Đặc điểm địa hóa - Khoáng vật quặng Mangan vùng mỏ tốc tát

 308 
32(4), 308-317 Tạp chí Các khoa học về trái đất 12-2010 
Đặc điểm địa hóa - khoáng vật quặng 
mangan vùng mỏ Tốc Tát 
ĐàO DUY ANH 
I. Mở ĐầU 
Nghiên cứu đặc điểm địa hóa - khoáng vật các 
thành tạo khoáng sản nói chung và thành tạo quặng 
mangan vùng mỏ Tốc Tát nói riêng là đóng góp cơ 
bản rất quan trọng làm tiền đề cho các nghiên cứu 
ứng dụng tiếp theo nh− lựa chọn ph−ơng pháp tuyển 
khoáng thích hợp để có thể thu đ−ợc tinh quặng 
mangan đủ tiêu chuẩn chất l−ợng nguyên liệu cho 
các ngành công nghiệp luyện kim, hóa chất, sản 
xuất pin... 
Quặng mangan Việt Nam phân bổ chủ yếu ở 
các tỉnh Cao Bằng, Tuyên Quang, Nghệ An và Hà 
Tĩnh thuộc ba dạng nguồn gốc : trầm tích, nhiệt 
dịch và phong hóa [20]. Tổng trữ l−ợng đã khảo sát 
quặng mangan trên 10 triệu tấn, phân bố ở 34 mỏ 
và điểm quặng, trong đó mỏ mangan lớn nhất là 
mỏ Tốc Tát thuộc bồn mangan Hạ Lang, tỉnh Cao 
Bằng (hình 1). Trữ l−ợng của mỏ mangan Tốc Tát 
−ớc tính chiếm khoảng 30 % tổng trữ l−ợng quặng 
mangan của Việt Nam [15]. Mỏ này cũng thể hiện 
rõ nét nhất cấu trúc địa chất cũng nh− đặc điểm 
quặng hóa [19]. Theo số liệu của Bộ Công th−ơng 
Việt Nam, năm 2007, có khoảng 25 ngàn tấn 
quặng mangan đ−ợc khai thác ở mỏ Tốc Tát, chiếm 
hơn 40 % tổng sản l−ợng quặng mangan khai thác 
trong cả n−ớc. 
Mặc dù đặc điểm địa hóa - khoáng vật của thành 
tạo quặng mangan vùng mỏ Tốc Tát cũng đã đ−ợc 
đề cập đến trong nhiều tài liệu nghiên cứu tr−ớc đây 
[2, 14, 16-18], nh−ng thành phần hóa học đơn khoáng 
ch−a đ−ợc xác định chi tiết. Nghiên cứu này sử 
dụng các ph−ơng pháp phân tích hiện đại để đ−a ra 
công thức thực nghiệm của các khoáng vật trong 
vùng mỏ cũng nh− kiến trúc, cấu tạo quặng. Các 
kết quả của nghiên cứu này là cơ sở giúp cho việc 
lựa chọn ph−ơng pháp tuyển tách Mn ra khỏi các 
tạp chất đi kèm. 
ii. KHáI QUáT Về ĐặC ĐIểM ĐịA CHấT 
Mỏ mangan Tốc Tát thuộc địa phận hai xã Quang 
Trung và Tri Ph−ơng, huyện Trà Lĩnh, tỉnh Cao Bằng ; 
cách trung tâm thị xã Cao Bằng 55 km về phía đông bắc. 
Tọa độ địa lý mỏ : vỹ độ bắc 22o48'56"-22o51'16", 
kinh độ đông : 106o23'30"-106o26'26". 
Vùng mỏ Tốc Tát thuộc phần tây bắc của một 
nếp uốn lớn, kéo dài từ biên giới Việt - Trung tới 
tỉnh Cao Bằng. Có hai nếp uốn thứ sinh dạng bậc 
thang nổi bật trong vùng (một nếp lõm và một nếp 
lồi) từ tây bắc sang đông nam, hội tụ theo h−ớng tây 
bắc và mở rộng ra h−ớng đông nam. Mỏ mangan Tốc 
Tát thuộc vào phần cuối tây bắc của nếp lõm Tốc 
Tát - Bằng Ca, thuộc bồn trầm tích mangan Hạ 
Lang (hình 1). Khu vực Tốc Tát bị một đứt gẫy 
kiến tạo lớn cắt dọc theo trục cấu trúc, phân chia 
vùng thành hai phần bắc và nam [2]. 
Trầm tích Hạ Lang bao gồm phần d−ới là các 
trầm tích tuổi Devon và phần trên là các trầm tích 
carbonat [5]. Theo phân chia của I. Varensov [16- 
18], các thành tạo chứa mangan bồn Hạ Lang là 
thành tạo dolomit - đá vôi. 
