Khoáng Sản Việt Nam - Cao Lanh - Kaolin - Kaolinit

Khả năng sử dụng Kaolin trong công nghiệp

Tóm tắt: Kaolin là loại khoáng sản quan trọng và có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, nhất là công nghiệp gốm sứ. Việt Nam là một trong số các quốc gia có tiềm năng lớn về khoáng sản này. Kaolin phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ nước ta, trong đó có Đông Bắc Bộ. Có thể nói, miền Đông Bắc Bộ chỉ đứng sau Đông Nam Bộ về tiềm năng Kaolin. Cho đến nay, rất nhiều mỏ Kaolin ở Đông Bắc Bộ đã được tìm kiếm, thăm dò, khai thác phục vụ cho các ngành công nghiệp trong nước và xuất khẩu. Với tiềm năng lớn và chất lượng tốt, Kaolin Đông Bắc Bộ nước ta đã và đang giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp khai khoáng nói riêng và trong sự nghiệp phát triển kinh tế, xã hội nói chung. Vì vậy, ngay từ bây giờ cần có kế hoạch điều tra tổng thể để đánh giá một cách đầy đủ về tiềm năng tài nguyên Kaolin ở Đông Bắc Bộ, làm cơ sở cho quy hoạch công tác thăm dò, khai thác, chế biến, góp phần sử dụng hợp lý, tiết kiệm và có hiệu quả nguồn nguyên liệu Kaolin trong khu vực, phục vụ thiết thực cho phát triển kinh tế - xã hội.

I. Khái niệm về Kaolin và các lĩnh vực sử dụng 1. Khái niệm về Kaolin: Kaolin là loại khoáng vật sét màu trắngK, dẻo, mềm, được cấu thành bởi Kaolinit và một số khoáng vật khác như Illit, Montmorillonit, thạch anh sắp xếp thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó Kaolinit quyết định kiểu cấu tạo và kiến trúc của Kaolin. Kaolin có thành phần khoáng vật chủ yếu là Kaolinit, có công thức là Al2O3.2SiO2.2H2O hoặc Al4 (OH) 8Si4O10. Kaolinit có trọng lượng riêng 2,58-2,60 g/cm3; độ cứng theo thang Mohs khoảng 1; nhiệt độ nóng chảy: 1.750-1.787 oC. Khi nung nóng, Kaolinit có hiệu ứng thu nhiệt khoảng 510-600 oC, liên quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai hiệu ứng toả nhiệt 960-1.000 oC và 1.200 oC liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩm Kaolinit không định hình, với hiệu ứng 1.200 oC là quá trình kết tinh của Oxit silic không định hình để tạo thành Cristobalit. Các tinh thể (hạt) của Kaolinit thường màu trắng, đôi khi đỏ, nâu hoặc xanh nhạt. Chúng là các tinh thể bông (giống tuyết) hay phiến nhỏ có hình dạng 6 cạnh, hay tấm toả tia dạng đống hoặc khối rắn chắc. Trong công nghiệp, Kaolin được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như gốm sứ, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, vật liệu chịu lửa, chất độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng… 2. Các lĩnh vực công nghiệp sử dụng Kaolin: Kaolin là nguyên liệu mang nhiều tính chất kỹ thuật có giá trị, 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 khác nhau phụ thuộc vào thành phần hoá học, đặc điểm cơ lý, thành phần khoáng vật của Kaolin. • Lĩnh vực sản xuất đồ gốm: Kaolin dùng trong lĩnh vực sản xuất đồ gốm được phân loại theo độ chịu lửa, hàm lượng Al2O3 + TiO2, nhiệt độ thiêu kết, hàm lượng oxit nhuộm màu, độ dẻo, mật độ xâm tán và hàm lượng các bọc lớn. • - Dựa vào nhiệt độ chịu lửa, Kaolin được phân thành loại chịu lửa rất cao (trên 1.750 0C), cao (trên 1.730 0C), vừa (trên 1.650 0C) và thấp (trên 1.580 0C). • - Theo thành phần Al2O3 + TiO2, ở trạng thái đã nung nóng Kaolin được phân thành loại siêu Bazơ, Bazơ cao, Bazơ, hoặc Axit. • - Theo độ thiêu kết, phân thành loại thiêu kết nhiệt thấp (tới 1.100 0C), thiêu kết nhiệt độ trung bình (1.100-1.300 0C) và thiêu kết nhiệt độ cao (trên 1.300 0C). • Ngoài ra, người ta còn dựa vào hàm lượng oxit nhuộm màu để phân ra các loại khác nhau, hoặc dựa vào tính dẻo chia thành các loại Kaolin có tính dẻo cao, dẻo vừa, dẻo thấp, ít dẻo và không dẻo. Độ xâm tán cũng là một trong số các tiêu chuẩn quan trọng phân loại nguyên liệu Kaolin sử dụng trong công nghiệp gốm. • Để đánh giá chất lượng của Kaolin cho một ngành công nghiệp sản xuất đồ gốm, nhất thiết phải dựa theo yêu cầu hoặc điều kiện kỹ thuật của ngành đó. Ví dụ: nguyên liệu tốt nhất để chế tạo đồ gốm chịu Axit là Kaolin không được chứa các bọc Calcit, thạch cao, Pyrit, vật liệu xâm tán thô và không chứa nhiều cát, phải có khả năng dính kết và độ dẻo cao. Hàm lượng Oxit sắt đối với sản phẩm quan trọng không được quá 1,5%, còn đối với sản phẩm ít quan trọng thì không được quá 3%. Hàm lượng Oxit calci không quá 1% đối với sản phẩm quan trọng và không quá 2% đối với sản phẩm ít quan trọng. • * Sản xuất vật liệu chịu lửa: Trong ngành sản xuất vật liệu chịu lửa, người ta dùng Kaolin để sản xuất gạch chịu lửa, gạch nửa Axit và các đồ chịu lửa khác. Trong ngành luyện kim đen, gạch chịu lửa làm bằng Kaolin chủ yếu được dùng để lót lò cao, lò luyện gang, lò gió nóng. Các ngành công nghiệp khác cần gạch chịu lửa với khối lượng ít hơn, chủ yếu để lót lò đốt, nồi hơi trong luyện kim màu và công nghiệp hoá học, ở nhà máy lọc dầu, trong công nghiệp thuỷ tinh và sứ, ở nhà máy xi măng và lò nung vôi. • Có thể nói, ngành sản xuất vật liệu chịu lửa Alumosilicat là một trong những ngành sử dụng nhiều Kaolin nhất. Để có một tấn sản phẩm chịu lửa phải cần tới 1, 4 tấn Kaolin. • Để đánh giá tính hữu dụng của Kaolin, cần chú ý đến độ chịu lửa và sự có mặt của các oxit, vì chúng ảnh hưởng đến chất lượng của Kaolin. Khi hàm lượng Al2O3 tăng thì độ chịu lửa cũng tăng; nếu