- TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN. - PHẠM THỊ NGA. - QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI ILLIT-SMECTIT:. - LẤY VÍ DỤ SÉT KINNEKULLE - THỤY ĐIỂN VÀ SÉT DI LINH - VIỆT NAM. - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC. - NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:. - Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học. - Phạm Thị Nga - 1 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học. - Có đƣợc các đặc tính đặc biệt này là do sự có mặt của pha smectit chiếm chủ yếu trong thành phần của bentonit. - Tuy nhiên, để lựa chọn đƣợc nguồn vật liệu phù hợp cần phải có những nghiên cứu chi tiết để đánh giá khả năng sử dụng và tính bền vững của bentonit trong bồn chứa rác thải hạt nhân.. - Trong bối cảnh Việt Nam đang tiến tới xây dựng nhà máy điện hạt nhân để giải quyết nhu cầu năng lƣợng, những nghiên cứu về xử lý chất thải phóng xạ là rất cấp thiết và đáng đƣợc quan tâm. - Tuy nhiên, những nghiên cứu các nguồn sét Việt Nam và đánh giá khả năng sử dụng chúng trong bồn chứa rác thải hạt nhân vẫn còn khá mới mẻ. - Do đó, nghiên cứu quan tâm đến các nguồn sét của Việt Nam, trong sự nghiên cứu, so sánh với các nguồn sét trên thế giới nhằm có thêm những thông tin cho việc đánh giá tổng quan về khả năng sử dụng sét bentonit để cô lập chất thải phóng xạ.. - Để đánh giá khả năng sử dụng của sét bentonit trong bồn chứa rác thải hạt nhân, các nhà khoa học phải dựa trên rất nhiều những tiêu chí khác nhau. - Trong đó sự biến đổi của các khoáng vật sét là một trong những tiêu chí để đánh giá khả năng ứng dụng của khoáng sét, mức độ bền vững của bồn chứa rác thải hạt nhân. - Sự bền vững của bentonit liên quan đến sự biến đổi các thông số kỹ thuật, thành phần hóa học và cấu trúc của khoáng vật sét. - Quá trình biến đổi của khoáng vật sét trong những điều kiện môi trƣờng khác nhau diễn ra theo những chiều hƣớng khác nhau. - Mỗi loại bentonit có khả năng biến đổi riêng biệt phụ thuộc vào thành phần hóa học chủ yếu của lớp bát diện và lớp xen giữa của smectit (Nguyen-Thanh et al., 2014). - Có hai chiều hƣớng biến đổi điển hình của khoáng vật sét đƣợc quan tâm hơn cả là quá trình biến đổi trong. - Phạm Thị Nga - 2 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học điều kiện môi trƣờng có bổ sung độ ẩm và nhiệt độ thấp (tƣơng tự với quá trình phong hóa) và quá trình biến đổi trong điều kiện mất nƣớc và nhiệt độ cao (tƣơng tự với quá trình biến chất). - Biến đổi chính của khoáng vật sét trong 2 quá trình này là biến đổi giữa 2 pha smectit và illit. - Nếu nhƣ quá trình biến đổi smectit sang illit làm giảm độ trƣơng nở, độ tự hàn gắn. - Ngƣợc lại, quá trình biến đổi ngƣợc lại, illit sang smectit, lại làm tăng độ trƣơng nở, độ tự hàn gắn, và do đó làm tăng chất lƣợng và khả năng làm chất cô lập chất thải phóng xạ. - Để làm sáng tỏ quá trình biến đổi của khoáng vật sét trong điều kiện môi trƣờng khác nhau, học viên lựa chọn hai đối tƣợng sét có điều kiện thành tạo và tồn tại khác nhau để tiến hành nghiên cứu là sét Di Linh (Việt Nam) và sét Kinnekulle (Thụy Điển) để nghiên cứu trong luận văn với tiêu đề: “Quá trình biến đổi illit-smectit: lấy ví dụ sét Kinnekulle – Thụy Điển và sét Di Linh – Việt Nam”.. - Sét Di Linh là sản phẩm của quá trình phong hóa các đá núi lửa có thành phần axit và trung tính trong điều kiện đầm hồ Neogen hình thành mỏ bentonit với hàm lƣợng nhóm smectit tƣơng đối cao. - Quá trình phong hóa tiếp tục diễn ra đối với sét Di Linh trong điều kiện khí hậu nóng, ẩm, mƣa nhiều. - Sét Kinnekulle có tuổi Ordovic đƣợc hình thành từ sự phong hóa các vật liệu trầm tích núi lửa trong môi trƣờng nƣớc biển.. - Các hoạt động magma xảy ra sau đó có ảnh hƣởng mạnh mẽ đến sự biến đổi thành phần bentonit hình thành trƣớc dƣới tác động của nhiệt độ. - Sự khác nhau trong điều kiện hình thành và biến đổi của sét Di Linh và sét Kinnekulle sẽ dẫn đến những đặc điểm khác nhau và những xu hƣớng biển đổi khác nhau giữa các khoáng vật sét trong hai loại bentonit này.. - Các mẫu sét Di Linh và Kinnekulle thu thập đƣợc đƣợc tiến hành