Vùng Tốc Tát đ−ợc lấp đầy chủ yếu bởi các đá 
vôi thuộc hệ tầng Tốc Tát (D3-C1 tt), bao gồm hai 
phụ hệ tầng, đ−ợc mô tả chi tiết trong các văn liệu 
[6, 8, 13]. Phụ hệ tầng d−ới (D3-C1 tt1) bao gồm đá 
vôi phân lớp dầy, xám sáng ; đá vôi sọc dải sặc sỡ, 
xám đen, xám xanh ; đá vôi sọc dải phân lớp mỏng 
đến trung bình ; chứa các lớp mỏng mangan không 
có giá trị công nghiệp ; chứa hóa thạch răng nón 
(conodonts) ; dầy 30-320 m. Phụ hệ tầng trên (D3-
C1 tt2) bao gồm các đá vôi, đá vôi silic mầu xám, 
xám sáng, xám đen, đá vôi phân dải, phân lớp mỏng 
đến dầy ; chứa các lớp quặng mangan dầy 0,15-3,0 m ; 
chứa hóa thạch tay cuộn (brachiopods), trùng lỗ (fora-
minifera) và răng nón ; dầy 50-110 m. Tổng chiều
 309
Tốc Tỏt
Lũng Luụng
Bản Khương
Bằng Ca
HẠ LANG
Trầm tớch Đệ Tứ
Trầm tớch silicat Devon muộn
Trầm tớch silicat Devon giữa
Trầm tớch chứa than Devon muộn
Trầm tớch đỏ vụi Devon giữa
Diabas
Đứt góy
giả định
Nếp lừm Nếp lồi Quặng Mn Quặng Mn oxi húa
Đứt góy
dầy hệ tầng khoảng 80-330 m.
Dựa vào các nghiên cứu về quan 
hệ địa tầng và hóa thạch, hệ tầng
Tốc Tát đ−ợc xác định tuổi Famen
thuộc Devon muộn và Tournais
thuộc Carbon sớm [13]. 
Nh− vậy, quặng hóa man-gan 
nguyên sinh của mỏ Tốc Tát có
nguồn gốc trầm tích hóa học
biển nông, thuộc hệ tầng Tốc Tát 
và có tuổi D3fm- C1t. Các lớp 
quặng mangan chủ yếu tập trung
ở vùng rìa các nếp lõm hoặc các
điểm nối giữa chúng (hình 1). 
iii. PHƯƠNG PHáP 
PHÂN TíCH 
Các mẫu nghiên cứu thu thập 
từ các vỉa quặng chứa mangan 
và quặng đã đ−ợc khai thác tại mỏ
Tốc Tát. Các mẫu quặng nguyên 
khai (mẫu chung) đ−ợc nghiền
nhỏ để phân tích nhiễu xạ tia X
(XRD), vi dò điện tử (EMP),
quang phổ hấp thụ nguyên tử
(AAS), cảm ứng quang phổ plas- 
 Hình 1. Sơ đồ địa chất bồn Mn Hạ Lang [20] 
ma (ICP-MS) ; các mẫu quặng chọn riêng đ−ợc 
mài mẫu lát mỏng để phân tích bằng kính hiển vi 
điện tử (EMS), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và 
EMP tại Tr−ờng Đại học Tổng hợp Freiburg, CHLB 
Đức. Mẫu nguyên khai cũng đ−ợc phân tích thành 
phần hóa học tại Đại học Tổng hợp British Columbia, 
Vancouver, Canada. 
Phân tích XRD tiến hành trên máy Bruker AXS 
D8 Advance sử dụng bức xạ CuKα. Các thông số 
cài đặt cho phân tích bao gồm hiệu điện thế 40 kV, 
dòng điện 35 mA, b−ớc nhẩy 0,02o2Θ, thời gian 
ng−ng 3 giây, phạm vi quét 5-60o2Θ. Nhằm định 
l−ợng thành phần khoáng vật, các biểu đồ nhiễu xạ 
tia X đ−ợc phân tích bằng phần mềm GSAS của 
A.C. Larson & R.B. von Dreele [7]. 
Phân tích EMP sử dụng máy CAMECA SX100 
bằng ph−ơng pháp phân tán sóng, từ kết quả này có 
thể tính công thức khoáng vật, trong đó apatit, bixbyit, 
hausmannit, hematit, hollandit, jacobsit, manganit, 
magnetit, pyrolusit và thạch anh đ−ợc tính toán với 
số oxy hóa t−ơng ứng là 26+, 6+, 8+, 6+, 32+, 8+, 
3+, 8+, 4+ và 4+. Đối với ph−ơng pháp tính H2O 
cho hollandit, số OH đ−ợc tính t−ơng ứng với [Na 
+ K + 2 ì (Ca + Ba)], sau đó chuyển sang dạng H2O 
và chia cho nguyên tử khối để đ−ợc số phần trăm 
H2O. Đối với H2O, số OH đ−ợc tính bằng [3 ì (Si + 
Al + Fe + Ba + Ca + Na + K)], sau đó tính t−ơng tự 
nh− trên [12]. Một số công thức khoáng vật điển 
hình hoặc trung bình đ−ợc thể hiện trong bảng 1. 
Các nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét 
(SEM) tiến hành trên hệ thống Zeiss LEO 1525 với 
thế gia tốc 5 kV. 
