Bentonit: tài nguyên, công nghệ chế biến và ứng dụng ở Việt Nam

Phạm Thị Hà Thanh và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 65(03): 159 - 164<br /> <br /> BENTONIT: TÀI NGUYÊN, CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN<br /> VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM<br /> Phạm Thị Hà Thanh1*, Nghiêm Xuân Thung2<br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên<br /> Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Việt Nam là nước có nguồn tài nguồn bentonit phong phú, đa dạng trong đó có thành phần chính là<br /> montmorillonit (MMT). Trữ lượng bentonit ở Việt Nam đã có: cấp 1:5.000.000 tấn, cấp 2:<br /> 42.000.000 tấn,tài nguyên dự báo: 350.760.000m3. Bentonit có nhiều ứng dụng: dùng làm chất xúc<br /> tác trong quá trình tổng hợp hữu cơ, làm vật liệu hấp phụ, làm vật liệu điều chế sét hữu cơ, sét<br /> chống và compozit, dùng trong công nghiệp sản xuất vật liệu tổng hợp, công nghiệp bia rượu. Tuy<br /> nhiên, trong bentonit còn chứa một số khoáng sét khác, vì vậy để thu được bentonit có hàm lượng<br /> MMT cao chúng ta đã đưa ra nhiều phương pháp tinh chế phù hợp với từng loại khoáng sét như:<br /> bentonit nguyên khai có hàm lượng MMT thấp thì xử lý cơ học trước rồi tiến hành xử lý hóa học.<br /> Nhằm cải biến tính chất người ta sử dụng nhiều cách để biến tính khoáng sét: trao đổi ion với các<br /> cation vô cơ, hữu cơ; phản ứng với các axit,... Trong đó các tác nhân biến tính khoáng sét thường<br /> được sử dụng là tác nhân hữu cơ.<br /> Key word: Bentonite, natural resourses, processing technology and application in Vietnam<br />  GIỚI<br /> <br /> THIỆU VỀ BONTONIT<br /> <br /> Cấu tạo mạng tinh thể bentonit<br /> Bentonit là một nguồn khoáng sét thiên nhiên,<br /> có cấu trúc lớp, thành phần chính là<br /> montmorillonit (MMT), có công thức hóa<br /> học: (Na,Ca)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O<br /> thường có mặt cùng một số sét khác thuộc<br /> nhóm smectit. Ngoài thành phần chính là<br /> MMT, trong bentonit còn chứa một số khoáng<br /> sét khác kaolinit, mica, quartz, cristobalit,<br /> calcit, illit… và một số khoáng phi sét như:<br /> canxit, pirit, manhetit.<br /> Có 2 loại khoáng bentonit chính, đó là<br /> bentonit kiềm (chứa ion kiềm Na+, K+,...),<br /> <br /> <br /> Tel:<br /> <br /> , Email:phamthihathanhtn@gmail.com<br /> <br /> bentonit kiềm thổ (chứa các ion Ca+2,<br /> Mg+2,...) và đều được gọi tên là<br /> montmorillonit.<br /> Có thể phân bentonit Việt Nam theo 2 kiểu<br /> nguồn gốc: kiểu nguồn gốc trầm tích. và kiểu<br /> nguồn gốc phong hóa.<br /> Do có đặc điểm cấu tạo và điều kiện địa chất<br /> tạo thành các mỏ khác nhau nên các mỏ<br /> quặng bentonit thường có hàm lượng<br /> montmorillonit khác nhau, theo các số liệu đã<br /> công bố cho thấy hàm lượng montmorillonit<br /> trong bentonit có thể dao động trong một<br /> khoảng rộng, ví dụ ở điểm mỏ bentonit kiềm<br /> Tuy Phong - Bình Thuận - Việt Nam hàm<br /> lượng montmorillonit trong bentonit chỉ<br /> khoảng 15-20%, trong khi đó mỏ bentonit<br /> kiềm Wyoming ở Mĩ có hàm lượng<br /> montmorillonit lên tới hơn 80%.