Đồ án chuyên ngành i nghiên cứu tinh chế hydroxit nhôm

Đồ án chuyên ngành I MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chuyên ngành I Nhôm nguyên tố phổ biến vỏ trái đất, chiếm 8% khối lượng rắn vỏ trái đất, chủ yếu quặng boxit sản xuất dạng Al(OH)3 Nhơm dịng kim loại phổ biến thứ giới ứng dụng rộng rãi sống thường nhật sản xuất công nghiệp.Từ xa xưa, hợp chất nhôm sử dụng rộng rãi lĩnh vực sản xuất vật liệu, sử dụng vật liệu tầm trung mà không sử dụng hết ưu vật liệu nhôm Thời kỳ 4.0 lên ngơi thứ chun nghiệp hóa đại hóa mạnh mẽ kéo theo vai trị nhơm nâng cao đòi hỏi vật liệu đời cao cấp hơn, tinh khiết Tận dụng từ nguồn nguyên liệu dồi Al(OH)3 thơ sẵn có, từ nghiên cứu tinh chế nhơm Vì nên em chọn đề tài “ Nghiên cứu tinh chế hydroxit nhôm ” Nôi dung nghiên cứu em gồm: - Tinh chế bột nhơm hydroxit thơ - Hịa tách bột nhơm hydroxit tạo dung dịch muối Để hồn thành đề tài nghiên cứu này, em xin gửi lời cảm ơn biết ơn sâu sắc tới thầy TS.Nguyễn Quang Bắc, người giao đề tài, trực tiếp hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đề tài Trong q trình nghiên cứu khơng tránh khỏi bế tắc thiếu sót thân em, em mong thầy cho em thêm ý kiến để giúp đề tài nghiên cứu em hoàn thiện định hướng nghiên cứu tiếp tương lai Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chuyên ngành I CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhôm hidroxit Nhôm hidroxit sản phẩm cơng nghiệp, từ nhơm hidroxit sản xuất kim loại dạng siêu tinh khiết, sản xuất gốm sứ cao cấp, loại thuốc, chất hấp phụ xúc tác Theo cấu trúc, nhôm hidroxit phân thành hai loại: nhôm trihidroxit Al(OH)3 nhơm mơnơ hidroxit AlO(OH) Nhơm hidroxit có ba dạng thù hình: - Gibbsit****** - Bayerit - Nordstrandit 1.1.1 Nhơm hidroxit dạng Gibbsit Gibbsit dạng nhôm hidroxid quan trọng thành phần bôxit, đồng thời sản phẩm trung gian trình sản xuất nhôm từ bôxit Sục CO2 vào dung dịch natri aluminat điều kiện nhiệt độ pH thích hợp ( ngun liệu ban đầu phèn nhơm Al2(SO4)3.18H2O nhôm kim loại) thu gibbsit Gibbsit có cơng thức: Al2O3.3H2O = 2Al(OH)3 Tinh thể Gibbsit có cấu trúc lớp, lớp bao gồm phiến từ ion OHnằm mặt phẳng song song (001), chúng phiến ion nhơm Do có bố trí mặt phẳng (001) nên hình thành mạng lưới lục giác, tạo thành nhóm OH- Ion nhơm nằm trung tâm hình lục giác Trong mạng tinh thể Gibbsit ion nhơm có 2/3 số thể tích lục giác Mỗi lấp đầy hình lục giác khơng gian có số sai lệch so với cấu trúc bát diện hoàn hảo Các bát diện nối với đỉnh chung vào vòng gồm mặt với thành phần [Al(OH)6 ]3- Cấu trúc mạng tinh thể Gibbsit gồm lớp từ tập hợp vịng nhóm hiđrơxit Trong lớp, ion OH- lớp nằm đối diện với lớp Giữa lớp nối với liên kết OH Trong mạng lqới tinh thể Gibbsit xuất tinh thể bó chặt vịng từ bát diện [Al(OH) ]3- Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chun ngành I Hình 1.2 Mơ hỉnh cấu trúc cùa Hình 1.3 Phân bố cùa nhóm OH Gibbsit Gibbsit khống cách chúng Hình 1.4 Mơ hình cấu trúc cua Gibbsit 1.1.2 Nhơm hidroxid dạng Bayerit Bayerit khoáng chất chủ yếu điều chế nhân tạo Các phương pháp điều chế Bayerit: Từ dung dịch muối nhôm pH= 