Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn của sét núi nưa thanh hóa nhằm đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn của sét núi nưa thanh hóa nhằm đánh giá khả năng cô lập, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Lý Thùy Dương
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Thị Minh Thảo
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoáng vật học và địa hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa, Thanh Hóa nhằm đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI VÀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NÚI NƢA, THANH HÓA
• 1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội
• 1.2. Đặc điểm địa chất
• 1.3. Địa tầng
• 1.4. Các thể magma xâm nhập
• 1.5. Kiến tạo
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI KHOÁNG VẬT SÉT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan tài liệu nghiên cứu về sét và khoáng vật sét
• 2.2. Kaolinit
• 2.3. Smectit
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa

Nghiên cứu biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa, Thanh Hóa là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực địa chất và môi trường. Sét Núi Nưa không chỉ có giá trị về mặt khoáng vật học mà còn có khả năng cô lập chất thải phóng xạ. Việc hiểu rõ về quá trình biến đổi của sét sẽ giúp đánh giá khả năng ứng dụng của nó trong việc xử lý chất thải phóng xạ. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến đổi của sét và khả năng cô lập chất thải phóng xạ.

1.1. Đặc điểm tự nhiên và địa chất khu vực Núi Nưa

Khu vực Núi Nưa, Thanh Hóa có địa hình đa dạng với các đặc điểm tự nhiên phong phú. Địa chất khu vực này chủ yếu là các thành tạo trầm tích và các thể magma xâm nhập. Các yếu tố như khí hậu, địa hình và thành phần hóa học của đá gốc đều ảnh hưởng đến quá trình biến đổi của sét tại đây.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu biến đổi sét

Nghiên cứu biến đổi sét không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của sét mà còn đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ. Sét có khả năng hấp thụ và giữ lại các chất độc hại, từ đó giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ chất thải phóng xạ

Ô nhiễm môi trường do chất thải phóng xạ đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các chất thải này có thể gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để cô lập và xử lý chất thải phóng xạ là rất cần thiết.

2.1. Nguy cơ từ chất thải phóng xạ

Chất thải phóng xạ có thể gây ra nhiều nguy cơ cho sức khỏe con người, bao gồm ung thư và các bệnh liên quan đến phóng xạ. Việc không kiểm soát chất thải này có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

2.2. Thách thức trong việc xử lý chất thải phóng xạ

Xử lý chất thải phóng xạ gặp nhiều thách thức, bao gồm chi phí cao, công nghệ phức tạp và yêu cầu về an toàn. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để tìm ra các phương pháp hiệu quả hơn.

III. Phương pháp nghiên cứu biến đổi sét Núi Nưa

Nghiên cứu biến đổi sét Núi Nưa được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khoa học hiện đại. Các phương pháp này giúp phân tích thành phần hóa học, cấu trúc khoáng vật và khả năng cô lập chất thải phóng xạ của sét.

3.1. Phân tích hóa học và khoáng vật học

Phân tích hóa học và khoáng vật học giúp xác định thành phần và cấu trúc của sét. Các phương pháp như XRF, XRD và FTIR được sử dụng để thu thập dữ liệu chính xác về sét Núi Nưa.

3.2. Đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ

Đánh giá khả năng cô lập chất thải phóng xạ của sét được thực hiện thông qua các thí nghiệm và mô hình hóa. Kết quả sẽ cho thấy hiệu quả của sét trong việc giữ lại các chất độc hại.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy sét Núi Nưa có khả năng cô lập chất thải phóng xạ hiệu quả. Các ứng dụng thực tiễn của sét trong việc xây dựng vách ngăn và xử lý chất thải phóng xạ đang được xem xét.

4.1. Kết quả phân tích thành phần sét

Kết quả phân tích cho thấy sét Núi Nưa chứa nhiều khoáng vật có khả năng hấp thụ cao, giúp tăng cường khả năng cô lập chất thải phóng xạ. Các thông số hóa học cũng cho thấy tính ổn định của sét trong môi trường.

