Nghiên cứu biến tính khoáng diatomit phú yên làm phụ gia cho phân bón giải phóng chậm, phục vụ nông nghiệp bền vững

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

=======

PHẠM THỊ THƢỞNG

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH
KHOÁNG DIATOMIT PHÚ YÊN
LÀM PHỤ GIA CHO PHÂN BÓN GIẢI PHÓNG
CHẬM, PHỤC VỤ NÔNG NGHIỆP BỀN VỮNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2015


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

=======
PHẠM THỊ THƢỞNG

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH
KHOÁNG DIATOMIT PHÚ YÊN
LÀM PHỤ GIA CHO PHÂN BÓN GIẢI PHÓNG
CHẬM, PHỤC VỤ NÔNG NGHIỆP BỀN VỮNG
Chuyên ngành: Hóa học vô cơ
Mã số : 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. ĐÀO VĂN HOẰNG - PGS.TS. NGHIÊM XUÂN THUNG

Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS ĐÀO VĂN
HOẰNG và PGS.TS NGHIÊM XUÂN THUNG đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn
em hoàn thành bản luận văn này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo
trong bộ môn Hóa Vô Cơ - khoa Hóa Học - Trường đại học Khoa Học Tự Nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội cùng toàn thể các anh chị, các bạn trong phòng vật liệu
vô cơ và các anh chị trong phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc hóa dầu đã
động viên, khích lệ và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản luận văn này! Em xin
chân

thành

cảm

ơn!


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................ 2


1.1 .....................................................................................................................T

ổng quan về diatomit ........................................................................................ 2
1.1.1 ...................................................................................................................G
iới thiệu về diatomit ......................................................................................... 2
1.1.1.1 ................................................................................................................G
iới thiệu chung ............................................................................................... 2
1.1.1.2 ................................................................................................................T
hành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của diatomit .................................. 3
1.1.2 ...................................................................................................................Ứ
ng dụng của diatomit ...................................................................................... 5
1.1.2.1 ................................................................................................................T
rên thế giới ..................................................................................................... 5
1.1.2.2 ................................................................................................................T
ại Việt Nam .................................................................................................... 6
1.1.3 ...................................................................................................................T
ình hình khai thác và sử dụng diatomit ......................................................... 7
1.1.3.1. ...............................................................................................................T
rên thế giới .................................................................................................. 7
1.1.3.2. ...............................................................................................................T
ại Việt Nam ................................................................................................. 8
1.1.4 ...................................................................................................................S
ử dụng diatomit trong sản xuất phân bón nhả chậm .................................. 10
1.1.4.1 ................................................................................................................P
hân bón nhả chậm hay giải phóng có kiểm soát ......................................... 10
1.1.4.2 ................................................................................................................S
ử dụng diatomit trong sản xuất phân bón nhả chậm .................................... 13
1.2 .....................................................................................................................C
ông nghệ chế biến diatomit ............................................................................ 15


1.2.1 ...................................................................................................................P

hương pháp chế biến diatomit ...................................................................... 15
1.2.2 ...................................................................................................................C
ác phương pháp biến tính diatomit .............................................................. 16
1.2.2.1 ................................................................................................................B
iến tính diatomit bằng dung dịch axit .......................................................... 16
1.2.2.2 ................................................................................................................B
iến tính diatomit bằng dung dịch kiềm ........................................................ 18
1.2.2.3 ................................................................................................................B
iến tính diatomit bằng nhiệt độ .................................................................... 19
1.3 .....................................................................................................................M
ục tiêu và nội dung nghiên cứu ..................................................................... 21
1.3.1 ...................................................................................................................M
ục tiêu............................................................................................................. 21
1.3.2 ...................................................................................................................N
ội dung ........................................................................................................... 22

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM

23

2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ............................................................. 23
2.1.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ............................................................................. 23
2.1.2. Hóa chất......................................................................................................... 23
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................. 24
2.2.1. Nghiên cứu biến tính diatomit ....................................................................... 24
2.2.1.1. Nghiên cứu biến tính diatomit bằng dung dịch axit ..................................... 24
2.2.1.2. Biến tính diatomit bằng dung dịch axit và kiềm .......................................... 25
2.2.1.3. Biến tính diatomit bằng dung dịch kiềm và axit .......................................... 25
2.2.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn ......................................... 25
2.2.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung ................................................... 26

2.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của diatomit sau biến tính ......................... 26
2.2.2.1. Khả năng hấp phụ hơi nước ......................................................................... 26


2.2.2.2. Hấp phụ đối với nito..................................................................................... 26
2.2.2.3. Hấp phụ đối với photpho.............................................................................. 26
2.2.2.4. Hấp phụ đối với kali ..................................................................................... 27
2.2.3. Xây dựng quy trình sản xuất phân bón nhả chậm sử dụng diatomit
biến tính .......................................................................................................... 27
2.2.4. Khảo nghiệm đánh giá hiệu quả của sản phẩm phân bón .......................... 28
2.3. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng sản phẩm ........................................ 29
2.3.1. Phương pháp đánh giá chất lượng của diatomit .......................................... 29
2.3.1.1. Phương pháp SEM ....................................................................................... 29
2.3.1.2. Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt riêng vật liệu ........................ 30
2.3.1.3. Phương pháp phân tích nhiệt. ...................................................................... 30
2.3.2. Phương pháp đánh giá chất lượng của sản phẩm phân bón giải
phóng chậm .................................................................................................... 30
2.3.2.1. Phương pháp rửa trôi.................................................................................... 30
2.3.2.2. Phương pháp xác định hàm lượng N, P, K .................................................. 31