<br /> NGUỒN TÀI NGUYÊN BENTONIT Ở<br /> VIỆT NAM [1, 2, 3]<br /> Theo tài liệu của các nhà địa chất, hiện nay ở<br /> nước ta đã phát hiện được hơn hai chục mỏ và<br /> điểm quặng sét bentonit. Các mỏ có triển<br /> vọng và quy mô lớn đều tập trung ở phía nam<br /> của đất nước (Lâm Đồng, Bình Thuận, Thành<br /> phố Hồ Chí Minh,...). Phần phía bắc sét<br /> <br /> 159<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Phạm Thị Hà Thanh và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> bentonit tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng<br /> Bắc Bộ, Thanh Hoá và chủ yếu thuộc nhóm<br /> smectit thấp.<br /> Một số mỏ bentonit lớn ở nước ta đã được<br /> thăm dò, khai thác:<br /> Mỏ bentonit Tam Bố-Di Linh-Lâm Đồng đã<br /> được thăm dò địa chất và xác nhận mỏ có trữ<br /> lượng trong cân đối là: 542.000 tấn, trong đó<br /> cấp C1 là: 389.000 tấn, C2 là: 153.000 tấn,<br /> chất lượng bentonit khá tốt; điều kiện địa chất<br /> thuỷ văn, địa chất công trình thuận lợi, đơn<br /> giản. Tại mỏ Tam Bố có 5 thân sét bentonit<br /> dạng thấu kính, chiều dài thay đổi từ 400-840<br /> m, chiều dày 1-7m, diện tích phân bố 2,36km2.<br /> Hàm lượng khoáng vật montmorillonit trong<br /> sét bentonit dao động từ 40-50 %. Hệ số độ<br /> keo (K) từ 0,29-0,42 ; dung tích trao đổi cation<br /> (E) từ 25,01-48,5 mgđl/100g, cá biệt đến 170<br /> mgđl/100g. Các cation có khả năng trao đổi<br /> chính là kiềm thổ (Ca2+, Mg2+).<br /> Mỏ bentonit Tuy Phong - Bình Thuận: đã<br /> được phát hiện tại Nha Mé, Vĩnh Hảo<br /> (huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận). Đây<br /> là loại bentonit kiềm Na.Thung lũng Nha<br /> Mé với diện tích gần 10 km2, trong đó diện<br /> tích có bề dày thân quặng lớn hơn 1m chỉ<br /> khoảng 2 - 4km2. Chiều dày lớp bentonit tối<br /> đa 11m, trung bình là 3-4m. Trữ lượng dự<br /> tính là 42.000.000 tấn. Nếu lấy tỉ lệ sét thu<br /> hồi từ quặng nguyên khai là 40% thì thu<br /> được 17.000.000 tấn quặng giàu (tinh<br /> quặng). Thung lũng Vĩnh Hảo: chiều dày<br /> lớp bentonite ở đây ước tính là 6 m và trung<br /> bình là 2,6 m. Dự tính trên diện tích có triển<br /> vọng của thung lũng Vĩnh Hảo có khoảng<br /> 33.000.000 tấn nguyên khai. Với hàm lượng<br /> thu hồi 30% thì thu được 10.000.000 tấn<br /> quặng giàu. Hàm lượng montmorillonit từ<br /> 10-20%. Hệ số độ keo từ 0,2-0,22. Dung<br /> tích trao đổi cation 15,62-19,67 mlgđl/100g.<br /> Khả năng trao đổi ion có thể là các cation<br /> kiềm (Na +, K+).<br /> Mỏ bentonit Cổ Định (Thanh Hoá): nằm<br /> trong khu bãi thải của chân Núi Nưa. Sét<br /> bentonit là sản phẩm thải trong quá trình khai<br /> thác và làm giàu quặng cromit. Hàm lượng<br /> <br /> 65(03): 159 - 164<br /> <br /> montmorillonit nguyên khai 43,9%. Dung tích<br /> trao đổi cation 52,9 mlgđl/100g, trong đó chủ<br /> yếu là cation Ca2+ 20,3 mlgđl/100g sét và<br /> Mg2+ 31,1 mlgđl/100 g sét.