Đặc điểm địa hóa - Khoáng vật quặng Mangan vùng mỏ Tốc Tát

32(4), 308-317

T¹p chÝ C¸c khoa häc vÒ tr¸i ®Êt

12-2010

§Æc ®iÓm ®Þa hãa - kho¸ng vËt quÆng

mangan vïng má Tèc T¸t

§µO DUY ANH

I. Më §ÇU

ii. KH¸I QU¸T VÒ §ÆC §IÓM §ÞA CHÊT

Nghiªn cøu ®Æc ®iÓm ®Þa hãa - kho¸ng vËt c¸c

thµnh t¹o kho¸ng s¶n nãi chung vµ thµnh t¹o quÆng

mangan vïng má Tèc T¸t nãi riªng lµ ®ãng gãp c¬

b¶n rÊt quan träng lµm tiÒn ®Ò cho c¸c nghiªn cøu

øng dông tiÕp theo nh− lùa chän ph−¬ng ph¸p tuyÓn

kho¸ng thÝch hîp ®Ó cã thÓ thu ®−îc tinh quÆng

mangan ®ñ tiªu chuÈn chÊt l−îng nguyªn liÖu cho

c¸c ngµnh c«ng nghiÖp luyÖn kim, hãa chÊt, s¶n

xuÊt pin...

Má mangan Tèc T¸t thuéc ®Þa phËn hai x· Quang

Trung vµ Tri Ph−¬ng, huyÖn Trµ LÜnh, tØnh Cao B»ng ;

c¸ch trung t©m thÞx· Cao B»ng 55 km vÒ phÝa ®«ngb¾c.

Täa ®é ®Þa lý má : vü ®é b¾c 22^o48'56"-22^o51'16",

kinh ®é ®«ng : 106^o23'30"-106^o26'26".

Vïng má Tèc T¸t thuéc phÇn t©y b¾c cña mét

nÕp uèn lín, kÐo dµi tõ biªn giíi ViÖt - Trung tíi

tØnh Cao B»ng. Cã hai nÕp uèn thø sinh d¹ng bËc

thang næi bËt trong vïng (mét nÕp lâm vµ mét nÕp

låi) tõ t©y b¾c sang ®«ng nam, héi tô theo h−íng t©y

b¾c vµ më réng ra h−íng ®«ng nam. Má mangan Tèc

T¸t thuéc vµo phÇn cuèi t©y b¾c cña nÕp lâm Tèc

T¸t - B»ng Ca, thuéc bån trÇm tÝch mangan H¹

Lang (h×nh 1). Khu vùc Tèc T¸t bÞ mét ®øt gÉy

kiÕn t¹o lín c¾t däc theo trôc cÊu tróc, ph©n chia

vïng thµnh hai phÇn b¾c vµ nam [2].

QuÆng mangan ViÖt Nam ph©n bæ chñ yÕu ë

c¸c tØnh Cao B»ng, Tuyªn Quang, NghÖ An vµ Hµ

TÜnh thuéc ba d¹ng nguån gèc : trÇm tÝch, nhiÖt

dÞch vµ phong hãa [20]. Tæng tr÷ l−îng ®· kh¶o s¸t

quÆng mangan trªn 10 triÖu tÊn, ph©n bè ë 34 má

vµ ®iÓm quÆng, trong ®ã má mangan lín nhÊt lµ

má Tèc T¸t thuéc bån mangan H¹ Lang, tØnh Cao

B»ng (h×nh 1). Tr÷ l−îng cña má mangan Tèc T¸t

−íc tÝnh chiÕm kho¶ng 30 % tæng tr÷ l−îng quÆng

mangan cña ViÖt Nam [15]. Má nµy còng thÓ hiÖn

râ nÐt nhÊt cÊu tróc ®Þa chÊt còng nh− ®Æc ®iÓm

quÆng hãa [19]. Theo sè liÖu cña Bé C«ng th−¬ng

ViÖt Nam, n¨m 2007, cã kho¶ng 25 ngµn tÊn

quÆng mangan ®−îc khai th¸c ë má Tèc T¸t, chiÕm

h¬n 40 % tæng s¶n l−îng quÆng mangan khai th¸c

trong c¶ n−íc.

TrÇm tÝch H¹ Lang bao gåm phÇn d−íi lµ c¸c

trÇm tÝch tuæi Devon vµ phÇn trªn lµ c¸c trÇm tÝch

carbonat [5]. Theo ph©n chia cña I. Varensov [16-

18], c¸c thµnh t¹o chøa mangan bån H¹ Lang lµ

thµnh t¹o dolomit - ®¸ v«i.

Vïng Tèc T¸t ®−îc lÊp ®Çy chñ yÕu bëi c¸c ®¸

v«i thuéc hÖ tÇng Tèc T¸t (D₃-C₁tt), bao gåm hai

phô hÖ tÇng, ®−îc m« t¶ chi tiÕt trong c¸c v¨n liÖu

[6, 8, 13]. Phô hÖ tÇng d−íi (D₃-C₁tt₁) bao gåm ®¸

v«i ph©n líp dÇy, x¸m s¸ng ; ®¸ v«i säc d¶i sÆc sì,

x¸m ®en, x¸m xanh ; ®¸ v«i säc d¶i ph©n líp máng

®Õn trung b×nh ; chøa c¸c líp máng mangan kh«ng

cã gi¸ trÞ c«ng nghiÖp ; chøa hãa th¹ch r¨ng nãn

(conodonts) ; dÇy 30-320 m. Phô hÖ tÇng trªn (D₃-

C₁tt₂) bao gåm c¸c ®¸ v«i, ®¸ v«i silic mÇu x¸m,

x¸m s¸ng, x¸m ®en, ®¸ v«i ph©n d¶i, ph©n líp máng

®Õn dÇy ; chøa c¸c líp quÆng mangan dÇy 0,15-3,0 m ;

chøa hãa th¹ch tay cuén (brachiopods), trïng lç (fora-

minifera) vµ r¨ng nãn ; dÇy 50-110 m. Tæng chiÒu

MÆc dï ®Æc ®iÓm ®Þa hãa - kho¸ng vËt cña thµnh

t¹o quÆng mangan vïng má Tèc T¸t còng ®· ®−îc

®Ò cËp ®Õn trong nhiÒu tµi liÖu nghiªn cøu tr−íc ®©y

[2, 14, 16-18], nh−ng thµnh phÇn hãa häc ®¬n kho¸ng

ch−a ®−îc x¸c ®Þnh chi tiÕt. Nghiªn cøu nµy sö

dông c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch hiÖn ®¹i ®Ó ®−a ra

c«ng thøc thùc nghiÖm cña c¸c kho¸ng vËt trong

vïng má còng nh− kiÕn tróc, cÊu t¹o quÆng. C¸c

kÕt qu¶ cña nghiªn cøu nµy lµ c¬ së gióp cho viÖc

lùa chän ph−¬ng ph¸p tuyÓn t¸ch Mn ra khái c¸c

t¹p chÊt ®i kÌm.