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 32
3.1......................................................................................................................T
hành phần hóa học của diatomit Phú Yên ................................................. 32
3.2......................................................................................................................N
ghiên cứu biến tính diatomit ....................................................................... 33
3.2.1. ..................................................................................................................N
ghiên cứu biến tính diatomit bằng dung dịch axit.......................................... 33
3.2.2. ..................................................................................................................N
ghiên cứu biến tính diatomit bằng dung dịch axit và kiềm ............................ 34
3.2.3. ..................................................................................................................N

ghiên cứu biến tính diatomit bằng dung dịch kiềm và axit ............................ 34
3.2.4. ..................................................................................................................N
ghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến biến tính diatomit ............................ 35


3.2.5. ..................................................................................................................N
ghiên cứu biến tính diatomit bằng nhiệt độ nung........................................... 36
3.3......................................................................................................................K
hảo sát khả năng hấp phụ của diatomit biến tính ..................................... 38
3.3.1. ..................................................................................................................K
hảo sát khả năng hấp phụ hơi nước ................................................................ 38
3.3.2. ..................................................................................................................K
hảo sát khả năng hấp phụ nitơ ........................................................................ 39
3.3.3. ..................................................................................................................K
hảo sát khả năng hấp phụ photpho ................................................................. 40
3.3.4. ..................................................................................................................K
hảo sát khả năng hấp phụ kali ........................................................................ 41
3.4......................................................................................................................K
ết quả phân tích mẫu diatomit biến tính .................................................... 42
3.4.1. ..................................................................................................................K
ết quả soi kính hiển vi điện tử quét (SEM) .................................................... 42
3.4.2. ..................................................................................................................K
ết quả chụp BET ............................................................................................. 44
3.4.3. ..................................................................................................................K
ết quả phân tích nhiệt ..................................................................................... 44
3.5......................................................................................................................K
ết quả đánh giá chất lƣợng sản phẩm phân bón giải phóng chậm .......... 46
3.5.1. ..................................................................................................................K
hảo sát rửa trôi nitơ ........................................................................................ 47
3.5.2. ..................................................................................................................K

hảo sát rửa trôi photpho.................................................................................. 48
3.5.3. ..................................................................................................................K
hảo sát rửa trôi kali ......................................................................................... 49


3.6............................................................................................................................ Đ
ề xuất quy trình sản xuất phân bón nhả chậm sử dụng
diatomit biến tính .......................................................................................... 50
3.7.

K
hảo nghiệm sản phẩm phân bón nhả chậm trên đối tƣợng
cây cam .......................................................................................................... 51

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 56


DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
A. ............................................................................................................ D
ANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Sản lượng diatomit trên thế giới trong 3 năm 2008 – 2010 ....................... 3
Bảng 1.2: Thống kê trữ lượng tài nguyên diatomit ở Việt Nam ................................ 8
Bảng 1.3: Thống kê trữ lượng tài nguyên diatomit ở Việt Nam ................................ 9
Bảng 1.4: Thành phần hóa học của diatomit Phú Yên ............................................. 15
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của các mẫu diatomit trước và sau khi
biến tính bằng axit .................................................................................... 17
Bảng 1.6: Thành phần hóa học của mẫu diatomit từ Hy Lạp ................................... 20
Bảng 1.7: Diện tích bề mặt riêng của các mẫu diatomit........................................... 21
Bảng 2.1: Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ........................................................................ 23

Bảng 2.2: Hóa chất ................................................................................................... 23
Bảng 2.3: Thành phần % khối lượng của diatomit Phú Yên. .................................. 24
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của diatomit Phú Yên ............................................. 32
Bảng 3.2: Thành phần hóa học của các mẫu diatomit thô và diatomit xử lý ........... 33
Bảng 3.3: Thành phần hóa học của mẫu diatomit biến tính bằng dung dịch
axit và kiềm ............................................................................................. 34
Bảng 3.4 : Thành phần hóa học của mẫu diatomit biến tính bằng dung dịch
kiềm và axit ............................................................................................. 35
Bảng 3.5: Thành phần hóa học của các mẫu diatomit và diatomit xử lý ................. 36
Bảng 3.6: Khả năng hấp phụ hơi nước của các mẫu DKA khi nung ở
các nhiệt độ khác nhau ............................................................................ 36
Bảng 3.7: Độ hấp phụ hơi nước của diatomit và diatomit biến tính ........................ 38
Bảng 3.8: Độ hấp phụ nito của diatomit biến tính.................................................... 39
Bảng 3.9: Độ hấp phụ photpho của diatomit biến tính ............................................. 40
Bảng 3.10: Độ hấp phụ kali của diatomit biến tính .................................................. 41
Bảng 3.11: Kết quả BET đặc trưng diện tích bề mặt riêng của diatomit


