ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
**********

Nguyễn Thị Huyền Trang
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA BENTONIT
KHU VỰC CỔ ĐỊNH - THANH HÓA
TRONG CÔNG NGHIỆP MỸ PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội - Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
**********
Kim loại - Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản đã giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình hoàn thành luận văn. Không những vậy tôi còn nhận đƣợc sự quan tâm tạo
điều kiện thuận lợi rất lớn từ Lãnh đạo Khoa Địa chất Trƣờng Đại học Khoa học
Tự nhiên, Lãnh đạo Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản và các phòng ban
chức năng. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới sự giúp đỡ quý
báu đó.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những
ngƣời thân đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi học tập, làm việc và
hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày 04 tháng 03 năm 2014
Học viên
Nguyễn Thị Huyền Trang

i
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH iii
DANH MỤC CÁC BẢNG iii
CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ NHÂN VĂN 3
1.1. Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 3
1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên 4
1.2.1. Địa hình 4
1.2.2. Mạng sông suối 4
1.2.3. Khí hậu 4
1.3. Đặc điểm kinh tế nhân văn 5
1.4. Giao thông vận tải 5


iii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Vị trí địa lý vùng Cổ Định – Thanh Hóa
Hình 2: Sơ đồ địa chất vùng Cổ Định – Thanh Hóa
Hình 3: Cấu trúc tinh thể của smectit
Hình 4: Khu vực khai thác và bentonit vùng Cổ Định
Hình 5: Kết quả phƣơng pháp XRD bentonit Cổ Định
Hình 6: Giản đồ XRD của bentonit Cổ Định so sánh với bentonit Wyoming
Hình 7: Hình ảnh TEM của bentonit Cổ Định
Hình 8: Nhiễu xạ electron của bentonit Cổ Định

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Thành phần hóa học (%) của bentonit Cổ Định so sánh với
bentonit Garfield và Wyoming
Bảng 2: Kết quả phân tích ICP-MS
Bảng 3: Thành phần khoáng vật (% khối lƣợng) của mẫu tổng và mẫu
kích thƣớc <2µm của bentonit Cổ Định đƣợc xác định từ kết quả
của phƣơng pháp XRD với phần mềm BGMN-Rietveld
Bảng 4: Công thức khoáng vật của các pha khoáng vật của bentonit Cổ
Định đƣợc xác định bởi phƣơng pháp phân tích TEM-EDX
Bảng 5: Công thức khoáng vật của bentonit Garfield và Wyoming đƣợc xác
định bởi phƣơng pháp phân tích TEM-EDX
Bảng 6: Chỉ tiêu sử dụng bentonit trong công nghiệp mỹ phẩm

iv

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

dầu, hóa dầu, dƣợc phẩm, thực phẩm, dệt nhuộm, chất tẩy rửa…
- Chất kết dính, khuôn đúc trong công nghiệp luyện kim.
- Vật liệu cô lập chất thải phóng xạ, xử lý kim loại nặng độc hại trong
nƣớc và xử lý nƣớc thải ở các vùng công nghiệp, chống ô nhiễm môi trƣờng.
- Phụ gia trong các ngành công nghiệp cao su, giấy, thuốc trừ sâu, phân
bón sinh hóa, sơn, gốm sứ, làm dung dịch khoan sâu.
- Làm chất xúc tác; chất mang xúc tác trong các phản ứng tổng hợp và
oxy hoá hoàn toàn các chất hữu cơ.
- Trong công nghiệp mỹ phẩm, dƣợc phẩm.
Do các khoáng vật sét thƣờng có kích thƣớc vô cùng nhỏ và sự hạn chế
về thiết bị nghiên cứu trƣớc đây, bentonit ở Việt Nam nói chung cũng nhƣ
bentonit ở Cổ Định (Thanh Hóa) nói riêng chƣa đƣợc nghiên cứu chi tiết về cấu
trúc, thành phần khoáng vật để nâng cao khả năng ứng dụng. Với nhận định sơ
lƣợc ban đầu về thành phần vật chất, bentonit Cổ Định có những đặc điểm rất
đặc biệt do hàm lƣợng sắt rất cao. Bentonit với hàm lƣợng sắt cao cũng đã đƣợc
đề cập đến trong nghiên cứu của Hoàng Thị Minh Thảo và nnk (2008, 2011) về
khả năng ứng dụng trong mỹ phẩm để chống tia cực tím. Với nhận định sơ bộ
trên, để tìm hiểu sâu hơn về ứng dụng của bentonit, tôi đã chọn đề tài: “Đánh
giá khả năng ứng dụng của bentonit khu vực Cổ Định - Thanh Hóa trong công
nghiệp mỹ phẩm”.