phân tích bằng những phƣơng pháp hiện đại nhƣ: phƣơng pháp huỳnh quang tia X (XRF), nhiễu xạ Roentgen (XRD) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để làm sáng tỏ đặc điểm về thành phần hóa học, thành phần khoáng vật quá trình biến đổi giữa illit và smectit và những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình biến đổi đó.. - Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn đƣợc trình bày qua 5 chƣơng:. - Chƣơng 1: Đặc điểm địa chất vùng Di Linh – Lâm Đồng và Kinnekulle – Thụy Điển. - Chƣơng 2: Mẫu và phƣơng pháp nghiên cứu. - Phạm Thị Nga - 3 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chƣơng 3: Tổng quan về khoáng vật sét và quá trình biến đổi illit-smectit. - Chƣơng 4: Đặc điểm của mẫu sét Di Linh và sét Kinnekulle Chƣơng 5: Quá trình biến đổi illit-smectit. - Luận văn đã làm rõ thành phần hóa học, thành phần khoáng vật và đặc điểm của các pha khoáng vật trong bentonit Di Linh (Việt Nam) cũng nhƣ bentonit Kinnekulle (Thụy Điển), sự hình thành và biến đổi của các loại sét này cũng nhƣ đánh giá đƣợc tác động của các nhân tố môi trƣờng đến quá trình biến đổi của chúng. - Kết quả của luận văn cho phép định hƣớng và đánh giá tiềm năng sử dụng của các loại bentonit này, dự đoán chiều hƣớng biến đổi của chúng trong những điều kiện sử dụng khác nhau. - Kết quả của luận văn cung cấp những thông tin ban đầu nhằm tiến tới nghiên cứu quá trình biến đổi này trong các thí nghiệm mô phỏng điều kiện bồn chứa rác thải hạt nhân.. - Phạm Thị Nga - 4 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học. - CHƢƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG DI LINH – LÂM ĐỒNG VÀ KINNEKULLE – THỤY ĐIỂN. - Đặc điểm địa chất vùng Di Linh – Lâm Đồng. - Hình 1: Bản đồ hành chính khu vực nghiên cứu. - Khu vực nghiên cứu bao gồm các thành tạo trầm tích và phun trào có tuổi từ Jura đến Đệ Tứ. - Nghiên cứu mới hơn của Kiều Quý Nam (2005) mô tả lại trật tự địa tầng của khu vực mỏ bentonit Di Linh gồm các hệ tầng La Ngà (J 2 ln), Dak Rium (K 2 đr), Di Linh (N 1 3. - Phạm Thị Nga - 5 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học N 2 1 dl). - các phun trào của hệ tầng Đơn Dƣơng (K 2 đd), thành tạo bazan hệ tầng Túc Trƣng (βN 2 – Q I tt), Xuân Lộc ( βQ II xl) và các trầm tích Đệ Tứ (hình 2).. - Hệ tầng Di Linh (N 1 3 – N 2 1 dl) có tuổi Neogen bao gồm các trầm tích đầm hồ xen kẽ các vật liệu thô cuội kết, cát kết, sét kết và các thấu kính bazan, phân bố rộng rãi trên cao nguyên Di Linh và bao phủ phần lớn khu vực nghiên cứu. - Hệ tầng Di Linh chứa các lớp sét kết, sét than, bentonitm diatomit là đối tƣợng nghiên cứu chính của luận văn. - Các vật liệu trầm tích này phủ bất chỉnh hợp lên các thành tạo đá cổ hơn của hệ tầng La Ngà và Đơn Dƣơng. - Tất cả chúng lại bị bao phủ bởi các phun trào bazan thuộc hệ tầng Túc Tƣng (βN 2 – Q I tt) và hệ tầng Xuân Lộc ( βQ II xl) bao gồm bazan olivine kiềm và hyalobazan. - Các thành hệ tuổi Đệ Tứ còn bao gồm các trầm tích sông thành phần chủ yếu là sét, cát, sỏi phủ lên trên mặt các lớp bazan ở một vài nơi.. - Phạm Thị Nga - 6 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Thành phần magma chủ yếu và có ý nghĩa nhất trong khu vực nghiên cứu là magma của hệ tầng Đơn Dƣơng bao gồm các phun trào ryolit, dacit, ryođacit, andezito dacit tuổi Creta. - Các phun trào này phân bố thành những bức thành đồ sộ ở ven cao nguyên Di Linh. - Tại khu vực nghiên cứu, các phun trào này phân bố ở phía đông bắc khu mỏ, tại dãy núi Lantra. - Nghiên cứu quá trình hình thành mỏ sét Tam Bố - Di Linh, Kiều Quý Nam cho biết các sản phẩm phong hóa từ thành tạo phun trào axit, ryolit của hệ tầng Đơn Dƣơng ở núi Lantra là nguồn vật liệu trực tiếp mang tính địa phƣơng, là yếu tố quyết định cho sự hình thành sét bentonit Di Linh (Kiều Quý Nam, 1996).. - Các hoạt động kiến tạo đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành mỏ sét Di Linh. - Vào cuối Jura, đầu Kreta (J 3 –K 1 ) các hoạt động kiến tạo xảy ra mạnh mẽ lục địa bị nâng lên, các trầm tích lục nguyên bị uốn nếp thành một nếp lõm (Đoàn Sinh Huy &. - Sự sụt lún diễn ra rất