308

dÇy hÖ tÇng kho¶ng 80-330 m.

Dùa vµo c¸c nghiªn cøu vÒ quan

hÖ ®Þa tÇng vµ hãa th¹ch, hÖ tÇng

Tèc T¸t ®−îc x¸c ®Þnh tuæi Famen

thuéc Devon muén vµ Tournais

thuéc Carbon sím [13].

Lũng Luông

Tốc Tát

HẠ LANG

Nh− vËy, quÆng hãa man-gan

nguyªn sinh cña má Tèc T¸t cã

nguån gèc trÇm tÝch hãa häc

biÓn n«ng, thuéc hÖ tÇng Tèc T¸t

vµ cã tuæi D₃fm- C₁t. C¸c líp

quÆng mangan chñ yÕu tËp trung

ë vïng r×a c¸c nÕp lâm hoÆc c¸c

®iÓm nèi gi÷a chóng (h×nh 1).

Bằng Ca

Bản Khương

iii. PH¦¥NG PH¸P

PH¢N TÝCH

C¸c mÉu nghiªn cøu thu thËp

tõ c¸c vØa quÆng chøa mangan

vµ quÆng ®· ®−îc khai th¸c t¹i má

Tèc T¸t. C¸c mÉu quÆng nguyªn

khai (mÉu chung) ®−îc nghiÒn

nhá ®Ó ph©n tÝch nhiÔu x¹ tia X

(XRD), vi dß ®iÖn tö (EMP),

quang phæ hÊp thô nguyªn tö

(AAS), c¶m øng quang phæ plas-

Trầm tích Đệ Tứ

Trầm tích chứa than Devon muộn

Trầm tích đá vôi Devon giữa

Trầm tích silicat Devon muộn

Đứt gãy

giả định

Trầm tích silicat Devon giữa

Diabas

Đứt gãy

Nếp lõm

Nếp lồi

Quặng Mn

Quặng Mn oxi hóa

H×nh 1. S¬ ®å ®Þa chÊt bån Mn H¹ Lang [20]

ma (ICP-MS) ; c¸c mÉu quÆng chän riªng ®−îc + K + 2 × (Ca + Ba)], sau ®ã chuyÓn sang d¹ng H₂O

mµi mÉu l¸t máng ®Ó ph©n tÝch b»ng kÝnh hiÓn vi vµ chia cho nguyªn tö khèi ®Ó ®−îc sè phÇn tr¨m

®iÖn tö (EMS), kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM) vµ H₂O. §èi víi H₂O, sè OH ®−îc tÝnh b»ng [3 × (Si +

EMP t¹i Tr−êng §¹i häc Tæng hîp Freiburg, CHLB Al + Fe + Ba + Ca + Na + K)], sau ®ã tÝnh t−¬ng tù

§øc. MÉu nguyªn khai còng ®−îc ph©n tÝch thµnh nh− trªn [12]. Mét sè c«ng thøc kho¸ng vËt ®iÓn

phÇn hãa häc t¹i §¹i häc Tæng hîp British Columbia, h×nh hoÆc trung b×nh ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng 1.

Vancouver, Canada.

C¸c nghiªn cøu b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt

Ph©n tÝch XRD tiÕn hµnh trªn m¸y Bruker AXS (SEM) tiÕn hµnh trªn hÖ thèng Zeiss LEO 1525 víi

D8 Advance sö dông bøc x¹ CuKα. C¸c th«ng sè thÕ gia tèc 5 kV.

cµi ®Æt cho ph©n tÝch bao gåm hiÖu ®iÖn thÕ 40 kV,

Thµnh phÇn hãa häc cña quÆng mangan Tèc T¸t

dßng ®iÖn 35 mA, b−íc nhÈy 0,02^o2Θ, thêi gian

ph©n tÝch b»ng hÖ thèng m¸y AAS Analytik Jena,

ng−ng 3 gi©y, ph¹m vi quÐt 5-60^o2Θ. Nh»m ®Þnh

Vario 6 b»ng ph−¬ng ph¸p Luft-C2H2-Flamme/50

l−îng thµnh phÇn kho¸ng vËt, c¸c biÓu ®å nhiÔu x¹

mm/IS5 vµ b»ng ICP 90A - Na₂O₂nung chÈy ®èi

tia X ®−îc ph©n tÝch b»ng phÇn mÒm GSAS cña

víi mÉu r¾n vµ ICP 80T - hydrogeochem multiele-

A.C. Larson & R.B. von Dreele [7].

ment ICP-OSE ®èi víi mÉu dung dÞch.

Ph©n tÝch EMP sö dông m¸y CAMECA SX100

b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n t¸n sãng, tõ kÕt qu¶ nµy cã

thÓ tÝnh c«ng thøc kho¸ng vËt, trong ®ã apatit,bixbyit,

hausmannit, hematit, hollandit, jacobsit, manganit,

magnetit, pyrolusit vµ th¹ch anh ®−îc tÝnh to¸n víi

sè oxy hãa t−¬ng øng lµ 26+, 6+, 8+, 6+, 32+, 8+,

3+, 8+, 4+ vµ 4+. §èi víi ph−¬ng ph¸p tÝnh H₂O

cho hollandit, sè OH ®−îc tÝnh t−¬ng øng víi [Na

iv. §ÆC §IÓM §ÞA HãA - KHO¸NG VËT

QUÆNG MANGAN

1. Thµnh phÇn hãa häc quÆng nguyªn khai

Trong nghiªn cøu cña Lª Th¹c Xinh, thµnh phÇn

hãa häc trung b×nh cña toµn má nh− sau : Mn = 30 %,

309

c¸c nguyªn tè kiÒm chiÕm hµm l−îng cao trong

Fe = 6,38 %, SiO₂= 22,79 %, P = 0,22 % [19].