và diatomit biến tính............................................................................... 44
Bảng 3.12: Sự rửa trôi đạm của phân bón tự tổng hợp và phân bón thương mại .... 47
Bảng 3.13: Sự rửa trôi photpho của phân bón tự tổng hợp và phân bón
thương mại ........................................................................................... 48
Bảng 3.14: Sự rửa trôi kali của phân bón tự tổng hợp và phân bón thương mại ..... 49
Bảng 3.15: Thành phần nguyên liệu ban đầu ........................................................... 51
Bảng 3.16: Kết quả phân tích thành phần của phân bón NPK nhả chậm................. 51
Bảng 3.17: Ảnh hưởng của liều lượng phân PD đến tỷ lệ đậu quả ......................... 52
Bảng 3.18: Ảnh hưởng của liều lượng phân PD đến động thái rụng quả ............... 52
Bảng 3.19: Ảnh hưởng của liều lượng PD đến các yếu tố cấu thành
năng suất .............................................................................................. 53
Bảng 3.20: Ảnh hưởng của phân bón PD đến chất lượng quả cam

Cao phong, Hòa Bình ............................................................................................. 53

B. ............................................................................................................. D
ANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Khoáng sản diatomit Phú Yên ................................................................... 2
Hình 1.2: Đơn vị cấu trúc tứ diện diện (a) và mạng lưới cấu trúc
tứ diện (b) của SiO2 ................................................................................... 4
Hình 1.3: Ảnh SEM của các mẫu diatomit khai thác ở các vùng khác nhau ............. 5
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên tắc công nghệ chế biến quặng diatomit ............................. 16
Hình 1.5: Ảnh SEM của hai mẫu vật liệu trước và sau khi xử lý. ........................... 17
Hình 1.6 : Ảnh SEM của diatomit trước (a) và sau khi xử lý (b). ........................... 19
Hình 1.7: Hình ảnh SEM của các mẫu diatomit sau quá trình nung ........................ 20
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tạo viên phân bón NPK ................................................... 28
Hình 3.1: Kết quả X- ray của mẫu diatomit thô ....................................................... 32
Hình 3.2: Khả năng hấp phụ hơi nước của các mẫu DKA khi nung ở
các nhiệt độ khác nhau ............................................................................. 37
Hình 3.3 : Độ hấp phụ nito của diatomit biến tính .................................................. 39
Hình 3.4: Độ hấp phụ photpho của diatomit biến tính ............................................. 40


Hình 3.5: Độ hấp phụ kali của diatomit biến tính .................................................... 41
Hình 3.6: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt diatomit của mẫu D0 – chưa biến tính ........ 42
Hình 3.7: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt diatomit của
mẫu DAK – biến tính axit – kiềm ............................................................. 43
Hình 3.8: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt diatomit của
mẫu DKA – biến tính kiềm - axit. ............................................................. 43
Hình 3.9: Kết quả phân tích nhiệt mẫu diatomit thô ................................................ 45
Hình 3.10: Kết quả phân tích nhiệt mẫu diatomit axit – kiềm ................................. 45
Hình 3.11: Kết quả phân tích nhiệt mẫu diatomit kiềm – axit ............................... ..46
Hình 3.12: Sự rửa trôi đạm của phân bón tự tổng hợp và phân bón thương mại..... 47

Hình 3.13: Sự rửa trôi Photpho của phân bón tự tổng hợp
và phân bón thương mại ......................................................................... 49
Hình 3.14: Sự rửa trôi kali của phân bón tự tổng hợp và phân bón thương mại...... 50


DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

D0

Diatomit ban đầu

DA-K

Diatomit biến tính bằng axit - kiềm

DK-A

Diatomit biến tính kiềm - axit

N–P-K

Đạm – Lân - Kali

SEM

Scanning Electron Microscope

DTA

Differential thermal analysis

TG

Themorgravimetry

PD

Phân bón chứa diatomit


MỞ ĐẦU
Nông nghiệp là một ngành chủ chốt trong nền kinh tế của nước ta. Những
năm qua chất lượng và sản lượng nông sản ngày càng gia tăng, một phần không nhỏ
là nhờ vào việc cải tiến kỹ thuật thâm canh, giống cây trồng và phân bón. Sự ra đời
của phân bón nhả chậm là một bước tiến mới trong ngành nông nghiệp, tuy nhiên
giá thành còn tương đối cao. Vì vậy vấn đề nâng cao chất lượng phân bón và giảm
giá thành sản phẩm đang được chú trọng.
Khoáng sét tự nhiên là nguyên liệu gần gũi với cuộc sống của chúng ta.
Được sử dụng nhiều nhất, đa dạng nhất trong nghiên cứu khoa học và trong công
nghiệp là diatomit. Ở nước ta, diatomit được tìm thấy ở nhiều nơi: Phú Yên, Lâm
Đồng, Kon Tum, Bình Thuận…với trữ lượng khá lớn. Diatomit có cấu trúc rỗng
khung, có diện tích bề mặt lớn nên có khả năng hấp phụ tốt. Vì vậy, diatomit được
dùng chủ yếu làm chất hấp phụ trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp
lọc dầu, công nghiệp tinh chế nước, công nghiệp chế biến thực phẩm… Và đặc biệt
trong ngành nông nghiệp như: làm chất mang, phụ gia cho phân bón, ứng dụng làm
phân bón nhả chậm.
Nhờ khả năng hấp phụ tốt của diatomit nên bằng các phương pháp xử lý
khác nhau, người ta có thể thay đổi cấu trúc bề mặt của diatomit để thu được vật
liệu có khả năng hấp phụ tốt hơn bằng cách biến tính bởi axit, kiềm, nhiệt…Các vật
liệu này có kích thước lỗ xốp và diện tích bề mặt lớn hơn so với diatomit tự nhiên