<br /> Theo tạp chí địa chất loạt A, số 299, 34/2007, tr 50-59 trong phạm vi Cheo Reo,<br /> Phú Túc và cao nguyên Vân Hòa đã phát hiện<br /> 26 tụ khoáng, điểm quặng bentonit.<br /> Các mỏ bentonit khác nói chung có trữ lượng<br /> ít, hàm lượng thấp và chưa được điều tra,<br /> đánh giá đầy đủ.<br /> Từ các số liệu điều tra, nghiên cứu cho thấy<br /> nước ta có 2 loại bentonit chính, đó là<br /> bentonit kiềm thổ (chứa các ion Ca2+, Mg2+)<br /> và bentonit kiềm, nhưng hàm lượng MMT<br /> không cao.<br /> Trữ lượng bentonit Việt Nam theo những tài<br /> liệu địa chất đã có:<br /> Cấp 1: 5.000.000 tấn<br /> Cấp2: 42.000.000 tấn<br /> Tài nguyên dự báo: 350.760.000m3<br /> Kết quả các nghiên cứu cũng cho thấy: thành<br /> phần hoá học của sét bentonit Tam Bố tương<br /> tự các loại sét bentonit thông dụng ở Mỹ,<br /> Nga, ngoại trừ loại sét bentonit mỏ Wyoming<br /> (Mỹ) có hàm lượng montmorillonit lớn hơn<br /> 80% và gần như thuần cation Na+, là loại tốt<br /> nhất thế giới. Bentonite Tam Bố có hàm<br /> lượng Fe2O3,, SiO2,, Al2O3, cao hơn. Trong<br /> các mỏ và điểm mỏ bentonit đã phát hiện<br /> được ở nước ta thì mỏ Nha Mé có hàm lượng<br /> kiềm cao hơn cả và CaO cũng cao hơn.<br /> Sơ lược công nghệ sản xuất các sản phẩm<br /> bentonit [1, 3, 7]<br /> Với nguồn tài nguyên bentonit phong phú<br /> cùng với các mục đích sử dụng khác nhau đòi<br /> hỏi về hàm lượng montmorillonit cũng khác<br /> nhau, do đó việc tinh chế bentonit để có thành<br /> phần phù hợp cho từng lĩnh vực là cần thiết.<br /> Ví dụ như khi dùng làm khuôn đúc trong<br /> ngành cán thép hoặc để sử dụng trong nông<br /> nghiệp,…thì có thể dùng bentonit nguyên<br /> khai hay chỉ qua khâu xử lý quặng sơ bộ, còn<br /> nếu dùng cho mục đích làm chất xúc tác, sử<br /> dụng trong ngành y, dùng để chế tạo<br /> nanoclay,…thì đòi hỏi phải làm sạch, làm<br /> giàu bentonit để nâng hàm lượng MMT trong<br /> <br /> 160<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Phạm Thị Hà Thanh và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> bentonit lên cao. Đặc biệt để điều chế được<br /> nanoclay thì không những hàm lượng<br /> montmorillonit phải cao (>90%), mà kích<br /> thước hạt khoáng còn phải nhỏ, cỡ nm.<br /> Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, người ta áp<br /> dụng các phương pháp khác nhau để:<br /> Loại bỏ các tạp chất khoáng không thuộc<br /> nhóm montmorillonit.<br /> Thay thế các ion trao đổi giữa các lớp như thay<br /> đổi Ca2+, Mg2+ bằng Na+ (hoạt hóa kiềm).<br /> Thay thế các ion trao đổi (Ca2+, Mg2+, Na+) và<br /> một phần các cation trong mạng (Al3+, Fe3+)<br /> bằng H+ (hoạt hóa axit).<br /> Bentonit thương phẩm có hàm lượng<br /> montmorillonit tối thiểu 70%, hàm lượng các<br /> khoáng vật phi sét nhỏ (thường <br /> 90%, dung lượng trao đổi > 100 mlgdl/100g.