10,0- 11,5 Sục CO2 vào dung dịch aluminat có nồng độ đến 200g/lít AhOs điều kiện nhiệt độ phòng Tự phân hủy dung dịch aluminat khơng có mầm tinh thể điều kiện nhiệt độ phịng Khi thủy phân nhơm hỗn hống hóa nước dẫn điện điều kiện nhiệt độ phòng Chế biến thủy nhiệt Gibbisit nồi áp lực, áp lực khơng khí CO nhiệt độ 100-105oC Thành phần hóa học Bayerit giống Gibbsit: Al(OH)3 Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chuyên ngành I Bayerit Gibbsit, có cấu trúc với lớp kết tinh hệ lục giác Trong cấu trúc Bayerit, nguyên tử lớp thứ ba phân bố nguyên tử lớp thứ giống mạng tinh thể oxit titan Một số tài liệu khẳng định rằng, Bayerit có đồng thời nhiều mối liên hệ với cấu tạo Gibbsit Tuy lớp bát diện cấu trúc tinh thể Bayerit phân bố khác Gibbsit Trong cấu trúc Bayerit 1/3 thể tích bát diện cation Al3+ chiếm, cịn lại 1/3 trống 1.1.1.3 Nhơm tri hidroxit dạng Nordstrandit Nordstrandit Van Nordstrandit với số tác giả khác phát Ngày nay, có nhiều phương pháp điều chế Nordstrandit tinh khiết Trong phương pháp điều chế Nordstrandit thu nhơm hiđrơxit dạng gel, cách bão hịa với có mặt tác nhân tạo chelat như: etylen diamin, etylenglycol, Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chuyên ngành I Trộn NH3 vào dung dịch nitrat nhôm thu sản phẩm dạng huyền phù etylendiamin 70% 58oC 60 ngày Sau đó, đem sản phẩm lọc rửa nước cất, sấy 50oC thu Nordstrandit tinh khiết cho dung dịch amoniac có pH= 7- tác dụng với muối nhơm nhiệt độ phịng Sau phản ứng thu lấy kết tủa, rửa nước cất tẩm diamin alkilen Sản phẩm đem ủ 60oC 10-60 ngày Hoặc cho NH3tác dụng với nitrat nhôm, thu thể gel Đem hỗn hợp tạo thành ngâm dung dịch EDTA nhiệt độ phòng 49 ngày Nordstrandit có cơng thức: Al(OH)3 Nordstrandit có nhiều dạng tinh thể khác nhau: dạng phiến, dạng vẩy Tinh thể Nordstrandit khác biệt so với tinh thể Gibbsit vắng mặt ion kim loại mạng lưới tinh thể Nordstrandit Bayerit Gibbsit có cấu trúc lớp Cấu trúc tinh thể Nordstrandit chiếu mặt phẳng( Hình 1.7) Độ lớn liên kết Nordstrandit o - AI = 1.73Ả; o - o = 2,85 Ả Hình 1.7 Cấu trúc linh the cua Nordstrandit 1.2 Động học q trình hịa tan nhơm hidroxit Q trình hịa tan nhơm hiđrơxit axit q trình dị thể Phản ứng hóa học thường giai đoạn trình chuyển pha diễn thể tích pha cịn chất pha khác khuếch tán tới Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chuyên ngành I Khả phản ứng Al(OH)3 với axit có liên quan tới cấu trúc trạng thái lượng hạt mạng tinh thể Các chất có nhiều dạng thù hình khác khả phản ứng khác Trong trạng thái kết tinh hạt rắn có chỗ khuyết tật, vị trí khuyết tật khả phản ứng cao so với vị trí khác, nồng độ khuyết tật tăng khả phản ứng tăng Mật độ khuyết tật tăng cách tăng nhiệt độ Mặt khác, số hạt cạnh đỉnh tinh thể tăng khả phản ứngcũng tăng cần phải tăng độ mịn tinh thể Từ cơng trình nghiên cứu động học q trình hịa tan đưa số mơ hình động học cho phản ứng Đối với q trình hịa tan Al(OH)3 hồn tồn dựa vào mơ hình để giải vấn đề động học Tốc độ hòa tan Al(OH)3 tính lượng chất chuyển vào dung dịch sau sau đơn vị thời gian Các yếu tố ảnh hưởng đến động học trình là: độ mịn chất hạt rắn, tốc độ khuấy trộn, nhiệt độ phản ứng, tiêu chuẩn nồng độ axit Q trình hịa tan gồm nhiều giai đoạn nối tiếp Nên yếu tố ảnh hưởng nhiều tới trình phân hủy - Chuyển chất từ vùng khác đến vùng phản ứng - Biến đổi hóa học vùng phản ứng - Chuyển sản phẩm khỏi vùng phản ứng 1.3 Các phương pháp điều chế nhôm hydroxit 1.3.1 Phương pháp kết tủa Gồm phương pháp sau: Phương pháp acid Phương pháp từ tác chất ban đầu dung dịch acid dung dịch aluminat theo tỉ lệ phù hợp Acid thường dùng H2SO4 hay HNO3 Tùy theo pH môi trường phản ứng mà ta thu nhơm hydroxid có dạng thù hình khác [Al(OH)4]- + H+ ^ Al(OH>ị + H2O [Al(OH)4]- + H+ ^ AlOOHị + H2O Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chuyên ngành I Phương pháp base Phương pháp từ tác chất ban đầu dung dịch muối nhôm sulfat, nitrat, dung dịch base theo tỉ lệ phù hợp Tùy theo pH môi trường phản ứng mà ta thu nhôm hydroxid có dạng thù hình khác Al3+ + 3OH- ^ Al(OH>ị Al3+ + 3OH- ^ AlOOHị + H2O 1.3.2 Phương pháp điều chế thủy nhiệt theo chu trình Bayer Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page Đồ án chuyên ngành I Chu trình Bayer gồm giai đoạn: nấu chảy, lọc gạn, kết tủa Giai đoạn nấu chảy Quặng bauxite nghiền hòa tan dung dịch NaOH, sau bơm vào thùng, sau đun nóng áp suất cao Dung dịch NaOH phản ứng với khống nhơm bauxite tạo thành dung dịch natri aluminat bão hịa, phần cặn khơng tan gọi bùn đỏ, tồn dạng huyền phù lọc bỏ trình lọc gạn Giai đoạn lọc gạn Sau nấu chảy, hỗn hợp đưa qua chuỗi thùng giảm áp để đạt áp suất cân với áp suất khí Sau loại bỏ bùn đỏ không tan khỏi dung dịch aluminat, dung dịch lọc làm lạnh để tăng độ bão hồ bơm vào thiết bị kết tủa Giaihình đoạn kết tủakết Một lượng tinh thể gibbsite cho vàothể dung dịch nhanh đểnên đẩy trình tinh tinh phẩm thể mầm cólọc lực vớiđược khác thành khối kếtCác tụ.mầm Sản vàmịn rửa đểtinh loại bỏ hết kiềm Nguyễn Thị Thu Uyễn 20164594 Page CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất dụng cụ 2.1.1 Hóa chất - Bột nhơm hydroxit - Axit H2SO4 90% - NaOH tinh thể, 96% - Dung dịch axit axetic CH3COOH, 99,5% -Kẽm sunfat ZnSO4 tinh thể, 98% -Tinh thể EDTA, tinh thể xylen da cam 2.1.2 Dụng cụ - Cân phân tích - Tủ sấy - Bom thủy nhiệt - Các dụng cụ thủy tinh: cốc chịu nhiệt, đũa khuấy, nhiệt kế, 2.1.3 Pha hóa chất Pha dung dịch EDTA từ EDTA tinh thể Cân 37,22g tinh thể EDTA (phân tử khối 372,2), cho vào cốc đong 900 ml, thêm nước cất hòa tan sơ Đun cách thủy cho tan hết tinh thể dung dịch suốt rót vào bình định mức 1000 ml, lắc Cuối bổ sung nước cất định mức 1000 ml, ta thu CEDTA = 0,1N Pha dung dịch Zn2+ 0,1N Cân 28.7g ZnSO4 sau thêm 1ml axit H2SO4 nồng độ 98% rót nước cất hịa tan sơ bộ, đổ vào bình định mức 1000 ml Cuối bổ sung nước cất định mức 1000 ml Ta thu CZn2+ = 0,1N Pha dung dịch đệm axetat vớipH 5-6 Cân 40g NaOH tinh thể hòa tan sơ với nước cất Sau hòa tan NaOH tinh thể, tiếp tục cho 78ml axit CH3COOH tinh khiết rót từ từ vào dung dịch NaOH Cuối định mức dung dịch 1000 ml để thu dung dịch đệm cần pha 2.2 Các phương pháp phân tích đặc trưng cấu trúc vật liệu 2.2.