Nghiªn cøu nµy ®· ph©n tÝch thµnh phÇn hãa häc thµnh phÇn quÆng nguyªn khai vµ cÇn lo¹i bá trong

cña quÆng nguyªn khai nh− trong b¶ng 2. Nguyªn qu¸ tr×nh chÕ biÕn Mn tinh khiÕt. Ca tån t¹i trong

tè Mn chiÕm tíi h¬n 41 %, lµ nguyªn tè phæ biÕn kho¸ng vËt calcit - lµ mét kho¸ng vËt m¹ch phæ

nhÊt ; tiÕp sau lµ Fe tõ c¶ c¸c kho¸ng vËt cña Fe, c¸c biÕn trong quÆng Tèc T¸t, trong khi ®ã K vµ Ba tån

kho¸ng vËt chøa Mn vµ Fe vµ d¹ng thay thÕ ®ång t¹i chñ yÕu trong c¸c kho¸ng vËt hollandit - mét

h×nh trong c¸c kho¸ng vËt cña Mn. Ca, Ba, vµ K lµ kho¸ng vËt quÆng mangan phæ biÕn vµ feldspar.

B¶ng 1. KÕt qu¶ ph©n tÝch EMP ®iÓn h×nh vµ c«ng thøc kho¸ng vËt má mangan Tèc T¸t

PhÇn tr¨m khèi l−îng

0,06 0,30 0,33 <0,01 0,02 0,02

0,20 1,34 0,53 <0,01 0,04 0,01 0,04 0,01 0,01 0,01 0,00 0,08 16,47

0,20 0,19 0,16 0,09 0,31 0,56 3,76 2,62 3,18 98,36 0,12 0,31 63,78

Na₂O

K₂O

SiO₂

0,1 0,04 0,03 0,01 0,01 0,29 0,12

TiO₂<0,01 0,05 0,00 0,04 0,03 <0,01 <0,01 0,01 0,02 0,01 0,01 0,03 0,01

0,56 0,94 0,41 0,02 0,38 0,02 0,51 0,21 2,32 <0,01 0,03 0,04 18,49

Al₂O₃

Fe₂O₃

FeO

MnO₂96,92 77,76

0,67 1,02 3,56 68,61 39,78 1,63 96,06 62,12 73,11 0,1 0,09 0,18 0,03

-

33,80

-

0,83 0,17 1,82 0,87

-

87,14

-

Mn₂O₃

MnO

-

5,29

56,11 67,02 1,04 0,80 7,00

31,50

-

31,59

-

MgO

CaO

BaO

SrO

0,05 0,13 0,24 0,29 0,1

0,09 0,13 0,03 0,23 <0,01 0,22 0,14 0,01

0,60 0,81 2,99 0,05 0,22 0,28 0,72 0,38 0,34 0,02 59,45 55,12 0,05

0,13 7,44 0,21 <0,01 0,16 0,02 0,01 0,16 <0,01 0,02 0,02 0,01 0,01

0,06 0,57 0,35 0,08 0,02 0,12 0,01 <0,01

0,43 0,14 0,09 <0,01 0,42 <0,01 <0,01 0,02 0,49 <0,01 0,03 42,72 0,05

-

P₂O₅

H₂O

CO₂

Tæng

-

4,17

-

100

-

0,00 10,12

-

- -

99,9 98,8

-

100

- -

97,0 99,4

39,86

100

101

97,6

101

102

101

99,9

Sè cation chuÈn theo sè oxy hãa

Na⁺

K⁺

0,002 0,076 0,010 <0,001 0,001 0,001 0,005 0,002 0,001 <0,001 0,000 0,048 <0,001

0,004 0,225 0,011 <0,001 0,001 <0,001 0,001 0,000 <0,001 <0,001 0,000 0,009 0,983

0,003 0,026 0,003 0,003 0,008 0,021 0,096 0,091 0,047 1,000 0,002 0,026 2,986

0,000 0,005 0,000 0,001 0,001 <0,001 <0,001 0,000 <0,001 <0,001 0,000 0,002 <0,001

0,010 0,146 0,008 0,001 0,012 0,001 0,015 0,009 0,040 <0,001 0,001 0,004 1,02

Si⁴⁺

Ti⁴⁺

Al³⁺

Fe³⁺

0,007 0,102 0,042 1,964 0,817 0,046 1,838 1,771 0,815 0,001 0,003 0,011 0,001

-

Fe²⁺*

Mn⁴⁺

Mn³⁺*

Mn²⁺

-

0,982 7,123

-

1,069

-

0,006 0,002 0,106 0,031

-

0,597

0,945

-

1,018

1,166 1,913 0,02 0,021 0,079

1,001

-

Mg²⁺

Ca²⁺

0,004 0,026 0,006 0,016 0,004 0,005 0,005 0,002 0,005 <0,001 0,006 0,018 0,001

0,007 0,115 0,051 0,002 0,006 0,011 0,02 0,015 0,005 <0,001 1,079 5

0,003

B¶ng 2. Thµnh phÇn hãa häc quÆng Mn nguyªn khai má Tèc T¸t

Thµnh phÇn Al

Ba

Ca

Co

Cr

Cu

Fe

K

Mg Mn Na

Sr

Ti

Zn

Khèi l−îng

(%)

0,6 0,9 1,27 0,02 0,01 0,03 10,48 0,44 0,11 41,46 0,1 0,21 0,04 0,03

310

2. Thµnh phÇn vµ ®Æc ®iÓm kho¸ng vËt

biÓu ®å nhiÔu x¹ tia X mÉu quÆng nguyªn khai, cho

thÊy rÊt râ sù cã mÆt cña c¸c kho¸ng vËt pyrolusit,

hollandit, jacobsit, bixbyit, hematit, th¹ch anh, calcit.

C¸c kho¸ng vËt kh¸c do cã sù trïng c¸c ®Ønh nhiÔu

x¹ (manganit) hay hµm l−îng nhá (haus-mannit,

braunit) nªn kh«ng thÓ hiÖn râ trªn biÓu ®å XRD.