<br /> Kết quả phổ nhiễu xạ tia X thu được cho<br /> thấy thành phần MMT của khoáng sét Bình<br /> Thuận có thành phần tương tự như bentonit<br /> Prolabo của Pháp.<br /> Mau M4<br /> 250<br /> 240<br /> 230<br /> 220<br /> 210<br /> d=12.770<br /> <br /> 200<br /> 190<br /> 180<br /> 170<br /> <br /> Lin (Counts)<br /> <br /> 160<br /> 150<br /> 140<br /> 130<br /> 120<br /> 110<br /> <br /> 60<br /> 50<br /> <br /> d=2.106<br /> <br /> d=3.351<br /> <br /> 70<br /> <br /> d=2.493<br /> <br /> 80<br /> <br /> d=3.035<br /> <br /> d=4.497<br /> <br /> 90<br /> <br /> d=4.066<br /> <br /> 100<br /> <br /> 40<br /> 30<br /> 20<br /> 10<br /> 0<br /> 2<br /> <br /> 10<br /> <br /> 20<br /> <br /> 30<br /> <br /> 40<br /> <br /> 50<br /> <br /> 60<br /> <br /> 2-Theta - Scale<br /> File: Nghia Mau M4-2.raw - Start: 2.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Creation: 17/03/2008 11:39:21 AM<br /> <br /> Hình 1. Giản đồ X-ray của bentonite<br /> <br /> BìnhThuận đã tinh chế<br /> <br /> 70<br /> <br /> 65(03): 159 - 164<br /> <br /> Hình 2. Giản đồ X-ray của<br /> bentonite Prolabo (Pháp)<br /> <br /> ỨNG DỤNG CỦA BETONIT Ở VIỆT NAM<br /> [1, 4, 5, 6, 8]<br /> Từ xa xưa con người đã biết sử dụng các loại<br /> sét tự nhiên để chế tạo ra các vật dụng: dụng<br /> cụ nấu nướng, bình đựng ... để phục vụ cho<br /> nhu cầu sinh hoạt.một trong các loại sét được<br /> sử dụng nhiều nhất là bentonit.<br /> Bentonit là một loai khoáng sét quý, có cấu<br /> trúc lớp và tương đối xốp vì vậy ngày nay<br /> bentonit đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực<br /> khác nhau: dùng làm vật liệu hấp phụ, vật liệu<br /> trao đổi ion trong quá trình xử lý môi trường<br /> nước. Sử dụng làm các chất mang, chất xúc<br /> tác trong các phản ứng tổng hợp chất hữu cơ.<br /> Chất độn trong nghành sản xuất giấy, cao su,<br /> nhựa. Dùng để pha chế dung dịch khoan. Làm<br /> khuôn trong nghành đúc, luyện kim. Dùng<br /> làm vật liệu xây dựng. Sử dụng trong công<br /> nghiệp thực phẩm: làm sạch giàu thực vật và<br /> một số chế phẩm hữu cơ, dùng làm chất kết<br /> dính, chất độn trong thức ăn gia súc. Sử dụng<br /> trong công nghiệp mỹ phẩm. Dùng để chế tạo<br /> các vật dụng trang trí, đồ mỹ nghệ. Dùng chế<br /> tạo vật liệu chống sa lắng trong sơn, mực in,<br /> dầu, mỡ,... Gần đây là ứng dụng trong việc chế<br /> tạo vật liệu nanocompozit với các tính năng ưu<br /> việt và được ứng dụng trong các lĩnh vực chống<br /> cháy, vật liệu xốp, bền cơ, bền hóa học...<br /> Trong đó một số ứng dụng đáng chú ý là:<br /> dùng làm chất xúc tác trong quá trình tổng<br /> hợp hữu cơ, làm vật liệu hấp phụ, làm vật liệu<br /> điều chế sét hữu cơ, sét chống và compozit,<br /> công nghiệp sản xuất vật liệu tổng hợp, công<br /> nghiệp bia rượu, tinh chế nước...<br /> <br /> 162<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Phạm Thị Hà Thanh và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 65(03): 159 - 164<br /> <br /> Sử dụng hỗn hợp phụ gia bentonit và<br /> sikament R4 để nâng cao độ bền nước của bê<br /> tông thuỷ lợi.