pegmatit có kích thước khác nhau phân bố trong các thành tạo biến chất có tuổi Proterozoi đến Paleozoi hạ dọc sông Hồng từ Lào Cai đến Phú Thọ.  Ở Phú Thọ, có các mỏ Hữu Khánh, Đồi Đao, Ba Bò, Mỏ Ngọt; ở Yên Bái có các mỏ Trực Bình, Tân Thịnh; ở Lào Cai có mỏ Sơn Mãn; ở Đắk Lắk có mỏ Ia Knop; ở Quảng Nam có mỏ Đại Lộc... Hàng trăm thân pegmatit có kích thước khác nhau bị phong hóa thành kaolin có giá trị công nghiệp. Chất lượng kaolin phong hóa trên các thân pegmatit phụ thuộc rất lớn vào bề mặt địa hình và thành phần của pegmatit. Tại các mỏ nêu trên, kaolin thường có chất lượng tốt, đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất sứ, sứ cách điện, chất độn trong các ngành công nghiệp, vật liệu chịu lửa samốt A và B. Các mỏ thường có quy mô trung bình hoặc nhỏ.

b. Kaolin trong vỏ phong hóa các đá magma xâm nhập: Kaolin được thành tạo trong vỏ phong hóa đá magma xâm nhập axit của các phức hệ Sông Chảy, Đại Lộc, Ngân Sơn, Phu Sa Phìn, Cà Ná có tuổi khác nhau từ Paleozoi đến Kainozoi, tạo thành các mỏ có giá trị công nghiệp đang được khai thác như Định Trung (Vĩnh Phúc), Trại Mát (Lâm Đồng), Đèo Le (Quảng Nam). Hầu hết các mỏ thường có quy mô nhỏ, trong số các tụ khoáng đã xác nhận chỉ có tụ khoáng Trại Mát thuộc loại quy mô tương đối lớn. Một số nơi ở Đại Từ (Thái Nguyên), đã ghi nhận sự có mặt của các tụ khoáng và điểm kaolin được thành tạo do quá trình phong hoá đá gabbro.

 c. Kaolin trong vỏ phong hóa các đá phun trào axit: Kaolin thành tạo trong vỏ phong hóa các đá phun trào ryolit, ryolit porphyr ở các hệ tầng Đồng Trầu, Khôn Làng, Văn Chấn, Mang Yang và Đơn Dương. Loại hình này có quy mô nhỏ, chất lượng đáp ứng yêu cầu cho sản xuất sứ, gốm nhẹ, gạch chịu lửa.

d. Kaolin trong vỏ phong hóa các trầm tích lục nguyên: Các tập cát bột kết, đá phiến, cuội kết giàu felspat thuộc các hệ tầng Sông Chảy, Hà Giang, Long Đại, Bản Nguồn, Nà Quảng, Hòn Gai, Đồng Đỏ, Đồng Hới trong điều kiện phong hóa thuận lợi, cũng tạo thành các thân kaolin. Chúng thường phân bố trong địa hình đồi thoải, các dải ruộng trũng và dưới các đụn cát ven biển. Quy mô thường nhỏ, chỉ có ý nghĩa công nghiệp địa phương.

2. Kaolin nguồn gốc trầm tích

Kaolin nguồn gốc trầm tích phân bố trong các trầm tích Đệ tứ không phân chia, hình thành trong các thung lũng giữa núi, các bậc thềm sông và thềm ven bờ biển.

Kaolin trầm tích có trong các thành tạo Pleistocen trung-thượng, Pliocen-Pleistocen ở các thềm tướng sông, sông-biển, biển-sông, phân bố ở các địa hình đồng bằng có độ cao từ 15 đến 30 m, tập trung chủ yếu ở Đông Nam Bộ, điển hình là mỏ Đất Cuốc (Bình Dương).

3. Kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi trong các đá phun trào axit

Các thân kaolin-pyrophyllit được thành tạo do sự tiếp xúc trao đổi giữa các dung dịch nhiệt dịch với các đá phun trào ryolit, ryolit porphyr, felsit, tuf của hệ tầng Khôn Làng. Thành phần khoáng vật gồm kaolinit, pyrophyllit, sericit, alunit, thạch anh. Các hoạt động đứt gãy khu vực phương ĐB đã tạo nên các thân quặng lớn có giá trị công nghiệp. Điển hình là mỏ Tấn Mài (Quảng Ninh).

III. ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG

1. Đặc điểm chất lượng kaolin nguồn gốc phong hoá

a. Kaolin phong hoá từ pegmatit: Đối với kaolin nguồn gốc phong hoá, chất lượng phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phong hoá và có sự biến đổi theo chiều thẳng đứng từ đới phong hoá mạnh đến đới phong hoá yếu. Theo [1-3], kaolin phong hoá từ pegmatit có các đặc trưng sau:

- Đới phong hoá mạnh: Kaolin thường hạt mịn, giàu nhôm và hàm lượng sắt khá cao, thường có màu vàng đến vàng sẫm. Độ thu hồi dưới rây 0,21 mm thay đổi từ 30 đến 60 %, trung bình dưới 40 %. Thành phần khoáng vật dưới rây 0,21 mm chủ yếu là kaolinit (90-96 %), một ít là halloysit, metahalloysit, ít felspat và thạch anh. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 34-39,5; Fe2O3 = 1-3,5; K2O+Na2O = 0,2-2.

- Đới phong hoá trung bình: Kaolin thường có màu trắng, lượng oxit sắt giảm so với đới phong hoá mạnh. Độ thu hồi dưới rây 0,21 mm từ 20 đến 50 %, trung bình 30-35 %. Dưới rây < 0,21 mm, khoáng vật kaolinit chiếm 50-58 %, còn lại là hyđromica, felspat và thạch anh. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 29-34; Fe2O3 = 0,5-2,5; K2O+Na2O = 2-4,5.

- Đới phong hoá yếu: Kaolin thường có màu trắng, hạt thô, cấu tạo dạng dăm, dạng bột. Phần dưới rây 0,21 mm, khoáng vật chủ yếu là felspat, kaolinit, ít hyđromica. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 18-24; Fe2O3 = 0,69; K2O+Na2O = 4,5-7.

b. Kaolin phong hoá từ gabbro: Kaolin phong hoá từ đá gabbro thường phân thành 3 đới theo chiều thẳng đứng rõ rệt: đới phong hoá mạnh, đới phong hoá trung bình, đới phong hoá yếu và có các đặc điểm như sau:

- Khả năng thu hồi kaolin dưới rây 0,21 mm là 40-60 %, trung bình 28-38 %.

- Độ trắng trung bình < 70 % và độ dẻo khoảng 10 %.

- Thành phần khoáng vật: gồm kaolinit, halloysit, metahalloysit, thạch anh và felspat, đôi nơi có gibbsit.

- Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 13,0-25; SiO2 = 43-75; Fe2O3 = 0,3-0,8.

c. Kaolin phong hoá từ đá phun trào axit và keratophyr: Kaolin phong hoá từ đá phun trào axit như ở các mỏ Vệ Linh (Hà Nội), Phong Dụ (Quảng Ninh), Định Trung (Vĩnh Phúc), từ keratophyr như ở mỏ Minh Tân (Hải Dương), nhìn chung, hạt rất mịn, thường có màu trắng, trắng hồng. Độ thu hồi qua rây 0,21 mm là 50-90 %, trung bình khoảng 70 %.

Dưới rây 0,21 mm, kaolin có thành phần hoá học (%): Al2O3 = 15-22; SiO2 = 60-75; Fe2O3 = 0,8-2; MgO = 0,1-0,3; TiO2 = 0,03-0,11; K2O = 2,5-5; Na2O = 0,06-1,6 và MKN = 6-8.

Thành phần khoáng vật: kaolinit, thạch anh vi tinh, metahalloysit. Độ trắng trung bình 70 % và độ dẻo là 8-16 %.

d. Kaolin phong hoá từ đá trầm tích và trầm tích biến chất: Đặc trưng cho kiểu kaolin phong hoá từ đá trầm tích sét kết, bột kết, cát kết là các tụ khoáng và mỏ Bá Sơn, Văn Khúc (Thái Nguyên), Phao Sơn (Hải Dương); phong hoá từ đá phiến sericit như mỏ Khe Mo (Thái Nguyên) và mỏ Hoàng Lương (Vĩnh Phúc) và một số mỏ ở Lâm Đồng.