Thµnh phÇn kho¸ng vËt má Tèc T¸t rÊt phong

phó. C¸c kho¸ng vËt phæ biÕn nhÊt bao gåm pyrolusit,

manganit, vµ hollandit ; Ýt phæ biÕn h¬n lµ jacobsit,

bixbyit, braunit vµ hausmannit. Bªn c¹nh ®ã, hematit

vµ magnetit lµ c¸c kho¸ng vËt s¾t xuÊt hiÖn víi hµm

l−îng ®¸ng kÓ. C¸c kho¸ng vËt m¹ch ®¸ng chó ý gåm

th¹ch anh, calcit, feldspar vµ apatit. H×nh 2 thÓ hiÖn

C¸c kho¸ng vËt quÆng mangan thÓ hiÖn c¶ kiÕn

tróc kÕt tinh tõ dung dÞch keo vµ tõ dung dÞch thËt

H×nh 2. Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X quÆng Mn nguyªn khai má Tèc T¸t

Ghi chó : P - pyrolusit, Ho - hollandit, J - jacobsit, B - bixbyit, Hm - hematit, Q - th¹ch anh, C - calcit

(¶nh 1 vµ 2). QuÆng kÕt tinh tõ dung dÞch keo bao ph©n tÝch (h×nh 2, b¶ng 1). Quan s¸t c¸c mÉu quÆng

gåm d¹ng ph©n t¸n vµ d¹ng h¹t ®Ëu, trong khi ®ã th« vµ c¸c h×nh ¶nh EMP, pyrolusit thÓ hiÖn c¶ kiÕn

quÆng kÕt tinh tõ dung dÞch thËt cã nhiÒu d¹ng kiÕn tróc keo vµ kiÕn tróc tinh thÓ (¶nh 1 vµ 2). Ph©n bè

tróc kh¸c nhau bao gåm c¸c tinh thÓ tù h×nh, kh«ng kho¸ng vËt pyrolusit còng ®a d¹ng trong c¸c mÉu

tù h×nh cã kÝch th−íc tõ nhá ®Õn lín, còng nh− c¸c kh¸c nhau bao gåm c¸c h¹t "®éc lËp" kÝch th−íc lín

tinh thÓ h×nh kim.

trong quÆng cÊu t¹o ®Æc sÝt (¶nh 1B), hoÆc trong c¸c

m¹ch nhá vµ h¹t nhá, ph©n t¸n cïng c¸c kho¸ng

vËt manganit, braunit, bixbyit, hematit, th¹ch anh,

calcit vµ apatit trong c¸c quÆng mangan d¹ng m¹ch

(¶nh 1C, ¶nh 2A, B).

C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu kho¸ng vËt häc, ®Æc biÖt

lµ c¸c sè liÖu ph©n tÝch EMP vµ c¸c h×nh ¶nh thu

®−îc chØ ra c¸c ho¹t ®éng kiÕn t¹o xÈy ra sau giai

®o¹n thµnh t¹o quÆng lµm phøc t¹p cÊu tróc quÆng

vµ ®¸ gèc trong má mangan Tèc T¸t. C¸c cÊu tróc

Pyrolusit má Tèc T¸t phæ biÕn d¹ng bã sîi, tinh

thÓ h×nh kim, ph©n bè chÆt chÏ víi calcit (¶nh 1B,

¶nh 2D, F) vµ c¸c tinh thÓ t−¬ng ®èi tù h×nh, thÓ

hiÖn rÊt râ c¸t khai ®Æc tr−ng, ®i cïng hollandit (¶nh

2C, E). C¸c tËp hîp h¹t lín cña pyrolusit th−êng ®i

kÌm víi vi tinh thÓ d¹ng sîi cña hollandit ph©n t¸n

trong pyrolusit hoÆc c¸c kho¸ng vËt m¹ch (¶nh 4D).

H×nh ¶nh ph©n bè nguyªn tè (¶nh 3) còng chøng tá

mèi quan hÖ nµy vµ chøng tá pyrolusit chøa kh«ng

®¸ng kÓ Fe. Tuy nhiªn, trong thµnh phÇn quÆng man-

gan Tèc T¸t, pyrolusit th−êng ®i kÌm hoÆc chøa c¸c

h¹t nhá c¸c kho¸ng vËt giÇu s¾t nh− bixbyit, jacobsit

vµ hematit (¶nh 2A, B, E, F).

biÕn ®æi vµ mäc xen gi÷a

cµ n¸t, tËp hîp, ph©n t¸n,

c¸c kho¸ng vËt quÆng còng nh− gi÷a c¸c kho¸ng vËt

quÆng vµ kho¸ng vËt m¹ch cã thÓ quan s¸t ®−îc

trong hÇu hÕt c¸c mÉu quÆng. C¶ ë quy m« lín vµ

rÊt nhá ®Òu xuÊt hiÖn kiÕn tróc mäc xen gi÷a c¸c

kho¸ng vËt mangan vµ kho¸ng vËt m¹ch nªn ®©y lµ

mét yÕu tè rÊt quan träng liªn quan ®Õn c«ng nghÖ

tuyÓn kho¸ng ®èi víi quÆng mangan Tèc T¸t.

a) Pyrolusit [MnO₂]

Pyrolusit lµ kho¸ng vËt quÆng mangan phæ biÕn

trong má Tèc T¸t vµ thÓ hiÖn rÊt râ trong c¸c kÕt qu¶

311

a

b

c

d

¶nh 1. QuÆng nguyªn khai Mn má Tèc T¸t

Ghi chó : A - mÉu TocTat 2, B - mÉu TocTat 7, C - mÉu TocTat 4, D - mÉu TocTat 8. Ký hiÖu : M -

manganit, P - pyrolusit, C - calcit, Ho - hollandit, J - jacobsit, Br - braunit, Hm - hematit, G - goethit

Trong c¸c oxit mangan, pyrolusit lµ d¹ng tån t¹i ph©n tÝch chi tiÕt d¹ng ®iÓm trong nghiªn cøu nµy,

víi sè oxy hãa cña mangan cao nhÊt (4+). D−íi t¸c kh«ng t×m thÊy kho¸ng vËt cã c«ng thøc cña psilo-