từ từ và có giai đoạn ngƣng nghỉ tạo nên các tập trầm tích mỏng, sau mỗi giai đoạn đều có những đợt phun trào bazan. - Quá trình sụt lún này là yếu tố kiến tạo quan trọng hình thành mỏ sét bentonit Tam Bố. - Sự lắng đọng của các trầm tích đầm hồ xảy ra song song với phun trào bazan. - Đến Đệ Tứ toàn vùng biến thành lục địa xảy ra quá trình xâm thực bóc mòn, hoạt động kiến tạo bình ổn.. - Đặc điểm địa chất vùng Kinnekulle – Thụy Điển. - Đặc điểm địa chất vùng Kinnekulle đƣợc nghiên cứu dựa trên các lõi khoan sâu, trình tự địa tầng vùng nghiên cứu đƣợc thể hiện trong hình 3 (Pusch &. - Phạm Thị Nga - 7 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học lớp diabas là các lớp cát kết và đá phiến sét tuổi Silur dày khoảng 90m. - Lớp bentonit này là đối tƣợng nghiên cứu của luận văn. - Hình 3: Đặc điểm địa tầng vùng Kinnekulle. - Madsen,1995) Các hoạt động núi lửa và phun trào magma tại khu vực Kinnekulle có ý nghĩa quan trọng trong quá trình hình thành và biến đổi của lớp bentonit. - Lớp bentonit Kinnekulle đƣợc hình thành từ tro núi lửa có nguồn gốc từ các dòng dung nham có thành phần ryolit hoặc dacit (Pusch &. - Hoạt động phun trào này xảy ra cách đây khoảng 450 triệu năm, thành phần tro núi lửa lắng đọng trong nƣớc biển bao phủ lên các trầm tích đá vôi và bùn dày 120m. - Tro núi lửa lắng đọng và biến đổi thành các lớp bentonit giàu smectit, gắn kết dƣới áp suất chôn lấp khoảng 5-10 Mpa. - Tiếp sau đó các trầm tích cùng loại và bùn, cát lắng đọng phía trên lớp tro, tạo thành lớp trầm tích biển với độ dày hàng trăm mét. - Phạm Thị Nga - 8 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học lên xuyên cắt ngang qua các loạt trầm tích với chiều cao khoảng 250m trên đá móng kết tinh, hình thành lớp diabas với độ sâu vài chục m, các trầm tích bị tác động bởi nhiệt độ cao của hoạt động magma. - Lớp diabas lộ ra trên bề mặt đồi Kinnekulle do quá trình bào mòn tiền Đệ Tứ và băng hà Đệ Tứ đã bào mòn lớp diabas và lớp trầm tích bao phủ phía trên nó.. - Phạm Thị Nga - 62 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO. - Báo cáo nghiên cứu tỉ mỉ sét Bentonit Tam Bố - Di Linh – Lâm Đồng. - Bản chất nguồn cung cấp vật liệu trong quá trình hình thành mỏ sét bentonit Tam Bố. - Tạp chí các Khoa học về Trái đất . - Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và khả năng sử dụng bentonit Lâm Đồng trong xử lý các nguồn nƣớc ô nhiễm. - Đặc điểm thành phần vật chất sét Bentonit vùng Di linh. - Báo cáo địa chất. - Lƣu trữ Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản. - Đặc điểm chất lƣợng và định hƣớng sử dụng Bentonit Việt Nam. - Clay Minerals . - Clays and Clay Minerals . - Clays and clay minerals . - Phạm Thị Nga - 63 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 13. - Akali cation selectivity and fixation by clay minerals. - Clays and Clay Minerals. - Electron micrographs TEM, SEM of clays and clay minerals. - Hoang-Minh T., 2006: Characterization of Clays and Clay Minerals for Industrial Applications: Substitution Non-natural Additives by Clays in UV Protection.. - Mineralogical characterization of Di Linh bentonite, Vietnam: A methodological approach of X-ray diffraction and transmission electron microscopy. - Phạm Thị Nga - 64 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 27. - Morphological characteristics of illitic clay minerals from a hydrothermal system. - X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals (2nd Ed). - Effect of weathering on clay minerals. - Chemistry of Clays and Clay Minerals. - Chemistry of clays and clay minerals. - Phạm Thị Nga - 65 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 41. - The cycle of 2:1 clay minerals transformation in sediments and soils. - Phạm Thị Nga - 66 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 54. - Introduction to clay minerals: chemistry, origins, uses, and environmental significance. - Clay Minerals: A Physico-chemical Explanation of Their Occurrence: Elsevier, Amsterdam, 427pp.. - The origin and formation of clay minerals in soils: past, present and future perspectives