Thành phần hóa học của quặng mangan Tốc Tát 
phân tích bằng hệ thống máy AAS Analytik Jena, 
Vario 6 bằng ph−ơng pháp Luft-C2H2-Flamme/50 
mm/IS5 và bằng ICP 90A - Na2O2 nung chẩy đối 
với mẫu rắn và ICP 80T - hydrogeochem multiele-
ment ICP-OSE đối với mẫu dung dịch. 
iv. ĐặC ĐIểM ĐịA HóA - KHOáNG VậT 
QUặNG MANGAN 
1. Thành phần hóa học quặng nguyên khai 
Trong nghiên cứu của Lê Thạc Xinh, thành phần 
hóa học trung bình của toàn mỏ nh− sau : Mn = 30 %, 
 310 
Fe = 6,38 %, SiO2 = 22,79 %, P = 0,22 % [19]. 
Nghiên cứu này đã phân tích thành phần hóa học 
của quặng nguyên khai nh− trong bảng 2. Nguyên 
tố Mn chiếm tới hơn 41 %, là nguyên tố phổ biến 
nhất ; tiếp sau là Fe từ cả các khoáng vật của Fe, các 
khoáng vật chứa Mn và Fe và dạng thay thế đồng 
hình trong các khoáng vật của Mn. Ca, Ba, và K là 
các nguyên tố kiềm chiếm hàm l−ợng cao trong 
thành phần quặng nguyên khai và cần loại bỏ trong 
quá trình chế biến Mn tinh khiết. Ca tồn tại trong 
khoáng vật calcit - là một khoáng vật mạch phổ 
biến trong quặng Tốc Tát, trong khi đó K và Ba tồn 
tại chủ yếu trong các khoáng vật hollandit - một 
khoáng vật quặng mangan phổ biến và feldspar. 
Bảng 1. Kết quả phân tích EMP điển hình và công thức khoáng vật mỏ mangan Tốc Tát 
K
ho
án
g 
vậ
t 
Py
ro
lu
si
t 
H
ol
la
nd
it
M
an
ga
ni
t 
Ja
co
bs
it
B
ix
by
it
H
au
sm
an
it 
H
em
at
it 
M
ag
ne
ti
t 
G
oe
th
it 
T
hạ
ch
 a
nh
C
al
ci
t 
A
pa
tit
Fe
ld
sp
ar
 Phần trăm khối l−ợng 
Na2O 0,06 0,30 0,33 <0,01 0,02 0,02 0,1 0,04 0,03 0,01 0,01 0,29 0,12 
K2O 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 
SiO2 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 
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 
Al2O3 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 
Fe2O3 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 
FeO - - - - - - - 33,80 - - - - - 
MnO2 96,92 77,76 - - - - - - - 0,83 0,17 1,82 0,87 
Mn2O3 - - 87,14 - 56,11 67,02 1,04 0,80 7,00 - - - - 
MnO - 5,29 - 31,59 - 31,50 - - - - - - - 
MgO 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 
CaO 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 
BaO 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 
SrO 0,06 0,57 0,35 0,08 - - - 0,02 0,12 - 0,01 - <0,01 
P2O5 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 
H2O - - 4,17 - - - - 0,00 10,12 - - - - 
CO2 - - - - - - - - - - 39,86 - - 
Tổng 99,9 98,8 100 101 97,6 101 102 100 97,0 99,4 100 101 99,9 
 Số cation chuẩn theo số oxy hóa 
Na+ 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 
K+ 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 
Si4+ 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 
Ti4+ 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 
Al3+ 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 
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+* - - - - - - - 1,069 - - - - - 
Mn4+ 0,982 7,123 - - - - - - - 0,006 0,002 0,106 0,031 
Mn3+ * - - 0,945 - 1,166 1,913 0,02 0,021 0,079 - - - - 
Mn2+ - 0,597 - 1,018 - 1,001 - - - - - - - 
Mg2+ 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 
Ca2+ 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 
Bảng 2. Thành phần hóa học quặng Mn nguyên khai mỏ Tốc Tát
Thành phần Al Ba Ca Co Cr Cu Fe K Mg Mn Na Sr Ti Zn 
Khối l−ợng 
(%) 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 
 311
2. Thành phần và đặc điểm khoáng vật 
Thành phần khoáng vật mỏ Tốc Tát rất phong 
phú. Các khoáng vật phổ biến nhất bao gồm pyrolusit, 
manganit, và hollandit ; ít phổ biến hơn là jacobsit, 
bixbyit, braunit và hausmannit. Bên cạnh đó, hematit 
và magnetit là các khoáng vật sắt xuất hiện với hàm 
l−ợng đáng kể. Các khoáng vật mạch đáng chú ý gồm 
thạch anh, calcit, feldspar và apatit. Hình 2 thể hiện 
biểu đồ nhiễu xạ tia X mẫu quặng nguyên khai, cho 
thấy rất rõ sự có mặt của các khoáng vật pyrolusit, 
hollandit, jacobsit, bixbyit, hematit, thạch anh, calcit. 