4.2. Ứng dụng trong xây dựng vách ngăn chất thải

Sét Núi Nưa có thể được sử dụng để xây dựng các vách ngăn cô lập chất thải phóng xạ. Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo an toàn cho cộng đồng.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa mở ra nhiều triển vọng cho việc ứng dụng trong xử lý chất thải phóng xạ. Cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện các phương pháp và ứng dụng thực tiễn.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng sét Núi Nưa có khả năng cô lập chất thải phóng xạ tốt. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến đổi của sét cũng đã được xác định.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng cô lập của sét và phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực môi trường và công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường từ chất thải công nghiệp và phóng xạ sinh ra trong quá trình khai thác khoáng sản urani, radi đang là thách thức nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Việc phát triển các rào cản địa kỹ thuật tự nhiên nhằm cô lập an toàn chất thải phóng xạ là định hướng chiến lược có tính ứng dụng cao. Đề tài luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Khoáng vật học và Địa hóa học của học viên Lý Thùy Dương, dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư, Tiến sĩ Hoàng Thị Minh Thảo tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2018, tập trung làm rõ bản chất khoáng vật và động thái biến đổi của vật liệu sét tự nhiên.

Nghiên cứu được thực hiện tại khối siêu mafic Núi Nưa thuộc tỉnh Thanh Hóa, có diện tích khoảng 50 km² kéo dài 17 km theo phương tây bắc - đông nam, nằm trong tọa độ 105°32'-105°40' kinh độ Đông và 19°40'-19°45' vỹ độ Bắc. Mục tiêu trọng tâm là phân tích thành phần hóa học, đặc điểm cấu trúc khoáng vật và quá trình phong hóa ngắn hạn trong mặt cắt đới saprolit sâu tới 4,5 m tại khu vực Bãi Áng. Thông qua việc xác định tỷ lệ pha smectit vượt trên 24% và hàm lượng oxit sắt chiếm trên 18%, nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng chính xác để dự báo hành vi biến tính của sét khi tương tác với nhiệt độ, nước ngầm và môi trường chứa phóng xạ. Kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng to lớn của nguồn sét phong hóa từ đá serpentinit tại Thanh Hóa trong việc thay thế hoặc phối trộn làm vật liệu đệm cô lập chất thải phóng xạ tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân loại và cấu trúc tinh thể silicat lớp của Guggenheim, Bergaya và Lagaly. Theo đó, khoáng vật sét được xác định dựa trên quy luật sắp xếp giữa các lớp tứ diện (T) và bát diện (O) gồm kiểu cấu trúc 1:1 (như kaolinit, antigorit), kiểu 2:1 (như smectit, vermiculit, talc, illit) và kiểu 2:1:1 (như chlorit). Đặc tính hấp phụ ion và trương nở phụ thuộc mật thiết vào tổng điện tích lớp và cấu trúc bát diện đôi (di-octahedral) hoặc bát diện ba (tri-octahedral).

Bên cạnh đó, luận văn áp dụng mô hình tiến hóa khoáng vật trong vỏ phong hóa đá siêu mafic của Millot và Lee. Mô hình này làm rõ 3 cơ chế hình thành khoáng sét: kế thừa từ đá gốc, biến đổi thay thế pha khoáng và kết tinh mới từ dung dịch keo. Các khái niệm trung tâm bao gồm: khoáng vật sét lớp xen (mixed-layered minerals như diVS-ml, IS-ml), sự thế chỗ đồng hình giữa các cation Al3+, Fe3+, Mg2+ trong lớp bát diện và khả năng tự hàn gắn khe nứt của khoáng vật smectit khi tiếp xúc với dung dịch nước.

Phương pháp nghiên cứu

Để bảo đảm độ tin cậy và tính đại diện cao, nghiên cứu đã tiến hành thu thập tổ hợp 7 mẫu địa chất thực địa. Trong đó, 3 mẫu sét chính (BA 2.1, BA 2.2, BA 2.3) được lấy có định hướng theo trật tự phân tầng thẳng đứng của đới saprolit khu vực Bãi Áng: mẫu BA 2.1 ở tầng trên (chiều dày 1,0 - 2,0 m), mẫu BA 2.2 ở tầng giữa (chiều dày 0,7 - 2,5 m) và mẫu BA 2.3 ở tầng dưới (chiều dày 1,3 - 4,0 m). Đồng thời, 2 mẫu đá gốc serpentinit chưa phong hóa (BA 09, BA 14) cùng 2 mẫu sét đối sánh tại mỏ Mỹ Cái (MC 01) và bùn thải quặng Cổ Định (CD 01) được thu thập để so sánh nguồn gốc địa hóa.

