A. TALC

1.1. Khoáng chất tan và các đặc Ä‘iểm cÆ¡ bản

Tan là má»™t khoáng vật silicat lá»›p của magie hydrat, có công thức là Mg3Si4O10(OH)2. Cấu trúc của tan bao gồm lá»›p bát diện magie liên kết kẹp giữa hai lá»›p tứ diện silic (Hình 1.1). Các lá»›p Ä‘Æ¡n vị cấu trúc này liên kết vá»›i nhau bằng lá»±c liên kết yếu Van Der Waals, do vậy mà chúng rất dá»… tách ra khỏi nhau (Ciullo, 1996). Tinh thể tan kết tinh trong hệ ba nghiêng hoặc Ä‘Æ¡n nghiêng có hình thái dạng tấm, dạng hạt, dạng sợi (Mineral Data Publishing, 2001) (Hình

1.2). Tan rất đặc trÆ°ng bởi Ä‘á»™ mềm của nó. Trên thang Ä‘á»™ cứng Mohs tan có Ä‘á»™ cứng là 1, thấp nhất so vá»›i các khoáng chất khác trong tá»± nhiên và có thể vạch móng tay lên được. Ngoài ra, tan rất mịn, nó cho cảm giác trÆ¡n bóng nhÆ° xà phòng (do Ä‘ó “Ä‘á xà phòng” được dùng để gọi má»™t loại Ä‘á biến chất có thành phần chính là tan). Tan có tính chất cách Ä‘iện, cách nhiệt, nhiệt Ä‘á»™ nóng chảy cao, Ä‘á»™ giãn nhiệt thấp, bền hóa học, hấp thụ dầu, kị nÆ°á»›c, Æ°u hợp chất hữu cÆ¡ và diện tích bề mặt lá»›n (Agnello, 2005; Tomaino, 2005). Vá»›i công thức hóa học nhÆ° trên, thành phần hóa học lý thuyết của tan là MgO chiếm 31,7%, SiO2 chiếm 63,5%, và H2O chiếm 4,8%. Tuy nhiên, thành phần hóa học và khoáng vật của Ä‘á tan thường rất Ä‘a dạng, phụ thuá»™c vào tổ hợp Ä‘á mẹ và lịch sá»­ địa chất của vùng. Các khoáng vật Ä‘i cùng vá»›i tan thường là chlorit, tremolit và các carbonat nhÆ° magnesit, calcit và dolomit. Thay thế đồng hình trong cấu trúc chính khoáng vật tan thường là sắt (Fe) thay thế cho magie (Mg) và flo (F) thay thế cho nhóm hydroxyl (OH). Sá»± Ä‘a dạng về thành phần do khoáng vật Ä‘i kèm và thay thế đồng hình sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và kéo theo hạn chế hoặc lợi thế trong ứng dụng tan (Tomaino, 2005).

Hình1.3. Má»™t số quặng tan có màu khác nhau

(nguồn: Mondo Minerals)

Tan có tỉ trọng thá»±c tế khoảng 2,58 - 2,83 g/cm3  (giá trị tỉ trọng theo tính toán là 2,78 g/cm3). Tan có ánh mờ; màu xanh lá cây nhạt đến đậm, trắng, trắng phá»›t xám, trắng phá»›t vàng, trắng phá»›t nâu và nâu (Hình 1.3), tan có thể không màu trong lát mỏng thạch học (Mineral Data Publishing, 2001; Mindat.org).

Kích thÆ°á»›c của các hạt tan riêng rẽ (gồm rất nhiều các lá»›p Ä‘Æ¡n vị cấu trúc cÆ¡ sở) có thể thay đổi từ 1μm đến trên 100μm phụ thuá»™c vào quá trình hình thành. Tùy từng mỏ, tan có thể có dạng tấm vá»›i các hạt riêng rẽ lá»›n, trong khi có những mỏ, tan tồn tại ở hạt riêng rẽ, kích thÆ°á»›c rất nhỏ.