có Oxit silic tự do dưới dạng hạt cát sẽ làm giảm tính dẻo, tăng độ hao khô, độ co ngót và giảm khả năng dính kết của Kaolin. • Dựa vào yêu cầu đối với sản phẩm chịu lửa mà chọn loại Kaolin có chất lượng tương ứng. Chất lượng Kaolin được xác định bằng những điều kiện kỹ thuật riêng đối với từng mỏ. • Để phù hợp với những điều kiện đó, người ta phân Kaolin chịu lửa thành các loại sau: • - Loại Bazơ: hàm lượng Al2O3 + TiO2 trên 30%; • - Loại nửa Axit: hàm lượng Al2O3 + TiO2 dưới 30%; • - Loại lẫn than: Lượng mất khi nung trên 16-20%. • * Làm chất độn: Kaolin được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực làm chất độn giấy, nhựa, cao su, hương liệu… • - Trong công nghiệp sản xuất giấy, Kaolin làm 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 giấy chứa tới 40% Kaolin. Thường một tấn giấy tiêu tốn tới  250-300 kg Kaolin. • - Trong công nghiệp cao su, Kaolin có tác dụng làm tăng độ rắn, tính đàn hồi, cách điện, độ bền của cao su. Yêu cầu về Kaolin làm chất độn cao su phải có hàm lượng: Fe2O3 < 0,75%, SO4- < 0,4%; độ hạt < 1.670 lỗ /cm2; độ ẩm  < 1%. • - Trong sản xuất da nhân tạo (giả da), Kaolin có tác dụng làm tăng độ bền, độ đàn hồi. Để làm chất độn da nhân tạo, Kaolin qua rây No15 phải có độ trắng > 85%, hàm lượng Fe2O3 < 0,75%, SO4- < 0,4%; độ ẩm  < 5%. • - Trong sản xuất sơn, Kaolin làm tăng độ sệt và gây mờ lớp sơn. Nó phải có tỉ trọng: 2,6 g/cm3; cỡ hạt: 2,4-5 m < 58%; độ dung dầu: 46,5-59 cm3/100 g; không lẫn chất kiềm và Axit ở trạng thái tự do. • - Trong sản xuất xà phòng, Kaolin có tác dụng đóng rắn khi sản xuất, hấp thụ dầu mỡ khi sử dụng. Lĩnh vực sản xuất xà phòng yêu cầu Kaolin có độ hạt dưới rây 0, 053 mm lớn hơn 90%; không lẫn cát, không lắng cặn trước 8 giờ, hàm lượng Fe2O3  từ 2-3%, TiO2 1%; chất Bazơ trao đổi  0,8-2% và Carbonat  15-20% - Trong sản xuất thuốc trừ sâu, sử dụng Kaolin có độ khuếch tán lớn, sức bám tốt, trơ hoá học, hợp chất sắt thấp, độ hạt 22 m từ 40-75%. Trong sản xuất đĩa mài, người ta nén hỗn hợp hạt mài (bột Corinđon, bột kim cương) với hỗn hợp Kaolin, thạch anh, Felspat nung 1.350 oC. Yêu cầu Kaolin phải đạt Al2O3 + TiO2 > 38%; Fe2O3 < 1,8%; độ chịu lửa > 1.730 oC. Trong các lĩnh vực sử dụng khác, Kaolin được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng trắng, các chất trám trong xây dựng. Để sản xuất nhôm kim loại bằng phương pháp nhiệt điện, có thể sử dụng Kaolin với thành phần Al2O3 không dưới 30%, SiO2 không quá 47%, Fe2O3 không quá 0,5%, TiO2 không quá 0,3%, CaO + MgO không quá 0,6%, K2O + Na2O không quá 0,5%. Để sản xuất phèn nhôm, yêu cầu Kaolin chưa qua nung phải chứa Al2O3 tối thiểu 36%...