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM Hiện nay, kính hiển vi điện tử quét sử dụng rộng rãi việc nghiên cứu ảnh vi hình thái bề mặt mẫu Độ khuếch đại kính hiển vi điện tử qt thơng thường từ vài chục ngàn lần đến vài trăm nghìn lần, suất phân giải phụ thuộc vào đường kính chùm tia chiếu hội tụ mẫu Nguyên lý hoạt động: chùm tia điện tử qua thấu kính điện tử từ hội tụ diện tích nhỏ chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu Nhiều hiệu ứng xảy hạt điện tử chùm tia va chạm với nguyên tử bề mặt vật rắn Từ điểm bề mặt mà điện tử chiếu đến, có nhiều hạt nhiều loại tia phát có điện tử thứ cấp Số điện tử thứ cấp phát phụ thuộc độ lồi lõm bề mặt mẫu, số điện tử tán xạ ngược phát phụ thuộc nguyên tử Z, bước sóng tia X phát phụ thuộc nguyên tử mẫu nguyên tử Cho chùm điện tử quét mẫu quét cách đồng tia điện tử hình đèn hình, thu khuếch đại loại tín hiệu từ mẫu phát để làm thay đổi cường độ sáng tia điện tử qt hình, ta có ảnh Độ phóng đại hiển vi điện tử qt thơng thường từ vài nghìn lần đến vài trăm nghìn lần, suất phân giải phụ thuộc vào đường kính chùm tia điện tử tiêu tụ chiếu lên mẫu Với súng điện tử thông thường (sợi đốt dây vônfram uốn chữ V) suất phân giải nm kiểu ảnh điện tử thứ cấp Như thấy chi tiết thô công nghệ nano Những hiển vi điện tử quét loại tốt có súng điện từ chiếu vào mẫu nhỏ 0,2nm, lắp theo nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược nhờ quan sát hạt cỡ 1nm theo dõi xếp nguyên tử hạt nano Kính hiển vi điện tử qt có ưu điểm bật mẫu nghiên cứu đưa trực tiếp vào thiết bị mà không cần qua gia cơng Điều đảm bảo giữ nguyên trạng mẫu Nói cách khác mẫu khơng bị phá hủy Tuy nhiên kính hiển vi điện tử quét công cụ để nghiên cứu hình thái bề mặt vật liệu Hơn độ phân giải bị hạn chế khả hội tụ chùm tia điện tử Với mẫu bột việc sử dụng SEM khó khăn Lý thuyết thực nghiệm cho thấy độ phân giải hiển vi điện tử quét thua bậc so với kính hiển vi điện tử qt truyền qua Incìdent el&ctron boar Dùng phương pháp nhiễu xạ tia X người ta xác định khống có mặt mẫu nhận dạng pha tinh thể có mẫu, phân biệt dạng kết tinh khác chất mà không phá hủy mẫu, cần lượng mẫu ít, phân tích nhanh, q trình phân tích dễ thực Nguyên tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể xây dựng từ nguyên tử hay ion phân bố đặn không gian theo quy luật xác định Khi chùm tia Rơnghen tới bề mặt tinh thể vào bên mạng lưới tinh thể mạng lưới đóng vai trò cách tử nhiễu xạ đặc biệt Các nguyên tử, ion bị kích thích chùm tia X tới tạo thành tâm phát tia phản xạ Nguyên lý phân tích XRD Theo điều kiện giao thoa, để sóng phản xạ hai mặt phang pha hiệu quang lộ phải số nguyên lần độ dài bước sóng, đó: 2dsin0 = n.