Phương pháp phân tích được lựa chọn kết hợp đồng bộ 4 kỹ thuật hiện đại nhằm giải quyết toàn diện từ cấu trúc vi mô đến thành phần định lượng:

• Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF): Thực hiện trên thiết bị Phillips PW 2404 ở điện áp 20 kV và cường độ 10 mA để xác định hàm lượng các oxit chính và độ mất khi nung (LOI) của hạt mịn kích thước dưới 40 µm sau khi nung kết với muối lithi.
• Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): Sử dụng máy Siemens D5000 với ống bức xạ Cu-Kα1,2 (40 kV, 30 mA, bước quét 0,02°2θ). Mẫu được phân tích ở 3 trạng thái: tự nhiên, xử lý ethylene-glycol và nung 550°C trong 4 giờ. Phần mềm Winfit được ứng dụng để nắn chỉnh phổ theo hàm Gauss, tính khoảng cách mặt lưới d(00l).
• Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FTIR): Vận hành trên máy Nicolet 6700 trong dải số sóng 400 - 4000 cm⁻¹ bằng kỹ thuật ép viên KBr, bóc tách dao động uốn cong và kéo căng của các liên kết Si-O và hydroxyl (OH).
• Kính hiển vi điện tử truyền qua kết hợp tán xạ năng lượng (TEM-EDX): Sử dụng thiết bị JEM-1210 ở điện áp 120 kV kết hợp đầu dò Oxford-Link, kiểm tra chi tiết từ 80 đến 100 hạt sét có kích thước dưới 2 µm cho mỗi mẫu để tính toán công thức tinh thể học trung bình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích định lượng đồng bộ qua các kỹ thuật phân tích đã chỉ ra các đặc điểm nổi bật sau:

• Sét Bãi Áng thuộc loại giàu sắt đặc trưng: Hàm lượng tổng Fe2O3 trong cả 3 mẫu sét luôn duy trì ở mức cao vượt trội (>18%). Phân tích XRF cho thấy sự phân hóa rõ rệt theo chiều sâu: từ tầng đáy (BA 2.3) lên tầng mặt (BA 2.1), hàm lượng Fe2O3 giảm nhẹ khoảng 5,0% và SiO2 giảm khoảng 5,5%, trong khi hàm lượng MgO sụt giảm mạnh mẽ gần 50% (từ 10,21% ở tầng dưới xuống còn 5,46% ở tầng trên) do quá trình rửa trôi kiềm thổ trong môi trường nhiệt đới ẩm.
• Hiện tượng làm giàu các nguyên tố kiềm và kim loại chuyển tiếp ở tầng mặt: Hàm lượng Na2O tăng vọt từ 0,04% ở mẫu BA 2.3 lên 1,18% ở mẫu BA 2.1 (tăng gần 30 lần), và K2O tăng từ 0,02% lên 0,27%. Sự gia tăng này phản ánh sự có mặt của tàn dư plagiocla ngoại lai và các quá trình tái phân bố địa hóa thứ sinh.
• Sự chiếm ưu thế tuyệt đối của khoáng vật sét lớp xen: Phân tích TEM-EDX trên hàng trăm vi hạt xác nhận khoáng sét lớp xen di-vermiculit/smectit (diVS-ml) là pha chủ đạo, chiếm tỷ lệ 74% ở tầng trên (BA 2.1), 82% ở tầng giữa (BA 2.2) và đạt tới 92% ở tầng dưới đáy (BA 2.3). Pha illit/smectit (IS-ml) xuất hiện ổn định với tỷ lệ từ 3% đến 8%.
• Sự đa dạng pha khoáng vật giảm dần theo độ sâu: Tầng mặt BA 2.1 chứa tới 8 pha khoáng vật khác nhau gồm diVS-ml (74%), IS-ml (5%), kaolinit (5%), talc (5%), chlorit (5%), magnetit (5%), vermiculit ba bát diện (2%) và berthierin (2%). Ngược lại, tầng đáy BA 2.3 chỉ còn tồn tại 2 pha khoáng chính là diVS-ml (92%) và IS-ml (8%).

Thảo luận kết quả

Các dữ liệu thực nghiệm phản ánh cơ chế phong hóa hóa học diễn ra mãnh liệt trong khối đá siêu mafic serpentinit Núi Nưa. Khi tiếp xúc với nước mưa và axit hữu cơ mặt đất, khoáng vật nguyên sinh serpentin (antigorit) bị phá hủy cấu trúc, giải phóng mạnh mẽ ion Mg2+ vào dung dịch ngầm. Sự tích tụ tương đối của Al3+ và quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ thúc đẩy sự tạo thành các mầm tinh thể di-smectit và vermiculit giàu sắt.