II. Đặc điểm Kaolin trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc 1. Kaolin phong hoá từ đá phun trào Axit và Keratopyr Kaolin phong hoá từ Keratophyr như ở mỏ Định Trung (Vĩnh Yên - Vĩnh Phúc). Kaolin phong hoá từ đá phun trào thường có màu trắng, trắng hồng, hạt rất mịn. Độ thu hồi qua rây 0, 21 mm là 50-90%, trung bình 70%. Kaolin qua rây 0, 21 mm có thành phần hoá học: Al2O3 = 15-22%; SiO2 = 62-75%; Fe2O3 = 0,8-1,8%; MgO = 0,10-0,29%; TiO2 = 0,03-0,11%; K2O = 2,5-5,1%; Na2O: 0,06-1,6%; MKN = 6-8%. Thành phần khoáng vật: Kaolinit, thạch anh vi tinh, Metahaloysit. Độ trắng trung bình 70% và độ dẻo: 8-16%. 2. 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 mỏ phong hoá từ đá phiến Sericit như ở mỏ Hoàng Lương (Tam Dương - Vĩnh Phúc). Kaolin thường có màu trắng, trắng xám, thân quặng dạng ổ, thấu kính, độ mịn cao. Độ thu hồi qua rây 0, 21 mm là 20-80%, trung bình 60%. Thành phần hoá học: Al2O3 = 10-25%, trung bình 15%; SiO2 = 42-83%, trung bình 65%; Fe2O3 = 1-8%, trung bình 2-3%. Thành phần khoáng vật: Kaolin, Hyđromica, thạch anh, Limonit. III. Đánh giá tiềm năng tài nguyên Kaolin ở Vĩnh Phúc 1. Lựa chọn phương pháp đánh giá tài nguyên - trữ lượng Kaolin a. Phương pháp đánh giá trữ lượng ở các mỏ đã xác nhận: Trong các văn liệu địa chất, các nhà địa chất trên thế giới đã đề cập tới hơn 20 phương pháp có thể sử dụng để tính trữ lượng khoáng sản rắn; trong số đó, V.M. Borzunov đã chọn ra 7 phương pháp chuyên sử dụng cho đánh giá trữ lượng khoáng sản phi kim loại [1]. Tổng hợp thực tiễn công tác thăm dò và khai thác Kaolin trong nhiều năm qua, các tác giả cho rằng đối với các mỏ Kaolin ở Việt Nam nói chung, miền Đông Bắc Bộ nói riêng, có thể sử dụng các phương pháp khối địa chất, khối đa giác (vùng gần kề), phương pháp mặt cắt và trong một số trường hợp có thể sử dụng phương pháp đẳng cao tuyến. Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm và việc lựa chọn một hay một số phương pháp nêu trên để tính trữ lượng Kaolin ở các mỏ đã xác nhận cần dựa vào đặc điểm cấu trúc địa chất, hình thái các thân Kaolin, hệ thống thăm dò đã tiến hành và hệ thống phương pháp khai thác dự kiến. b. Phương pháp đánh giá tài nguyên Kaolin chưa xác nhận: Đánh giá tài nguyên Kaolin nói riêng, tài nguyên khoáng sản chưa xác nhận nói chung là đánh giá tiềm năng khoáng sản (Kaolin) trong từng khu vực hoặc vùng lãnh thổ. Đây là công việc hết sức quan trọng, bởi vì chúng cung cấp một kết quả  dự báo định lượng về khả năng có mặt nguồn lực tiềm năng về tài nguyên khoáng sản trong khu vực, là cơ sở tài liệu hết sức quan trọng và cần thiết trong thiết lập kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội của khu vực và cung cấp cho nhà quản lý công tác điều tra địa chất những luận cứ cần thiết để xác lập kế hoạch điều tra cơ bản địa chất về tài nguyên khoáng sản. Dựa vào mức độ nghiên cứu chi tiết của công tác điều tra địa chất, có thể chia làm hai loại tài nguyên suy đoán (Hypothetical mineral resource, mã hoá 334a) và tài nguyên phỏng đoán (Speculative mineral resource, mã hoá 334b) [2]. Về nguyên tắc chung, những khoáng sản Kaolin có nguồn gốc khác nhau có quy luật phân bố khác nhau và quan hệ với các thể địa chất cũng khác nhau; do vậy, đối với mỗi loại hình nguồn gốc cần sử dụng phương pháp dự báo định lượng phù hợp để đánh giá. Đối với khoáng sản Kaolin ở Việt Nam nói chung, miền Đông Bắc Bộ nói riêng, có thể sử dụng  phương pháp tính thẳng theo thông số quặng hoá hoặc phương pháp tương tự địa chất. Nội dung các phương pháp nêu trên được đề cập chi tiết trong công trình [6]. 2.Trữ lượng Kaolin trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc

Trên địa bàn Vĩnh Phúc có một số mỏ cao lanh như: Trường Thành (mỏ nhỏ), Xóm Mới (mỏ nhỏ C2+P2, trữ lượng 1,525 triệu tấn), Nhân Lý (điểm quặng P2 1,3 triệu tấn), định Trung (mỏ trung bình 1,2 triệu tấn).