nên có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Đặc biệt loại vật liệu này
có khả năng kéo dài thời gian giải phóng dinh dưỡng của phân bón trong nông
nghiệp.
Vì vậy, với những ưu điểm hơn hẳn về khả năng hấp phụ tôi chọn đề tài:
“Nghiên cứu biến tính khoáng diatomit Phú Yên làm phụ gia cho phân bón giải
phóng chậm, phục vụ nông nghiệp bền vững” nhằm nghiên cứu chế tạo ra vật liệu
mới có tính ưu việt, giá thành hạ, ứng dụng cao là vấn đề có ý nghĩa về mặt lý
thuyết cũng như thực tế, nhất là với nền nông nghiệp của nước ta hiện nay.

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về diatomit
1.1.1.Giới thiệu về diatomit
1.1.1.1.Giới thiệu chung
Diatomit là một loại khoáng sét tự nhiên, được hình thành từ sự tích tụ của
silica vô định hình, hoặc tàn tích của các loại tảo cát (Diatom) trong các vùng đầm
hồ hoặc tàn tích biển. Nó còn có tên gọi khác là Kizengua hay đất tảo silic. Diatomit
được tìm thấy đầu tiên vào năm 1837 khi khai khoáng ở những vùng đồi núi phía
bắc của vùng Haußelberg – Đức. Ở Đức, diatomit cũng được tìm thấy tại các vùng
như Altenschlirf và tại Klieken. Các mỏ diatomit có thể được tìm thấy ở trên các
vùng đồi núi, ở những tàn tích hoặc xung quanh các vùng hồ, các vùng ven biển.
Ngoài ra diatomit còn có thể tìm thấy ở các vùng sa mạc [2]. Tại Việt Nam,
diatomit được phát hiện, đánh giá tiềm năng, trữ lượng chủ yếu tại Kon Tum (Vinh
Quang, Thắng Lợi, Đắc Cấm), ở Phú Yên (Hòa Lộc – Tuy An, Cao nguyên Vân
Hòa) và ở Lâm Đồng (Đại Lào, Gia Hiệp), một số khu vực khác thuộc địa phận
Bình Thuận, dọc theo sông La Ngà diatomit cũng đã được phát hiện. Trong đó mỏ
diatomit ở Phú Yên với trữ lượng được dự báo khoảng hơn 60 triệu tấn [2].
Diatomit là loại khoáng vật rất dễ khai thác và xử lý, có giá trị sử dụng cao vì thế

đem lại hiệu quả kinh tế cho những vùng có loại khoáng sản này.

Hình 1.1: Khoáng sản diatomit Phú Yên [2]

2


1.1.1.2.Thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của diatomit
Diatomit còn có tên gọi là Kieselgühr hay đất tảo silic là một loại đá trầm tích.
Diatomit theo tiêu chuẩn thương mại chứa từ 63-95% silic oxit (SiO2.nH2O), ngoài
ra còn có một số oxit khác với hàm lượng nhỏ như oxit nhôm Al2O3, Fe2O3, CaO,
MgO, TiO2, Na2O ... tùy thuộc vào nguồn gốc của từng loại diatomit [2].
Diatomit có cấu trúc rất xốp, được hình thành từ các dạng silic vô định hình
hoặc từ hóa thạch của các loại tảo cát silic, đây là loại tảo đơn bào có lớp vỏ bao
bọc bằng silica. Cấu trúc xốp của khoáng phụ thuộc vào thành phần sắp xếp các loại
oxit trong khoáng, và các khung xương hóa thạch của các loại tảo silic. Thông
thường, ở các vùng khai thác khác nhau sẽ dẫn đến sự khác nhau về thành phần và
cấu trúc của diatomit.
Diatomit có thể tạo nên tập hợp hạt có độ xốp khá lớn chiếm 80 - 85% thể
tích, tỷ trọng thấp, khả năng hấp phụ cao, có tính trơ hoá học trong hầu hết các chất
khí và lỏng, tính dẫn nhiệt kém, điểm nóng chảy cao (từ 1000 – 17500C). Diatomit
có màu thay đổi từ trắng xám, vàng đến đỏ tùy thuộc vào thành phần các oxit chứa
trong chúng [1].
Bảng 1.1: Thành phần hóa học mẫu diatomit Phú Yên [1]
Thành phần hóa học (% khối lượng)

Sản phẩm
SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Thành phần
khác

Diatomit bột

63

19,2

8,3

2,2

3

4,3

Bằng các phương pháp phân tích hiện đại kết hợp với các phương pháp lý thuyết
đã làm sáng tỏ cấu trúc và bản chất của nguồn nguyên liệu diatomit Phú Yên: SiO2
là hàm lượng chủ yếu trong diatomit Phú Yên ở dạng opal vô định hình
(SiO2.nH2O). Ngoài ra trong diatomit còn chứa một lượng ít tạp chất oxit Fe, Al,
Mg, K, Na... Tuy nhiên vẫn có các khoáng thuộc họ kaolinit hay các tạp chất khác
trong đó. Cấu trúc bề mặt của diatomit được đặc trưng bởi các nhóm silanol và

siloxan với tần số dao động lần lượt 3697.4 cm-1 (hay 3622.9 cm-1) và 1102 cm1

3


(hoặc 1050cm1). Nhiều nghiên cứu sử dụng nguyên liệu này trong các lĩnh vực lọc
nước, hấp thụ, nguyên liệu hay làm phụ gia pozzolan trong sản xuất xi măng [6].