Các khoáng vật khác do có sự trùng các đỉnh nhiễu 
xạ (manganit) hay hàm l−ợng nhỏ (haus-mannit, 
braunit) nên không thể hiện rõ trên biểu đồ XRD. 
Các khoáng vật quặng mangan thể hiện cả kiến 
trúc kết tinh từ dung dịch keo và từ dung dịch thật 
Hình 2. Giản đồ nhiễu xạ tia X quặng Mn nguyên khai mỏ Tốc Tát 
Ghi chú : P - pyrolusit, Ho - hollandit, J - jacobsit, B - bixbyit, Hm - hematit, Q - thạch anh, C - calcit 
(ảnh 1 và 2). Quặng kết tinh từ dung dịch keo bao 
gồm dạng phân tán và dạng hạt đậu, trong khi đó 
quặng kết tinh từ dung dịch thật có nhiều dạng kiến 
trúc khác nhau bao gồm các tinh thể tự hình, không 
tự hình có kích th−ớc từ nhỏ đến lớn, cũng nh− các 
tinh thể hình kim. 
Các kết quả nghiên cứu khoáng vật học, đặc biệt 
là các số liệu phân tích EMP và các hình ảnh thu 
đ−ợc chỉ ra các hoạt động kiến tạo xẩy ra sau giai 
đoạn thành tạo quặng làm phức tạp cấu trúc quặng 
và đá gốc trong mỏ mangan Tốc Tát. Các cấu trúc 
cà nát, tập hợp, phân tán, biến đổi và mọc xen giữa 
các khoáng vật quặng cũng nh− giữa các khoáng vật 
quặng và khoáng vật mạch có thể quan sát đ−ợc 
trong hầu hết các mẫu quặng. Cả ở quy mô lớn và 
rất nhỏ đều xuất hiện kiến trúc mọc xen giữa các 
khoáng vật mangan và khoáng vật mạch nên đây là 
một yếu tố rất quan trọng liên quan đến công nghệ 
tuyển khoáng đối với quặng mangan Tốc Tát. 
a) Pyrolusit [MnO2] 
Pyrolusit là khoáng vật quặng mangan phổ biến 
trong mỏ Tốc Tát và thể hiện rất rõ trong các kết quả 
phân tích (hình 2, bảng 1). Quan sát các mẫu quặng 
thô và các hình ảnh EMP, pyrolusit thể hiện cả kiến 
trúc keo và kiến trúc tinh thể (ảnh 1 và 2). Phân bố 
khoáng vật pyrolusit cũng đa dạng trong các mẫu 
khác nhau bao gồm các hạt "độc lập" kích th−ớc lớn 
trong quặng cấu tạo đặc sít (ảnh 1B), hoặc trong các 
mạch nhỏ và hạt nhỏ, phân tán cùng các khoáng 
vật manganit, braunit, bixbyit, hematit, thạch anh, 
calcit và apatit trong các quặng mangan dạng mạch 
(ảnh 1C, ảnh 2A, B). 
Pyrolusit mỏ Tốc Tát phổ biến dạng bó sợi, tinh 
thể hình kim, phân bố chặt chẽ với calcit (ảnh 1B, 
ảnh 2D, F) và các tinh thể t−ơng đối tự hình, thể 
hiện rất rõ cát khai đặc tr−ng, đi cùng hollandit (ảnh 
2C, E). Các tập hợp hạt lớn của pyrolusit th−ờng đi 
kèm với vi tinh thể dạng sợi của hollandit phân tán 
trong pyrolusit hoặc các khoáng vật mạch (ảnh 4D). 
Hình ảnh phân bố nguyên tố (ảnh 3) cũng chứng tỏ 
mối quan hệ này và chứng tỏ pyrolusit chứa không 
đáng kể Fe. Tuy nhiên, trong thành phần quặng man-
gan Tốc Tát, pyrolusit th−ờng đi kèm hoặc chứa các 
hạt nhỏ các khoáng vật giầu sắt nh− bixbyit, jacobsit 
và hematit (ảnh 2A, B, E, F). 
 312 
ảnh 1. Quặng nguyên khai Mn mỏ Tốc Tát 
Ghi chú : A - mẫu TocTat 2, B - mẫu TocTat 7, C - mẫu TocTat 4, D - mẫu TocTat 8. Ký hiệu : M - 
manganit, P - pyrolusit, C - calcit, Ho - hollandit, J - jacobsit, Br - braunit, Hm - hematit, G - goethit 
Trong các oxit mangan, pyrolusit là dạng tồn tại 
với số oxy hóa của mangan cao nhất (4+). D−ới tác 
động của các quá trình địa chất, pyrolusit có thể bị 
biến đổi thành các khoáng vật mangan khác và ng−ợc 
lại, các khoáng vật khác cũng có thể bị biến đổi tạo 
thành pyrolusit. J.H. Rask & P.R. Buseck [11] đã chỉ 
ra mối quan hệ hình thành giữa pyrolusit và manganit 
nh− sau : manganit (nguyên sinh) → pyrolusit (thứ 
sinh) → manganit (thứ sinh). Sự hình thành pyrolusit 
và làm giầu thứ sinh là một yếu tố thuận lợi cho việc 
thu đ−ợc quặng với hàm l−ợng mangan cao. 