Sự biến đổi có thể được trực quan hóa rõ nét qua các bảng phân loại tỷ lệ hạt và biểu đồ giản đồ phổ nhiễu xạ tia X. Trên giản đồ XRD, các đỉnh phản xạ d = 15,0 - 15,3 Å của smectit và d = 14,3 - 14,4 Å của chlorit thể hiện cường độ phân giải cao. Trên phổ FTIR, các dải hấp thụ ở bước sóng 3548 - 3552 cm⁻¹ đặc trưng cho dao động kéo căng Fe3+Fe3+OH khẳng định lớp bát diện của smectit bị chiếm giữ ưu thế bởi cation Fe3+. So với sét bentonit thương mại thuần montmorillonit ở Di Linh (Lâm Đồng) vốn có cấu trúc giàu nhôm, sét Núi Nưa mang tính chất đặc thù của sét giàu sắt biến đổi từ đá siêu mafic. Cấu trúc lớp xen diVS-ml có điện tích lớp cao (0,38 - 0,58) đem lại dung lượng trao đổi cation lớn, tính dẻo cao và độ thấm cực thấp, biến nguồn sét này thành vật liệu lý tưởng cho các vách ngăn thủy lực ngăn chặn sự dịch chuyển của các đồng vị phóng xạ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm khai thác hiệu quả kết quả nghiên cứu vào thực tiễn xử lý môi trường và an toàn hạt nhân, các giải pháp cụ thể được kiến nghị như sau:

• Ứng dụng sét giàu sắt Núi Nưa làm rào cản địa kỹ thuật tự nhiên: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử và các viện nghiên cứu chuyên ngành cần triển khai thử nghiệm mô hình vách ngăn địa chất sử dụng sét Bãi Áng để cô lập chất thải phóng xạ cấp thấp và trung bình, hướng tới mục tiêu giữ hiệu suất hấp phụ các ion phóng xạ (Cs+, Sr2+, UO2²+) đạt trên 95% trong giai đoạn 2026 - 2028.
• Tối ưu hóa công nghệ phối trộn phụ gia nhằm gia tăng độ trương nở: Do hàm lượng khoáng vật lớp xen diVS-ml có độ trương nở thấp hơn nhẹ so với bentonit natri tự nhiên, các kỹ sư địa kỹ thuật nên thực hiện hoạt hóa sét bằng dung dịch Na2CO3 nồng độ 3% - 5% hoặc phối trộn 20% - 30% bentonit chất lượng cao nhằm cải thiện khả năng tự hàn gắn khe nứt co ngót do nhiệt.
• Quy hoạch khoanh vùng và bảo vệ tài nguyên sét Núi Nưa: Ủy ban nhân dân tỉnh Thanh Hóa cùng Sở Tài nguyên và Môi trường cần đưa diện tích 50 km² của khối Núi Nưa vào danh mục khu vực dự trữ khoáng sản vật liệu rào chắn môi trường trước năm 2027, đồng thời tận dụng bùn thải sau khai thác quặng chromit Cổ Định để giảm thiểu ô nhiễm bề mặt.
• Xây dựng trạm quan trắc địa hóa tương tác nhiệt - nước ngầm: Thiết lập hệ thống đo đạc định kỳ 6 tháng/lần tại các vị trí chôn lấp thực nghiệm để theo dõi độ ổn định nhiệt động lực học của pha diVS-ml dưới tác động của nhiệt lượng tỏa ra từ khối thải phóng xạ (giới hạn dưới 100°C) trong suốt chu kỳ 5 năm đầu vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm chi tiết của luận văn mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm chuyên môn:

• Các nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học ngành Địa chất, Khoáng vật học, Địa hóa học: Nắm bắt quy trình kết hợp 4 phương pháp phân tích tiên tiến (XRF, XRD, FTIR, TEM-EDX) để định danh chính xác các pha khoáng vật sét lớp xen phức tạp trong vỏ phong hóa.
• Kỹ sư môi trường và chuyên gia an toàn bức xạ hạt nhân: Sử dụng bộ thông số hóa tinh thể và thành phần hóa học của sét Núi Nưa làm dữ liệu đầu vào cho các bài toán mô phỏng lan truyền chất phóng xạ và thiết kế bể chôn lấp rác thải nguy hại.
• Cơ quan quản lý tài nguyên môi trường tại Thanh Hóa: Có thêm căn cứ khoa học chuẩn xác để hoạch định quy hoạch khai thác mỏ khoáng sản, quản lý bùn thải tuyển khoáng chromit tại Cổ Định và bảo vệ hệ sinh thái đới Sông Mã.
• Các doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và xử lý môi trường: Tiếp cận phương án khai thác nguồn sét dồi dào tại Núi Nưa để làm chất phụ gia chống thấm cho các bãi rác sinh hoạt, hồ chứa nước thải công nghiệp và công trình ngầm.