(a)

(b)

Hình 1.2: Đơn vị cấu trúc tứ diện diện (a) và mạng lƣới cấu trúc tứ diện (b) của
SiO2 [8]
Về phương diện hóa học, diatomit chủ yếu là axit silixic, một loại vật liệu gần
như trơ đối với tác dụng của hóa học.
Về phương diện vật lý, diatomit có thể tạo nên tập hợp các hạt có độ xốp khá lớn
chiếm 80-85%. Mặt khác, nhờ tính đa dạng của các phần tử có cấu trúc rỗng của
khung diatomit, do đó chất hấp phụ chế tạo từ diatomit có thể lưu trữ một lượng khá
lớn chất khí, chất lỏng… Do vậy diatomit được dùng làm chất mang, phụ gia cho
phân bón... Hơn nữa nhờ tính trơ về phương diện hóa học nên có thể được sử dụng
làm chất xúc tác, làm chất mang xúc tác, chất độn cho vật liệu compozit… nhằm
tăng độ bền cơ học, bền hóa học và bền nhiệt cho loại vật liệu này. Do đó nghiên
cứu diatomit có ý nghĩa không những về mặt lý thuyết mà cả về mặt ứng dụng.
Hình 1.3 đưa ra ảnh SEM của các mẫu diatomit khai thác ở các vùng khác nhau như
sau [12]:

4

Hình 1.3: Ảnh SEM của các mẫu diatomit khai thác ở các vùng khác nhau
A, B: Lompoc, California, Mỹ.

C: Myvatn, Iceland.

D, E: Munster-Breloh, Đức. F: Hetendorf/Hermannsburg, Đức.
G: Neuohe, Đức.
1.1.2.Ứng dụng của diatomit
1.1.2.1.Trên thế giới
Diatomit được phát hiện và đưa vào sử dụng từ rất sớm trong lịch sử phát triển
của loài người. Năm 1867 Alfred Nobel sáng chế ra thuốc nổ và diatomit được ứng
dụng đầu tiên trong công nghiệp như là một chất hấp thụ và ổn định cho dynamite
và nitroglyxerin trong vận chuyển, sản xuất thuốc nổ [11].
Ngày nay diatomit được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực [11, 16]:
- Trong nông nghiệp: Làm chất mang, phụ gia cho phân bón, thuốc bảo vệ thực
vật nhằm tăng khả năng hấp phụ và kiểm soát sự giải phóng hoạt chất.
- Trong công nghệ thực phẩm (sản xuất bia, rượu, nước giải khát, dầu mỡ,
đường…): Dùng làm vật liệu lọc trong các loại dung dịch mà vẫn giữ nguyên màu

5


dung dịch, làm chất cố định các loại men vi khuẩn, protein ….
- Trong công nghiệp dầu khí: Lọc dầu và khí, chất mang xúc tác trong cracking,
hấp phụ các chất khí độc và các kim loại độc hại trong khí và dầu.
- Các ngành khác: Chế tạo chất nổ dạng keo cho phép bảo quản lâu dài và an
toàn; làm xi măng chống thấm chịu nhiệt độ và áp suất cao; làm chất độn cao su,
chất dẻo, các chất tẩy rửa; làm vật liệu lọc nước diệt vi khuẩn; ứng dụng trong lĩnh
vực môi trường (hấp thụ kim loại nặng trong nước)...
1.1.2.2.Tại Việt Nam

Ở Việt Nam có các nghiên cứu về diatomit như [2]:
- Nghiên cứu xây dựng các mô hình xử lý nước sinh hoạt cho người dân vùng thị
xã Long Xuyên (An Giang) bằng nguyên liệu diatomit, tại Sở Khoa học và Công
nghệ tỉnh An Giang, năm 2002.
- Sản xuất thử màng lọc và bugi lọc nước dạng nung từ diatomit An Giang của Sở
Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002.
- Nghiên cứu sử dụng diatomit Phú yên là phụ gia sản xuất xi măng và bê tông nhẹ
tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2008
- Công trình nghiên cứu chế tạo gạch siêu cách nhiệt được công bố tháng 12/2009
là kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Đỗ Quang Minh, Nguyễn Học Thắng và
nhóm sinh viên Khoa công nghệ vật liệu, trường Đại học Bách khoa TP.HCM, ưu
điểm của loại gạch này là nhẹ, khoảng 700 gram/viên, khả năng chịu nhiệt lên đến
0