IV. Đánh giá khả năng sử dụng Kaolin miền  Đông Bắc Bộ cho các lĩnh vực công nghiệp: Kaolin miền Đông Bắc Bộ có chất lượng tương đối tốt. Theo tài liệu hiện có thì Kaolin ở đây có thể sử dụng cho nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau: - Kaolin phong hoá từ Pegmatit sau khi tuyển lựa hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu làm nguyên liệu tạo xương và men cho sứ cách điện, sứ dân dụng và sứ vệ sinh. Kaolin loại 1 có hàm lượng Al2O3 cao, Fe2O3 thấp sử dụng làm sứ điện cao thế, sứ cao cấp và sứ xuất khẩu. Kaolin phong hoá từ Pegmatit vùng Yên Bái, Phú Thọ đều có thể sử dụng làm chất độn cho giấy. Kaolin loại 4 và Kaolin không phân loại có khả năng đáp ứng được yêu cầu sản xuất gạch chịu lửa. Để làm đá mài có thể sử dụng Kaolin loại 1 và loại 2 nhưng phải nung với nhiệt độ cao  hơn từ 20- 40 oC so với sét Trúc Thôn. Ngoài các lĩnh vực sử dụng đã nêu trên, có thể sử dụng Kaolin phong hoá từ Pegmatit làm chất độn trong công nghiệp cao su, sơn, giả da, thuốc trừ sâu. Kaolin Yên Bái, Phú Thọ có thể dùng cho sản xuất gạch ốp lát granit thay thế hàng nhập ngoại, mở ra một triển vọng ứng dụng mới cho Kaolin miền Đông Bắc Bộ. - Kaolin phong hoá từ đá Gabro có chất lượng thấp chỉ có thể sử dụng trong lĩnh vực sản xuất sứ, gốm thông thường. - Kaolin phong hoá từ đá phun trào Axit có hàm lượng SiO2 cao, hàm lượng Al2O3 thấp, nhiệt độ nung thích hợp cho ngành gốm, sứ. Căn cứ vào thành phần hoá học, khoáng vật, các chỉ tiêu cơ lý, Kaolin phong hoá từ đá phun trào Axit đáp ứng được cho ngành sản xuất sứ, gốm dân dụng, gạch tráng men, sứ mỹ nghệ, chất độn cho thuốc trừ sâu, xà phòng, nguyên liệu sản xuất xi măng trắng. - Kaolin phong hoá từ đá trầm tích và biến chất có thể đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật trong lĩnh vực gốm, sứ mỹ nghệ, sứ dân dụng, nguyên liệu sản xuất xi măng trắng, chất độn cho một số ngành công nghiệp như sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu. - Kaolin trầm tích có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng cho công nghiệp gốm sứ, làm chất độn phân bón, để vê viên, phối liệu cho sành, gạch chịu Axit, vật liệu chịu lửa. - Kaolin - pyrophylit có chất lượng tốt, đặc biệt là thành phần Fe2O3 rất thấp, đáp ứng yêu cầu sử dụng cho công nghiệp: chịu lửa, gốm, sứ, chất độn cao su, sơn, thuốc trừ sâu, giấy. Tại những nơi tiếp xúc với trầm tích hệ tầng Nà Khuất, Kaolin - pyrophylit nhuốm Oxit sắt có màu hồng, vân hồng, rất đẹp, có thể dùng để tạc tượng, điêu khắc, làm hàng mỹ nghệ. Với tiềm năng lớn và chất lượng tốt, Kaolin miền Đông Bắc Bộ đã và đang giữ vị trí quan trọng trong ngành khai khoáng nói chung và khai thác Kaolin nói riêng ở nước ta. Trong những năm gần đây công tác khai thác, sử dụng Kaolin ngày càng được mở rộng và đã góp phần nhất định trong tăng trưởng kinh tế và phát triển xã hội của đất nước.