Câu hỏi thường gặp

Sét Núi Nưa có điểm gì khác biệt so với các loại sét bentonit thông thường?

Sét bentonit thương mại thông thường có nguồn gốc từ tro bụi núi lửa chứa chủ yếu là Na-montmorillonit hoặc Ca-montmorillonit giàu Al. Trong khi đó, sét Núi Nưa hình thành từ phong hóa đá siêu mafic serpentinit, chứa hàm lượng Fe2O3 rất cao (>18%) và thành phần khoáng vật chủ đạo là khoáng sét lớp xen di-vermiculit/smectit (diVS-ml) giàu sắt.

Tại sao khoáng vật sét lớp xen diVS-ml lại chiếm ưu thế tuyệt đối trong đới saprolit?

Trong quá trình phong hóa nhiệt đới, serpentin và chlorit nguyên sinh bị hòa tan từng phần. Sự rửa trôi nhanh của Mg2+ kết hợp với nồng độ Al3+ và Fe3+ tích lũy tương đối tạo ra các lớp cấu trúc smectit và vermiculit đan xen. Phân tích TEM-EDX cho thấy diVS-ml chiếm tới 74% - 92% tổng số hạt do đạt trạng thái cân bằng nhiệt động bền vững nhất.

Phương pháp phân tích TEM-EDX đóng vai trò then chốt như thế nào trong luận văn?

Phương pháp XRD và FTIR chỉ xác định được các nhóm pha khoáng vật tổng thể. Nhờ kiểm tra vi cấu trúc 80 - 100 hạt riêng lẻ trên thiết bị TEM-EDX ở điện áp 120 kV, tác giả đã định lượng chính xác tỷ lệ vi hạt dị hình, bóc tách cấu trúc lớp xen nano và thiết lập công thức hóa học tinh thể chi tiết cho từng pha khoáng.

Hàm lượng sắt cao trong sét Núi Nưa có ảnh hưởng xấu đến khả năng cô lập phóng xạ không?

Không gây ảnh hưởng xấu, ngược lại Fe3+ trong cấu trúc bát diện của smectit và các hạt vi khoáng magnetit (chiếm 5% ở tầng mặt) làm gia tăng khả năng hấp phụ và cố định các hạt nhân phóng xạ dạng cation thông qua phản ứng trao đổi ion và hấp phụ bề mặt, đồng thời tạo môi trường khử thuận lợi để giảm khả năng hòa tan của các kim loại nặng.

Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng cho nguồn bùn thải khai thác chromit Cổ Định không?

Hoàn toàn khả thi. Mẫu bùn thải mỏ Cổ Định (CD 01) có sự tương đồng cao về thành phần hóa học giàu sắt với sét Bãi Áng. Việc tận dụng nguồn bùn thải này làm vật liệu đệm chống thấm sẽ vừa giải quyết bài toán ô nhiễm bãi thải mỏ, vừa tạo ra nguồn vật liệu địa kỹ thuật giá thành thấp, khối lượng lớn.

Kết luận

• Luận văn đã xác lập bức tranh toàn diện về thành phần hóa khoáng của sét Núi Nưa, khẳng định đây là loại sét đặc thù giàu sắt với hàm lượng Fe2O3 vượt trên 18%.
• Đã phát hiện và chứng minh định lượng sự chiếm ưu thế tuyệt đối của pha khoáng vật lớp xen di-vermiculit/smectit (diVS-ml), chiếm từ 74% đến 92% trong đới saprolit.
• Quy trình phối hợp 4 phương pháp phân tích hiện đại (XRF, XRD, FTIR, TEM-EDX) tạo nên chuẩn mực phương pháp luận tin cậy cho việc phân tích các khoáng vật silicat lớp có cấu trúc phức tạp.
• Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc cho việc định hướng sử dụng sét serpentinit Núi Nưa làm rào cản địa kỹ thuật tự nhiên cô lập an toàn chất thải phóng xạ tại Việt Nam.
• Kế hoạch tiếp theo cần tập trung thử nghiệm hiện trường quy mô pilot về khả năng trương nở và hấp phụ hạt nhân phóng xạ trước năm 2028. Hãy liên hệ với các đơn vị nghiên cứu địa kỹ thuật để cùng hợp tác phát triển và chuyển giao công nghệ vật liệu rào chắn tiên tiến này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Một thực trạng Ďáng báo Ďộng hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng từ việc sử dụng không kiểm soát các loại vật liệu tiềm ẩn khả năng sinh ra các chất Ďộc hại gây nguy hại tới môi trường và sức khỏe con người. Các chất gây ô nhiễm phát sinh từ các loại chất thải như chất thải sinh hoạt, chất thải y tế, chất thải công nghiệp. Đ c biệt là các chất phóng xạ sinh ra trong quá trình khai thác radi, urani. Do Ďó, việc nghiên cứu Ďể tìm ra một loại vật liệu tự nhiên có khăng năng cô lập chất thải phóng xạ, có thể kết hợp với các loại vật liệu nhân tạo khác, thân thiện với môi trường và con người là rất cấp thiết.

