A. TALC
1.1. Khoáng chất tan và các đặc Ä‘iểm cÆ¡ bản
Tan là má»™t khoáng váºt silicat lá»›p cá»§a magie hydrat, có công thức là Mg3Si4O10(OH)2. Cấu trúc cá»§a tan bao gồm lá»›p bát diện magie liên kết kẹp giữa hai lá»›p tứ diện silic (Hình 1.1). Các lá»›p đơn vị cấu trúc này liên kết vá»›i nhau bằng lá»±c liên kết yếu Van Der Waals, do váºy mà chúng rất dá»… tách ra khá»i nhau (Ciullo, 1996). Tinh thể tan kết tinh trong hệ ba nghiêng hoặc đơn nghiêng có hình thái dạng tấm, dạng hạt, dạng sợi (Mineral Data Publishing, 2001) (Hình
1.2). Tan rất đặc trưng bởi độ má»m cá»§a nó. Trên thang độ cứng Mohs tan có độ 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 như xà phòng (do Ä‘ó “Ä‘á xà phòng” được dùng để gá»i má»™t loại Ä‘á biến chất có thành phần chính là tan). Tan có tính chất cách Ä‘iện, cách nhiệt, nhiệt độ nóng chảy cao, độ giãn nhiệt thấp, bá»n hóa há»c, hấp thụ dầu, kị nước, ưu hợp chất hữu cÆ¡ và diện tích bá» mặt lá»›n (Agnello, 2005; Tomaino, 2005). Vá»›i công thức hóa há»c như trên, thành phần hóa há»c lý thuyết cá»§a tan là MgO chiếm 31,7%, SiO2 chiếm 63,5%, và H2O chiếm 4,8%. Tuy nhiên, thành phần hóa há»c và khoáng váºt cá»§a Ä‘á tan thưá»ng rất Ä‘a dạng, phụ thuá»™c vào tổ hợp Ä‘á mẹ và lịch sỠđịa chất cá»§a vùng. Các khoáng váºt Ä‘i cùng vá»›i tan thưá»ng là chlorit, tremolit và các carbonat như magnesit, calcit và dolomit. Thay thế đồng hình trong cấu trúc chính khoáng váºt tan thưá»ng là sắt (Fe) thay thế cho magie (Mg) và flo (F) thay thế cho nhóm hydroxyl (OH). Sá»± Ä‘a dạng vá» thành phần do khoáng váºt 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 trá»ng thá»±c tế khoảng 2,58 - 2,83 g/cm3 (giá trị tỉ trá»ng theo tính toán là 2,78 g/cm3). Tan có ánh má»; màu xanh lá cây nhạt đến Ä‘áºm, 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 má»ng thạch há»c (Mineral Data Publishing, 2001; Mindat.org).
Kích thước cá»§a các hạt tan riêng rẽ (gồm rất nhiá»u các lá»›p đơn vị cấu trúc cÆ¡ sở) có thể thay đổi từ 1μm đến trên 100μm phụ thuá»™c vào quá trình hình thành. Tùy từng má», tan có thể có dạng tấm vá»›i các hạt riêng rẽ lá»›n, trong khi có những má», tan tồn tại ở hạt riêng rẽ, kích thước rất nhá».
Tan tinh khiết có thể bá»n nhiệt tá»›i 930 oC, mất nước cấu trúc trong khoảng
930 - 970 oC tạo thành enstatit (MgSiO3). Thông thưá»ng các sản phẩm tan thương mại giảm khối lượng ở dưới 930 oC do có chứa carbonat - phá há»§y ở 600 oC và chlorit - mất nước ở 800 oC. Tan nóng chảy ở nhiệt độ 1.500 oC (Mc Carthy, 2000).
1.2. Äặc Ä‘iểm nguồn gốc khoáng chất tan
Tan là khoáng váºt 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 váºt này thưá»ng có mặt trong Ä‘á biến chất như má»™t
khoáng váºt thứ sinh (Nguyá»…n Văn Nhân, 2004; Mondo Minerals; Wikipedia).
Các phản ứng hình thành tan được công bố trong tài liệu cá»§a Deer et al. (2009).
Tan có thể được hình thành do biến đổi các khoáng váºt giàu magie như
serpentin, pyroxen, amphibol, olivin, vá»›i sá»± có mặt cá»§a carbonic và nước:
Serpentin + Carbon-dioxit → Tan + Magnesit + Nước
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 + Nước → 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 tướng eclogit:
Chlorit + Thạch anh + Oxy → Tan + Kyanit + Hematit + Nước
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‘iá»u kiện áp suất cao và nhiệt độ thấp thưá»ng có thể tạo ra phengit, granat, glaucophan trong tướng phiến lục. Äá tan hình thành trong Ä‘iá»u kiện này Ä‘a số có màu trắng, dá»… vỡ vụn và dạng sợi. Chúng thưá»ng được gá»i là Ä‘á phiến trắng.