À Trong đó: À - bước sóng tia X n =1, 2, Đây hệ thức Vufl- Bragg, phương trình để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể Căn vào cực đại nhiễu xạ giản đồ, tìm 20 Từ suy d theo hệ thức Vufl- Bragg So sánh giá trị d tìm với d chuẩn xác định thành phần cấu trúc mạng tinh thể chất cần nghiên cứu Vì vậy, phương pháp sử dụng rộng rãi nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật chất Ngoài ra, phương pháp nhiễu xạ tia X cịn sử dụng để tính tốn kích thước gần tinh thể Dựa vào kết giản đồ nhiễu xạ tia X, ta tính kích thước hạt tinh thể theo phương trình Scherrer: _ 0,89 N D p X cosO Trong đó: D: kích thước tinh thể trung bình với họ mặt mạng (hkl) À: bước sóng, đo cuvet đồng có À = 0,154 nm 0: độ bán rộng pic cực đại 0: góc nhiễu xạ 2.2.3 Phương pháp phổ tán xạ lượng EDX Kỹ thuật EDX chủ yếu thực kính hiển vi điện tử, ảnh ghi cấu trúc vật rắn ghi lại thơng qua việc sử dụng chùm điện tử có lượng cao tương tác với vật rắn Khi chùm điện tử có lượng lớn chiếu vào vật rắn, đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn tương tác với lớp điện tử bên nguyên tử Tương tác dẫn đến việc tạo tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số Z nguyên tử theo định luật Mosley Có nghĩa tần số X phát đặc trưng với nguyên tử chất có mặt chất rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát từ vật rắn có thơng tin nguyên tố hóa học có mặt mẫu đồng thời cho thông tin tỉ phần ngun tố Có nhiều thiết bị phân tích EDX chủ yếu phát triển kính hiển vi điện tử, phép phân tích thực nhờ chùm điện tử có lượng cao thu hẹp nhờ hệ thấu kính điện tử Phổ tia X phát có tần số (năng lượng photon tia X) trải vùng rộng phân tích nhờ phổ kể tán sắc lượng ghi nhận thơng tin nguyên tố thành phần Kỹ thuật EDX phát triển từ năm 1960 thiết bị thương phẩm xuất vào năm 1970 với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li Ge Kỹ thuật ghi nhận độ xác EDX: Tia X phát từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) có lượng biến thiên dải rộng, đưa đến hệ tán sắc ghi nhận (năng lượng) nhờ detector dịch chuyển làm lạnh Nito lỏng, chip nhỏ tạo điện tử thứ cấp tương tác với tia X, lái vào anot nhỏ Cường độ tia X tỉ lệ với phần nguyên tố có mặt mẫu phân giải phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử độ nhạy detector (vùng hoạt động tích cực detector) Độ xác EDX cấp độ vài phần trăm, thơng thường ghi nhận có mặt nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên Tuy nhiên EDX không hiệu với nguyên tố nhẹ B, C, 11, thường xuất hiệu ứng chồng chập đỉnh tia X nguyên tố khác Nguyên lý phân tích EDX 2.2.4 Phương pháp phân tích nhiệt TG Phương pháp sử dụng phổ biến nghiên cứu vật liệu Các trình xảy hệ hóa học bao gồm phản ứng hóa học, q trình nước, q trình kết tinh, trình chuyển pha xảy kèm theo hiệu ứng nhiệt (hiệu ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt) Ngun lí chung: đốt nóng mẫu xảy biến đổi khối lượng, thành phần, cấu trúc xảy hay nhiều phản ứng hoá học thành phần, nguyên tố mẫu nhiệt độ Khi biến đổi xảy thường kèm theo hiệu ứng thu nhiệt hay toả nhiệt Tất hiệu ứng xác định ghi giản đồ Kết ghi giản đồ nhiệt với phương pháp phân tích, khảo sát khác giúp ta rút kết luận bổ ích biến đổi mẫu theo nhiệt độ đốt nóng chúng Ba kĩ thuật phân tích nhiệt dùng phổ biến là: TG: phân tích nhiệt khối lượng, cho biết biến đổi khối lượng mẫu theo nhiệt độ thời gian khảo sát DTA: phân tích nhiệt vi sai, đo chênh lệch nhiệt độ mẫu nghiên cứu mẫu so sánh theo nhiệt độ thời gian, cho biết hiệu ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt xảy DSC: Phép đo nhiệt lượng quét vi sai, đo dòng nhiệt mẫu theo thời gian nhiệt độ, cho biết giá trị hiệu ứng nhiệt 2.2.5 Phân tích xác định nồng độ nhơm dung dịch sau hịa tách nhơm hydroxit Để xác định hàm lượng nhơm có dung dịch dùng phương pháp chuẩn độ ngượccomplexon Cơ sở phương pháp Trong môi trường axit yếu việc định phân xác định nhơm EDTA gặp khó khăn phức hydroxit nhôm tác dụng với EDTA chậm Nên chuẩn độ nhôm EDTA dùng phép chuẩn độ lượng dư (phương pháp chuẩn độ ngược) Cho lượng dư EDTA có nồng độ xác định vào dung dịch sau hịa tách tách nhơm hydroxit Đun nóng dung dịch đến nhiệt độ 80 -90°C để phản ứng xảy hồn tồn, sau lượng EDTA dư chuẩn dung dịch muối Zn2+ có nồng độ xác định pH = - 6, thị xylen da cam, màuchuyển từ vàng chanh sang hồng Các phản ứng xảy chuẩn độ: Al3+ + H2Y2- = A1Y- + 2H+ Zn2+ + H2Y2- dư = ZnY2- + 2H+ Zn+2 dư + xylen da cam ^ phức màu đỏ Cách tiến hành: Cân 5g nhôm hydroxit rửa sạch, sấy khô lượng axit tính tốn cho vào bom thủy nhiệt Đặt bom thủy nhiệt chứa mẫu vào tủ sấy nhiệt độ xác định Đạt thời gian yêu cầu, lấy mẫu lọc rửa thu dung dịch, đem toàn dung dịch định mức bình định mức lít nước cất Dùng pipet hút xác ml dung dịch từ bình định mức cho vào bình tam giác 100ml Cho xác 10ml dung dịch EDTA 0.1N vào bình tam giác Lắc đun sơi nhẹ dung dịch đến 80-90°C để trình phản ứng xảy hồn tồn Sau làm nguội, thêm dung dịch đệm axetatcó pH= 5-6 1-2 giọt thị xylen da cam Chuẩn độ dung dịch Zn2+cho đến dung dịch chuyển từ màu vàng chanh sang màu hồng tím Ghi lại thể tích V Zn2+ tiêu tốn Tính tốn kết theo cơng thức: CAl3+=(VEDTA*CEDTA-VZn2+*CZn2+) / Vmẫu x mAl(OH)3=CAl3+ 78 %hòa tách=mAl(OH)3 bị hòa tách / mAl(OH)3 ban đầu Trong đó: CAI3+: Nồng độ mol Al3+ có mẫu, M VEDTA: Thể tích EDTA, ml CEDTA: Nồng độ EDTA, M VZn2+: Thể tích Zn2+ tiêu tốn, ml Vmẫu : Thể tích mẫu hút, ml CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần bột nhơm hydroxit ban đầu Mẫu nhơm hydroxit có chứa tạp chất kiềm, sắt, silic Kiềm có bột nhơm dạng bazo muối tan nước nên sử dụng nước cất axit loãng để rửa loại bỏ kiềm 3.2 Nghiên cứu làm Al(OH)3 Trong nghiên cứu lựa chọn phương án nghiên cứu dùng nước để rửa trước, sau sử dụng axit lỗng để rửa Sử dụng axit H2SO4 lỗng nồng độ 10% để rửa Ngâm bột nhơm hydroxit axit sunfuric 10% , khuấy Sau 24h gạn bỏ phần dung dịch, sau lại thực trình đến lần 3.3 Nghiên cứu q trình hịa tách Al(OH)3 Bột nhơm hydroxit sau làm tiến hành hòa axit tạo muối nhôm Trong nghiên cứu sử dụng axit H2SO4 làm tác nhân hòa tách Các yếu tố khảo sát: - Nhiệt độ phản ứng - Nồng độ axit - Thời gian hịa tách Tính tốn lượng axit H2SO4 cần để phản ứng với Al(OH)3 2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6H2O Cần 9.42g H2SO4 để phản ứng hết với 5g Al(OH)3 Thể tích dung dịch H2SO4 90% 5.82ml Do bột nhơm hydroxit thương mại trơ hóa học nên cần nghiền mịn, tăng bề mặt riêng trước hòa tách Lấy dư 15% axit H2SO4 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng Do bột nhôm hydroxit thương mại trơ axit kiềm nên cần gia nhiệt để tan axit