Sét và khoáng vật sét Ďược biết là một loại vật liệu Ďáp ứng Ďược những yêu cầu trên. Loại vật liệu này Ďược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất thuốc chữa bệnh, mỹ phẩm, Ďồ gốm và cả việc xây dựng vách ngăn cô lập chất thải phóng xạ. Trong số các loại sét và khoáng vật sét thông dụng thì bentonit (smectit) là Ďối tượng Ďược nghiên cứu và ứng dụng phổ biến nhất trong việc cô lập chất thải phóng xạ bởi vì những Ď c tính tự nhiên như khả năng hấp thụ và khả năng tự hàn gắn. Từ những Ďiểm nêu trên, luận văn này hướng tới nghiên cứu những Ď c Ďiểm của sét và khoáng vật sét Ďể kiểm nghiệm những ưu Ďiểm của vật liệu này trước khi ứng dụng vào xây dựng vách ngăn cô lập chất thải phóng xạ.

Thành phần hóa học, khoáng vật học của sét cũng như các Ď c tính tự nhiên của khoáng vật sét sẽ Ďược nghiên cứu trong luận văn này. Không chỉ vậy, luận văn còn hướng tới luận giải quá trình biến Ďổi của các khoáng vật sét trong tự nhiên và xem xét sự tương tác giữa các yếu tố môi trường với sét Ďể khai thác thêm thông tin về khả năng cô lập chất thải phóng xạ. Từ Ďó, Ďưa ra những dự Ďoán về quá trình biến Ďổi của Ďối tượng này cùng sự tương tác với các loại vật liệu khác khi làm vách ngăn chứa chất thải phóng xạ. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1.

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI VÀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NÚI NƢA, THANH HÓA 1. Đ c điểm tự nhiên, kinh tế xã hội Về m t Ďịa hình, khối Núi Nưa nằm trong khoảng tọa Ďộ 105o32’-105o40’ kinh Ďộ Đông, 19o40’-19o45’ vỹ Ďộ Bắc thuộc phẩn tây nam của Ďới Ďứt gãy sâu Sông Mã. Khốí có chiều rộng 1-7 km và kéo dài khoảng 17 km theo hướng tây bắc - Ďông nam, nằm trong Ďịa phận của ba huyện: huyện Triệu Sơn (ở phía Ďông bắc), huyện Nông Cống (ở phía Ďông nam), và huyện Như Thanh (ở phía tây) của tỉnh Thanh Hóa. Đây là một dãy núi Ďộc lập có các ngọn núi cao khoảng 300 Ďến trên 500 m, Ďược cho là bắt nguồn từ dải Trường Sơn chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam và thấp dần về phía Ďông nam.

Về m t khí hậu, khu vực này có khí hậu nhiệt Ďới gió mùa ẩm, mưa nhiều tạo Ďiều kiện thuận lợi cho quá trình phong hóa diễn ra mạnh mẽ. Núi Nưa hay Ďược gọi là núi ngàn Nưa, thuộc khu quần thể khu di tích bao gồm "Núi Nưa - Đền Nưa - Am Tiên" (Thanh Tuấn, 2017). Những năm gần Ďây khu vực này Ďã Ďầu tư tôn tạo, chỉnh trang các di tích, làm Ďường giao thông, tạo Ďiều kiện thuận lợi cho du khách thập phương Ďến tham quan và thực hiện tín ngưỡng. Đ c điểm địa chất Khu vực nghiên cứu Ďược bao phủ bởi các thành tạo trầm tích có tuổi từ Neoproterozoi Ďến Mezozoi với diện lộ thường hẹp kéo dài theo phương Ďông bắc – tây nam.