Tan tinh khiết có thể bền nhiệt tá»›i 930 oC, mất nÆ°á»›c cấu trúc trong khoảng

930 - 970 oC tạo thành enstatit (MgSiO3). Thông thường các sản phẩm tan thÆ°Æ¡ng mại giảm khối lượng ở dÆ°á»›i 930 oC do có chứa carbonat - phá hủy ở 600 oC và chlorit - mất nÆ°á»›c ở 800 oC. Tan nóng chảy ở nhiệt Ä‘á»™ 1.500 oC (Mc Carthy, 2000).

1.2. Đặc Ä‘iểm nguồn gốc khoáng chất tan

Tan là khoáng vật có nguồn gốc biến chất bao gồm cả biến chất tiếp xúc và biến chất khu vá»±c, nguồn gốc biến đổi nhiệt dịch các Ä‘á phun trào mafic và siêu mafic chứa magie. Khoáng vật này thường có mặt trong Ä‘á biến chất nhÆ° má»™t

khoáng vật thứ sinh (Nguyá»…n Văn Nhân, 2004; Mondo Minerals; Wikipedia).

Các phản ứng hình thành tan được công bố trong tài liệu của Deer et al. (2009).

Tan có thể được hình thành do biến đổi các khoáng vật giàu magie nhÆ°

serpentin, pyroxen, amphibol, olivin, vá»›i sá»± có mặt của carbonic và nÆ°á»›c:

Serpentin + Carbon-dioxit → Tan + Magnesit + NÆ°á»›c

2Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2   = Mg3Si4O10(OH)2 + 3MgCO3 + 3H2O Tan cÅ©ng có thể được hình thành thông qua phản ứng giữa dolomit và oxit

silic - Ä‘ây là má»™t quá trình skarn hóa Ä‘iển hình:

Dolomit + Thạch anh + NÆ°á»›c → Tan + Calcit + Carbon-dioxit

3CaMg(CO3)2  + 4SiO2 + H2O = Mg3Si4O10(OH)2 + 3CaCO3 +3CO2

Hoặc tan cÅ©ng có thể được hình thành do chlorit phản ứng vá»›i thạch anh trong các Ä‘á phiến lục, Ä‘á biến chất tÆ°á»›ng eclogit:

Chlorit + Thạch anh + Oxy → Tan + Kyanit + Hematit + NÆ°á»›c

200(Mg3.97,Al2.5,Fe0.5)(Si2.9)O10(OH)8 + 711SiO2 + 14O2 →

274Mg2.9Al0.19Si3.9O10(OH)2 + 223Al2SiO5 + 50Fe2O3 + 526H2O

Ở phản ứng sau cùng này, tỉ lệ tan và kyanit cÅ©ng phụ thuá»™c vào hàm lượng nhôm trong các Ä‘á Ä‘á phản ứng giàu nhôm. Quá trình này xảy ra trong Ä‘iều kiện áp suất cao và nhiệt Ä‘á»™ thấp thường có thể tạo ra phengit, granat, glaucophan trong tÆ°á»›ng phiến lục. Đá tan hình thành trong Ä‘iều kiện này Ä‘a số có màu trắng, dá»… vỡ vụn và dạng sợi. Chúng thường được gọi là Ä‘á phiến trắng.

Trong 4 loại hình mỏ tan, có hai loại mỏ tan chính chiếm tá»›i 90% tổng trữ lượng tan toàn thế giá»›i, Ä‘ó là các mỏ nhiệt dịch trong Ä‘á siêu mafic hay Ä‘á serpentin và mỏ liên quan đến các phân vị địa tầng giàu dolomit, hai loại mỏ không phổ biến là mỏ liên quan đến Ä‘á alumo-silicat và các mỏ trầm tích magie (Nguyá»…n Văn Nhân, 2004; Agnello, 2005; Mondo Minerals).

1.3. Phân loại khoáng chất tan

Tan được phân loại theo thành phần khoáng vật, hình thái và yếu tố địa lý (Ciullo, 1996). Sá»± phân loại này giúp định hÆ°á»›ng cho quá trình chế biến và sá»­ dụng tan.

Tan dạng tấm: loại tan này có cấu trúc dạng tấm rõ ràng, rất mềm mịn, thường chứa tá»›i >90% khoáng vật tan (có thể tá»± nhiên hoặc có thể do Ä‘ã chế biến). Loại tan này có thể được sá»­ dụng trong mỹ phẩm, dược phẩm, và chất Ä‘á»™n tăng cường.