2
Mục tiêu của luận văn là: Đánh giá khả năng ứng dụng của bentonit khu
vực Cổ Định - Thanh Hóa trong công nghiệp mỹ phẩm.
Trên cơ sở mục tiêu đặt ra, nhiệm vụ chính của luận văn là tập trung
nghiên cứu về đặc điểm hóa học, khoáng vật để từ đó đối sánh với các chỉ tiêu
trong công nghiệp mỹ phẩm, đánh giá khả năng ứng dụng.
Bố cục của luận văn bao gồm:
MỞ ĐẦU
Chƣơng 1 - ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ NHÂN VĂN

1.2.1. Địa hình
Trong vùng Cổ Định, núi cao nhất là Núi Nƣa với đỉnh cao nhất 472m, có
xu hƣớng thấp dần từ phía Tây Bắc về phía Nam. Nhìn chung núi bị phân cắt
mạnh tạo nên những bậc địa hình khá rõ rệt. Hàng loạt nhánh núi, khe rãnh,
thung lũng làm địa hình càng phức tạp hơn. Bao quanh Núi Nƣa về phía Tây
Bắc, Tây Nam và một ít ở Đông Nam là những dãy đồi thấp hoặc lẻ tẻ có những
đồi sót nằm giữa đồng bằng ven núi.
1.2.2. Mạng sông suối
Trong vùng Cổ Định mạng lƣới sông suối phát triển khá mạnh. Các sông
lớn là sông Mực và sông Nhà Lê. Hai con sông này đều chịu ảnh hƣởng của
thủy triều, mùa mƣa thƣờng gây ra bão lụt. Còn các suối hầu hết là suối nhỏ và
suối cạn. Những suối này đều bắt nguồn từ sƣờn của Núi Nƣa và đổ vào các
thung lũng ở phía Đông Bắc và Tây Nam của núi. Suối thƣờng ngắn và thẳng,
có độ dốc khá lớn. Lƣợng nƣớc suối thay đổi theo mùa. Mùa khô lƣợng nƣớc rất
nhỏ và ở thƣợng lƣu nhiều suối hầu nhƣ không có nƣớc. Mùa mƣa lƣợng nƣớc
thƣờng lớn, khi mƣa to nƣớc suối dâng lên rất nhanh có thể gây ra lũ. Các suối
phát triển ở sƣờn Đông Bắc núi Nƣa hầu hết đều đổ vào vùng hồ và đầm lầy tạo
thành tuyến kéo dài sát chân Núi Nƣa.
1.2.3. Khí hậu
Vùng Cổ Định có chế độ nhiệt đới gió mùa, có nhiệt độ và độ ẩm cao.
Ngoài ra, vùng còn chịu ảnh hƣởng của gió Lào tạo thành khí hậu khô nóng.
Nhìn chung trong một năm khí hậu của vùng có thể chia ra hai mùa rõ rệt.
Mùa mƣa: từ tháng 5 đến tháng 11, lƣợng mƣa tập trung trong các tháng
8, 9, 10 thƣờng gây ra lũ lụt. Lƣợng mƣa trung bình hàng năm từ 421 đến
1057mm, lớn nhất tới 2778mm, nhỏ nhất 72 đến 528mm. Nhiệt độ tƣơng đối
cao, trung bình từ 25 đến 30°C, có khi lên tới 41°C.

5
Mùa khô: từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Mùa này ít mƣa và thƣờng
mƣa nhỏ, mƣa phùn hay có mây mù, nhiệt độ thấp, trung bình 15 đến 17°C đôi

felspat - sericit - chlorit, đá phiến thạch anh - sericit màu xám, xám xanh phân
lớp mỏng xen cát kết dạng quarzit và ít đá vôi phân dải, đá vôi hoa hoá. Tổng
chiều dày của hệ tầng là 630m.

Hình 2: Sơ đồ địa chất vùng Cổ Định – Thanh Hóa

7
Hệ tầng Hàm Rồng (
3
- O
1
hr)
Hệ tầng Hàm Rồng đƣợc coi nhƣ tƣơng ứng với khối lƣợng hệ tầng trầm
tích Cambri thƣợng do Saurin (1956), Dovjikov và nnk (1965) đã mô tả. Trong
phạm vi vùng nghiên cứu, hệ tầng này phân bố rải rác ở Hà Trung và Tây Nam
Núi Nƣa.
Phần dƣới: cát kết, bột kết dạng flysh xen kẹp đá vôi phân lớp màu xám
đen hoặc màu hồng, đôi khi xen sét vôi màu xám vàng với chiều dày là 200 -
250m. Phần trên: đá vôi phân lớp dạng dải, đôi khi bị hoa hoá, quarzit hạt mịn
sáng màu chuyển lên cát kết xen ít đá phiến chiều dày là 300 - 350m.
Hệ tầng Hàm Rồng nằm chỉnh hợp trên hệ tầng Sông Mã (
2
sm) và cũng
chỉnh hợp dƣới hệ tầng Đông Sơn (O
1
đs). Trên cơ sở hoá thạch và quan hệ địa
tầng, hệ tầng đƣợc coi là có tuổi Cambri muộn - Ordovic sớm.

Hệ tầng Nậm Pìa (D
1

dày có tuổi từ Carbon sớm đến Permi muộn.
Trong khu vực nghiên cứu, hệ tầng Bắc Sơn phân bố rải rác, lân cận thị
xã Thanh Hoá và vùng Bái Thƣợng. Do hệ tầng lộ không liên tục nên không
quan sát đƣợc mặt cắt đầy đủ của nó. Mặt cắt từ Chợ Nƣa về ga Yên Thái gồm 3
tập. Tập 1: silic màu xám đen phân lớp mỏng (3 - 10cm), bột kết màu tím.
Chiều dày của tập là 50m. Tập 2: đá vôi xám phân lớp dày (0,7 - 1m) xen với
silic màu phớt hồng, chứa San hô. Chiều dày của tập là 125m. Tập 3: đá vôi
xám đen, xám sáng, phân lớp dày, có chỗ phân lớp mỏng, chứa Trùng lỗ. Chiều
dày của tập là 250m. Chiều dày chung của hệ tầng đạt tới 425m.
Hệ tầng Bắc Sơn phủ không chỉnh hợp lên hệ tầng Bản Cải và bị phun
trào mafic của hệ tầng Cẩm Thuỷ phủ lên. Dựa vào các mức hoá thạch đã đƣợc
phát hiện, tuổi chung của hệ tầng đƣợc xác định là Carbon - Permi.

Hệ tầng Yên Duyệt (P
2
yd)
Hệ tầng do Phan Cự Tiến xác lập trên cơ sở những tài liệu hiệu đính loạt
tờ bản đồ địa chất Tây Bắc Bộ và những tài liệu đo vẽ tờ bản đồ địa chất Ninh

9
Bình. Diện phân bố của hệ tầng thƣờng gắn liền với hệ tầng Cẩm Thuỷ nằm
dƣới, lộ ra ở Bái Thƣợng và quanh thành phố Thanh Hoá.
Thành phần của hệ tầng gồm: đá vôi màu xám đen, phân lớp dày, đá
phiến sét vôi, cát kết hạt trung màu xám xanh, sét kết chứa than màu nâu gụ, cát
kết, sét kết màu xám đen… Chiều dày chung của hệ tầng 150m.
Hệ tầng Yên Duyệt nằm chỉnh hợp trên hệ tầng Cẩm Thuỷ và có quan hệ
kiến tạo với hệ tầng Cò Nòi (T
1
cn) nằm trên.
Hệ tầng Đồng Trầu (T