®éng cña c¸c qu¸ tr×nh ®Þa chÊt, pyrolusit cã thÓ bÞ melan [(Ba,H₂O)₂Mn₅O₁₀].

biÕn ®æi thµnh c¸c kho¸ng vËt mangan kh¸c vµ ng−îc

Hollandit Tèc T¸t th−êng ®i kÌm víi pyrolusit

l¹i, c¸c kho¸ng vËt kh¸c còng cã thÓ bÞ biÕn ®æi t¹o

vµ manganit còng nh− c¸c kho¸ng vËt m¹ch kh¸c

thµnh pyrolusit. J.H. Rask & P.R. Buseck [11] ®· chØ

¶nh 1C vµ ¶nh 2C, D

(

). Kho¸ng vËt nµy th−êng cã

ra mèi quan hÖ h×nh thµnh gi÷a pyrolusit vµ manganit

nh− sau : manganit (nguyªn sinh) → pyrolusit (thø

sinh) → manganit (thø sinh). Sù h×nh thµnh pyrolusit

vµ lµm giÇu thø sinh lµ mét yÕu tè thuËn lîi cho viÖc

thu ®−îc quÆng víi hµm l−îng mangan cao.

cÊu t¹o tËp hîp tinh thÓ d¹ng tãc, thµnh t¹o muén

h¬n so víi pyrolusit vµ lµ kho¸ng vËt biÕn ®æi thø

sinh tõ qu¸ tr×nh phong hãa, kh«ng chØ lÊp ®Çy c¸c

khe nøt cña pyrolusit mµ cßn mäc xen bªn trong

c¸c tinh thÓ pyrolusit, hoÆc bao quanh c¸c tinh thÓ

¶nh 2C, D

). H×nh ¶nh ph©n bè

b) Hollandit [BaMn₈O₁₆.H₂O]

pyrolusit tù h×nh (

¶nh 3)

nguyªn tè (

cho thÊy mét vÝ dô ®iÓn h×nh vÒ

Hollandit thuéc nhãm cryptomelan víi c«ng thøc

chung lµ A_xMn₈O₁₆.H₂O (x < 2) trong ®ã A lµ c¸c

ion th−êng lµ Ba, Cs, Rb vµ K ë vÞ trÝ khoang d¹ng

èng trong cÊu tróc tinh thÓ [10, 3]. Trong thµnh phÇn

quÆng mangan Tèc T¸t, vÞ trÝ A bao gåm chñ yÕu

Ba vµ K. Trong nhiÒu tµi liÖu tr−íc ®©y, quÆng

mangan Tèc T¸t th−êng ®−îc m« t¶ chøa kho¸ng

vËt psilomelan [2, 4, 14], nh−ng tõ c¸c kÕt qu¶

qu¸ tr×nh biÕn ®æi thø sinh, trong ®ã pyrolusit bÞ

phong hãa thµnh hollandit.

KÕt qu¶ ph©n tÝch EMP vµ h×nh ¶nh ph©n bè

nguyªn tè chøng tá hollandit th−êng chøa mét

l−îng nhá Fe, thay thÓ cho Mn²⁺còng nh− c¸c

¶nh 3 vµ xem

nguyªn tè kiÒm nh− Ba vµ K (b¶ng 1,

thªm [1]

).

312

a

c

e

b

d

f

¶nh 2. QuÆng Mn Tèc T¸t d−íi kÝnh vi dß ®iÖn tö (EMP)

Ghi chó : A - mÉu P.1, B - mÉu N7.2, C - mÉu TocTat 5.3, D - mÉu TocTat 1.1, E - mÉu TocTat 3.B,

F - mÉu TocTat 1.D. Ký hiÖu : P - pyrolusit, M - manganit, B - bixbyit, Ho - hollandit, Hm - hematit,

Br - braunit, J - jacobsit, A - apatit, C - calcit, Q - th¹ch anh

Dùa vµo thµnh phÇn khèi l−îng s¾t vµ

,

H₂O

Trong quÆng mangan phong hãa cña má Tèc

T¸t, c¸c kho¸ng vËt thÓ hiÖn qu¸ tr×nh phong hãa

kh«ng hoµn toµn, ch¼ng h¹n hollandit ®i cïng víi

goethit vµ birnessit - s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phong

hãa - còng nh− kho¸ng vËt nguyªn sinh giÇu s¾t lµ

Nanbu & Tanida ®· ph©n ra hai lo¹i hollandit - lo¹i

chøa n−íc vµ lo¹i khan (xem thªm [9]). Tõ kÕt qu¶

ph©n tÝch ®èi víi quÆng mangan má Tèc T¸t, cã

thÓ thÊy hollandit thuéc lo¹i hollandit chøa n−íc

¶nh 1D).

víi kho¶ng h¬n 1 %

H₂O vµ d−íi 1 % s¾t.

jacobsit (

313

Mn

1

K

Ba

¶nh 3. Ph©n bè nguyªn tè trong quÆng Mn b»ng ph©n tÝch vi dß ®iÖn tö (EMP)

Ghi chó : 1 - mÉu TècT¸t 1, Mn - ¶nh ph©n bè mangan, K - ¶nh ph©n bè kali, Ba - ¶nh ph©n bè bari

Ký hiÖu : P - pyrolusit, Ho - hollandit

c) Manganit [MnOOH]

®−îc manganit h×nh thµnh ë kh«ng gian gi÷a c¸c

kho¸ng vËt braunit vµ jacobsit vµ trong tËp hîp víi

KÕt qu¶ ph©n tÝch EMP cho thÊy manganit chiÕm

c¸c kho¸ng vËt pyrolusit vµ hollandit (¶nh 1C).

hµm l−îng ®¸ng kÓ trong thµnh phÇn quÆng mangan

Tèc T¸t ; tuy nhiªn c¸c ®Ønh nhiÔu x¹ X-ray cña

manganit kh«ng quan s¸t râ v× hÇu hÕt chóng ®Òu

trïng víi c¸c ®Ønh nhiÔu x¹ cña pyrolusit vµ hollandit.