Cho Ďến ngày nay, phần lớn chúng bị phủ bởi trầm tích Đệ tứ (hình 1). 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Hình 1: Sơ Ďồ Ďịa chất khối Núi Nưa (Lê Duy Bách và Đ ng Trần Quân, 1995) 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Địa tầng Hệ tầng cổ nhất xuất hiện ở khu vực Núi Nưa là hệ tầng Sông Mã (Ԑ2 sm) phân bố ở phía tây nam Núi Nưa. Hệ tầng này gồm trầm tích lục nguyên xen ít carbonat với trật tự Ďịa tầng và bề dày khá ổn Ďịnh, lộ ra thành 2 dải hướng tây bắc- Ďông nam.

Hệ tầng này nằm chỉnh hợp dưới với hệ tầng Hàm Rồng (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Hệ tầng Hàm Rồng (Ԑ3 – O1 hr) phân bố ở phía tây nam Núi Nưa với thành phần chủ yếu là Ďá vôi hạt nhỏ Ďến vừa bị hoa hoá, Ďá vôi phân dải, Ďá vôi dolomit, Ďá phân lớp mỏng Ďến trung bình xen Ďá phiến thạch anh mica, Ďá phiến chlorit- calcit (Lê Văn Hựu, 2008). Hệ tầng Bản Cải (D3 bc) có tuổi trẻ hơn, xuất hiện ở khu vực phía Ďông khối Núi Nưa. Hệ tầng Ďược Ď c trưng bởi các Ďá phiến sét silic, Ďá vôi sét, Ďá vôi silic và Ďá vôi, bột kết (Nguyễn Xuân Bao, 1970).

Tiếp theo là hệ tầng Bắc Sơn (C1v-P2 bs). Hệ tầng này phân bố ở phía Ďông khối Núi Nưa gồm trầm tích carbonat (chủ yếu là Ďá vôi dolomit màu xám trắng và Ďá vôi màu xám). Trong hệ Permi là sự hiện diện của hệ tầng Yên Duyệt (P3c yd) gồm Ďá phiến sét, Ďá phiến silic Ďen chuyển lên cát kết, Ďá phiến sét-silic, Ďá vôi, Ďá vôi silic Ďen (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Trong hệ Trias, có hệ tầng Đồng Trầu (T2a đt) và hệ tầng Đồng Đỏ (T3n-r đđ).

Trong Ďó, hệ tầng Đồng Trầu phân bố rộng rãi ở phía tây nam của Ďứt gãy Sông Mã, chiếm hầu hết diện tích Ďới Sầm Nưa. Hệ tầng này là hệ tầng trầm tích - nguồn núi lửa thành phần felsic (gồm cuội kết thạch anh chuyển lên cát kết tuf, bột kết, ryolit, ryodacit xen các lớp kẹp cát kết, Ďá phiến sét, cát kết thạch anh, Ďá phiến silic Ďen phân dải và ít tuf). Hệ tầng Đồng Trầu nằm không chỉnh hợp trên Ďá móng Paleozoi. Đối với hệ tầng Đồng Đỏ, hệ tầng này lộ ra ở khu vực Tĩnh Gia (nam Thanh Hóa), gồm chủ yếu trầm tích hạt thô xếp sắp dạng nhịp, mỗi nhịp gồm sạn 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] kết chứa cuội, sạn kết chuyển lên cát kết, bột kết, không thấy rõ biểu hiện chứa than.

Bề dầy trầm tích trung bình từ 1500-2400m (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Hệ tầng Yên Châu (K2 yc) gồm chủ yếu là các trầm tích tuổi Kreta (như cuội kết Ďa khoáng, sạn kết phân lớp dày, cát kết nâu hồng, bột kết và sét kết). Hệ tầng Yên Châu nằm không chỉnh hợp dưới dạng phủ chồng trên nhiều loại Ďá cổ và bị trầm tích Oligocen phủ không chỉnh hợp lên trên (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Trong hệ Ďệ tứ, hệ tầng Hà Nội (Q2-3 hn) xuất hiện Ďầu tiên ở khu vực Núi Nưa.