200m.
Bề dày tổng cộng của phân hệ tầng dƣới ở các mặt cắt này khoảng 2000 – 2100m.
Hệ tầng Đồng Trầu phủ không chỉnh phợp trên các trầm tích cổ hơn và
nằm chỉnh hợp dƣới hệ tầng Quy Lăng, nhƣng trong phạm vi tờ Thanh Hoá
không quan sát đƣợc các quan hệ trực tiếp. Tuổi Anisi của hệ tầng đƣợc xác
định dựa vào hoá thạch đã thu thập đƣợc, nhất là Cúc đá.

Hệ tầng Yên Châu (K
2
yc)
Hệ tầng Yên Châu đƣợc Nguyễn Xuân Bao và Từ Lê xác lập năm 1964.
Trong phạm vi vùng nghiên cứu, hệ tầng này phân bố rải rác ở Quảng Xƣơng,
Nông Cống.
Hệ tầng đƣợc chia thành hai tập. Tập 1: cuội kết, tảng kết, xen cát kết
màu đỏ, phân lớp dày 0,5 - 2m. Đá phân lớp xiên thô, thế nằm thoải. Thành
phần cuội là thạch anh, cát kết, silic, đá vôi, ximăng là cát kết, bột kết màu đỏ.
Chiều dày của tập là 50m. Tập 2: cát kết hạt thô, hạt vừa xen cuội kết, sạn kết
màu đỏ. Chiều dày của tập là 150m. Bề dày chung của mặt cắt này là 200m.
Các trầm tích của hệ tầng Yên Châu phủ không chỉnh hợp trên các trầm
tích cổ thuộc hệ tầng Sông Mã (
2
sm). Việc đối sánh mặt cắt này với hệ tầng
Yên Châu tuổi Creta muộn hoàn toàn mang tính giả thiết, chủ yếu dựa vào
tƣớng màu đỏ và thế nằm thoải của đá.

11
2.2. Thành tạo magma xâm nhập

mỏ Bãi Áng. Mỗi thung lũng có diện tích 2 - 5km
2
, gồm nhiều lớp trầm tích bở
rời. Các thung lũng thƣờng có từ 2 đến 3 lớp chứa quặng dày 1 - 7m với hàm
lƣợng Cr
2
O
3
từ trên 1% đến 7%. Ngoài Cr, trong thân quặng hoặc trong một số
lớp trầm tích bở rời còn có Co, Ni với hàm lƣợng khá cao. Tại mỏ Cồ Định,
hàm lƣợng Ni = 0.84 - 0.638%; Co = 0,035 - 0,59%. Cromit tinh quặng có thành
phần (%) Cr
2
O
3
= 47,2 - 51,54; Al
2
O
3
= 11,63 - 12,91; Fe
2
O
3
= 0,86 - 4,8; FeO =

12
18,55 - 19.04; MgO = 8,33 - 14,36; TiO
2
= 0,28 -,62; Co = 0,037 - 0,054.
Hai mỏ sa khoáng cromit đều có quy mô lớn với trữ lƣợng 1 triệu đến

trong đó T chủ yếu là Si
4+
, thƣờng bao gồm cả
Al
3+
và đôi khi là Fe
3+
, Be
4+
thay thế đồng hình cho Si
4+
. Lớp bát diện thƣờng có
tâm là các cation Al
3+
, Fe
3+
, Fe
2+
, Mg
2+
, Ti
4+
, Mn
2+
(hoặc có thể là ô trống) và các
đỉnh là O, OH, F, đôi khi là Cl, S. Lớp xen giữa bao gồm các cation nhƣ Na
+
,
Ca
2+