Axit H2SO4 26.12% phản ứng với nhôm hydroxit tạo dung dịch bão hịa muối nhơm nên sử dụng axit nồng độ lỗng để phản ứng, với 47.5ml H 2SO4 nồng độ 20% tính tốn Tiến hành khảo sát nhiệt độ 110, 120, 130, 140 150oC Cân 5g bột nhôm hydroxit làm sạch, nghiền mịn vào bom thủy nhiệt, thêm 45.5ml H2SO4 20% Đặt bom thủy nhiệt vào tủ sấy 1.5h Kết thúc trình đem lọc, rửa 2-3 lần thu dung dịch muối (M) bã rắn nhôm hydroxit chưa phản ứng hết Phần dung dịch muối đem chuẩn độ lượng axit dư xác định nồng độ Al 3+ suy lượng nhôm hydroxit bị hịa tách Kết hịa nhơm hydroxit thu bảng sau: Bảng 3.1: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách Nhiệt độ ( C) 110 120 130 140 8.9 8.5 8.2 Thể tích dung dịch 150 7.9 Zn2+ tiêu hao (ml) Khối lượng Al(OH)3 3.28 o 1.72 2.34 2.81 3.12 (g) Hiệu suất (%) 34.32 46.8 56.2 62.4 Từ bảng 3.1 xây dựng đồ thị quan hệ nhiệt độ hiệu suất hịa tách: 65.52 Hình 3.1 Quan hệ nhiệt độ hiệu suất hòa tách Từ kết ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất hòa tách, nhiệt độ tăng hiệu suất hịa tăng Do nhiệt độ tăng độ linh động H + tăng dễ dàng phản ứng Lựa chọn nhiệt độ tối ưu 140 150 oC hiệu suất không chênh lệc nhiều, thực nhiệt độ cao vừa tốn lượng, hiệu suất không cao nhiều 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ axit Tiến hành khảo sát nồng độ axit 15, 20, 25% Cân 5g bột nhôm hydroxit làm sạch, nghiền mịn vào bom thủy nhiệt, thêm H2SO4 với nồng độ khác nhau: 66.5ml H2SO4 15%, 47.5ml H2SO4 20%, 38ml H2SO4 25% Đặt bom thủy nhiệt vào tủ sấy 140°C 1.5h Kết thúc trình đem lọc, rửa 2-3 lần thu dung dịch muối (M) bã rắn nhôm hydroxit chưa phản ứng hết Phần dung dịch muối đem chuẩn độ lượng axit dư xác định nồng độ Al 3+ suy lượng nhôm hydroxit bị hòa tách hiệu suất hòa tách Kết hịa nhơm hydroxit thu bảng sau: Bảng 3.2: Ảnh hưởng nồng độ axit đến hiệu suất hòa tách Nồng độ H2SO4 (%) 15 20 25 2+ Thể tích dung dịch Zn 8.5 7.8 tiêu hao (ml) Khối lượng Al(OH)3 (g) Hiệu suất (%) 2.34 46.8 3.12 62.2 3.43 68.64 Từ bảng 3.2 xây dựng đồ thị quan hệ nồng độ axit hiệu suất hòa tách Hình 3.2 Quan hệ nồng độ axit hiệu suất hòa tách Qua kết ta thấy nồng độ axit lỗng q 15% hiệu suất hịa tách thấp, nồng độ cao độ linh động H+ tăng làm tăng hiệu suất, từ nồng độ 15-20% hiệu suất tăng nhanh, từ 20 - 25% hiệu suất tăng chậm Vì lựa chọn nồng độ axit tối ưu 20% 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian phản ứng Qua khảo sát lựa chọn điều kiện tối ưu tiến hành phản ứng nhiệt độ 140oC với nồng độ axit 20% Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng: Cân 5g bột nhôm hydroxit làm sạch, nghiền mịn vào bom thủy nhiệt, thêm 47.5ml H2SO4 nồng độ 20% Đặt bom thủy nhiệt vào tủ sấy 140°C thời gian 1h, 1.5h 2h 2.5h Kết thúc trình đem lọc, rửa 2-3 lần thu dung dịch muối (M) bã rắn nhôm hydroxit chưa phản ứng hết Phần dung dịch muối đem chuẩn độ lượng axit dư xác định nồng độ Al3+ suỷa lượng nhơm hydroxit dã hịa tách hiệu suất hịa tách Kết hịa nhơm hydroxit thu bảng sau: Bảng 3.3: Ảnh hưởng nồng độ axit đến hiệu suất hòa tách Thời gian (h) 1.5 2+ 8.7 7.7 Thể tích dung dịch Zn 2.5 7.5 