Trong 4 loại hình má» tan, có hai loại má» tan chính chiếm tá»›i 90% tổng trữ lượng tan toàn thế giá»›i, Ä‘ó là các má» nhiệt dịch trong Ä‘á siêu mafic hay Ä‘á serpentin và má» liên quan đến các phân vị địa tầng giàu dolomit, hai loại má» không phổ biến là má» liên quan đến Ä‘á alumo-silicat và các má» 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 váºt, hình thái và yếu tố địa lý (Ciullo, 1996). Sá»± phân loại này giúp định hướng cho quá trình chế biến và sá» dụng tan.
Tan dạng tấm: loại tan này có cấu trúc dạng tấm rõ ràng, rất má»m mịn, thưá»ng chứa tá»›i >90% khoáng váºt 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 độn tăng cưá»ng.
Tan steatit: là loại tan có độ tinh khiết cao, đặc sít, hạt rất mịn (có thể do nghiá»n). Loại tan này có tính chất cách Ä‘iện cao và được sá» dụng trong sản xuất sứ cách Ä‘iện. Äây là thứ tan thương phẩm tinh khiết nhất.
Äá 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 bá»n hóa há»c, độ chịu nhiệt cao và đặc sít, tan dạng này có thể dùng để chế tạo các sản phẩm như bồn, bếp lò.
Tan tremolit: là loại tan hạt mịn nhưng rất cứng, thưá»ng chứa <50% khoáng váºt tan, nhưng các tính chất lại bị quyết định bởi khoáng váºt tremolit cứng và khoáng váºt serpentin dạng tấm, mịn. Äá tan dạng này cÅ©ng có thể chứa má»™t lượng nhá» anthophyllit (khoáng váºt nhóm amphibol) dạng lăng trụ, và chút ít các carbonat và thạch anh. Nó thiếu các đặc tính dạng tấm, má»m, kị nước cá»§a tan và thưá»ng không được kể đến trong các ứng dụng truyá»n thống cá»§a 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 gá»i tên theo địa danh, chẳng hạn tan New York, Vermon, Montana, Texas, Canada, Italia, Trung Quốc… vá»›i các đặc trưng khác nhau. Chẳng hạn, tan Vermon thưá»ng chứa 20-30% magie, chá»§ yếu để làm chất độn, ngoài ra còn chế biến và dùng trong mỹ phẩm, dược phẩm; tan Montana nổi tiếng vá»›i độ tinh khiết và độ trắng cao; trong khi Ä‘ó tan Texas có màu xám hoặc Ä‘en do chứa váºt 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) như
trong Bảng1.1.
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn chất lượng tan theo ISO 3262
Loại
|
Hàm lượng
tan
|
Mất khi nung
ở 1000 oC (%)
|
Khả năng hòa tan
trong HCl tối đa (%)
|
A
|
95
|
4 – 6,5
|
5
|
B
|
90
|
4 – 9
|
10
|
C
|
70
|
4 – 18
|
30
|
D
|
50
|
4 – 27
|
30
|
1.4. Các ứng dụng cá»§a khoáng chất tan
Vá»›i các tính chất vá» quang há»c (độ trắng), nhiệt (chịu nhiệt, ổn định nhiệt), hóa há»c (độ tinh khiết, độ mất khi nung, độ trÆ¡, ái lá»±c vá»›i các chất hữu cÆ¡), váºt lý (kích thước hạt, độ mịn, kết cấu dạng tấm, tỉ trá»ng)… tan được ứng dụng trong nhiá»u ngành công nghiệp khác nhau như gốm sứ, sÆ¡n, giấy, váºt 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 ná»n 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 vá» Clorit và ứng dụng
Clorit nhà má»™t nhóm khoáng váºt silicat lá»›p. Các khoáng váºt clorit có thể được miêu tả theo 4 loại dá»±a vào tính chất hóa há»c cá»§a 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 vá» thành phần là kết quả cá»§a sá»± thay đổi Ä‘áng kể liên quan đến các tính chất váºy lý, quang há»c và tia X. Tương tá»±, dải thành phần hóa há»c cho phép nhóm khoáng váºt clorit tồn tại trong má»™t dải nhiệt độ và áp suất rá»™ng. Do Ä‘ó, các khoáng váºt là những khoáng váºt phổ biến trong các Ä‘á biến chất nhiệt độ trung bình và má»™t số Ä‘á mácma, Ä‘á nhiệt dịch và các trầm tích bị chôn vùi dưới sâu.