900 C.
Còn một số công trình đã và đang nghiên cứu tại các trung tâm nghiên cứu vật
liệu, các viện, các trường đại học khác. Các nhà khoa học Việt Nam đã quan tâm
nghiên cứu và có những kết quả nhất định với nhiều tiềm năng ứng dụng nguồn
nguyên liệu diatomit dồi dào ở Việt Nam. Thế nhưng tại Phú Yên, vùng có nhiều
khoáng diatomit nhất Việt Nam, hiện nay hầu như chỉ bán nguyên liệu thô với mức
giá khoảng hơn 1 triệu đồng/tấn. Có nhiều công ty sản xuất và bán các sản phẩm
chế biến từ diatomit nhưng không được đa dạng, chủ yếu phục vụ cho nuôi trồng
thủy sản… với các sản phẩm như bột diatomit, daimetin, zeolit, bột diatomit siêu

6


mịn, với giá chỉ khoảng từ 4-6 triệu đồng/tấn.
Một số nhận xét chung:
- Tài nguyên diatomit ở Việt Nam thuộc loại lớn so với thế giới, trong đó phần lớn

lại tập trung trên địa bàn tỉnh Phú Yên và một số nơi khác.
- Cho đến nay đã có một số công trình nghiên cứu chế biến và sử dụng diatomit
Phú Yên làm bột trợ lọc cho công nghiệp sản xuất bia, rượu, cho sản xuất gạch chịu
nhiệt, cách nhiệt.
-

Một số Doanh nghiệp Nhà nước đã được cấp phép khai thác, chế biến quặng

diatomit Phú Yên từ nhiều năm nay. Tuy vậy quy mô khai thác rất nhỏ và thủ công.
Ngoài ra hiện tượng khai thác tự do trái phép vẫn đang diễn ra. Lượng quặng kém
chất lượng bỏ đi còn mhiều hơn cả sản lượng diatômit tiêu thụ hàng năm.
- Quặng khai thác ra gần như không được chế biến mà chỉ được nghiền thành bột
để bán lẻ cho các hộ nuôi tôm vùng ven biển.
- Hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào công bố về chế biến sâu diatomit làm
phụ gia cho phân bón nhả chậm.
1.1.3.Tình hình khai thác và sử dụng diatomit
1.1.3.1.Trên thế giới
Trữ lượng diatomit trên thế giới được US Bureau of Mines dự báo từ năm
1985 vào khoảng hơn 2 tỉ tấn. Mỗi năm trên thế giới tiêu thụ vào khoảng hơn 2 triệu
tấn diatomit. Dẫn đầu thế giới về sản xuất các sản phẩm từ diatomit là Mỹ, sau đến
Trung Quốc đứng thứ hai. Sản lượng khai thác hàng năm trên thế giới tăng trung
bình khoảng >1% [18].
Diatomit đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, giá trị của nó
phụ thuộc rất nhiều vào việc chế biến để sử dụng cho lĩnh vực khác nhau. Giá bán
diatomit nằm trong khoảng giới hạn rất rộng, tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng. Theo
US Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2011, giá diatomit
biến thiên từ 7 USD/tấn khi dùng trong sản xuất xi măng, lên đến hơn 10.500
USD/tấn nếu sử dụng trong mỹ phẩm, chiết tách ADN; nếu sử dụng trong công
nghệ lọc thì có mức giá trung bình, khoảng 380 USD/tấn [12].

7


Sản lượng khai thác hàng năm trên thế giới tăng trung bình khoảng > 1%. Từ
năm 2008 đến nay sản lượng diatomit trên thế giới giảm nhẹ (xem Bảng 1.2), do
ảnh hưởng của suy thoái kinh tế. Sản lượng khai thác diatomit của Mỹ gần 600
nghìn tấn/năm, chiếm 33% tổng sản lượng thế giới; tiếp theo là Trung Quốc với 400
nghìn tấn/năm, chiếm 22%; Đan Mạch chiếm 12,4%; Nhật Bản chiếm 6%; các nước
thuộc khối SNG chiếm 4,4% và Mexicô là 4,4%...[12]
Bảng 1.2: Sản lƣợng diatomit trên thế giới trong 3 năm 2008 – 2010
TT Tên Nƣớc

Sản lƣợng (Nghìn tấn)
2008

2009

2010

1

Mỹ

764

575

595

2

Chilê

25

23

25

3

Trung Quốc

440

440

400

4

Các nước SNG

80

80

80

5

Costa-Rica

-

26

26

6

Australia

20

20

20

7

Đan Mạch

230

230

225

8

Pháp

75

75

75

9

Đức

2

2

2

10

Aixơlen

28

26

25

11

Italia

25

25

25

12

Nhật

115

110

110

13

Mêxicô

129

81

80

14

Peru

12

10

10

15

Tây Ban Nha

50

50

50

16

Thổ Nhĩ Kỳ

63

28

30

17

Các nước khác

92

59

42

Tổng cộng

2.150

1.860

1.820

1.1.3.2.Tại Việt Nam

8


Diatomit là nguồn nguyên liệu quan trọng trong nhóm khoáng chất công
nghiệp nên trong nhiều năm qua việc khảo sát, đánh giá trữ lượng và chất lượng các
mỏ diatomit đã được tiến hành. Theo tài liệu thống kê, trữ lượng tài nguyên khoáng
chất diatomit ở Việt Nam có 11 mỏ và điểm khoáng trong đó có 05 mỏ đã được tìm
kiếm thăm dò, khai thác và được thể hiện trong Bảng 1.3 [2].
Bảng 1.3: Thống kê trữ lƣợng tài nguyên diatomit ở Việt Nam
TT Tên mỏ
1