Tan steatit: là loại tan có Ä‘á»™ tinh khiết cao, đặc sít, hạt rất mịn (có thể do nghiền). Loại tan này có tính chất cách Ä‘iện cao và được sá»­ dụng trong sản xuất sứ cách Ä‘iện. Đây là thứ tan thÆ°Æ¡ng phẩm tinh khiết nhất.

Đá xà phòng: là loại tan ít tinh khiết hÆ¡n tan steatit, có thể được chạm khắc, xẻ, khoan hoặc chế biến. Do có tính chất bền hóa học, Ä‘á»™ chịu nhiệt cao và đặc sít, tan dạng này có thể dùng để chế tạo các sản phẩm nhÆ° bồn, bếp lò.

Tan  tremolit: là  loại tan  hạt mịn  nhÆ°ng  rất  cứng,  thường chứa  <50% khoáng vật tan, nhÆ°ng các tính chất lại bị quyết định bởi khoáng vật tremolit cứng và khoáng vật serpentin dạng tấm, mịn. Đá tan dạng này cÅ©ng có thể chứa má»™t lượng nhỏ anthophyllit (khoáng vật nhóm amphibol) dạng lăng trụ, và chút ít các carbonat và thạch anh. Nó thiếu các đặc tính dạng tấm, mềm, kị nÆ°á»›c của tan và thường không được kể đến trong các ứng dụng truyền thống của tan. Tuy nhiên, lợi dụng các tính chất không Ä‘iển hình này mà tan dạng này được ứng dụng trong sản xuất sứ gốm và sÆ¡n.

Ngoài ra, phân loại tan còn được gọi tên theo địa danh, chẳng hạn tan New York, Vermon, Montana, Texas, Canada, Italia, Trung Quốc… vá»›i các đặc trÆ°ng khác nhau. Chẳng hạn, tan Vermon thường chứa 20-30% magie, chủ yếu để làm chất Ä‘á»™n,  ngoài ra còn  chế biến và dùng  trong  mỹ phẩm, dược phẩm;  tan Montana nổi tiếng vá»›i Ä‘á»™ tinh khiết và Ä‘á»™ trắng cao; trong khi Ä‘ó tan Texas có màu xám hoặc Ä‘en do chứa vật chất hữu cÆ¡; tan New York thì là loại tan tremolit. Tan Italia nổi tiếng là loại tinh khiết nhất trên thế giá»›i.

Tan còn được phân loại theo chuẩn chất lượng ISO 3262 (Wikipedia) nhÆ°

trong Bảng1.1.

Bảng 1.1. Tiêu chuẩn chất lượng tan theo ISO 3262

1.4.  Các ứng dụng của khoáng chất tan

Vá»›i các tính chất về quang học (Ä‘á»™ trắng), nhiệt (chịu nhiệt, ổn định nhiệt), hóa học (Ä‘á»™ tinh khiết, Ä‘á»™ mất khi nung, Ä‘á»™ trÆ¡, ái lá»±c vá»›i các chất hữu cÆ¡), vật lý (kích thÆ°á»›c hạt, Ä‘á»™ mịn, kết cấu dạng tấm, tỉ trọng)… tan được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau nhÆ° gốm sứ, sÆ¡n, giấy, vật liệu lợp, chất dẻo, mỹ phẩm và dược phẩm (Ciullo, 1996; Bandford, 1998; Agnello, 2005). Tỉ lệ ứng dụng trong các lÄ©nh vá»±c công nghiệp khác nhau cÅ©ng Ä‘a dạng ở các quốc gia khác nhau và thay đổi tùy theo từng năm, Hình 1.5 giá»›i thiệu cÆ¡ cấu sá»­ dụng khoáng chất tan trong nền công nghiệp Mỹ năm 2005.

Hình 1.5. Ứng dụng tan trong các ngành công nghiệp khác nhau ở Hoa Kỳ

B. CLORIT

(theo Agnello, 2005)

Khái quát về Clorit và ứng dụng

Clorit nhà má»™t nhóm khoáng vật silicat lá»›p. Các khoáng vật clorit có thể được miêu tả theo 4 loại dá»±a vào tính chất hóa học của chúng thông qua sá»± thay thế 4 nguyên tố trong ô mạng silicat gồm: Mg, Fe, Ni, và Mn.