Manganit má Tèc T¸t th−êng tån t¹i d−íi d¹ng tËp

Theo kÕt qu¶ ph©n tÝch EMP, thµnh phÇn hãa

häc cña manganit ®−îc x¸c ®Þnh vµ tr×nh bÇy trong

. Mét sè ®iÓm ph©n tÝch cho thÊy sù cã mÆt

b¶ng 1

cña Fe, lµ nguyªn tè thay thÕ ®ång h×nh cho Mn,

trong khi ®ã mét sè ®iÓm ph©n tÝch kh¸c cho thÊy

manganit cã thµnh phÇn t−¬ng ®èi tinh khiÕt [1].

¶nh 1A). B»ng c¸c

hîp h¹t ®Æc sÝt, cÊu t¹o vá cïi (

nghiªn cøu EMP vµ EMS, cã thÓ quan s¸t rÊt râ

kiÕn tróc cña manganit d−íi d¹ng c¸c tinh thÕ víi

thiÕt diÖn h×nh l¨ng trô hoµn h¶o (kÝch th−íc kho¶ng

0,01 - 1 mm) vµ d¹ng khung x−¬ng víi kÝch th−íc

nhá bªn trong c¸c kho¸ng vËt kh¸c [1].

d) Jacobsit [(Mn⁺²,Fe⁺², Mg)(Mn⁺³,Fe⁺³)₂O₄]

Cïng víi c¸c kho¸ng vËt mangan nghÌo s¾t,

quÆng mangan Tèc T¸t còng chøa c¸c kho¸ng vËt

Manganit th−êng ®i kÌm chÆt chÏ víi pyrolusit, mangan giÇu s¾t, trong ®ã cã jacobsit. Thµnh phÇn

.

lÊp ®Çy c¸c khe hë gi÷a pyrolusit hoÆc pyrolusit hãa häc jacobsit Tèc T¸t ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng 1

Theo c«ng thøc lý thuyÕt, thay thÕ ®ång h×nh cho

cã thÓ lµ

³⁺, tuy nhiªn trong jacobsit Tèc

víi c¸c kho¸ng vËt kh¸c (¶nh 2A) ;

®i kÌm víi

¶nh Fe³⁺

Mn

pyrolusit, bixbyit, jacobsit, hematit vµ calcit (

T¸t, thµnh phÇn nµy kh«ng ®¸ng kÓ. Ng−îc l¹i, c¸c

kÕt qu¶ ph©n tÝch ®èi víi mÉu quÆng vïng má Tèc

1A, C vµ 2A Víi sè oxy hãa 3+, manganit cã thÓ

).

®−îc h×nh thµnh bëi qu¸ tr×nh phong hãa, do ®ã

2+

Mg th−êng thay thÕ ®ång h×nh cho

T¸t cho thÊy

trong c¸c mÉu quÆng phong hãa cã thÓ x¸c ®Þnh

314

Mn²⁺b¶ng 1

sù cã mÆt cña jacobsit còng ®−îc thÓ hiÖn rÊt râ.

(

vµ [1]) Trong biÓu ®å XRD (h×nh 2),

.

1

EMP t×m thÊy c¸c h¹t nhá braunit ®i cïng víi

¶nh 2B

pyrolusit vµ bixbyit ( ).

C¸c h¹t jacobsit th−êng cã kÝch cì kh¸ nhá.

Trong quÆng nguyªn sinh, jacobsit th−êng tæ hîp

víi pyrolusit, magnetit vµ hematit vµ cã cÊu t¹o d¶i. Kho¸ng vËt nµy xuÊt hiÖn víi nhiÒu cÊu tróc kh¸c

Theo [2], braunit lµ kho¸ng vËt nguyªn sinh.

nhau ë má Tèc T¸t nh− d¹ng tËp hîp, kiÕn tróc d¶i,

tinh thÓ hoÆc m¹ch ngang. KÝch th−íc h¹t kho¸ng

vËt braunit vµo kho¶ng 0,002 - 0,3 mm. Do ¶nh

h−ëng cña c¸c qu¸ tr×nh ®Þa chÊt, braunit ®−îc thay

thÕ bëi c¸c kho¸ng vËt thø sinh kh¸c, ch¼ng h¹n nh−

psilomelan vµ pyrolusit.

t¸n trong c¸c tinh thÓ pyrolusit tù h×nh (¶nh 2E).

thÊy jacobsit mäc xen chÆt chÏ víi manganit khung

h¹t manganit vµ gi÷a c¸c kho¸ng vËt nµy hoÆc gi÷a

c¸c kho¸ng vËt m¹ch [1]. Trong mÉu quÆng phong

hãa, kho¸ng vËt nµy ®i kÌm víi hollandit, birnessit

vµ goethit (¶nh 1D).

g) Hematit [Fe₂O₃], magnetit [Fe₃O₄], goethit

[FeOOH]

Trong sè c¸c kho¸ng vËt chøa Fe cña má Tèc

T¸t, hematit lµ kho¸ng vËt phæ biÕn nhÊt. Sù cã mÆt

cña kho¸ng vËt nµy thÓ hiÖn rÊt râ trong biÓu ®å

thµnh phÇn hãa häc cña hematit, thµnh phÇn oxid

Mn th−êng cßn l¹i kho¶ng 1 - 3 %. Theo [2], c¸c

tinh thÓ hematit ®i cïng c¸c kho¸ng vËt mangan

th−êng cã d¹ng kim vµ phiÕn máng víi kÝch th−íc

nµy kh«ng nh÷ng t×m thÊy c¸c kiÕn tróc nãi trªn

cña hematit mµ cßn quan s¸t thÊy kiÕn tróc d¹ng

®) Bixbyit [(Mn,Fe)₂O₃]

Bixbyit lµ mét kho¸ng vËt ®Æc tr−ng cho qu¸

tr×nh phong hãa gi÷a c¸c kho¸ng vËt mangan vµ

kho¸ng vËt s¾t. C¸c ®Ønh nhiÔu x¹ ®Æc tr−ng cho

bixbyit còng quan s¸t thÊy rÊt râ trong biÓu ®å XRD

h×nh 2).