với lớp xen giữa, K
+
còn đƣợc gọi là “cation cố định” trong khi đó các cation
khác đƣợc gọi là “cation có thể trao đổi”. Khả năng trao đổi ion phụ thuộc vào
lƣợng điện tích âm bề mặt và số lƣợng ion trao đổi. Nếu lƣợng điện tích âm
càng lớn, số lƣợng cation trao đổi càng lớn thì dung lƣợng trao đổi ion càng lớn.
- Tính hấp thụ/hấp phụ: đƣợc quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu
trúc lớp. Do smectit có cấu trúc tinh thể và độ phân tán cao nên có cấu trúc xốp
và bề mặt riêng lớn. Cấu trúc xốp ảnh hƣởng đến tính chất hấp phụ của các chất,
đặc trƣng của nó là tính chọn lọc chất bị hấp phụ. Chỉ có phân tử nào có đƣờng
kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới có thể đi vào cấu trúc smectit. Dựa vào khả
năng này ngƣời ta có thể hoạt hóa sao cho có thể dùng bentonit làm vật liệu tách
chất, đây là điểm khác giữa bentonit và các chất hấp phụ khác.

3.1.3. Ứng dụng
Smectit là nhóm khoáng vật có kích thƣớc hạt rất nhỏ với diện tích bề
mặt cực kỳ lớn (thƣờng trên 600 m
2
/g), khả năng trƣơng nở rất cao, khả năng
hấp thu rất lớn, khả năng trao đổi ion từ trung bình đến lớn, độ dẻo cao, tính lƣu
biến cao, độ thấm cực thấp. Với những tính chất đặc biệt này, bentonit đƣợc ứng
dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó cần kể đến là sản xuất dung
dịch khoan, chất bịt kín, chất cô lập, khuôn đúc, chất viên quặng, ổ nuôi gia súc,
thức ăn gia súc, thuốc tẩy, chất tẩy rửa, chất xúc tác, xi măng, gốm sứ, sáp màu,
chất khử mùi, chất khử màu, chất ổn định nhũ tƣơng, chất trợ cho huyền phù,
chất mang phân bón, chất hấp phụ dầu công nghiệp, chất xử lý nƣớc thải, chất
độn cho cao su, chất độn cho chất dẻo và sơn, chất độn và chất phủ cho giấy, vật
liệu xây dựng, mỹ phẩm, dƣợc phẩm, và các loại vật liệu tổng hợp nhƣ sét hữu
cơ và vật liệu tổng hợp nano sét.
Hiện nay, bentonit trên thế giới đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều


3.2.2. Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF)
Phƣơng pháp XRF đƣợc sử dụng nhằm nghiên cứu thành phần hóa học
của mẫu bằng cách dùng các hạt năng lƣợng cao bắn vào mẫu cần phân tích.
Mẫu đƣợc nghiền <40 µm và đƣợc sấy khô ở 40
0
C. Phân tích sử dụng
bƣớc sóng tán sắc phổ tia X Phillips PW 2404 với dòng điện 10 mA và điện thế
20 kV.
Kết quả của phƣơng pháp XRF chỉ ra đặc trƣng thành phần hóa học của
vật liệu, với ƣu điểm phân tích đƣợc số lƣợng lớn các nguyên tố hóa học chính (Si,
Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) trong đá và trầm tích.

3.2.3. Phương pháp nhiễu xạ Roentgen (XRD)
Phƣơng pháp XRD nhằm xác định các khoáng vật có mặt trong mẫu phân
tích dựa trên hiện tƣợng nhiễu xạ của tia Roentgen đối với các tinh thể. Khi
chiếu chùm tia X (tia Roentgen) có bƣớc sóng  tƣơng tác với vật chất có cấu
trúc tinh thể thì sẽ xảy ra hiện tƣợng nhiễu xạ theo điều kiện giao thoa (theo
định luật Wulf - Bragg):
n  = 2dSin
Trong đó: n - Bậc phản xạ (số nguyên)
- Bƣớc sóng tia Roentgen (A
0
)
d - Khoảng cách mặt mạng
 - Góc tạo bởi mặt mạng với tia tới hay tia phản xạ (góc nhiễu xạ)

18
Các khoáng vật khác nhau khi phân tích sẽ thu đƣợc các tổ hợp đỉnh
nhiễu xạ (peak) đặc trƣng khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc của khoáng vật và