An Lập - An Giang

2

Đại Lào - Lâm Đồng

3

Tuỳ Dương - Phú Yên

4

5

Hoà Lộc - Phú Yên

Vinh Quang-Kon Tum

Tổng cộng

Trữ lƣợng
(triệu tấn)

Cấp

Cấp
Chuyển

0,02

P2

TN – 3

0,51

C1

TN – II

12,92

C2

TN – III

3,45

C1+C2

TN – II
TN – 3

3,71

C1

TN – II

12,80

C2

TN – III

117,9

P1+P2

TN – 3

11,93

C2

TN – III

26,49

P1

TN - 3

Quy mô
Nhỏ
Lớn

Lớn

Lớn

Lớn

189,70

Từ Bảng 1.3 ta thấy, Phú Yên là tỉnh có trữ lượng diatomit lớn nhất trong cả
nước. Các mỏ diatomit thuộc tỉnh Phú Yên như mỏ Hòa Lộc, Tùy Dương thuộc loại
mỏ có trữ lượng lớn. Ngoài ra trên địa bàn tỉnh Phú Yên cũng có một số mỏ
diatomit có trữ lượng nhỏ khác là Trung Lương và Trà Năng (thuộc huyện Tuy An).
Như trên đã nêu, ở Việt Nam đến nay đã phát hiện được 11 mỏ và điểm
khoáng với trữ lượng khoảng 192.92 triệu tấn, trong đó có một số mỏ đã được đưa
vào khai thác như: diatomit Phú Yên khai thác để làm gạch cách nhiệt; Xí nghiệp
gạch Đồng Nai - Nhà máy Điện Ninh Bình dùng diatomit để sản xuất gạch diatomit
với sản lượng khai thác 100 m3/ngày; nhà máy xi măng Sài Gòn sử dụng làm phụ
gia cho dung dịch khoan dầu khí.

9


Hiện nay diatomit ở Phú Yên đang được khai thác thủ công và nghiền đến cỡ
hạt 100 m, bán cho các hộ nuôi tôm… Tuy nhiên quy mô khai thác và chế biến
còn rất nhỏ, thủ công và lạc hậu. Vì vậy chất lượng sản phẩm thấp, không ổn định
và chưa đáp ứng được nhu cầu chất lượng nguyên liệu cho các hộ tiêu thụ tiếp theo,
đặc biệt là sử dụng cho lọc thực phẩm. Lý do hiện nay là ở Việt Nam chưa có một
cơ sở khai thác và chế biến nào được xây dựng có quy mô công nghiệp và sử dụng
công nghệ hợp lý. Cho tới nay mới có một dây chuyền sản xuất thử nghiệm với
công suất dự kiến 210 tấn/năm, được xây dựng trên cơ sở hợp tác khoa học kỹ thuật
giữa Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Viện
Các vấn đề khai thác tổng hợp tài nguyên thuộc Viện Hàn lâm Khoa học, CHLB

Nga (1993 - 1994). Sản phẩm bột trợ lọc diatomit thu được từ cơ sở pilot có thành
phần hoá học đạt ~ 90 % SiO2, tương đương với sản phẩm nhập khẩu. Tuy nhiên
nếu đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế dành cho bột trợ lọc thì
một số chỉ tiêu của diatomit Việt Nam hiện tại vẫn chưa đạt chất lượng.
1.1.4.Sử dụng diatomit trong sản xuất phân bón nhả chậm
1.1.4.1.Phân bón nhả chậm hay giải phóng có kiểm soát
Theo thống kê, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, phân bón đã góp phần tăng
năng suất tới 50% sản lượng cây lương thực. Thực tế cho thấy có mối quan hệ giữa
sản lượng nông nghiệp và lượng phân bón sử dụng ở các nước phát triển. Tuy
nhiên, theo đánh giá của các nhà khoa học nông nghiệp, hệ số sử dụng phân bón bởi
cây trồng là rất thấp, thường chỉ đạt 40 - 50% đối với đạm (N), 40 - 60% với kali
(K) và dưới 30% đối với lân (P), tùy thuộc vào điều kiện thổ nhưỡng, khí hậu, thời
tiết, dạng phân bón, phương pháp canh tác và hoạt động của hệ vi sinh vật trong đất.
Vì vậy các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu tìm các giải pháp nhằm nâng cao hệ
số sử dụng các loại phân bón này.
Có nhiều nguyên nhân gây tổn thất dinh dưỡng khi bón vào đất: do đặc điểm
loại đất liên quan đến việc sử dụng phân bón (ví dụ đất đồi núi canh tác ở Việt Nam
thường có dung lượng trao đổi cation thấp, khả năng giữ phân bón kém, nhất là
phân tan nhanh, dễ bị sói mòn, rửa trôi mạnh…); do hệ vi sinh vật có trong đất tác