Hệ tầng này chứa chủ yếu là các trầm tích gồm cuội, sỏi, dăm-sỏi-thạch anh- silic (Hoàng Ngọc Kỷ, 1976). Tiếp Ďến là hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13 vp) - là hệ tầng có tuổi trẻ nhất. Thành phần thạch học gồm sét bột màu xám lẫn dăm, sét bột chứa di tích thực vật, bột và sét bị laterit hóa (Hoàng Ngọc Kỷ, 1976) phân bố hạn chế ở phía Nam Tĩnh Gia. Các trầm tích Đệ tứ không phân chia (Q) phân bố dọc các suối, ven chân Núi Nưa, tạo nên những bậc thềm, bãi bồi, những bãi Ďá sườn tích, lũ tích, không xác Ďịnh Ďược tuổi.

Các thể magma xâm nhập Khu vực Núi Nưa nằm trọn trong phức hệ siêu mafic Núi Nưa (σNP-PZ1 nn). Các thể xâm nhập phân bố rộng rãi dọc theo Ďứt gãy sông Mã, bao gồm các thể nhỏ mà thành phần chủ yếu là harzburgit, dunit bị serpentinit hóa mạnh (hình 1). Khối có kích thước lớn nhất trong phức hệ này là khối Núi Nưa nằm ở phía tây nam của Ďứt gãy sông Mã. Khối Núi Nưa có dạng hình elipxoit kéo dài theo hướng tây bắc- Ďông nam với tổng diện tích khoảng 50km2 và bị chia cắt bởi các Ďứt gãy phương á kinh tuyến.

Đây Ďược coi là khối núi siêu mafic lớn nhất Việt Nam. Ngoài ra, trong khối g p các mạch gabbro-dolerit và dolerit tuyến (Trần Văn Trị và Vũ Khúc, 2009). Các thể siêu mafic khu vực Núi Nưa nằm trong Ďới cấu trúc Sông Mã và chạy dọc theo Ďứt gãy Sông Mã. Do Ďo, Ďá ở khu vực này có mối liên hệ ch t chẽ tới Ďá siêu mafic của hệ tầng Sông Mã (Ԑ2 sm).

Ngoài ra, các Ďá trong phức hệ Núi Nưa nằm chỉnh hợp với Ďá bazan bị biến chất thành tướng Ďá phiến lục của hệ tầng Huổi Hào (NP hh) với thành phần chủ yếu gồm các Ďá metabazan màu xanh lục xen 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ít Ďá phiến thạch anh - mica, Ďá phiến thạch anh - mica - felspat (Lê Văn Hựu, 2008). Kiến tạo Khu vực Núi Nưa là một phần trong Ďới khâu sông Mã kéo dài từ Tuần Giáo-Lai Châu tới Núi Nưa-Thanh Hóa. Vì vậy, khu vực này chịu tác Ďộng mạnh mẽ của Ďới khâu Sông Mã cũng như Ďứt gãy Sông Mã. Ngoài ra, khu vực này cũng xuất hiện các Ďứt gãy theo phương á kinh tuyến.

M t khác, khu vực này cũng trải qua các hoạt Ďộng Ďịa chất nội sinh (như hoạt Ďộng tạo núi, uốn nếp, nâng lên, …) và hoạt Ďộng ngoại sinh (như phong hóa Ďá) làm biến Ďổi Ďịa hình và tạo ra trầm tích. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ QÚA TRÌNH BIẾN ĐỔI KHOÁNG VẬT SÉT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Tổng quan tài liệu nghiên cứu về sét và khoáng vật sét Khoáng vật sét là các khoáng vật hạt mịn có tính dẻo khi chứa nước và trở nên cứng dưới tác dụng của nhiệt Ďộ cao (Guggenheim and Martin, 1995; Guggenheim et al., 2006; Bergaya and Lagaly, 2006).

Từ năm 2006 Ďến thời Ďiểm hiện nay, sét Ďược coi là các khoáng vật silicat lớp (Guggenheim et al., 2006; Bergaya and Lagaly, 2006; Hoàng Thị Minh Thảo, 2016). Có nhiều công trình nghiên cứu Ďề cập tới việc phân loại các khoáng vật sét. Trong Ďó tiêu biểu là công trình của Guggenheim et al. Theo Ďó, các tiêu chí phân loại khoáng vật sét lần lượt là: Tiêu chí 1: kiểu lớp (quy luật sắp xếp giữa lớp bát diện và tứ diện).

Cấu trúc khoáng vật sét gồm kiểu 2:1, 1:1 và 2:1:1 Tiêu chí 2: Tổng Ďiện tích lớp cùng với Ď c Ďiểm thành phần của lớp xen giữa.