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> Ở nước ta đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu sử<br /> dụng khoáng bentonit trong các lĩnh vực đem<br /> lại hiệu quả kinh tế cao như:<br /> Nghiên cứu sử dụng khoáng tự nhiên bentonite<br /> trong công nghệ chế biến, bảo quản bột cá.<br /> Động học và nhiệt động quá trình tách ion<br /> Zn2+ trong nước bằng vật liệu hấp phụ<br /> bentonit Thuận Hải.<br /> Nghiên cứu phản ứng oxy hoá phenyletanol<br /> với muối Nitrat kim loại và Kẽm ZnO4 trên<br /> Bentonit hoạt hoá.<br /> Hiệu quả của bentonit Thanh Hoá và Lâm<br /> Đồng trong việc nâng cao năng suất cây trồng<br /> cải tạo đất.<br /> Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải dệt<br /> nhuộm bằng bentonit hoạt hoá, chất keo tụ<br /> PAC và chất trợ keo tụ.<br /> Nghiên cứu tổng hợp nanocomposit<br /> polyanilin-H2SO4/clay từ bentonit Di Linh<br /> Việt Nam.<br /> Nghiên cứu khả năng hấp phụ các hợp chất<br /> hữu cơ đa vòng thơm hoà tan trong nước của<br /> Bentonit Di Linh.<br /> <br /> [1] Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nước,<br /> Nghiên cứu công nghệ chế tạo montmorillonite<br /> (MMT) từ nguồn khoáng thiên nhiên làm nguyên<br /> liệu cho nanoclay, KC.02.06/06-10.<br /> [2] Nguyễn Tiến Bào, Vũ Xuân Bách (2004), Báo<br /> cáo kết quả nghiên cứu địa chất “Đánh giá tiềm<br /> năng và giá trị sử dụng một số khoáng chất công<br /> nghiệp (diatomite, bentonite,...) ở Nam Trung Bộ<br /> và Tây Nguyên phục vụ công nông nghiệp và sử lý<br /> môi trường’’.<br /> [3] Lê Công Hải (1979), Báo cáo địa chất “Đặc điểm<br /> thành phần vật chất sét bentonit vùng Di Linh’’,<br /> Viện Địa chất Khoáng sản, Hà Nội.<br /> [4] Lê Tự Hải (2007), Động học và nhiệt động quá<br /> trình tách ion Zn2+ trong nước bằng vật liệu hấp<br /> phụ bentonit Thuận Hải, Hóa học và ứng dụng, số<br /> 5, tr 35-37<br /> [5] Trịnh Vinh Hiển, Đào Đức Kiên, Nguyễn Thị<br /> Phụng (2007), Nghiên cứu sử dụng khoáng tự<br /> nhiên bentonite trong công nghệ chế biến, bảo<br /> quản bột cá, TC Nông nghiệp và phát triển nông<br /> thôn, số 8, tr 75-77<br /> [6] Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Thị Kim Thường,<br /> Lưu Văn Bôi (2005), Nghiên cứu công nghệ xử lý<br /> nước thải dệt nhuộm bằng bentonit hoạt hoá, chất<br /> keo tụ PAC và chất trợ keo tụ PA1, TC Khoa học<br /> (ĐHQG Hà Nội), số 3, tr15-20.<br /> [7] Thân Văn Liên và cộng sự (10/2005), Làm<br /> giàu, làm sạch và hoạt hóa bentonit Di Linh, Lâm<br /> Đồng và bentonit Tuy Phong, Bình Thuận, Hội<br /> nghị Khoa học và công nghệ hạt nhân toàn quốc<br /> lần thứ VI<br /> [8] Trịnh Thị Kim Thu, Nguyễn Đức Chuy, Hoàng<br /> Văn Hùng (2005) Nghiên cứu tổng hợp<br /> nanocomposit polyanilin-H2SO4/clay từ bentonit<br /> Di Linh Việt Nam, Hóa học và ứng dụng, số 1,<br /> tr32-34.<br /> <br /> 163<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br />