10


động lên sự phân giải của các thành phần dinh dưỡng trong phân bón; độ pH của
đất… Dựa vào đặc điểm của đất và những hiểu biết khoa học về các quá trình hóa,
lý tác động đến sự hấp thụ các thành phần dinh dưỡng N, P, K của cây, ta thấy rằng
ngành công nghiệp phân bón cần chuyển sang hướng sản xuất các loại phân phức
hợp, phân hỗn hợp giữa các thành phần đa lượng (N, P, K) với các nguyên tố dinh
dưỡng vi lượng khác và phát triển các loại phân bón có khả năng giải phóng hợp lý
chất dinh dưỡng theo nhu cầu của cây cho từng giai đoạn phát triển. Một trong

những hướng quan trọng đã và đang được quan tâm phát triển trong vài chục năm
trở lại đây là tạo ra các loại phân bón nhả chậm (khác với phân bón chậm tan) hay
nhả chậm có kiểm soát (Controlled Release Fertilizers - CRF). Theo Ủy ban Tiêu
chuẩn Châu Âu (CEN), phân bón nhả chậm là loại phân bón mà các chất dinh
dưỡng có trong thành phần tiêu chuẩn hóa, ở điều kiện nhiệt độ 25oC đáp ứng một
trong các yêu cầu [12]:
-Không được giải phóng quá 15% trong 24 giờ,
-Không được giải phóng quá 75% trong 28 ngày,
-Ít nhất khoảng 75% được giải phóng trong thời gian giải phóng quy định.
Cơ chế giải phóng chậm có thể thực hiện thông qua khống chế khả năng hòa
tan vào nước của vật liệu như sử dụng màng bọc bán thấm, giữ nước…hoặc hỗn
hợp với chất nền có khả năng hấp phụ các chất dinh dưỡng rồi giải phóng dần.
Trong cả hai phương pháp, việc lựa chọn chất bọc hoặc chất nền làm phụ gia phải
thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Có khả năng phân hủy sinh học khi sử dụng phân bón, sản phẩm phân hủy
phải là nguồn phân bón thứ cấp tốt cho cây trồng, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn môi
trường (không ảnh hưởng tới môi trường, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng đất,
chất lượng nông phẩm…). Đây là tiêu chí quan trọng hướng tới phát triển nền nông
nghiệp bền vững;
- Có thể chủ động điều khiển được khả năng nhả chậm để cung cấp dần dần
chất dinh dưỡng cho cây trồng.
- Dễ kiếm và giá thành rẻ.

11


Phân bón nhả chậm có những ưu điểm và nhược điểm sau [18]:
Ưu điểm: Chất dinh dưỡng được sử dụng dần trong thời gian dài, không cần
bón thường xuyên do chất dinh dưỡng được cung cấp từ từ (với tốc độ chậm hơn và
đều đều), rất thích hợp với nhiều loại cây trồng lâu năm như cây công nghiệp, cây

ăn quả... Phân bón giải phóng nhanh có thể làm cháy rễ cây nếu bón với lượng lớn,
thậm chí khi được bón với lượng cần thiết, nhưng rồi “biến mất” từ vùng rễ sớm
hơn.
Nhược điểm: Phân bón nhả chậm thường đắt hơn phân bón thông thường và
không thích hợp với những loại cây đòi hỏi lượng lớn chất dinh dưỡng hoặc đối với
loại cây yêu cầu cung cấp nhanh chất dinh dưỡng. Để khắc phục tình trạng này
người ta sản xuất nhiều loại phân bón có các tỷ lệ nhả chậm khác nhau so với lượng
chất dinh dưỡng tan nhanh.
Lựa chọn các phương pháp giải phóng chậm tùy thuộc vào loại dinh dưỡng
cần khống chế. Đối với ure, sử dụng hỗn hợp ure và formaldehyt để tạo ra loại
polyme tan (metylen ure) là phương pháp được áp dụng lâu đời và phổ biến nhất
hiện nay (sản xuất lần đầu tiên năm 1936 và thương mại hóa năm 1955). Sau đó,
sản phẩm ure bọc lưu huỳnh được cấp bằng sáng chế Mỹ số 3206297 (1965) và số
3295950 (1967) đã trở nên ứng dụng phổ biến do giá thành thấp và bản thân lưu
huỳnh cũng là nguyên tố dinh dưỡng cần cho cây. Ngoài ra, người ta còn trộn phân
ure với những chất có tính hấp phụ hoặc trao đổi cation với ion NH4+ sau đó đem
bón cũng có tác dụng giải phóng dần dần chất dinh dưỡng (ví dụ ure và zeolit…).
Nhìn chung, công nghệ nhả chậm theo phương pháp bọc (bao viên) thường hay áp
dụng cho phân ure. Để bọc hạt phân bón người ta dùng các vật liệu như lưu huỳnh,
paraphin, sáp, nhựa, bitum và chất dẻo… Cơ sở lý thuyết của công nghệ này đòi hỏi
những nghiên cứu về cấu trúc bề mặt hạt phân bón, động học của sự phun sương tạo
màng, cấu trúc lớp màng, lực tác dụng ở lớp gianh giới giữa hai pha.
Đối với phân phức hợp N, P, K, để tạo khả năng giải phóng chậm, người ta
hay sử dụng các phụ gia có tính hấp thụ trong sản xuất gia công sản phẩm như
zeolit, diatomit hay các phụ gia hữu cơ khác. Trong số các phụ gia sử dụng,

12