b) Hollandit [BaMn8O16.H2O] 
Hollandit thuộc nhóm cryptomelan với công thức 
chung là AxMn8O16.H2O (x < 2) trong đó A là các 
ion th−ờng là Ba, Cs, Rb và K ở vị trí khoang dạng 
ống trong cấu trúc tinh thể [10, 3]. Trong thành phần 
quặng mangan Tốc Tát, vị trí A bao gồm chủ yếu 
Ba và K. Trong nhiều tài liệu tr−ớc đây, quặng 
mangan Tốc Tát th−ờng đ−ợc mô tả chứa khoáng 
vật psilomelan [2, 4, 14], nh−ng từ các kết quả 
phân tích chi tiết dạng điểm trong nghiên cứu này, 
không tìm thấy khoáng vật có công thức của psilo-
melan [(Ba,H2O)2Mn5O10]. 
Hollandit Tốc Tát th−ờng đi kèm với pyrolusit 
và manganit cũng nh− các khoáng vật mạch khác 
(ảnh 1C và ảnh 2C, D). Khoáng vật này th−ờng có 
cấu tạo tập hợp tinh thể dạng tóc, thành tạo muộn 
hơn so với pyrolusit và là khoáng vật biến đổi thứ 
sinh từ quá trình phong hóa, không chỉ lấp đầy các 
khe nứt của pyrolusit mà còn mọc xen bên trong 
các tinh thể pyrolusit, hoặc bao quanh các tinh thể 
pyrolusit tự hình (ảnh 2C, D). Hình ảnh phân bố 
nguyên tố (ảnh 3) cho thấy một ví dụ điển hình về 
quá trình biến đổi thứ sinh, trong đó pyrolusit bị 
phong hóa thành hollandit. 
Kết quả phân tích EMP và hình ảnh phân bố 
nguyên tố chứng tỏ hollandit th−ờng chứa một 
l−ợng nhỏ Fe, thay thể cho Mn2+ cũng nh− các 
nguyên tố kiềm nh− Ba và K (bảng 1, ảnh 3 và xem 
thêm [1]). 
ba 
c d
 313
ảnh 2. Quặng Mn Tốc Tát d−ới kính vi dò điện tử (EMP) 
Ghi chú : A - mẫu P.1, B - mẫu N7.2, C - mẫu TocTat 5.3, D - mẫu TocTat 1.1, E - mẫu TocTat 3.B, 
F - mẫu TocTat 1.D. Ký hiệu : P - pyrolusit, M - manganit, B - bixbyit, Ho - hollandit, Hm - hematit, 
Br - braunit, J - jacobsit, A - apatit, C - calcit, Q - thạch anh 
Trong quặng mangan phong hóa của mỏ Tốc 
Tát, các khoáng vật thể hiện quá trình phong hóa 
không hoàn toàn, chẳng hạn hollandit đi cùng với 
goethit và birnessit - sản phẩm của quá trình phong 
hóa - cũng nh− khoáng vật nguyên sinh giầu sắt là 
jacobsit (ảnh 1D). 
Dựa vào thành phần khối l−ợng sắt và H2O, 
Nanbu & Tanida đã phân ra hai loại hollandit - loại 
chứa n−ớc và loại khan (xem thêm [9]). Từ kết quả 
phân tích đối với quặng mangan mỏ Tốc Tát, có 
thể thấy hollandit thuộc loại hollandit chứa n−ớc 
với khoảng hơn 1 % H2O và d−ới 1 % sắt. 
ba 
c d
e f 
 314 
 1 
ảnh 3. Phân bố nguyên tố trong quặng Mn bằng phân tích vi dò điện tử (EMP) 
Ghi chú : 1 - mẫu TốcTát 1, Mn - ảnh phân bố mangan, K - ảnh phân bố kali, Ba - ảnh phân bố bari 
Ký hiệu : P - pyrolusit, Ho - hollandit 
c) Manganit [MnOOH] 
Kết quả phân tích EMP cho thấy manganit chiếm 
hàm l−ợng đáng kể trong thành phần quặng mangan 
Tốc Tát ; tuy nhiên các đỉnh nhiễu xạ X-ray của 
manganit không quan sát rõ vì hầu hết chúng đều 
trùng với các đỉnh nhiễu xạ của pyrolusit và hollandit. 
Manganit mỏ Tốc Tát th−ờng tồn tại d−ới dạng tập 
hợp hạt đặc sít, cấu tạo vỏ cùi (ảnh 1A). Bằng các 
nghiên cứu EMP và EMS, có thể quan sát rất rõ 
kiến trúc của manganit d−ới dạng các tinh thế với 
thiết diện hình lăng trụ hoàn hảo (kích th−ớc khoảng 
0,01 - 1 mm) và dạng khung x−ơng với kích th−ớc 
nhỏ bên trong các khoáng vật khác [1]. 