tiêu hao (ml) Khối lượng Al(OH)3(g) Hiệu suất (%) 3.9 78 2.03 40.56 3.12 62.2 3.59 71.76 Từ bảng 3.3 xây dựng đồ thị quan hệ thời gian hiệu suất hịa tách: Hình 3.3 Quan hệ nồng độ axit hiệu suất hòa tách Từ kết ta thấy thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất hòa tách, giai đoạn đầu hiệu suất tăng nhanh, phía cuối hiệu suất hòa tách tăng chậm, nồng độ Al 3+ tăng H+ tiếp xúc với hạt nhôm hydroxit Chọn thời gian tối ưu 2h KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu rút kết luận sau: - Đã làm bột nhôm hydroxit thô sản xuất từ quy trình bayer - Lựa chọn điều kiện tối ưu để hòa tách axit với hiệu suất ~ 71.76% Nhiệt độ phản ứng : 140oC Nồng độ axit : 20% Thời gian phản ứng : TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Mai Hương (2007), Nghiên cứu động học q trình hịa tách cao lanh Thanh Ba- Phú Thọ axit sunfuric, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Viện Kỹ Thuật Hóa Học- Đại học Bách Khoa, Hà Nội Nguyễn Thành Trung (2016), Nghiên cứu sử dụng hidroxit nhơm Tân Rai hoạt hóa trình sản xuất PAC, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội T.S Lê Thị Mai Hương, Taraxova T.V (2000), “Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp nghiền đến q trình hịa tan nhơm hiđrơxit”, Tuyển tập báo cáo khoa học- Viện hóa học cơng nghiệp Việt Nam TS Vũ Minh Khôi (2016), Nghiên cứu trình chế biến cao lanh Phú Thọ để sản xuất hợp chất nhôm, Luận văn tiến sĩ hóa học, Viện Kỹ Thuật Hóa Học- Đại học Bách Khoa, Hà Nội Su Jin Kim, Kyu Sung Han, Tam Tran et al (2018), Recovery of Fine Alunminum hydroxide with high whiteness index from low quality Bauxite using caustic roasting and Water Leaching, Ressearch paper, vol.56, no1 (2018) pp.49-58 No-kuk Park, Hee-young Choi et al (2013), Purificationof Al(OH) synthesized by bayer process for preparation of high purity alumina as sapphire raw material, Journal of Crystal Growth 373 (2013) 88-91 ISSN 0036-0236, Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2019, Vol 64, No 4, pp 438-444 © Pleiades Publishing, Ltd., 2019 Russian Text © V.A Matveev, D.V Maiorov, 2019, published in Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 2019, Vol 64, No 4, pp 357-364 Bull Mater Sci., Vol 17, No 2, April 1994, pp 95-103 © Printed in India Alumina ceramics by sol-gel technique U.P.B Sci Bull., Series B, Vol 73, Iss 2, 2011; SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF ALUMINA NANO-POWDER OBTAINED BY SOL-GEL METHOD; ... vai trị nhơm nâng cao đ? ?i h? ?i vật liệu đ? ?i cao cấp hơn, tinh khiết Tận dụng từ nguồn nguyên liệu d? ?i Al(OH)3 thơ sẵn có, từ nghiên cứu tinh chế nhơm Vì nên em chọn đề t? ?i “ Nghiên cứu tinh chế. .. chế hydroxit nhôm ” N? ?i dung nghiên cứu em gồm: - Tinh chế bột nhơm hydroxit thơ - Hịa tách bột nhơm hydroxit tạo dung dịch mu? ?i Để hồn thành đề t? ?i nghiên cứu này, em xin g? ?i l? ?i cảm ơn biết... hai lo? ?i: nhôm trihidroxit Al(OH)3 nhơm mơnơ hidroxit AlO(OH) Nhơm hidroxit có ba dạng thù hình: - Gibbsit****** - Bayerit - Nordstrandit 1.1.1 Nhôm hidroxit dạng Gibbsit Gibbsit dạng nhôm hidroxid