·      Clinochlore: (Mg5Al)(AlSi3)O10(OH)8

·      Chamosit: (Fe5Al)(AlSi3)O10(OH)8

·      Nimit: (Ni5Al)(AlSi3)O10(OH)8

·      Pennantit: (Mn,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8

Ngoài ra, cÅ©ng có các nguyên tố kẽm, liti và canxi. Sá»± biến đổi lá»›n về thành phần là kết quả của sá»± thay đổi Ä‘áng kể liên quan đến các tính chất vậy lý, quang học và tia X. TÆ°Æ¡ng tá»±, dải thành phần hóa học cho phép nhóm khoáng vật clorit tồn tại trong má»™t dải nhiệt Ä‘á»™ và áp suất rá»™ng. Do Ä‘ó, các khoáng vật là những khoáng vật phổ biến trong các Ä‘á biến chất nhiệt Ä‘á»™ trung bình và má»™t số Ä‘á mácma, Ä‘á nhiệt dịch và các trầm tích bị chôn vùi dÆ°á»›i sâu.

Cấu trúc của clorit[sá»­a]

Công thức tổng quát của clorit là (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6. Công thức này nhấn mạnh cấu trúc chung của nhóm.

Clorit có cấu trúc xen kẹp 2:1, (tức là 2 tetrahedral- kẹp octahedral- ở giữa = t-o- t...), đặc trÆ°ng của cấu trúc này thường là các lá»›p của khoáng vật talc. Không giống nhÆ° cấu trúc 2:1 của nhóm khoáng vật sét, khoảng không của lá»›n ở giữa được cấu tạo bởi (Mg2+, Fe3+)(OH)6. Đơn vị cấu trúc (Mg2+, Fe3+)(OH)6 này phổ biến hÆ¡n so vá»›i lá»›p dạng brucite, do có sá»± tÆ°Æ¡ng đồng gần gÅ©i hÆ¡n vá»›i khoáng brucit (Mg(OH)2). Do Ä‘ó, cấu trúc của clorit thể hiện nhÆ° sau:

-t-o-t-brucite-t-o-t-brucite ...

Má»™t  phân  loại  cÅ©  hÆ¡n  thì  chia  clorit  thành  2  phụ  nhóm:  orthoclorit  và leptoclorit.

Phân bố[sá»­a]

Tinh thể thạch anh bao bọc clorit ở Minas Gerais, Brasil (kích thÆ°á»›c: 4.2 x 3.9

x 3.3 cm)

Clorit thường được tìm thấy trong các Ä‘á mácma ở dạng sản phẩm thay thế của các khoáng vật mafic nhÆ° pyroxen, amphibol, và biotit. Trong môi trường này, clorit có thể là má»™t khoáng vật biến chất trao đổi bị biến chất trao đổi của

các khoáng vật sắt-magie, hoặc nó có thể có mặt ở dạng sản phẩm biến chấn sau mácma thông qua việc thêm vào các nguyên tố Fe, Mg, hoặc các hợp chất khác  trong  khối  Ä‘á.  Clorit  là  má»™t  khoáng  vật  phổ  biến  Ä‘i  kèm  vá»›i các quặng nhiệt    dịch và       thường    có        mặt                                        cùng vá»›i epidot, sericit, adularia và khoáng vật sulfua. Clorit cÅ©ng là má»™t khoáng vật biến chất phổ biến, thường là khoáng chỉ thị cho các Ä‘á biến chất cấp thấp. Nó là tÆ°á»›ng chuẩn Ä‘oán của các tÆ°á»›ng zeolit và các tÆ°á»›ng biến chất thấp hÆ¡n nhÆ°Ä‘á phiến lục. Nó có mặt trong các tổ hợp vá»›i thạch anh, albit, sericit, clorite, garnet của Ä‘á phiến pelitic. Trong các Ä‘á siêu mafic, quá trình biến

chất cÅ©ng có thể tạo ra chủ yếu là clinochlore chlorite cá»™ng sinh vá»›i tan.

Giả hình clorit theo granat ở Michigan (size: 3.5 x 3.1 x 2.7 cm)