Manganit th−ờng đi kèm chặt chẽ với pyrolusit, 
lấp đầy các khe hở giữa pyrolusit hoặc pyrolusit 
với các khoáng vật khác (ảnh 2A) ; đi kèm với 
pyrolusit, bixbyit, jacobsit, hematit và calcit (ảnh 
1A, C và 2A). Với số oxy hóa 3+, manganit có thể 
đ−ợc hình thành bởi quá trình phong hóa, do đó 
trong các mẫu quặng phong hóa có thể xác định 
đ−ợc manganit hình thành ở không gian giữa các 
khoáng vật braunit và jacobsit và trong tập hợp với 
các khoáng vật pyrolusit và hollandit (ảnh 1C). 
Theo kết quả phân tích EMP, thành phần hóa 
học của manganit đ−ợc xác định và trình bầy trong 
bảng 1. Một số điểm phân tích cho thấy sự có mặt 
của Fe, là nguyên tố thay thế đồng hình cho Mn, 
trong khi đó một số điểm phân tích khác cho thấy 
manganit có thành phần t−ơng đối tinh khiết [1]. 
d) Jacobsit [(Mn+2,Fe+2, Mg)( Mn+3,Fe+3)2O4] 
Cùng với các khoáng vật mangan nghèo sắt, 
quặng mangan Tốc Tát cũng chứa các khoáng vật 
mangan giầu sắt, trong đó có jacobsit. Thành phần 
hóa học jacobsit Tốc Tát đ−ợc thể hiện trong bảng 1. 
Theo công thức lý thuyết, thay thế đồng hình cho 
Fe3+ có thể là Mn3+, tuy nhiên trong jacobsit Tốc 
Tát, thành phần này không đáng kể. Ng−ợc lại, các 
kết quả phân tích đối với mẫu quặng vùng mỏ Tốc 
Tát cho thấy Mg2+ th−ờng thay thế đồng hình cho 
Mn1 
K Ba
 315
Mn2+ (bảng 1 và [1]). Trong biểu đồ XRD (hình 2), 
sự có mặt của jacobsit cũng đ−ợc thể hiện rất rõ. 
Các hạt jacobsit th−ờng có kích cỡ khá nhỏ. 
Trong quặng nguyên sinh, jacobsit th−ờng tổ hợp 
với pyrolusit, magnetit và hematit và có cấu tạo dải. 
Đặc biệt, các hạt jacobsit dạng sao bắt gặp phân 
tán trong các tinh thể pyrolusit tự hình (ảnh 2E). 
Hơn nữa, dựa vào kết quả phân tích EMP có thể 
thấy jacobsit mọc xen chặt chẽ với manganit khung 
x−ơng, trong đó các hạt jacobsit phân bố xung quanh 
hạt manganit và giữa các khoáng vật này hoặc giữa 
các khoáng vật mạch [1]. Trong mẫu quặng phong 
hóa, khoáng vật này đi kèm với hollandit, birnessit 
và goethit (ảnh 1D). 
đ) Bixbyit [(Mn,Fe)2O3] 
Bixbyit là một khoáng vật đặc tr−ng cho quá 
trình phong hóa giữa các khoáng vật mangan và 
khoáng vật sắt. Các đỉnh nhiễu xạ đặc tr−ng cho 
bixbyit cũng quan sát thấy rất rõ trong biểu đồ XRD 
quặng Tốc Tát (hình 2). Bixbyit Tốc Tát chứa một 
l−ợng đáng kể Fe3+ trong thành phần hóa học của 
chúng, trong một số tr−ờng hợp Fe3+ có thể thay 
thể hơn 50 % Mn [1]. Các thành phần nguyên tố 
khác nh− K, Ba, Ca, Mg, Al cũng có mặt và có khi 
đạt tới vài phần trăm khối l−ợng trong các hạt nhỏ 
bixbyit (bảng 1 và [1]). Bixbyit th−ờng kết tinh ở 
dạng hạt nhỏ, tổ hợp hoặc phân tán trong các khoáng 
vật mangan khác cũng nh− các khoáng vật mạch và 
không thể phân biệt với các khoáng vật mangan 
khác bằng mắt th−ờng (ảnh 2A, B). 
e) Hausmannit [Mn2+Mn3+2O4] 
Hausmannit chiếm một l−ợng nhỏ trong thành 
phần quặng mangan mỏ Tốc Tát và không quan sát 
rõ sự có mặt trong biểu đồ XRD. Tuy nhiên, nhiều 
hạt nhỏ hausmannit đ−ợc thấy bằng phân tích EMP 
(bảng 1 và [1]). Hausmannit phân bố chủ yếu trong 
các quặng dạng mạch nhỏ ; trong một số tr−ờng hợp, 
có thể gặp kiến trúc tinh thể của hausmannit mọc 
xen với đá vây quanh. Hausmannit cũng tồn tại dạng 
cấu trúc nhũ t−ơng hoặc sao nhỏ trong pyrolusit. 