quÆng Tèc T¸t (

Bixbyit Tèc T¸t chøa mét

l−îng ®¸ng kÓ Fe³⁺trong thµnh phÇn hãa häc cña

chóng, trong mét sè tr−êng hîp Fe³⁺cã thÓ thay

1

thÓ h¬n 50 % Mn [ ]. C¸c thµnh phÇn nguyªn tè

kh¸c nh− K, Ba, Ca, Mg, Al còng cã mÆt vµ cã khi

®¹t tíi vµi phÇn tr¨m khèi l−îng trong c¸c h¹t nhá

¶nh 2F

).

h¹t cña hematit (

1

bixbyit (b¶ng 1 vµ [ ]). Bixbyit th−êng kÕt tinh ë

MÆc dï kh«ng phæ biÕn nh− hematit, nh−ng

magnetit vµ goethit còng th−êng t×m thÊy trong c¸c

chia (¶nh 1C, D). Magnetit th−êng tæ hîp víi hematit,

jacobsit, bixbyit vµ pyrolusit vµ cã kiÕn tróc h¹t.

vËt mangan kh¸c còng nh− c¸c kho¸ng vËt m¹ch vµ

¶nh 2A, B

kh¸c b»ng m¾t th−êng (

).

e) Hausmannit [Mn²⁺Mn³⁺₂O₄]

Goethit lµ kho¸ng vËt thø sinh, s¶n phÈm cña

qu¸ tr×nh phong hãa. Trong quÆng Tèc T¸t, goethit

cã kiÕn tróc keo, lÊp ®Çy kho¶ng trèng vµ khe nøt

gi÷a c¸c kho¸ng vËt còng nh− gi÷a ranh giíi c¸c

kho¸ng vËt víi nhau.

Hausmannit chiÕm mét l−îng nhá trong thµnh

phÇn quÆng mangan má Tèc T¸t vµ kh«ng quan s¸t

râ sù cã mÆt trong biÓu ®å XRD. Tuy nhiªn, nhiÒu

1

h) Th¹ch anh [SiO₂], calcit [CaCO₃], apatit

[Ca₅PO₄], vμ feldspar [KAlSi₃O₈]

c¸c quÆng d¹ng m¹ch nhá ; trong mét sè tr−êng hîp,

cã thÓ gÆp kiÕn tróc tinh thÓ cña hausmannit mäc

cÊu tróc nhò t−¬ng hoÆc sao nhá trong pyrolusit.

ranh giíi víi c¸c kho¸ng vËt kh¸c.

Trong c¸c kho¸ng vËt m¹ch ®i kÌm trong quÆng

mangan vïng má Tèc T¸t, th¹ch anh vµ calcit lµ

hai kho¸ng vËt chiÕm thµnh phÇn chñ yÕu vµ thÓ

hiÖn râ sù cã mÆt trong biÓu ®å XRD (h×nh 2) ; thø

yÕu lµ apatit vµ feldspar. Trong hÇu hÕt c¸c mÉu

quÆng mangan, th¹ch anh vµ calcit th−êng ®i kÌm

nhau. C¸c h¹t nhá th¹ch anh thÓ hiÖn kiÕn tróc t¸i

kÕt tinh. Gi÷a c¸c tËp hîp calcit, c¸c h¹t kho¸ng

vËt th¹ch anh còng ®−îc t×m thÊy. Apatit vµ feldspar

còng tån t¹i ë d¹ng h¹t nhá, r¶i r¸c trong c¸c kho¸ng

f) Braunit [Mn²⁺Mn³⁺₆SiO₁₂]

Kho¸ng vËt braunit còng kh«ng phæ biÕn trong

quÆng vïng má Tèc T¸t, do vËy mµ c¸c ®Ønh nhiÔu

x¹ kh«ng thÓ hiÖn râ trong biÓu ®å XRD cña mÉu

nguyªn khai, nh−ng thÓ hiÖn râ trong biÓu ®å XRD vËt mangan còng nh− c¸c kho¸ng vËt kh¸c.

315

B¸o c¸o l−u tr÷ Côc §Þa chÊt vµ Kho¸ng s¶n ViÖt

Nam, M. 24.

KÕT LUËN

§Æc ®iÓm ®Þa hãa - kho¸ng vËt quÆng mangan

vïng má Tèc T¸t ph¶n ¸nh s¾c nÐt nguån gèc trÇm

tÝch hãa häc biÓn n«ng cña má vµ ¶nh h−ëng cña c¸c

ho¹t ®éng ®Þa chÊt xuÊt hiÖn sau qu¸ tr×nh h×nh thµnh

quÆng. Qu¸ tr×nh uèn nÕp vµ ®øt gÉy lµm phøc t¹p hãa

cÊu t¹o c¸c líp chøa quÆng ; qu¸ tr×nh phong hãa ë

®iÒu kiÖn khÝ hËu cËn nhiÖt ®íi Èm lµm giÇu mangan

còng nh− h×nh thµnh c¸c kho¸ng vËt thø sinh kh¸c,

do ®ã thµnh phÇn quÆng Tèc T¸t kh¸ phøc t¹p.

[5] A.E. Dovjikov, Bïi Phó Mü, E.D. Vasi-

levskaia, A.I. Jamoida, G.V. Ivanov, E.P.

Izok, Lª §×nh H÷u, A.M. Mareitrev, NguyÔn

V¨n ChiÓn, NguyÔn Tr−êng Tri, TrÇn §øc

,

L−¬ng, Ph¹m V¨n Quang, Ph¹m §×nh Long

1967 : KiÕn t¹o miÒn B¾c ViÖt Nam. T¹p chÝ §Þa

chÊt, 74, 1-5.

[6] NguyÔn §ãa, NguyÔn §×nh Hång,

1977 : VÒ vÞ trÝ vµ tuæi cña tÇng ®¸ v«i chøa quÆng

mangan vïng ®«ng b¾c thÞ x· Cao B»ng. T¹p chÝ

C¸c kho¸ng vËt mangan má Tèc T¸t bao gåm

pyrolusit, hollandit, manganit, bixbyit, hausmannit,

braunit vµ c¸c kho¸ng vËt mangan giÇu s¾t nh− jaco-

bsit ; c¸c kho¸ng vËt cña s¾t nh− hematit, magnetit,

goethit ; c¸c kho¸ng vËt m¹ch bao gåm calcit, th¹ch

anh vµ l−îng nhá c¸c kho¸ng vËt apatit vµ feldspar.