Cấu trúc cá»§a clorit[sá»a]
Công thức tổng quát cá»§a clorit là (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6. Công thức này nhấn mạnh cấu trúc chung cá»§a nhóm.
Clorit có cấu trúc xen kẹp 2:1, (tức là 2 tetrahedral- kẹp octahedral- ở giữa = t-o- t...), đặc trưng cá»§a cấu trúc này thưá»ng là các lá»›p cá»§a khoáng váºt talc. Không giống như cấu trúc 2:1 cá»§a nhóm khoáng váºt sét, khoảng không cá»§a lá»›n ở giữa được cấu tạo bởi (Mg2+, Fe3+)(OH)6. ÄÆ¡n vị cấu trúc (Mg2+, Fe3+)(OH)6 này phổ biến hÆ¡n so vá»›i lá»›p dạng brucite, do có sá»± tương đồng gần gÅ©i hÆ¡n vá»›i khoáng brucit (Mg(OH)2). Do Ä‘ó, cấu trúc cá»§a clorit thể hiện như 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 bá»c clorit ở Minas Gerais, Brasil (kích thước: 4.2 x 3.9
x 3.3 cm)
Clorit thưá»ng được tìm thấy trong các Ä‘á mácma ở dạng sản phẩm thay thế cá»§a các khoáng váºt mafic như pyroxen, amphibol, và biotit. Trong môi trưá»ng này, clorit có thể là má»™t khoáng váºt biến chất trao đổi bị biến chất trao đổi cá»§a
các khoáng váºt 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 váºt phổ biến Ä‘i kèm vá»›i các quặng nhiệt dịch và thưá»ng có mặt cùng vá»›i epidot, sericit, adularia và khoáng váºt sulfua. Clorit cÅ©ng là má»™t khoáng váºt biến chất phổ biến, thưá»ng là khoáng chỉ thị cho các Ä‘á biến chất cấp thấp. Nó là tướng chuẩn Ä‘oán cá»§a các tướng zeolit và các tướng biến chất thấp hÆ¡n nhưđá phiến lục. Nó có mặt trong các tổ hợp vá»›i thạch anh, albit, sericit, clorite, garnet cá»§a Ä‘á phiến pelitic. Trong các Ä‘á siêu mafic, quá trình biến
chất cÅ©ng có thể tạo ra chá»§ 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)

Các khoáng váºt trong nhóm clorit[sá»a]

Äá phiến clorit
|
|
Baileychlor
|
(Zn,Fe+2,Al,Mg)6(Al,Si)4O10(O,OH)8
|
|
Chamosit
|
(Fe,Mg)5Al(Si3Al)O10(OH)8
|
Clinochlor
|
(Mg,Fe2+)5Al(Si3Al)O10(OH)8
|
Cookeit
|
LiAl4(Si3Al)O10(OH)8
|
Donbassit
|
Al2[Al2.33][Si3AlO10](OH)8
|
Gonyerit
|
(Mn,Mg)5(Fe+3)2Si3O10(OH)8
|
Nimit
|
(Ni,Mg,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8
|
Odinit
|
(Fe,Mg,Al,Fe,Ti,Mn)2.4(Al,Si)2O5OH4
|
Orthochamosit
|
(Fe+2,Mg,Fe+3)5Al(Si3Al)O10(O,OH)8
|
Pennantit
|
(Mn5Al)(Si3Al)O10(OH)8
|
Ripidolit
|
(Mg,Fe,Al)6(Al,Si)4O10(OH)8
|
Sudoit
|
Mg2(Al,Fe)3Si3AlO10(OH)8
|
Phân biệt vá»›i các khoáng váºt khác[sá»a]
Clorit rất má»m vì thế có thể vạch trầy bằng móng tay. Chúng có màu vết
vạch lục. Khi sá», nó tạo ra cảm giác trÆ¡n giống như dầu.
Talc thì má»m hÆ¡n có cảm giá giống như xà phồng khi sá». Màu vết vạch
trắng.
Ứng dụng clorit trong Công Nghiệp
Nhómcloritchá»§yếuđượcsá»dụngíttrongcôngnghiệpchá»§yếusá»dụngnhư
1 phầnchấtđộn, dung trongcôngnghiệpgốmsứ, màuchịulá»a, chấtđộntrongcôngnghiệpgiấy, caosu