Các hạt hausmannit th−ờng nhỏ và rất khó phân biệt 
ranh giới với các khoáng vật khác. 
f) Braunit [Mn2+Mn3+6SiO12] 
Khoáng vật braunit cũng không phổ biến trong 
quặng vùng mỏ Tốc Tát, do vậy mà các đỉnh nhiễu 
xạ không thể hiện rõ trong biểu đồ XRD của mẫu 
nguyên khai, nh−ng thể hiện rõ trong biểu đồ XRD 
của mẫu đã phân chia (ảnh 1D và [1]). Phân tích 
EMP tìm thấy các hạt nhỏ braunit đi cùng với 
pyrolusit và bixbyit (ảnh 2B). 
Theo [2], braunit là khoáng vật nguyên sinh. 
Khoáng vật này xuất hiện với nhiều cấu trúc khác 
nhau ở mỏ Tốc Tát nh− dạng tập hợp, kiến trúc dải, 
tinh thể hoặc mạch ngang. Kích th−ớc hạt khoáng 
vật braunit vào khoảng 0,002 - 0,3 mm. Do ảnh 
h−ởng của các quá trình địa chất, braunit đ−ợc thay 
thế bởi các khoáng vật thứ sinh khác, chẳng hạn nh− 
psilomelan và pyrolusit. 
g) Hematit [Fe2O3], magnetit [Fe3O4], goethit 
[FeOOH] 
Trong số các khoáng vật chứa Fe của mỏ Tốc 
Tát, hematit là khoáng vật phổ biến nhất. Sự có mặt 
của khoáng vật này thể hiện rất rõ trong biểu đồ 
XRD (hình 2) và phân tích EMP (bảng 1). Trong 
thành phần hóa học của hematit, thành phần oxid 
Mn th−ờng còn lại khoảng 1 - 3 %. Theo [2], các 
tinh thể hematit đi cùng các khoáng vật mangan 
th−ờng có dạng kim và phiến mỏng với kích th−ớc 
0,01 - 0,1 mm. Bằng phân tích EMP, nghiên cứu 
này không những tìm thấy các kiến trúc nói trên 
của hematit mà còn quan sát thấy kiến trúc dạng 
hạt của hematit (ảnh 2F). 
Mặc dù không phổ biến nh− hematit, nh−ng 
magnetit và goethit cũng th−ờng tìm thấy trong các 
mẫu quặng Tốc Tát, đặc biệt trong các mẫu đã phân 
chia (ảnh 1C, D). Magnetit th−ờng tổ hợp với hematit, 
jacobsit, bixbyit và pyrolusit và có kiến trúc hạt. 
Goethit là khoáng vật thứ sinh, sản phẩm của 
quá trình phong hóa. Trong quặng Tốc Tát, goethit 
có kiến trúc keo, lấp đầy khoảng trống và khe nứt 
giữa các khoáng vật cũng nh− giữa ranh giới các 
khoáng vật với nhau. 
h) Thạch anh [SiO2], calcit [CaCO3], apatit 
[Ca5PO4], vμ feldspar [KAlSi3O8] 
Trong các khoáng vật mạch đi kèm trong quặng 
mangan vùng mỏ Tốc Tát, thạch anh và calcit là 
hai khoáng vật chiếm thành phần chủ yếu và thể 
hiện rõ sự có mặt trong biểu đồ XRD (hình 2) ; thứ 
yếu là apatit và feldspar. Trong hầu hết các mẫu 
quặng mangan, thạch anh và calcit th−ờng đi kèm 
nhau. Các hạt nhỏ thạch anh thể hiện kiến trúc tái 
kết tinh. Giữa các tập hợp calcit, các hạt khoáng 
vật thạch anh cũng đ−ợc tìm thấy. Apatit và feldspar 
cũng tồn tại ở dạng hạt nhỏ, rải rác trong các khoáng 
vật mangan cũng nh− các khoáng vật khác. 
 316 
KếT LUậN 
Đặc điểm địa hóa - khoáng vật quặng mangan 
vùng mỏ Tốc Tát phản ánh sắc nét nguồn gốc trầm 
tích hóa học biển nông của mỏ và ảnh h−ởng của các 
hoạt động địa chất xuất hiện sau quá trình hình thành 
quặng. Quá trình uốn nếp và đứt gẫy làm phức tạp hóa 
cấu tạo các lớp chứa quặng ; quá trình phong hóa ở 
điều kiện khí hậu cận nhiệt đới ẩm làm giầu mangan 
cũng nh− hình thành các khoáng vật thứ sinh khác, 
do đó thành phần quặng Tốc Tát khá phức tạp. 
Các khoáng vật mangan mỏ Tốc Tát bao gồm 
pyrolusit, hollandit, manganit, bixbyit, hausmannit, 
braunit và các khoáng vật mangan giầu sắt nh− jaco-
bsit ; các khoáng vật của sắt nh− hematit, magnetit, 
goethit ; các khoáng vật mạch bao gồm calcit, thạch 
anh và l−ợng nhỏ các khoáng vật apatit và feldspar. 
Sự mọc xen giữa các khoáng vật mangan với nhau 
cũng nh− giữa các khoáng vật mangan, các khoáng 
vật chứa sắt và các khoáng vật mạch rất phức tạp 
và ở cả cấp độ vi cấu trúc. 
Dựa vào các đặc điểm nói trên của quặng mangan 
Tốc Tát, cần lựa chọn ph−ơng pháp tuyển khoáng hiệu 
quả để nâng cao chất l−ợng quặng. Chẳng hạn, để 
thu đ−ợc hiệu suất cao trong quá trình tinh chế, 
quặng nguyên khai phải đ−ợc nghiền nhỏ đến cỡ 
hạt mà các pha khoáng vật mangan có thể tách ra 
khỏi các khoáng vật mạch. Nghiên cứu này đề xuất 
ph−ơng pháp tốt nhất để sản xuất quặng mangan 
vùng Đông Bắc Việt Nam nhằm đạt sản phẩm mangan 
tinh khiết có chất l−ợng cao là ph−ơng pháp hóa 
học, bởi quặng mangan Tốc Tát chứa các khoáng 
vật có các tính chất vật lý t−ơng tự nhau và cấu trúc 
quặng phức tạp. 
Tài liệu dẫn 
[1] Đào Duy Anh, 2009 : Research of technology 
of manganese ore processing to produce high quality 
emd from Vietnam manganese ore. Dissertation - 
Albert-Ludwigs-University of Freiburg, Germany. 
[2] Đặng Ca, 1972 : Thăm dò tỉ mỉ mỏ mangan 
Tốc Tát, Cao Bằng. Báo cáo l−u trữ Cục Địa chất 
và Khoáng sản Việt Nam, M. 9. 
[3] W.H. Cheary, 1987 : A structural analysis 
of potasium, Rubidium and Caesium Substitution 
in Barium Hollandite. Acta Cryst. B43, 28-34. 
[4] Nguyễn Quang Chính, 2000 : Đánh giá 
quặng mangan vùng Trùng Khánh và Hạ Lang. 
Báo cáo l−u trữ Cục Địa chất và Khoáng sản Việt 
Nam, M. 24. 
[5] A.E. Dovjikov, Bùi Phú Mỹ, E.D. Vasi-
levskaia, A.I. Jamoida, G.V. Ivanov, E.P. 
Izok, Lê Đình Hữu, A.M. Mareitrev, Nguyễn 
Văn Chiển, Nguyễn Tr−ờng Tri, Trần Đức 
L−ơng, Phạm Văn Quang, Phạm Đình Long, 
1967 : Kiến tạo miền Bắc Việt Nam. Tạp chí Địa 
chất, 74, 1-5. 
[6] Nguyễn Đóa, Nguyễn Đình Hồng, 
1977 : Về vị trí và tuổi của tầng đá vôi chứa quặng 
mangan vùng đông bắc thị xã Cao Bằng. Tạp chí 
Sinh vật - Địa học, T. XV, 2, 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] Phạm Đình Long (chủ biên), 2001 : Địa 
chất và khoáng sản tờ Chinh Si - Long Tân, tỷ lệ 
1:200,000 (F-48-XI & F-48-XVII). Cục Địa chất 
và Khoáng sản Việt Nam. 
[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: 
mindat.org/index.php (truy cập ngày 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. 
USA. Applied Geochemistry, 8, 37-49. 
[13] Nguyen Cong Thuan, Do Van 
Thanh, Nguyen Van Tu, Nguyen Van 
Thuat, 2004 : Features of manganese-bearing 
stratigraphic units in Trung Khanh area (Cao Bang 
province). Jour. Geology, Series B, 24, 77-85. 
[14] Nguyễn Xuân Tiêu, 1972 : Tìm kiếm tỷ 
lệ 1:5000 khu nam mỏ mangan Tốc Tác, Cao Bằng. 
Báo cáo l−u trữ Cục Địa chất và Khoáng sản Việt 
Nam, M. 7. 
[15] Trần Văn Trị (chủ biên), 2000 : Tài 
nguyên khoáng sản Việt Nam. Cục Địa chất và 
Khoáng sản Việt Nam. 214 tr. 
 317
[16] I. Varensov, 1968 : Về những thành hệ 
chứa Mn chủ yếu nhất. Tạp chí Địa chất, 81-82, 
62-64. 
[17] I. Varensov, 1969a : Về những thành hệ 
chứa Mn chủ yếu nhất (tiếp theo). Tạp chí Địa chất, 
83-84, 59-66. 
[18] I. Varensov, 1969b : Về những thành hệ 
chứa Mn chủ yếu nhất (tiếp theo). Tạp chí Địa chất, 
85-86, 61-66. 
[19] Lê Thạc Xinh (chủ biên), 1988 : Địa chất 
và tài nguyên khoáng sản Việt Nam, tập 1. Tổng 
cục Mỏ - Địa chất. 
[20] United Nations publication,1990 : Atlas of 
mineral resources of the escape region. Vol. 6 - 
Vietnam. ISBN 92-1-119559-4. 
SUMMARY 
Geochemical-mineralogical characteristics of 
manganese ores in the Toc Tat area 
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 Tat area. 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. 
Ngày nhận bài : 8-3-2010 
 Viện Khoa học Vật liệu