Sù mäc xen gi÷a c¸c kho¸ng vËt mangan víi nhau

còng nh− gi÷a c¸c kho¸ng vËt mangan, c¸c kho¸ng

vËt chøa s¾t vµ c¸c kho¸ng vËt m¹ch rÊt phøc t¹p

vµ ë c¶ cÊp ®é vi cÊu tróc.

2

Sinh vËt - §Þa häc, T. XV, , 57-61.

[7] A.C. Larson & R.B. von Dreele, 2004 :

General Structure Analysis System (GSAS), Los

Alamos National Laboratory Report LAUR, 86-748.

[8] Ph¹m §×nh Long (chñ biªn), 2001 : §Þa

1:200,000 (F-48-XI & F-48-XVII). Côc §Þa chÊt

vµ Kho¸ng s¶n ViÖt Nam.

Dùa vµo c¸c ®Æc ®iÓm nãi trªn cña quÆng mangan

Tèc T¸t, cÇn lùa chän ph−¬ng ph¸p tuyÓn kho¸ng hiÖu

thu ®−îc hiÖu suÊt cao trong qu¸ tr×nh tinh chÕ,

quÆng nguyªn khai ph¶i ®−îc nghiÒn nhá ®Õn cì

h¹t mµ c¸c pha kho¸ng vËt mangan cã thÓ t¸ch ra

khái c¸c kho¸ng vËt m¹ch. Nghiªn cøu nµy ®Ò xuÊt

ph−¬ng ph¸p tèt nhÊt ®Ó s¶n xuÊt quÆng mangan

vïng §«ngB¾c ViÖt Nam nh»m ®¹t s¶n phÈm mangan

tinh khiÕt cã chÊt l−îng cao lµ ph−¬ng ph¸p hãa

häc, bëi quÆng mangan Tèc T¸t chøa c¸c kho¸ng

vËt cã c¸c tÝnh chÊt vËt lý t−¬ng tù nhau vµ cÊu tróc

quÆng phøc t¹p.

[9] H. Miura, 1986 : The crystal structure of

Hollandite. Mineralogical journal, V. 13(3), 119-129.

[10] J. Ralph, I. Chau, 1993-2009 : Mindat.org

-the mineral and locality database. URL:http://www.

mindat.org/index.php (truy cËp ngµy 01/5/2009).

[11] J.H. Rask, P.R Buseck, 1986 : Topotatic

relations among pyrolusite, manganite and Mn₅O₈:

A high resolution transmission electron microscopy

investigation. American Mineralogist, V. 71, 805-814.

[12] B. Saini-Eidukat, D. Marozas, R. Blake,

N. Adamson, 1993 : Implications of rock mineralogy

and texture on the feasibility of in situ leach mining

of Mn-bearing iron formations of central Minnesota.

8

USA. Applied Geochemistry, , 37-49.

Tµi liÖu dÉn

[1] §µo Duy Anh, 2009 : Research of technology

of manganese ore processing to produce high quality

emd from Vietnam manganese ore. Dissertation - Thuat

[13] Nguyen Cong Thuan, Do Van

Thanh, Nguyen Van Tu, Nguyen Van

, 2004 : Features of manganese-bearing

stratigraphic units in Trung Khanh area (Cao Bang

province). Jour. Geology, Series B, 24, 77-85.

Albert-Ludwigs-University of Freiburg, Germany.

[2] §Æng Ca, 1972 : Th¨m dß tØ mØ má mangan

Tèc T¸t, Cao B»ng. B¸o c¸o l−u tr÷ Côc §Þa chÊt

vµ Kho¸ng s¶n ViÖt Nam, M. 9.

lÖ 1:5000 khu nam má mangan Tèc T¸c, Cao B»ng.

B¸o c¸o l−u tr÷ Côc §Þa chÊt vµ Kho¸ng s¶n ViÖt

Nam, M. 7.

[3] W.H. Cheary, 1987 : A structural analysis

of potasium, Rubidium and Caesium Substitution

in Barium Hollandite. Acta Cryst. B43, 28-34.

[15] TrÇn V¨n TrÞ (chñ biªn), 2000 : Tµi

nguyªn kho¸ng s¶n ViÖt Nam. Côc §Þa chÊt vµ

Kho¸ng s¶n ViÖt Nam. 214 tr.

[4] NguyÔn Quang ChÝnh, 2000 : §¸nh gi¸

quÆng mangan vïng Trïng Kh¸nh vµ H¹ Lang.

316

1968 : VÒ nh÷ng thµnh hÖ

chøa Mn chñ yÕu nhÊt. T¹p chÝ §Þa chÊt, 81-82,

[16] I. Varensov,

SUMMARY

Geochemical-mineralogical characteristics of

manganese ores in the Toc Tat area

62-64.

Toc Tat manganese deposit is of neritic origin,

the manganese ores were formed by sedimentary

process and alterated by later weathering process.

Using many modern methods, this research presents

in detail geochemical-mineralogical characteristics of

manganese ores in the Toc Tatarea. The manganese

minerals include pyrolusite, hollandite and mangannite

as the main minerals ; and jacobsite, bixbyite, haus-

mannite and braunite as the minor minerals. Besides,

the gangue minerals include hematite, magnetite,

goethite, quartz, calcite, apatite and feldspar. They

were intergrown at even micro scale and formed

complex mineral assemblages.

1969a : VÒ nh÷ng thµnh hÖ

[17] I. Varensov,

chøa Mn chñ yÕu nhÊt (tiÕp theo). T¹p chÝ §Þa chÊt,

83-84, 59-66.

1969b : VÒ nh÷ng thµnh hÖ

chøa Mn chñ yÕu nhÊt (tiÕp theo). T¹p chÝ §Þa chÊt,

[18] I. Varensov,

85-86, 61-66.

[19] Lª Th¹c Xinh (chñ biªn), 1988 : §Þa chÊt

vµ tµi nguyªn kho¸ng s¶n ViÖt Nam, tËp 1. Tæng

côc Má - §Þa chÊt.

[20] United Nations publication,1990 : Atlas of

mineral resources of the escape region. Vol. 6 -

Vietnam. ISBN 92-1-119559-4.

Ngµy nhËn bµi : 8-3-2010

ViÖn Khoa häc VËt liÖu

317