Đối với loại nguồn gốc này, kaolin thường có màu trắng, trắng xám, độ mịn cao. Thân quặng thường dạng ổ hoặc dạng thấu kính. Độ thu hồi qua rây 0,21 mm là 20-80 %, trung bình 60 %.

Thành phần khoáng vật: kaolinit, hyđromica, thạch anh, limonit. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 10-25,  SiO2 = 40-85, Fe2O3 = 1-8.

2. Đặc điểm chất lượng kaolin nguồn gốc trầm tích

Kaolin nguồn gốc trầm tích thường phân bố tập trung ở các tỉnh thuộc Nam Bộ và ở một số tỉnh Đông Bắc Bộ như mỏ Trúc Thôn (Hải Dương), Yên Thọ (Quảng Ninh), Tuyên Quang .... Kaolin trầm tích có các đặc điểm sau:

Độ thu hồi dưới rây 0,21 mm là 20-30 % đối với các mỏ ở Đông Bắc Bộ và 60-80 % đối với các mỏ ở Nam Bộ. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 10-37; SiO2 = 45-90; Fe2O3 = 0,5-7. Thành phần khoáng vật: bao gồm kaolinit, hyđromica, thạch anh, limonit. Tài liệu thăm dò ở các mỏ kaolin cho thấy hàm lượng Al2O3  rất cao, đạt từ 27 đến 37 %, độ dẻo lớn.

Kaolin trầm tích thường có thành phần hoá học, khoáng vật và độ thu hồi thuộc loại ổn định đến không ổn định.

3. Đặc điểm chất lượng kaolin-pyrophyllit nguồn gốc nhiệt dịch - biến chất trao đổi

Tổng hợp tài liệu điều tra thăm dò địa chất đã tiến hành ở vùng Tấn Mài (Quảng Ninh), ta thấy thành phần kaolin-pyrophyllit vùng Tấn Mài như sau (%): Al2O3 = 10-39; SiO2 = 40-50; Fe2O3 = 0,01-0,07; MgO = 0,05-0,5; CaO = 0,05-1,4; TiO2 = 0,03-1; K2O = 0,16; Na2O = 0,1-1,3; MKN = 1,4-2,1.

Trong các thân quặng tồn tại 4 loại quặng tự nhiên: kaolin, pyrophyllit, alunit và quarzit cao nhôm.

Tóm lại, từ các dẫn liệu trên ta thấy chất lượng kaolin tự nhiên của nước ta chưa cao do hàm lượng Al2O3 thấp; phần lớn các tụ khoáng đã được tìm kiếm, thăm dò có hàm lượng nhỏ hơn 30 %. Hàm lượng Fe2O3 thường cao hơn so với kaolin thương phẩm.

IV. TIỀM NĂNG TÀI NGUYÊN KAOLIN Ở VIỆT NAM

Tổng tài nguyên và trữ lượng kaolin ở 67 tụ khoáng, mỏ và điểm quặng đã được tìm kiếm thăm dò ở cấp B+C2+C2 (cũ), tương đương cấp 121+122+333, là 267.919.000 tấn, trong đó trữ lượng cấp B+C1 (cấp 121+122) là 69.162.000 tấn, trong đó:

- Tổng tài nguyên và trữ lượng kaolin ở các mỏ nguồn gốc trầm tích và phong hoá là 196.251.000 tấn cấp B+C1+C2 (cũ), trong đó cấp B+C1 (tương ứng cấp 121+122) là 53.325.000 tấn.

- Tổng tài nguyên và trữ lượng kaolin trong các mỏ nguồn gốc nhiệt dịch - biến chất trao đổi là 71.668.000 tấn ở cấp B+C1+C2 (cũ), trong đó cấp B+C1 (cấp 121+122) là 15.837.000 tấn.

Với số lượng tài nguyên và trữ lượng kaolin đã tìm kiếm thăm dò nêu trên, ta thấy Việt Nam là nước có tiềm năng lớn về nguyên liệu kaolin ở vùng châu Á, Thái Bình Dương và chỉ đứng sau Trung Quốc và Ấn Độ.

V. ĐỊNH HƯỚNG CÔNG TÁC ĐIỀU TRA, THĂM DÒ VÀ KHAI THÁC KAOLIN PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI