1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)

191 1,3K 8

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 191
Dung lượng 5,73 MB

Nội dung

Tóm tắt : Tổng quan về công nghệ nghiên cứu, sản xuất, ứng dụng Montmorillonite và Nanoclay trên thế giới. Trình bày kết quả nghiên cứu thành phần, cấu trúc, tính chất của Bentonite. Kết quả điều chế nanoclay hữu cơ. kết quả ứng dụng sét hữu cơ và montmorillonite

Trang 1

bộ khoa học và công nghệ viện công nghệ xạ hiếm

báo cáo tổng kết

đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nước

nghiên cứu công nghệ chế tạo montmorillonite (mmt) từ nguồn khoáng thiên nhiên làm nguyên liệu cho nanoclay

Mã số: KC.02.06/06-10

Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ xạ hiếm

Chủ nhiệm đề tài: TS Thân Văn Liên

Hà nội - 2008

Trang 2

danh sách các cán bộ tham gia đề tài

1 TS NCVC Thân Văn Liên Viện Công nghệ xạ hiếm

2 TS NCVCC Cao Hùng Thái Viện Công nghệ xạ hiếm

3 PGS.TS.NCVC Lê Bá Thuận Viện Công nghệ xạ hiếm

4 KS NCV Trần Văn Sơn Viện Công nghệ xạ hiếm

5 CN NCV Đoàn Thị Mơ Viện Công nghệ xạ hiếm

6 ThS NCVC Lê Thị Dung Viện Công nghệ xạ hiếm

7 PGS TS Ngô Sỹ Lương Đại học Quốc gia Hà Nội

8 KS NCV Nguyễn Đình Văn Viện Công nghệ xạ hiếm

9 ThS NCS Nguyễn Trọng Nghĩa Đại học SP kỹ thuật Hưng Yên

10 ThS.NCS Bùi Văn Thắng Đại học Sư phạm Đồng Tháp

Đơn vị phối hợp thực hiện Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Trang 3

1.1.4 Nanocomposit trờn cơ sở polyme - silicat cấu trỳc lớp

1.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất, tiêu thụ bentonite trên thế giới

1.3 ứng dụng montmorillonite và nanoclay hữu cơ trong sơn, trong dầu

mỡ, trong việc chế tạo nanoclay composit và trong một số lĩnh vực khác

1.4 Tài nguyên bentonite và việc nghiên cứu, khai thác, chế biến quặng

bentonite ở Việt Nam

1.5.3 Công nghệ điều chế nanoclay hữu cơ

5.4 Công nghệ điều chế nanocomposit trên cơ sở polyme - silicat cấu

trúc lớp

1.6 Các phương pháp phân tích đánh giá

1.7 Sơ đồ khai thác, chế biến và sử dụng bentonite ở quy mô công

nghiệp

phần II đối tượng nghiên cứu và Kỹ thuật thực nghiệm

2.1 Nguyên liệu, hoá chất, thiết bị, dụng cụ

2.2 Điều chế montromorillonite từ nguồn khoáng bentonite

2.3 Điều chế nanoclay hữu cơ

Trang 4

phÇn III KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn

3.1 Nghiªn cøu thµnh phÇn, cÊu tróc vµ mét sè tÝnh chÊt cña bentonite

B×nh ThuËn vµ bentonite Di Linh

3.2 Nghiªn cøu chÕ t¹o montmorillonite tõ nguån kho¸ng bentonite

B×nh ThuËn lµm nguyªn liÖu cho nanoclay

3.2.1 Nghiªn cøu ®iÒu kiÖn nghiÒn quÆng bentonite B×nh ThuËn

3.2.2 Nghiªn cøu thu nhËn montmorillonite b»ng ph−¬ng ph¸p l¾ng g¹n

3.2.3 Nghiªn cøu thu nhËn montmorillonite b»ng ph−¬ng ph¸p l¾ng cã

sö dông chÊt ph©n t¸n

3.2.4 Nghiªn cøu thu nhËn montmorillonite b»ng ph−¬ng ph¸p tuyÓn

thuû xyclone trªn thiÕt bÞ Mozley C155

3.2.5 Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh l¾ng läc s¶n phÈm

3.2.6 Nghiªn cøu thu nhËn montmorillonite b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ häc

3.2.7 Nghiªn cøu thu nhËn montmorillonite b»ng ph−¬ng ph¸p tæng hîp

vµ triÓn khai thö nghiÖm víi quy m« 50 kg/giê

3.2.8 Quy tr×nh tæng hîp montmorillonite tõ nguån kho¸ng thiªn nhiªn

trong n−íc

3.3 Nghiªn cøu chuyÓn ho¸ bentonite kiÒm thæ vÒ d¹ng bentonite kiÒm

3.4 KÕt qu¶ ®iÒu chÕ nanoclay h÷u c¬

3.4.1 So sánh khả năng điều chế sét hữu cơ của các bentonite Prolabo

(Pháp) và bentonite Việt Nam

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cation amoni hữu cơ/bentonit khô

(A/S) (mmol/g) đến giá trị d001 và mức độ thâm nhập vào sét

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch phản ứng đến giá trị

d001 và mức độ thâm nhập của cation amoni hữu cơ vào sét

3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến giá trị d001 và

mức độ thâm nhập của các cation amoni hữu cơ vào bentonit

3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị d001 và mức độ

thâm nhập vào sét

3.4.6 Ảnh hưởng của điều kiện lọc, rửa, sấy

3.4.6 Xây dựng quy trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận và

Trang 5

3.4.8 Áp dụng quy trình để điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận có

hàm lượng MMT > 90% và >70% víi c¸c amin h÷u c¬

3.4.9 Kết luận về quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonite Bình thuận

và muối amoni hữu cơ

3.5 Nghiên cứu ứng dụng sét hữu cơ vµ montmorillonite

3.5.1 Nghiên cứu chế tạo màng phủ polyurethane nanocomposite

3.5.2 Nghiên cứu chế tạo màng phủ polyacrylic nanocomposite

3.5.3 KÕt qu¶ thö nghiÖm s¶n phÈm montmorillonite trong c¸c lÜnh vùc

Trang 6

Mở đầu

nanomét và có thể biến đổi hoá học để trở nên tương hợp được với các monome hữu cơ và polyme Montmorillonite (MMT) là nguyên liệu cho nanoclay và là thành phần khoáng vật chủ yếu trong bentonite thiên nhiên Việc chế tạo MMT

được thực hiện bằng cách loại bỏ các khoáng tạp chất khác có chứa trong bentonite

Những cấu trúc của khoáng vật montmorillonite cho phép ứng dụng montmorillonite hoạt hoá và biến tính để chế tạo hàng loạt vật liệu nanocomposit

- các loại chất dẻo và cao su có độ bền cơ và nhiệt cao có khả năng ứng dụng thực tiễn to lớn

Các sản phẩm hoạt hoá và biến tính montmorillonite cũng được ứng dụng ngày càng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau: dùng làm chất hấp phụ và chế tạo xúc tác trong công nghệ hoá học và xử lý môi trường, chất bảo lưu trong công nghiệp giấy, chất lưu biến trong công nghiệp sơn và mực in, chế tạo dung dịch khoan cho công nghiệp dầu khí và xây dựng, chất làm khuôn đúc trong công nghiệp luyện kim, chất giữ ẩm và chất mang các yếu tố vi lượng cho sản xuất nông nghiệp, phụ gia sản xuất dược phẩm, mỹ phẩm, …

Sản lượng montmorillonite hoạt hoá và biến tính mỗi năm trên thế giới hàng triệu tấn Các nước sản xuất hàng đầu là Mỹ, các nước thuộc Liên xô cũ, Hy Lạp, Trung Quốc … Montmorillonite hoạt hoá và biến tính được bán trên thị trường gồm hàng chục loại khác nhau Từ năm 2000 Trung Quốc bắt đầu chế tạo sản phẩm nano trên cơ sở montmorillonite cho polyme Nhiều cơ sở chế tạo montmorillonite hoạt hoá và biến tính với công suất từ 5000 đến 8000 tấn

Việt Nam có tài nguyên chứa khoáng vật montmorillonite đa dạng về chủng loại, với trữ lượng hàng trăm triệu tấn Tuy nhiên mới được khai thác ở quy mô nhỏ và dùng chủ yếu ở dạng thô, chưa có sản phẩm đạt chất lượng cao và ổn

định, phạm vi ứng dụng còn rất hạn chế Hơn nữa chất lượng bentonite của nước

ta không cao và khổng thể sử dụng trong một số ngành công nghệ cao đòi hỏi vật liệu bentonite có hàm lượng MMT lớn Hiện nay, nhu cầu montmorillonite hoạt hoá và biến tính cho ngành công nghiệp giấy, sơn, v.v cho các nghiên cứu triển khai công nghệ vật liệu cao được đáp ứng bằng nhập ngoại, với những khó khăn

về giá cả và giao dịch, Nhiều đề tài ứng dụng vật liệu này chỉ được thực hiện với lượng nhỏ và kết quả không thể triển khai vào thực tế Những khó khăn này

Trang 7

Để mở rộng một cách hiệu quả việc sử dụng montmorillonite hoạt hoá và biến tính và tạo khả năng đáp ứng nhu cầu lớn trong tương lai về vật liệu này cho các ngành công nghiệp và đời sống, cần tạo được sản phẩm montmorillonite hoạt hoá và biến tính từ nguồn tài nguyên bentonite Việt Nam

Đứng trước bối cảnh đó, Bộ Khoa học và Công nghệ đã đặt ra nhiệm vụ :

“Nghiên cứu công nghệ chế tạo montmorillonite (MMT) từ nguồn khoáng thiên nhiên làm nguyên liệu cho nanoclay”

Xuất phát từ nhiệm vụ và từ thực tế nguồn quặng bentonite Việt Nam cũng như kinh nghiệm hơn 15 năm nghiên cứu trong lĩnh vực chế biến bentonite, chúng tôi đã lựa chọn khoáng sét bentonite kiềm ở Tuy Phong - Bình Thuận và khoáng sét bentonite kiềm thổ ở Di Linh - Lâm Đồng làm nguyên liệu đầu cho việc nghiên cứu (2 mỏ này là những mỏ bentonite có trữ lượng lớn ở Việt Nam đã

và đang được khai thác sử dụng cho một số mục đích khác ở nước ta)

Để đạt được mục tiêu của đề tài, chúng tôi xây dựng nội dung nghiên cứu gồm các vấn đề chính sau:

- Tổng quan tài liệu về bentonite, nanoclay hữu cơ, các phương pháp tinh chể bentonite để thu nhận MMT và các phương pháp điều chế nanoclay hữu cơ cũng như một số vấn đề khác có liên quan đến đề tài;

- Nghiên cứu thành phần vật chất và các tính chất của bentonite ở một số

mỏ để từ đấy lựa chọn được vùng nguyên liệu bentonite thích hợp dùng làm

nguyên liệu đầu cho việc điều chế montmorillonite;

- Nghiên cứu các phương pháp điều chế MMT từ bentonite và xây dựng

quy trình công nghệ chế tạo MMT từ nguồn khoáng bentonite trong nước đã chọn để thu nhận sản phẩm bentonite có hàm lượng MMT ít nhất 90% với kích thước hạt < 10 àm, dung lượng trao đổi cation > 90 mlgđl/100g và điều chế 200

và điều chế 10 kg nanoclay hữu cơ;

- Nghiờn cứu cấu trỳc, tớnh chất của cỏc sản phẩm và khả năng sử dụng sản phẩm MMT, sột hữu cơ điều chế được làm chất chống sa lằng trong sơn, chất

độn trong dầu mỡ, làm nguyờn liệu điều chế nanocomposite

Trang 8

Phần I: tổng quan

1.1 giới thiệu về bentonite, montmorillonite, nanoclay hữu cơ

và naocomposit trên cơ sở polyme - silicat cấu trúc lớp

1.1.1 Bentonite [26, 36, 37, 46, 79]

Bentonite là loại khoỏng sột tự nhiờn thành phần chớnh là montmorillonite

(MMT) Vỡ vậy cú thể gọi bentonite theo thành phần chớnh là MMT Ngoài thành

phần chớnh là MMT, trong bentonite cũn chứa một số khoỏng sột khỏc như

hectorite, saponite, beidelite, nontronite,… và một số khoỏng phi sột như canxite,

pirite, manhetite… cỏc muối kiềm khỏc và một số hợp chất hữu cơ Vào năm

1890 nhà địa chất người Mỹ đã khám phá ra loại sét ở gần Fort Benton,

Wyoming, Mỹ và đặt tên cho loại sét này là bentonite, tên gọi bentonite có từ

đây Montmorillonite – hạt sét có tên gọi của thị trấn Montmorillon nước Pháp -

nơi phát hiện ra loại sét này

Hiện nay người ta đó biết gần 40 loại khoỏng sột khỏc nhau Cú thể nhận biết

nhanh từng loại khoỏng dựa trờn sự cú mặt của ba nguyờn tố Al, Fe, Mg ngoài

nguyờn tố Si theo bảng 1 trong thành phần của nú

Bảng 1: Thành phần nguyờn tố cơ bản của sột ( khụng kể Si)

Tờn khoỏng sột

Nguyờn tố cú nhiều trong thành

phần

Tờn khoỏng sột

Nguyờn tố cú nhiều trong thành

phần

Mg) Montmorillonite Al (ớt Mg,

Trang 9

Montmorillonit (viết tắt là MMT), có công thức hóa học:

(Na,Ca)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O, là khoáng vật tự nhiên được tạo ra từ

quá trình phong hóa hoặc thuỷ nhiệt Montmorillonit thường có mặt cùng một số

sét khác thuộc nhóm smectit và là thành phần chính trong bentonit

Hạt montmorillonit rất nhỏ và cấu trúc của nó được suy ra từ nghiên cứu các

giản đồ nhiễu xạ rơntghen dạng bột Theo đề xuất từ các nghiên cứu này, lớp đơn

vị cơ bản của montmorilonit chứa 3 phiến: 1 phiến bát diện của

hydrargillit-brucit kẹp giữa 2 phiến tứ diện của silicoxit Các phiến này kết hợp với nhau sao

cho các đỉnh của tứ diện tạo thành một lớp chung chứa các nguyên tử oxi của

silica cùng với nhóm hydroxil của bát diện Các lớp được mở rộng theo hướng a

và b và xếp chồng lên nhau theo hướng c

Nét đặc trưng nhất của cấu trúc montmorilonit là nước và các phân tử có cực

khác, kể cả các phân tử hữu cơ có thể xâm nhập vào giữa các lớp đơn vị dẫn tới

làm giãn mạng theo hướng c Kích thước mạng montmorillonit theo hướng c có

thể biến đổi từ 9,6 Å nếu không có các phân tử có cực giữa các lớp đơn vị, đến

mức có thể tách hoàn toàn chúng ra khỏi nhau trong một số trường hợp

Cấu trúc mạng lưới của montmorillonite (MMT) được trình bày trên hình

1.1 Các cation trao đổi có mặt giữa các lớp, và khoảng cách không gian giữa các

lớp theo hướng trục c của montmorilonit bị dehydrat hoàn toàn phụ thuộc vào

các cation giữa lớp này (ion trao đổi của MMT kiềm thổ liên kết với 2 trung tâm

tích điện âm của 2 lớp, do đó làm giảm khả năng trao đổi và xâm nhập của các

phân tử có cực)

Trang 10

Hình 1.1 Cấu trúc không gian mạng lưới của montmorillonite

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc montmorillonit

Hình 1.2 đưa ra sơ đồ cấu trúc của montmorilonit không kể tới sự thay thế

cation trong mạng lưới Điều này tương ứng với công thức lý thuyết

(OH)4Si8Al4O20.xH2O Trên thực tế quá trình thay thế luôn xảy ra Al có thể thay

cho Si trong toạ độ tứ diện; Mg, Fe, Zn, Ni, Li có thể thay cho Al trong mạng bát

Trang 11

thế Mg cho Al có thể là một cho một, hoặc 3 Mg2+ cho 2 Al3+; trong trường hợp sau thì toàn bộ các vị trí có thể của mạng bát diện được lấp đầy Sự thay thế trong mạng bát diện có thể từ một phần đến toàn bộ Ví dụ như sự thay thế hoàn toàn 3 Mg2+ cho 2Al3+ xảy ra trong khoáng saponit; trường hợp thay thế hoàn toàn bằng sắt là nontronit; bằng crom là volkonskoit; bằng kẽm là sauconit

Do sự thay thế chẳng hạn Al+3 bằng Mg+2 và Si+4 bằng Al+3, mạng lưới trở thành mất cân đối, điện tích mạng bị thay đổi (0,66-/tế bào đơn vị) Sự thiếu hụt điện tích được đền bù bằng các cation trao đổi hấp phụ giữa các lớp đơn vị hoặc xung quanh các gờ cạnh của chúng

Vì thế mà có sự hình thành nhóm smectit, còn gọi là nhóm khoáng vật montmorillonit (hoặc smectit-montmorillonit) dưới đây:

Các dioctahedral montmorillonit:

montmorillonit (OH)4Si8(Al3,34Mg0,66)O20

Na0,66 nontronit (OH)4(Si7,34Al0,66)Fe43+O20

Trang 12

các nhóm hydroxyl và ion hydro của nhóm này cũng tham gia vào quá trình trao đổi Khả năng trao đổi ion phụ thuộc vào:

Mạng lưới có số lượng ion trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi càng lớn

Khả năng trương nở phụ thuộc bản chất cation trao đổi trong mạng Khi thay thế các ion trao đổi bằng các cation vô cơ dạng polioxocation hoặc các cation hữu cơ (như các amin bậc 4), khoảng cách giữa các lớp tăng mạnh Đặc biệt các cation hữu cơ ưa dầu làm montmorillonit có khả năng trương nở mạnh trong các dung môi hữu cơ

Sự biến tính montmorillonit dẫn tới thay đổi thành phần và cấu trúc của bentonit như trên được ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác và vật liệu mới

- Khả năng hấp thu: Montmorillonit có cấu trúc xốp và bề mặt riêng lớn, khả năng phân tán cao trong môi trường, khi biến tính có thể thay đổi khoảng cách giữa các lớp cùng những đặc trưng ưa dầu hoặc ưa nuớc Những đặc điểm này làm cho montmorillonit trở thành một vật liệu có tính hấp thu chọn lọc cao, tạo ra khả năng hấp phụ đặc biệt có thể được sử dụng trong xử lý môi trường rất hiệu quả

Bentonit là nguồn khoáng thiên nhiên có nguồn gốc phong hoá hoặc thuỷ nhiệt, là hỗn hợp các khoáng sét có thành phần thay đổi, bao gồm chủ yếu là nhóm khoáng smectit- montmorillonit Ngoài ra còn lẫn một số khoáng khác như

Trang 13

kaolinit, mica, illit cùng những mảnh vụn đất đá khác (thạch anh, cristobalit, feldspar, cancit )

Những hiểu biết về cấu trúc và tính chất của montmorilonit- thành phần cơ bản của bentonit là điều kiện chính để làm chủ công nghệ khai thác và chế biến các sản phẩm khác nhau của bentonit

1.1.3 Nanoclay h÷u c¬ (5, 15, 20, 24, 38, 50, 52)

Sét hữu cơ (nanoclay h÷u c¬) là sản phẩm của quá trình tương tác giữa

sét bentonite và các cation hữu cơ hoặc các hợp chất hữu cơ phân cực, đặc biệt là các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4 có mạch thẳng, nhánh và vòng, với các mạch

có độ dài ngắn khác nhau

Sự hấp thu các chất hữu cơ vào khoảng trống giữa các lớp cấu trúc của của montorillonit và thay thế các cation trao đổi (Na+, Ca+2, Mg+2 ) bằng những cation hữu cơ (điển hình là những cation alkyl amoni bậc 4) dẫn tới tạo thành các montmorillonit biến tính có tên gọi chung là organobentonit (nanoclay h÷u c¬, hay sÐt h÷u c¬)

Quá trình biến tính bằng các chất hữu cơ làm montmorillonit trở nên ưa dầu, làm tăng khả năng phân tán của sét trong các môi trường hữu cơ, nhờ đó mở rộng phạm vi ứng dụng của bentonit trong công nghiệp sơn, mực in, mỹ phẩm , đặc biệt nhờ khả năng tiếp xúc với các dung môi và monome hữu cơ, chúng có thể phân tán tốt hơn trong những môi trường này và tạo ra những đặc tính nổi trội của vật liệu nanocomposit

Các phức sét-hữu cơ là chất hấp thu tốt đối với các gốc hữu cơ kém hòa tan trong nước Tính chất này được sử dụng để làm sạch môi trường nước khỏi các chất thải dầu mỡ độc hại Hàng loạt công trình nghiên cứu về các sét hữu cơ đã được thực hiện Người ta đưa vào sét các cation hữu cơ từ một trong các amin bậc 1 đến 4 và dùng các sản phẩm organoclay thu được để hấp thu các chất hữu

Trang 14

- Tất cả các organoclay đã được nghiên cứu đều hấp thu được các hợp chất hữu cơ ở mức độ nào đó

- Nhiều organoclay trong số đã được nghiên cứu có thể dùng cho mục đích loại các chất bẩn hữu cơ trong nước thải trên thực tế Trạng thái hấp phụ của organoclay khác biệt về cơ bản so với than hoạt tính Các sản phẩm organoclay thương mại có thể được sản xuất từ những amin bậc 4 có trọng lượng phân tử lớn, chúng rất thích hợp để tách loại các loại chất hữu cơ độc hại trong nước thải

- Trong số các loại sét hữu cơ đã được nghiên cứu và ứng dụng, montmorillonit hữu cơ được biến tính bằng các amin bậc 4 (với mạch cacbon chứa 12-18 nguyên tử cacbon) có nhiều đặc điểm thuận lợi để trộn lẫn và xen lớp trong khối chất nền hữu cơ Đây là loại sét hữu cơ có nhiều triển vọng ứng dụng thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực vật liệu nanocomposit

1.1.4 Nanocomposit trên cơ sở polyme - silicat cấu trúc lớp

Polyme nanocomposit hiện đang nhận được sự quan tâm lớn về khoa học

và công nghệ Về mặt khoa học, một phạm vi mới liên quan giữa kích thước micromet và kích thước phân tử (kích thước nano) đã xuất hiện cùng với khả năng tìm hiểu một cách chi tiết hơn các tính chất của chúng Về mặt công nghệ, điều quan tâm chính là những đặc tính vượt trội của vật liệu mới về độ bền cơ và bền nhiệt, khả năng ngăn cách bảo vệ cao nhưng lại đảm bảo truyền sáng tốt Cho tới nay, vật liệu nanocomposit trên cơ sở polyme - silicat cấu trúc lớp đã được quan tâm phát triển và có ứng dụng thực tế

Nanocomposit là vật liệu bao gồm 2 pha, trong đó pha phân tán có kích thước ít nhất theo một chiều trong vùng nanomet (10-9m) Các polyme nanocomposit có thể được cường hóa nhờ các hạt hạt nano SiO2 hoặc SiO2 – TiO2 tổng hợp (kích thước nano theo 3 chiều không gian) Chúng cũng có thể được cường hóa bởi vật liệu nano 2 chiều như các sợi xenlulo hoặc ống nanocarbon Polyme nanocomposit silicat cấu trúc lớp thuộc loại vật liệu mà pha cường hóa là các phiến có kích thước nano theo một chiều, còn 2 chiều kia được trải rộng, có thể tới cỡ hàng trăm micromet

Hơn 10 năm trước các nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm trung tâm của Toyota đã phát hiện ra khả năng tổng hợp cấu trúc nanocomposit từ một polyme

Trang 15

polyamit 6 và sét montmorillonit hữu cơ thể hiện những cải thiện kỳ lạ về mặt cơ tính, các tính chất ngăn cách và giới hạn biến dạng nhiệt Những cải thiện này nhận được với hàm lượng rất thấp của organoclay (khoảng 4% trọng lượng)

Đến nay có thể phân biệt 3 dạng vật liệu polyme có chứa sét (Hình 1.3): loại vật liệu composit truyền thống, trong đó sét phân tán thô dưới dạng chất

độn, loại phân bố hạn chế theo kiểu xen lớp và loại nanocomposit tách lớp, trong

đó các phiến chiều dày 1 nanomet bị các phân tử polyme chia cắt khỏi nhau

Hình 1.3 Ba loại cấu trúc composit trên cơ sở polyme-silicat lớp

1.2 t×nh h×nh nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ tiªu thô bentonite trªn thÕ giíi

1 2.1 T×nh h×nh chung

Trong Bảng 1.1 là sản lượng bentonit của các nhà sản xuất chính Tổng sản lượng thế giới năm 2008 là 14,6 triệu tấn, tăng khoảng 4%/năm trong thời gian 5 năm gần đây

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất bentonit trên thế giới (1000 tấn/năm)

Composit truyÒn thèng

Líp sÐt Monomer

Nanocomposit kiÓu xen líp Nanocomposit

kiÓu t¸ch líp

Trang 16

-

495 1.150

-

479 1.200

-

364 1.100

20 (*) Nguồn: World Mineral Production, 1999-2003

(**) Nguồn: British Geological Survey (June 2008)

1.2.2 Sản xuất bentonit ở Hàn Quốc

Công nghiệp sản xuất bentonit của Hàn Quốc bắt đầu từ năm 1968, đến nay có 9 công ty sản xuất các mặt hàng bentonit cho công nghiệp giấy, luyện kim, xây dựng dân dụng, nông nghiệp, thức ăn gia súc

Hệ thống các nhà máy chế biến bentonit của Hản Quốc đã chế tạo hầu hết các sản phẩm bentonit dùng trong những lĩnh vực chủ yếu như: làm vật liệu khuôn đúc cho quá trình đúc các sản phẩm sắt, thép, kim loại màu; làm phụ gia kết dính để tạo hạt vật liệu trong luyện kim; sử dụng trong xây dựng; làm chất hấp thu để xử lý chất thải và ngăn cách không để chất ô nhiễm xâm nhập nguồn nước ngầm; dùng trong chất lỏng khoan; dùng trong công nghiệp thực phẩm để khử màu các loại dầu mỡ thực phẩm, bia rượu, các loại nước khoáng, đường và mật ong; trong nông ngiệp dùng làm một thành phần tạo viên và chất độn cho thức ăn gia súc, làm chất trao đổi ion để cải thiện chất đất, tạo ra chất mang xốp

để giữ thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu; dùng làm tá dược trong sản xuất dựoc phẩm, sản xuất các loại kem bảo vệ da, màu mỹ phẩm, phấn trẻ em ; dùng để sản xuất sà phòng, chất tẩy giặt; dùng làm chất ổn định và tạo huyền phù cho các loại sơn nước và sơn dung môi, chất đánh bóng, phẩm nhuộm và bột màu; dùng

Trang 17

làm chất mang xúc tác trong công nghiệp hóa học; sử dụng trong công nghiệp giấy; chất lót ổ nuôi gia súc

Công ty Sued- Chemie liên doanh với CHLB Đức là cơ sở hàng đầu với

hệ thống hoạt hoá bentonit tiên tiến chế tạo các sản phẩm bentonit chất lượng cao từ nguồn trong nước và nhập khẩu với công suất 6.500 tấn/tháng Công ty có

hệ thống phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu công nghệ và thử nghiệm chất lượng (thành phần cấp hạt, bề mặt riêng, dung lượng trao đổi, độ nhớt, sức căng

bề mặt, mức độ trương nở, pH, hàm ẩm ) các sản phẩm bentonit theo tiêu chuẩn quốc tế

1.2.3 Sản xuất bentonit ở Trung Quốc

Mỏ bentonit lớn nhất Trung Quốc là mỏ Ca- bentonit ở Xuân Hoa thuộc tỉnh Hồ Bắc, ngoài ra còn nhiều mỏ bentonit ở Triết Giang, Hồ Bắc, Quảng Đông

Công ty FCC INC tại thành phố bentonit nổi tiếng Triết Giang là một công

ty hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất và chế biến bentonit của Trung Quốc Công

ty bao gồm các cơ sở nghiên cứu phát triển, các cơ sở sản xuất chế biến và thương mại những sản phẩm sét hữu cơ (organoclay), phụ gia lưu biến (rheological additive), sét nano (nanoclay) cho polyme, đất tẩy trắng, phụ gia cho dung dịch khoan dầu khí, chăn nuôi gia súc Công ty sở hữu 200 triệu USD tài sản cố định, diện tích mặt bằng 150.000 m2 với diện tích xây dựng 17.000 m2

và 2 cơ sở sản xuất: Nhà máy tinh chế bentonit Anji Triết Giang và Nhà máy khai thác bentonit N0.1 Anji Triết Giang, 1 trung tâm nghiên cứu là Viện Nghiên cứu khoáng phi kim loại, một mỏ bentonit với trữ lượng 4 triệu tấn

Năm 1980 Công ty bắt đầu sản xuất organoclay trên cơ sở Na-bentonit, từ đầu năm 1990 đã phát triển và sản xuất organoclay trên cơ sở Ca-bentonit Năm

1996 Công ty đã xây dựng một dây chuyền sản xuất organoclay lớn nhất của Trung Quốc Từ năm 1999 bắt đầu phát triển và sản xuất serie organoclay dễ phân tán và trở thành công ty đầu tiên của Trung Quốc sản xuất vật liệu tiên tiến này Năm 2000, Công ty cũng là Công ty đầu tiên của Trung Quốc phát triển các sản phẩm vật liệu nano loại smectit Sản lượng các sản phẩm loại này khoảng 5.000-8.000 tấn/năm, đứng hàng thứ tư trên thế giới, đáp ứng 60% thị trường Trung Quốc cho các ứng dụng trên lĩnh vực sơn, mực in, dầu mỡ

Trang 18

Tổng sản lượng hàng năm đối với tất cả các loại sản phẩm bentonit của công ty là 250.000 tấn (khai thác bentonit thô 350.000 tấn)

Hiện Công ty sản xuất 6 serie của hơn 20 sản phẩm tinh chế bentonit, trong đó có bao gồm:

- serie NANOLIN của các nanoclay,

- serie các chất tạo gel vô cơ (các smectit tinh chế ở mức độ cao),

- serie các organoclay làm phụ gia lưu biến, dùng chủ yếu trong sơn, mực

in, khoan dầu, dầu mỡ, vật liệu làm kín ,

- serie SUPLITE các gellant hectorit tổng hợp (dùng trong sơn nhũ tương, mực in, khoan dầu, dầu mỡ, vật liệu làm kín , các loại đất tẩy trắng hiệu quả cao (là sản phẩm hoạt hoá bentonit bằng axit, dùng để làm sạch và tinh chế các loại dầu khoáng, dầu ăn ),

- serie phụ gia hấp thụ chất thải chăn nuôi gia súc,

- serie các chất cho dung dịch khoan và xây dựng công trình, chất làm kín cho tunnel

1.3 øng dông montmorillonite, nanoclay h÷u c¬ trong s¬n, trong dÇu mì vµ trong viÖc chÕ t¹o nanocompossit vµ trong mét

sè lÜnh vùc kh¸c

Từ xa xưa con người đó biết sử dụng các loại sét tự nhiên để chế tạo ra các vật dụng: dụng cụ nấu nướng, bình đựng, đồ trang sức để phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt một trong số các loại khoáng sét được sử dụng nhiều nhất là bentonite Hiện nay bentonite đó thâm nhập rộng rãi vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau:

- Dùng làm vật liệu hấp phụ, vật liệu trao đổi ion trong quá trình xử lý môi trường nước

- Sử dụng làm các chất mang, chất xúc tác trong các phản ứng tổng hợp hữu

- Chất độn trong ngành sản xuất giấy, cao su, nhựa

- Dùng để pha chế dung dịch khoan

- Làm khuôn trong ngành đúc, luyện kim

- Dùng làm vật liệu xây dựng,

Trang 19

- Sử dụng trong công nghiệp thực phẩm: làm sạch dầu thực vật và một số chế phẩm hữu cơ Dùng làm chất kết dính, chất độn trong thức ăn gia súc

- Sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm,

- Dùng để chế các vật dụng trang trí, đồ mỹ nghệ

- Dùng để chế tạo vật liệu chống sa lắng trong sơn, mực in, dầu, mỡ,

- Gần đây là ứng dụng trong việc chế tạo vật liệu nano-composit với các tính năng ưu việt và được ứng dụng trong các lĩnh vực chống cháy, vật liệu xốp, bền

cơ, bền hoá học, …

Sau đây chúng tôi xin trình bày một số ứng dụng đáng chú ý của bentonite

1.3.1 Làm chất xúc tác trong các quá trình tổng hợp hữu cơ [2]

Bentonite có tính chất cơ bản là độ axit cao nên có thể dùng làm xúc tác trong các phản ứng hữu cơ đó Bề mặt của bentonite mang điện tích âm do sự thay thế đồng hình của các ion Si4+ bằng ion Al3+ ở tâm tứ diện và ion Mg2+ thay thế ion Al3+ ở bát diện Các ion thay thế Al3+, Mg2+ có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện tích âm của chúng không được bù trừ bởi các ion dương Do vậy tâm axit Liwis được tạo thành từ ion Al3+ và ion Mg2+ ở các đỉnh, các chỗ gãy nứt và các khuyết tật trên bề mặt bentonite Nếu lượng Al3+ và Mg2+ tăng lên ở bề mặt bentonite sẽ làm tăng độ axit Liwis của chúng

Trên bề mặt bentonite tồn tại các nhóm hiđroxyl Các nhóm hiđroxyl có khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt bentonite những tâm axit Bronsted Số lượng nhóm hiđroxyl có khả năng tách proton tăng lên sẽ làm tăng

độ axit trên bề mặt của bentonite

Giữa cột chống và các lớp aluminosilicate của bentonite có những liên kết cộng hoá trị thực sự Sự tương tác giữa cột chống và lớp bentonite dẫn đến hình thành liên kết cộng hóa trị: cột chống- bentonite, giải phóng nước và proton làm tăng độ axit và bền hoá cấu trúc của bentonite chống

Biến tính bentonite bằng phương pháp trao đổi cation kim loại đa hóa trị, các chất hữu cơ tạo ra vật liệu xúc tác có độ axit và độ xốp cao hơn xúc tác cho một

số phản ứng hữu cơ Ví dụ: Sử dụng các xúc tác axit rắn trong phản ứng hữu cơ

ở pha lỏng thuận lợi hơn nhiều so với axit lỏng Sau khi kết thúc phản ứng chỉ cần lọc hỗn hợp phản ứng có thể tách xúc tác rắn

Trang 20

Ngoài ra, do bentonite có khả năng hấp phụ cao nên có thể hấp phụ các chất xúc tác trên bề mặt trong giữa các lớp và được sử dụng làm chất xúc tác cho nhiều phản ứng

1.3.2 Làm vật liệu hấp phụ [39]

Bentonite được dùng rộng rãi làm chất hấp phụ trong nhiều ngành công nghiệp Trong công nghiệp lọc dầu, lượng bentonite được sử dụng rất lớn, bao gồm bentonite tự nhiên và bentonite đã hoạt hóa Lượng bentonite tự nhiên tiêu tốn cho quá trình lọc dầu là 25% khối lượng dầu, phải có cùng với một lượng bentonite đã hoạt hoá bằng 10% khối lượng dầu Việc sử dụng bentonite làm chất hấp phụ là ưu việt hơn hẳn phương pháp cũ là phương pháp rửa kiềm Lượng bentonite mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng 0,5% lượng dầu được tinh chế Ngoài ra, phương pháp dùng bentonite còn có mức hao phí dầu thấp do tránh được phản ứng thuỷ phân

Trong công nghiệp hoá than, bentonite được sử dụng để tinh chế benzen thô

và các bán sản phẩm khác

Với tư cách là một chất hấp phụ đặc biệt tốt bentonite có thể tạo ra các dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp Vì thế, cùng với sự phát triển của ngành thăm dò và khai thác dầu, lượng bentonite được sử dụng trong việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng, và ngày nay ở Mỹ nó chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonite của nước này

Những chức năng quan trọng của bentonite trong dung dịch khoan là:

+ Làm tăng sức lôi cuốn của dung dịch khoan thông qua độ nhớt tăng ở nồng độ chất rắn thấp

+ Tạo huyền phù với các tác nhân và mùn khoan gây lắng khi ngừng lưu chuyển dung dịch khoan vì một lí do nào đó

+ Ngăn cản sự mất dung dịch vào các tầng có áp suất thấp, thấm nước nhờ việc tạo nên lớp bánh lọc không thấm nước trên thành lỗ khoan Lớp bánh lọc này không chỉ ngăn khỏi bị mất dung dịch mà còn có tác dụng như một cái màng làm bền thành lỗ khoan

Do có khả năng hấp phụ tốt nên bentonite còn được sử dụng làm chất hấp phụ các chất hữu cơ và đầu mỏ trong xử lý môi trường…

Trang 22

1.3.3 Làm vật liệu điều chế sét hữu cơ, sét chống và composite [37, 42, 50]

Gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano, nhiều ngành công nghiệp đã sử dụng đến vật liệu bentonit Công nghệ nano sử dụng sét hữu cơ trộn với các chất khác Thí dụ, polime để làm composit gọi là composit nano bentonit Polime có trộn thêm hạt nano bentonit khi kéo thành màng rất kín so với polime không trộn vì khi kéo, cán, các tấm nano bentonit này nằm song song với bề mặt ngăn cản rất tốt nhiều loại phân tử đi qua Các hạt nano bentonit này trộn với polime không những kín mà còn bền hơn nhiều, do đó đáp ứng yêu cầu làm các ống mềm để dẫn thuốc, dẫn máu dễ dàng trong y tế Từ những thí dụ trên cho thấy có thể lấy hạt nano bentonit để làm chất độn, làm nano composit

1.3.4 Dùng làm chất độn màu trong công nghiệp sản xuất vật liệu tổng hợp

Trong công nghiệp sản xuất xà phòng, sản xuất vải sợi một lượng bentonit đã được sử dụng Đặc biệt trong vài thập kỉ gần đây việc sử dụng bentonit vào trong ngành công nghiệp giấy đã làm thay đổi đáng kể chất lượng giấy trước kia giấy thường xấp xỉ 50% xenlulo,hàm lượng cao lanh(chất độn) nguyên chất có trong giấy không thể vượt quá 45% Nếu trộn thêm 10% bentonit kiềm vào thì hàm lượng cao lanh tăng lên 60% , nếu dùng 100% bentonit thì lượng cao lanh lên tới 84% Giảm lượng xenlulo cần có trong giấy đi 3 lần

1.3.5 Dùng trong công nghiệp bia, rượu

Trong công nghiệp chế biến rượu vang và các chế phẩm từ rượu vang sử dụng bentonit hoạt hóa làm chất hấp phụ đã làm giảm 30% đến 40% chi phí Bentonit không chỉ hấp phụ các chất hữu cơ, các chất béo, các sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình lên men mà còn hấp phụ cả ion sắt, đồng và các tác nhân gây ra bệnh của rượu lại không làm mất hương vị của rượu, bia

1.3.6 Dùng trong công nghiệp tinh chế nước

Sử dụng bentonit làm sạch nguồn nước mặt như: nước sông ngòi, kênh mương và các vùng giếng khoan Do bentonit làm kết tủa các vẩn đục thay cho việc dùng phèn đắt tiền hơn nhiều Không những thế mà bentonit còn có khả năng hấp phụ các ion gây độc và một lượng lớn vi khuẩn, chất hữu cơ có trong nước, khử tính cứng của nước với giá thành tương đối rẻ Khả năng lắng cặn lơ lửng trong nước, trao đổi ion và hấp phụ chất hữu cơ trong đó có các vi khuẩn

Trang 23

1.3.7 Dùng trong một số lĩnh vực khác

Trong các công trình thủy lợi như: đê điều, mương máng và những công sự phòng thủ bằng đất sử dụng bentonit nhờ đặc tính trương nở mạnh và đặc tính dẻo

Đặc biệt bentonit còn được dùng làm phụ gia trong thuốc tiêu hóa thức ăn và giúp điều tiết axit

Hiện nay các nghiên cứu về khả năng ứng dụng bentonit-Na dạng nén làm vật liệu lấp các kho chứa chất thải phóng xạ nhờ vào độ dẫn thủy lực của sét đã được nén rất thấp giữ cho chì từ các chất thải phóng xạ không nhiễm vào nước ngầm và khả năng trao đổi cation hấp phụ tất cả các nuclit thoát ra từ chất thải phóng xạ

Trang 24

1.4 Tµi nguyªn bentonite vµ viÖc nghiªn cøu, khai th¸c, chÕ biÕn quÆng bentonite ë ViÖt Nam [1, 3, 6, 10, 14]

1.4.1 Tổng quan về tài nguyên bentonit Việt Nam

Theo tài liệu của các nhà địa chất, ở nước ta đã phát hiện được hơn 20 mỏ

và điểm quặng sét bentonit.Các mỏ và điểm quặng có quy mô lớn đều tập trung

ở phần phía nam (thành phố Hồ Chí Minh, Bình Thuận, Lâm Đồng) Phần phía bắc sét bentonit với hàm lượng nhóm smectit thấp tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng bắc bộ và Thanh Hoá

Có thể phân bentonit Việt Nam theo 2 kiểu nguồn gốc:

- Kiểu nguồn gốc trầm tích

- Kiểu nguồn gốc phong hoá

a Bentonit nguồn gốc trầm tích tuổi Neogen thuộc hệ tầng Di Linh: Loại bentonit này nằm trong mặt cắt trầm tích hồ, hạt mịn, gòm nhiều lớp xen kẹp nhau của sét bentonit, sét chứa diatomit, sét kaolin, sét than, than nâu cùng với trầm tích vụn thô cát, cát sét và phun trào bazan

Các lớp bentonit được thành tạo từ các lớp sét chứa vật chất núi lửa: tuff, tro bụi, thủ tinh núi lửa trong môi trường đầm hồ bị biến đổi tạo thành Như ở

mỏ Tam Bố huyện Di Linh tỉnh Lâm Đồng Các thân bentonit dạng lớp, dạng thấu kính Chiều dày các thân thay đổi từ 400-840 m, chiều rộng từ 200-600 m, chiều dày từ 1-7 m> Hàm lượng khoáng montmorillonit từ 50-95%, dung tích trao đổi cation 25,28-48,50 mdlg/100g

b Bentonit nguồn gốc trầm tích tuổi Đệ tứ: Trong các trầm tích tuổi Đệ tứ (Holoxen) ở đồng bằng sông Cửu Long, qua công tác lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:500.000 và 1:200.000 đã phát hiện nhiều điểm bentonit ở thành phố Hồ Chí Minh, An Giang, diện phân bố rộng hàng trăm km2 Ví dụ mỏ Thái Mỹ (huyện

Củ Chi, TP Hồ Chí Minh) thân quặng dạng lớp có chiều dày 1-9 m, nằm lộ thiên hoặc dưới lớp cát sét từ 2-7 m, hàm lượng montmorillonit 20-60%, dung tích trao đổi cation 11,66-17,96 mdlg/100g

c Bentonit kiểu nguồn gốc phong hoá- tích đọng

Các thân bentonit được tích đọng trong thung lũng giữa núi và trước núi

Ví dụ mỏ Nha Mé (Vĩnh Hảo, Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận) với diện tích gần 10

Trang 25

kiềm tập trung ở đới khô Thuận Hải (cũ) chiếm diện tích khoảng 4 km2, thành phần khoáng vật chính gồm montmorillonit, thạch anh, fenspar, canxit, inmenit Kết quả nghiên cứu khoáng vật bằng các phương pháp nhiễu xạ rơntghen, nhiệt vi sai, phổ hồng ngoại, hiển vi điện tử cho thấy các mỏ sét bentonit ở nước ta có thành phần đa khoáng Có thể phân biệt các loại khoáng vật sau:

- Khoáng vật sét nhóm smectit: montmorillonit, beidelit, nontronit, saponit

- Khoáng vật sét thông thường: caolinit, hydromica

- Sa khoáng: thạch anh, fenspar, inmenit, hematit, manhetit, rutin, canxit Thành phần hoá học của một số sét bentonit Việt Nam và các loại sản phẩm bentonit Nha Mé được đưa ra trong các bảng 1.2 và 1.3 Qua đây ta thấy thành phần hoá học các mỏ sét khác nhau, phản ánh đặc điểm cấu tạo và điều kiện địa chất tạo thành mỏ khác nhau Các thành phần chính như SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO+MgO, Na2O+K2O ngay trong một mỏ cũng thay đổi, thể hiện sự bất

ổn định của điều kiện trầm tích

Bảng 1.2 Thành phần hoá học một số sét bentonit Việt Nam

21,11

25,00 6,71-11,81 5,33

16,58-8,86 7,14

2,27 25,46

1,44-0,08 0,08

0,75 0,19

0,21-1,77 0,92

2,13 9,66

1,05-0,36 0,23

8,32 0,32

3,29-0,19 0,30

2,40 0,31

1,35-1,23 1,31

1,92 0,21

0,62-0,87

1,20 0,20-0,78 0,32

1,10-7,25 8,08

7,65 8,37

3,98-Bảng 1.3.Thành phần hoá học các loại sản phẩm bentonit Nha Mé

Hàm lượng (%) Thành phần Bentonit nguyên

khai

Bentonit sơ tuyển Mẫu đơn

khoáng SiO2

Al2O3

Fe2O3

65,5-76,5 6,71-11,81 1,44-2,27

60,42 14,15 3,41

54,18-57,22 15,61-17,21 3,20-4,10

Trang 26

0,56 2,75 3,21 0,53 0,67 2,89 0,44 10,09

0,18-0,54 2,78-3,12 2,86-3,97 0,34-0,62 0,78-0,91 3,10-3,36 0,35-0,75 10,93-12,43 Các số liệu nghiên cứu đánh giá bentonit Tam Bố (Di Linh, Lâm Đồng) tại Viện Nghiên cứu nguyên liệu khoáng Kutna- Hora (Tiệp Khắc) cho thấy: bentonit mỏ Tam Bố là loại bentonit kiềm thổ, thuộc nhóm sét montmorillonit magie hoặc magie- canxi với phần lớn Mg2+, chứa tạp chất thấp, thành phần khoáng vật chủ yếu là montmorillonit, ít caolinit, thạch anh Tổng trữ lượng của toàn bộ 6 thân quặng thuộc mỏ Tam Bố được tính ở cấp C1+C2 là 4.241.438 tấn Trữ lượng bentonit Việt Nam theo những tài liệu địa chất đã có là:

- Cấp C1: 5.000.000 tấn

- Cấp C2: 42.000.000 tấn

- Tài nguyên dự báo: 350.760.000 m3

1.4.2 Tình hình nghiên cứu khoa học công nghệ chế biến tài nguyên bentonit Việt Nam

Thời gian vừa qua nhiều công trình nghiên cứu đã quan tâm đến tài nguyên bentonit và công nghệ chế biến chúng thành các sản phẩm có thể sử dụng trong thực tế Ngoài những công trình nghiên cứu địa chất nhằm tìm kiếm

và đánh giá tài nguyên bentonit trong phạm vi cả nước (Cục Địa chất và khoáng sản, Viện Địa chất khoáng sản), những nghiên cứu quy hoạch dài hạn về tài nguyên bentonit Việt Nam (Cục Địa chất và khoáng sản), đã có một số công trình nghiên cứu chế biến bentonit theo các hướng sau đây:

- Xử lý bentonit thô để loại tạp chất, nâng cao hàm lượng smectit, cải thiện đặc trưng lưu biến để dùng trong công nghiệp khoan dầu và khuôn đúc (Công ty dung dịch khoan dầu khí)

- Nghiên cứu các đặc trưng của sét bentonit để ứng dụng trong việc cải tạo

Trang 27

- Nghiên cứu các quá trình hoạt hoá biến tính bentonit bằng các polyoxo kim loại để chế tạo xúc tác (Đại học Quốc gia, Viện Hoá Công nghiệp)

- Nghiên cứu các quá trình hoạt hoá kiềm và axit đối với bentonit để chế tạo vật liệu hấp thu kim loại nặng và phóng xạ dùng trong xử lý môi trường (Viện Công nghệ xạ hiếm, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt)

- Nghiên cứu quá trình hoạt hoá biến tính bentonit bằng các hợp chất hữu

cơ để sử dụng chế tạo vật liệu nanocomposit, tăng chất lượng dầu mỡ bào quản,

và ứng dụng làm phụ gia lưu biến trong công nghiệp sơn (Viện Hoá học- Viện Khoa học công nghệ Việt Nam, Đại học Bách khoa, Viện nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự)

Đề tài nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu nano polyme composit do Viện Hoá học thực hiện (Đề tài KC.02.07) đã đạt những kết quả sau:

Xây dựng dây chuyền công nghệ tuyển khoáng sét thô từ mỏ Tuy Phong, tinh chế, hoạt hoá để nhận được khoáng sét bentonit có hàm lượng montmorillonit 70%, có độ trương nở >500%, dung lượng trao đổi 100-115 dlg/100g, khoảng cách các lớp 12 A0

Chế tạo vật liệu nano hữu cơ có khoảng cách các lớp 17-31 A0, gốc thế hữu cơ có số nguyên tử C đến 16, có tính ưa dầu cao, tương hợp tốt với dungmôi hữu cơ và các polyme nền, tương đương chất lượng vật liệu nanoclay của các phòng thí nghiệm thế giới

Thực hiện phản ứng trùng hợp cation polyanilin xen trong lợp khoáng sét Tạo vật liệu conducting polyme nanocomposit có thể điều khiển được độ dẫn Đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao 295-4500C mở ra triển vọng ứng dụng vật liệu này trong công nghệ ký thuật cao

Xây dựng công nghệ chế tạo vật liệu polyme nanocomposit 3 thành phần gồm polyanilin, nanoclay và nền epoxy Vật liệu ba thành phần có tính chống ăn mòn tốt có thể thay thế vật liệu chống ăn mòn cũ trên cơ sở crom độc hại

Thử nghiệm ứng dụng một số polyme nanocomposit: vật liệu polyamit/nanoclay có tính chất cơ lý hoá cao hơn so với polyamit composit thông thường, vật liệu epoxy/nanoclay có nhiệt độ làm việc cao hơn epõy composit thông thường, vật liệu mỡ/nanoclay có nhiệt độ làm việc cao hơn so với mỡ bảo quản thông thường

Trang 28

Các đề tài về bentonit thực hiện tại Viện Công nghệ xạ hiếm đã nhận được những kết quả đáng chú ý sau:

Xác định các đặc trưng của mẫu bentonit Di Linh và Bình Thuận, đặt ra nhu cầu về thực hiện quá trình tuyển và hoạt hoá bentonit các khu vực này

Nghiên cứu quá trình hoạt hoá bằng axit, làm tăng hiệu quả hoạt hoá axit bằng trộn ủ, kết hợp hoạt hoá với thuỷ xiclon để đạt chất lượng bentonit cao dùng làm chất hấp thu kim loại nặng và phóng xạ

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng hấp thu của bentonit đối với urani, mở ra khả năng sử dụng bentonit làm vật liệu tách urani khỏi các tạp chất khác

Chế thử thành công viên bentonit với chitosan là polyme kết dính

- Loại bỏ các tạp chất khoáng không thuộc nhóm montmorillonit,

- Thay thế các ion trao đổi giữa các lớp: như thay đổi Ca+2, Mg+2 bằng Na+(hoạt hóa kiềm)

- Thay thế các ion trao đổi (Ca+2, Mg+2, Na+) và một phần các cation trong mạng (Al+3, Fe+3) bằng H+ (hoạt hóa axit)

Bentonit thương phẩm có hàm lượng montmorillonit tối thiểu 70%, hàm lượng các khoáng vật phi sét nhỏ (thường <10%)

Quá trình xử lý để thu được bentonit thương phẩm tương đối đơn giản, bao gồm các bước sau: khai thác, sấy, đập nghiền và chế hoá

Sau khi khai thác (bằng phương pháp lộ thiên hoặc hầm lò) bentonit nguyên khai có độ ẩm 30-40% được đập đến kích thước thích hợp rồi đem sấy trong các lò quay để giảm độ ẩm tới 5-15% và đưa vào thiết bị tuyển để tách đất

đá và các tạp chất phi sét Sản phẩm sau sấy và tách đất đá được đưa đến thiết bị

Trang 29

nghiền mịn để đạt cấp hạt 90% lọt sàng 200 mesh, kiểm tra bằng phõn cấp khớ rồi đem sấy tiếp bằng khớ núng

Bentonit kiềm Wyoming (Mỹ) cú chất lượng tốt để cú thể sử dụng trực tiếp trong một số lĩnh vực nhất định mà khụng cần qua cỏc giai đoạn làm giàu hoặc

- Sử dụng phương phỏp lặng gạn nhiều bậc (sử dụng và khụng sử dụng chất trợ lắng)

- Sử dụng thiết bị tuyển thuỷ xiclon

- Xử lý bằng hoỏ học để chuyển hoỏ ion trao đổi (Ca →Na) bentonit

- Cú thể kết hợp xử lý bằng cỏc giải phỏp nờu trờn (kết hợp xử lý cơ, hoỏ học, nhiệt khỏc nhau)

Sau đây chúng tôi trình bày cụ thể về các phương pháp tinh chế để thu nhận montmorillonite (MMT) từ nguồn khoáng bentonite thiên nhiên

Bentonite là một nguồn khoáng thiên nhiên, được cấu thành chủ yếu từ các khoáng vật sét thuộc nhóm smectit bao gồm montmorillonite (MMT) và một số khoáng khác như kaolin, mica, quartz, cristobalite, feldspar, calcite, illite… trong

đó montmorillonite là thành phần chính của bentonite Thành phần hoá học và độ tinh khiết của bentonite ảnh hưởng nhiều đến tính chất của nó Các mỏ quặng bentonite khác nhau thường có hàm lượng montmorillonite khác nhau, theo các

số liệu đã công bố cho thấy cụ hàm lượng montmorillonite trong bentonite có thể dao động trong một khoảng rộng, ví dụ có những mỏ hàm lượng montmorillonite chỉ khoảng 25-30%, nhưng có những mỏ hàm lượng montmorillonite lên tới hơn 80%

Tinh chế quặng bentonite được thực hiện nhằm tách các khoáng tạp chất

và nâng cao hàm lượng của khoáng montmorillonite trong bentonite Quá trình làm giàu được tiến hành với mục đích hoặc là tách các tạp chất mà những tạp chất này làm giảm chất lượng của khoáng montmorillonite và không tính đến việc sử dụng chúng trong các bước tiếp theo ( như các hợp chất sắt, titan, lưu

Trang 30

huỳnh) hoặc là phân chia và tách các khoáng tạp chất ra từng dạng sạch riêng rẽ

để sử dụng trong công nghiệp ( như thạch anh, mica, granit)

Phương pháp làm giàu bentonite dựa trên việc sử dụng các quá trình hoá,

lý khác nhau trong đấy đặc biệt lợi dụng tính chất trương nở của bentonite (nhất

là bentonite kiềm) so với các khoáng sét khác để loại bỏ các tạp chất lẫn trong

đó Trên cơ sở đó người ta đã sử dụng các phương pháp làm giàu như: phương pháp ướt, phương pháp khô, phương pháp tuyển khí, tuyển từ, tuyển điện, tuyển nổi và kết hợp giữa các phương pháp đó Bảng 1.4 đưa ra các phương án khác nhau của quá trình phân chia các khoáng vật

Phân

loại quá

trình

Các phương

án có thể

Phân loại quá

trình

Các phương án

có thể

Phân loại quá

trình

Các phương án

có thể

Theo pha 2-4

2-3 2-1 3-4 3-1 4-1 2-3-4 2-3-1 2-4-1 3-4-1 2-3-4-1

Theo lực

từ trường

A-B A-C A-D B-C B-D C-D A-C-D B-C-D A-B-C-D

Theo phương pháp cố định vật chịu tải

Theo dạng các phản ứng hoá lý

Theo tương tác của các tần số

II-III II-V III-V

a-c a-d c-d

M-Y O-Y M-Z

Chú giải: Các ký hiệu 1, 2, 3, 4 tương ứng với pha rắn, khí, nước, dung

Trang 31

Các kí hiệu O, M, Z, Y tương ứng với trường hợp không có tần số, cơ học,

âm thanh, siêu tần

Quá trình tuyển quặng bentonite được tiến hành qua một số công đoạn: nghiền và phân loại các hạt khoáng, thiết lập sự khác nhau về tính chất của các khoáng khác nhau có trong bentonite, phân chia và thu thập sản phẩm bentonite

đã được làm giàu Cùng với việc nghiền và phân chia theo cấp hạt còn tiến hành tập hợp chọn lọc phần có cấp hạt bé Khâu gia công các hạt để chuẩn bị phân chia gồm: xử lý bằng tác nhân hoá học, rửa, xử lý bằng nhiệt, Thiết lập gradien các tính chất được thực hiện bằng cách tạo các pha (thêm dung dịch hữu cơ, nước hay khí) và tổ chức biên giới giữa các pha

Việc lựa chọn sơ đồ kỹ thuật làm giàu được xác định bởi tính chất tổng thể của các khoáng vật cấu tạo nên quặng Những đặc tính cơ học - độ cứng và kích thước hạt xác định sự cần thiết ứng dụng công đoạn đập nghiền một cách chọn lọc trước khi phân cấp theo cỡ hạt.Đối với quặng sét bentonite thường được làm giàu dựa trên sự phân bố khoáng montmorillonite và các khoáng tạp chất theo phân đoạn cấp hạt và sự trương nở của MMT

Bảng 1.5 đưa ra sự phân loại các khoáng vật theo kích thước và các phương pháp làm giàu chúng

và các phương pháp làm giàu chúng

Phần

khoáng

Phần hạt chủ yếu, dhạt, mm

Các quá trình kỹ thuật được ứng dụng để làm giàu

- Sa lắng, tuyển từ, làm giàu trong môi trường chất lỏng nặng

- Làm giàu trên ống, tuyển từ, tuyển

điện từ, làm giàu trong môi trường nặng, sa lắng

- Tuyển nổi, làm giàu ở các ống đặc biệt, phân chia thuỷ lực

- Tuyển nổi, phân chia trọng lực

Phương pháp trọng lực

Thạch anh và những khoáng tạp chất, và cả mica thường có trong bentonite, chúng có kích thước hạt lớn hơn kích thước cao lanh khoảng 10-100

Trang 32

lần và lớn hơn kích thước hạt bentonite hàng trăm lần Trên cơ sở sự khác nhau

về kích thước hạt, suy ra khối lượng của các hạt và tốc độ sa lắng của các hạt khoáng khác nhau trong bentonite sẽ khác nhau Và đây là cơ sở của phương pháp tuyển trọng lực đối với bentonite Người ta phân biệt phương pháp tuyển trọng lực ướt (sự phân chia các khoáng được thực hiện sau công đoạn tạo bùn) và phương pháp tuyển trọng lực khô (phân chia các hạt xẩy ra trong dòng khí)

1.5.1.1 Phương pháp khô

Kỹ thuật làm giàu theo phương pháp khô dựa trên sự phân cấp các hạt quặng theo độ lớn của chúng dưới tác động của dòng khí Những thông số cơ bản của quá trình làm giàu bằng phương pháp khô là : Chi phí khối lượng quặng trên

1 tấn bentonite được làm giàu, nhiệt độ sấy khô quặng, độ ẩm của quặng sau khi sấy, hiệu suất thu hồi bentonite trong tinh quặng và hàm lượng montmorillonite trong tinh quặng bentonite Sơ đồ phương pháp tuyển khô được chỉ ra ở hình 1.9

Nghiền

Trang 33

Bên cạnh những ưu điểm của phương pháp khô (chi phí nước thấp, chu trình kín, cho phép có thẻ tự động hoá, không đòi hỏi những thao tác chân tay phức tạp), phương pháp khô làm giàu bentonite có những nhược điểm sau : làm giảm tính dẻo của bentonite, mất mát bentonite theo dòng khí, hiệu suất phân chia thấp

và làm bẩn môi trường

1.5.1.2 Phương pháp ướt

Với phương pháp này sự phân cấp hạt được thực hiện trong môi trường nước Bên cạnh những ưu điểm của phương pháp (kỹ thuật đơn giản, sử dụng các thiết bị không phức tạp và không đắt tiền và thu nhận được bentonite có hàm lượng MMT cao) phương pháp này có những hạn chế như : cần một diện tích lớn, tiêu hao một lượng nước lớn vì tỷ trọng của bùn bentonite thấp)

1.5.1.3 Phương pháp bàn đãi

Quá trình phân cấp hạt được tiến hành trên bàn đãi có mặt phẳng nằm ngang với vận tốc dòng nước bé và tỷ trọng huyền phù bentonite thấp Sau khi gạn nước, huyền phù đặc được chuyển sang công đoạn làm khô

Những thông số chính của quá trình : Chi phí khối lượng quặng trên 1 tấn bentonite được làm giàu,thể tích của các bể lắng, diện tích của các bể lắng, hiệu suất thu hồi bentonite trong tinh quặng, hàm lượng montmorillonite trong tinh quặng bentonite

1.5.1.4 Phương pháp tuyển thuỷ xyclone

Giới thiệu về nguyên lí hoạt động và một số kiểu thiết bị phân cấp thuỷ lực

Các thiết bị phân cấp hạt theo phương pháp thuỷ lực cũng hoạt động theo nguyên lí giống như trong thiết bị lắng Theo nguyên lí này các hạt có khối lượng khác nhau trong môi trường lỏng, dưới tác dụng của trọng lực sẽ có tốc độ rơi khác nhau, tốc độ rơi hoặc lắng này phụ thuộc vào các yếu tố như: kích thước hạt, khối lượng riêng của hạt, môi trường lỏng, độ nhớt của môi trường lỏng,… Trong các thiết bị phân cấp thuỷ lực môi trường lỏng thường dùng là nước (nếu như các hạt rắn không tác dụng với nước) còn các hạt rắn còn gọi là pha phân tán có khối lượng riêng như nhau tạo nên một huyền phù rắn - lỏng Trong

điều kiện các hạt rắn có khối lượng riêng như nhau, cùng trong môi trường lỏng

đồng nhất nòng độ pha rắn đủ loảng nhỏ hơn 10% để các hạt rơi tự do, không có

sự va chạm lẫn nhau thì tốc độ rơi của các hạt rắn chỉ phụ thuộc vào kích thước hạt Hạt lớn có tốc độ rơi lớn còn hạt nhỏ có tốc độ rơi chậm hơn Dựa vào tốc độ

Trang 34

rơi khác nhau của các hạt ta có thể phân tách được các hạt có kích thước khác nhau theo mong muốn

Kiểm tra và đóng gói sản phẩm

Quá trình lắng của các hạt tuân theo quy luật rơi của vật thể trong môi trường lỏng Khi bắt đầu quá trình lắng dưới tác động của lực trọng trường các hạt rơi nhanh dần đều, tốc độ càng cao thì lực cản càng lớn cho đến khi lực cản môi trường lỏng cân bằng với trọng lực thì các hạt bắt đầu rơi với tốc độ không

Sấy đến độ ẩm

< 3 %

Trang 35

Theo định luật Stock, tốc độ không đổi này được xác định bởi công thức (với điều kiện hạt hình cầu, trường hợp hạt không có dạng hình cầu, có thể thay d bằng đường kính tương đương):

ω0 = d2 (γ - γ1)/18à m/s

ω0: Tốc độ rơi của hạt trong môi trường lỏng, m/s

d: Đường kính hạt hình cầu, m

γ : Trọng lượng riêng của pha rắn, kg/m3

γ1:Trọng lượng riêng của pha lỏng, kg/m3

à : Độ nhớt của pha lỏng, kg.s/m2

Trong thực tế các hạt lắng trong điều kiện không phải rơi tự do hoàn toàn nên theo kinh nghiệm người ta thường lấy tốc độ rơi thực tế bằng một nửa tốc độ rơi tính toán theo định luật Stock

Sơ đồ tổng quát tuyển thuỷ xyclon được chỉ ra ở hành 1.10 Bên cạnh những

ưu điểm của phương pháp tuyển thuỷ xyclone như năng suất cao nó có hạn chế là tiêu hao lượng nước nhiều, vì vậy phải có biện pháp để tuần hoàn lại nước

1.5.1.5 Phương pháp ly tâm

Với phương pháp này việc tách các tạp chất khỏi bentonite được thực hiện dưới tác động của lực ly tâm Việc tách các tạp chất được thực hiện trong máy ly tâm với vận tốc quay khác nhau Những hạt thạch anh nặng hơn sẽ nằm ở phần dưới của máy ly tâm, còn những phần bentonite có kích thước bé hơn sẽ nằm ở lớp trên Máy ly tâm có thể được dùng để tách các phần và chính máy cũng được dùng để tách nước ra khỏi phần tinh quặng Máy ly tâm được phân ra các loại theo phương pháp tác động của nó (máy ly tâm gián đoạn, máy ly tâm bán liên tục và máy ly tâm liên tục), theo dấu hiệu thiết kế (máy ly tâm đứng, máy ly tâm ngang) và theo vận tốc quay: bình thường: 400-1200 vòng/phút; máy ly tâm nhanh: 1200-3000 vòng/phút; máy ly tâm rất nhanh: 3000-12000 vòng/phút, máy

Trang 36

Dưới tác dụng của sóng siêu âm lên dung dịch huyền phù bentonite sẽ đat

được hai hiệu ứng mà có thể sử dụng để làm giàu bentonite: làm phân tán các tạp chất có kích thước lớn và làm sa lắng các hạt do kết quả phân lớp Những thông

số cơ bản của quá trình siêu âm là: Tần số âm thanh, thời gian siêu âm, số bậc siêu âm, nồng độ huyền phù, hàm lượng tạp chất trong huyền phù, hiệu suất thu hồi bentonite trong tinh quặng, hàm lượng montmorillonite thu được trong tinh quặng

ưu điểm của phương pháp: tỷ trọng của huyền phù cao, nâng cao được tốc

độ lọc, sự ổn định các tính chất của sản phẩm, hiệu suất thu hồi và độ sạch sản phẩm cao

Hạn chế: Tiêu hao nhiều năng lượng hơn so với các phương pháp khác

Siêu âm làm phân tán các tạp chất lớn

Khi tách các tạp chất có kích thước lớn ra khỏi huyền phù bentonite bằng phương pháp trọng lực thực tế khó đạt được việc tách hoàn toàn các hạt có kích thước d > 56 micron Một phần những cỡ hạt này ( có thể đến 2%) là mica hoặc thạch anh còn lại trong sản phẩm đã được làm giàu Thành phần hoá học trong trường hợp này không biến đổi nhiều, nhưng sản phẩm như vậy sẽ không thoả mãn được điều kiện trong một số ngành chẳng hạn ngành giấy Tách phần tạp chất này bằng phương pháp tuyển nổi đòi hỏi phải có kỹ thuật đặc biệt và thiết bị phức tạp Sự tác động của sóng siêu âm cùng với với việc đưa các chất điện ly (chẳng hạn Na2SO3) sẽ tạo ra sự phân tán các tạp chất ngay cả ở tần số 15-35 kilogec và 0,2% Na2SO3 Sự phân tán có ưu thế xẩy ra với các hạt có kích thước lớn Khi phân tán các hạt mica trở nên đều đặn hơn, còn các hạt thạch anh giảm kích thước và bảo toàn hình dạng của chúng Hiệu quả của sự phân tán chọn lọc phụ thuộc vào hàm lượng của các hạt có kích thước lớn và điều kiện gia công

Siêu âm làm sa lắng những tạp chất có kích thước lớn

Quá trình dựa trên sự phá huỷ các liên kết cấu trúc của hệ bentonite – nước, mà kết quả của chúng là hạ thấp độ nhớt của hệ và xẩy ra quá trình phân lớp pha rắn theo độ lớn của tạp chất

Hiệu quả phá huỷ cấu trúc huyền phù và thời gian khôi phục lại các liên kết cấu trúc sau khi dừng việc xử lý huyền phù phụ thuộc vào thời gian tác động của sóng siêu âm Sự sa lắng của các hạt có kích thước d >56 micron hầu như xẩy ra

Trang 37

hoàn toàn (98-99,8%) trong vòng 15-20 phút Hiệu quả làm giàu đạt được ngay

cả trong thiều gian xử lý là 5-7 phút

1.5.1.7 Phương pháp hoá học

Cơ sở của việc làm giàu bentonite theo phương pháp hoá học là hiện tượng

biến đổi thành phần hoá học của khoáng khi xử lý chúng bằng các axit hữu cơ,

bằng các muối của chúng hoặc bằng các hợp chất hữu cơ: sự tạo thành trong lớp

khuyếch tán của các hạt sét các ion nhôm và sắt hoá trị 3 (Al+3, Fe+3) Khi xử lý

quặng bentonite bằng axit, độ hoà tan của Al2O3 và Fe2O3 phụ thuộc vào bản

chất khoáng và điều kiện hoạt hoá Bảng 1.6 chỉ ra ảnh hưởng của nhiệt độ đến

sự thu hồi Al2O3 từ những khoáng sét khác nhau khi xử lý chúng bằng axit

sunfuric

khác nhau khi xử lý chúng bằng axit sunfuric

Độ tan của Al2O3 , %, với nhiệt độ tương ứng, oC Loại khoáng

130 155 800 Anocxit

98,0 87,0 70,0 85,0

95,0 100,0 52,0 100,0 28,0 Độ hoà tan của Al2O3 và Fe2O3 khi xử lý quặng bentonite bằng dung dịch

axit HCl 15% trong thời gian 6 giờ được chỉ ra ở bảng 1.7

Hàm lượng trong sản phẩm, % Độ hoà tan, % Nguyên liệu đầu Sản phẩm tinh

chế Khoáng

Al2O3 Fe2O3 Al2O3 Fe2O3

Al2O3 Fe2O3

Lượng sắt còn lại trong sản phẩm khoảng 0,2-0,3 % tính theo Fe2O3, sự

ảnh hưởng của nó đến sự biến đổi màu của bentonite là không đáng kể

Trang 38

Ngay cả khi hàm lượng của Fe2O3 là 0,2; 0,3; 0,33; và 0,61 trong sản phẩm làm giàu thì sau khi nung bentonite vẫn có độ trắng tương ứng là 90, 89, 97 và 80%

Bên cạnh ưu điểm của phương pháp hoá học (có thể loại các oxit gây màu) phương pháp hoá học có những hạn chế như: chi phí lớn và độc hại và còn lại một lượng các axit trong sản phẩm, chính chúng cũng là những tạp chất

Phương pháp axit

Khi xử lý bentonite bằng dung dịch axit hay các muối của chúng sẽ dẫn

đến việc chuyển các liên kết không tan thành các liên kết tan mà chúng có thể dễ dàng tách ra khỏi huyền phù bentonite Người ta thường sử dụng các axit như sunfuric, clohydric, oxalic, một số sunfat hoặc oxalat

Xử lý bằng axit HCl thường được tiến hành ở nhiệt độ 90-100oC trong khoảng thời gian 1-3 giờ Tỷ lệ giữa dung dịch axit HCl 5% và bentonite là 1:1 Tiếp theo là quá trình rửa sắt Hàm lượng sắt trong sản phẩm thu được giảm đi rất nhiều

Xử lý bằng axit sunfuric được tiến hành trong atoclave với ap suất 2.105Pa trong khoảng thời gian 2 đến 3 giờ (dung dịch H2SO4 có nồng độ 8 đến10% Sau khi xử lý bằng axit là công đoạn rửa sắt và rửa lượng axit còn dư Với phương pháp xử lý này có thể đuổi được 90% Fe2O3 chứa trong bentonite

Khi xử lý bentonite bằng hỗn hợp axit H2SO4 đặc và (NH4)2SO4 với tỷ lệ 1:2

ở nhiệt độ 100oC trong khoảng thời gian 2 giờ sẽ tách được cả sắt và các tạp chất titan khác Huyền phù sau khi xử lý được lọc và rửa bằng axit H2SO4 cho đến khi mất các vết sắt và titan

Phương pháp clo hoá

Khi xử lý bentonite bằng khí clo thì sắt và titan sẽ chuyển sang dạng FeCl3

và TiCl4 và chúng được lấy ra từ môi trường phản ứng cùng với khí Quá trình diễn ra ở nhiệt độ trong khoảng 500-800oC

1.5.1.8 Phương pháp điện chuyển

Phương pháp này dựa trên khả năng của các hạt sét tích điện âm có thể lắng trên các điện cực dương khi tác dụng lên hệ bentonite và nước dòng điện một chiều

Phương pháp điện chuyển được áp dụng để sa lắng những tạp chất có kích

Trang 39

Trước khi thực hiện việc làm sạch bentonite bằng phương pháp điện chuyển, khoáng bentonite cần được đập nhỏ và tách các tạp chất có kích thước lớn ra bằng các phương pháp tuyển thuỷ lực ưu điểm của phương pháp này là có thể tách được những tạp chất rất bé, sản phẩm thu được có độ sạch cao Tuy nhiên phương pháp này có hạn chế là sản phẩm thu được có độ ẩm cao

ra khỏi bentonite khi sử dụng phương pháp này được tiến hành trên các máy tuyển từ có cường độ từ trường cao vào khoảng 119.104 A/m

Phương pháp truyển từ có ưu điểm là có thể tách các tạp chất sắt, sự đồng

đều các tính chất của sản phẩm thu được, tuy vậy nó có hạn chế là phương pháp này đắt và thiết bị phức tạp

1 5.1.10 Phương pháp tổng hợp

Để thu nhận được bentonite chưa ít tạp chất sắt và thạch anh có thể sử dụng kỹ thuật tinh chế bằng cách kết hợp các phương pháp làm sạch khác nhau Tách các tạp chất có kích thước lớn trước khi tách các tạp chất sắt và titan Với phương pháp làm giàu tổng hợp đối với quặng bentonite chứa 40-60 % các tạp chất lớn và 0,8% Fe2O3 có thể thu nhận được tinh quặng mà trong đó hàm lượng các tạp chất lớn khoảng 0,5% và tạp chất Fe2O3 <0,5%

Hỡnh 1.11 Đặc điểm của Na- bentonit và Ca- bentonit trong nước

Ca - bentonit

Na - bentonit + H 2 O

Trang 40

Na- bentonit có đặc tính trương nở, tính xúc biến, lưu biến, khả năng trao đổi ion tốt hơn so với Ca- bentonit (Hình 1.11) nên có thể sử dụng tốt hơn trong nhiều lĩnh vực: làm khuôn đúc, phụ gia trong sơn, mực in, Vì thế trong nhiều trường hợp người ta phải thực hiện quá trình chuyển hoá Ca- bentonit về dạng Na- bentonit

Hình 1.12 Phản ứng xử lý Ca- bentonit để chuyển về dạng Na- bentonit

Quá trình hoạt hóa bằng kiềm cũng dẫn tới hòa tan các oxit lưỡng tính, tạo trên bề mặt sét những lỗ trống và các trung tâm hoạt động

2 CO 3

Ngày đăng: 15/04/2014, 21:51

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc montmorillonit - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc montmorillonit (Trang 10)
Hình 1.1.  Cấu trúc không gian mạng lưới của montmorillonite - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 1.1. Cấu trúc không gian mạng lưới của montmorillonite (Trang 10)
Hình 1.3. Ba loại cấu trúc composit trên cơ sở polyme-silicat lớp - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 1.3. Ba loại cấu trúc composit trên cơ sở polyme-silicat lớp (Trang 15)
Hình 1.7. Bentonit được sử dụng  làm chất độn trong dược phẩm - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 1.7. Bentonit được sử dụng làm chất độn trong dược phẩm (Trang 23)
Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét (SEM) (Trang 53)
1.7. Sơ đồ khai thác, chế biến và sử dụng bentonite ở quy mô công nghiệp - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
1.7. Sơ đồ khai thác, chế biến và sử dụng bentonite ở quy mô công nghiệp (Trang 56)
Hình 2.1. Nhiễu xạ kế tia X  D8 Avandced Brucker (CHLB Đức) - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 2.1. Nhiễu xạ kế tia X D8 Avandced Brucker (CHLB Đức) (Trang 59)
Hình 2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi S-4800 - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi S-4800 (Trang 60)
Hình 2.3 Thiết bị tuyển thuỷ xyclon“Mozley” C155 - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 2.3 Thiết bị tuyển thuỷ xyclon“Mozley” C155 (Trang 62)
Hình 2.4. Sơ đồ nghiên cứu công nghệ tuyển thuỷ  xyclon  Qui trình vận hành máy thuỷ xyclon “Mozley” - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 2.4. Sơ đồ nghiên cứu công nghệ tuyển thuỷ xyclon Qui trình vận hành máy thuỷ xyclon “Mozley” (Trang 63)
Hình 2.6. Thiết bị thủy nhiệt của hẵng Parr (Mỹ) - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 2.6. Thiết bị thủy nhiệt của hẵng Parr (Mỹ) (Trang 68)
Bảng 3.3. Thành phần hoá học của sét bentonite Di Linh - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Bảng 3.3. Thành phần hoá học của sét bentonite Di Linh (Trang 71)
Bảng 3.2.  Thành phần khoáng vật (% trọng l−ợng) của mẫu Bình Thuận - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Bảng 3.2. Thành phần khoáng vật (% trọng l−ợng) của mẫu Bình Thuận (Trang 71)
Bảng 3.5. Dung l−ợng trao đổi cation và một số tính chất khác - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Bảng 3.5. Dung l−ợng trao đổi cation và một số tính chất khác (Trang 72)
Hình 3.4. Sơ đồ làm giàu bentonite theo phương pháp ướt - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.4. Sơ đồ làm giàu bentonite theo phương pháp ướt (Trang 81)
Hình 3. 5. Đ−ờng cong công suất của xyclon 1 inch - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3. 5. Đ−ờng cong công suất của xyclon 1 inch (Trang 86)
Bảng 3.17. Kết quả tuyển thuỷ xyclon - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Bảng 3.17. Kết quả tuyển thuỷ xyclon (Trang 89)
Hình 3.7. Sơ đồ Công nghệ xử lý  bentonite Bình Thuận bằng HCl - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.7. Sơ đồ Công nghệ xử lý bentonite Bình Thuận bằng HCl (Trang 94)
Hình 3.8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bentonit nguyên khai  và mẫu bentonite đã được làm giàu - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bentonit nguyên khai và mẫu bentonite đã được làm giàu (Trang 101)
Hình 3.9. Sơ đồ khối mô tả  quy trỡnh  công nghệ chế tạo montmorillonite - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.9. Sơ đồ khối mô tả quy trỡnh công nghệ chế tạo montmorillonite (Trang 102)
Hình 3.10 . Giản đồ XRD của mẫu bentonite Bình Thuận có hàm lượng MMT - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.10 Giản đồ XRD của mẫu bentonite Bình Thuận có hàm lượng MMT (Trang 109)
Hình 3.16.  Giản đồ XRD của mẫu sét Bình Thuận có hàm lượng MMT &gt; 90% - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.16. Giản đồ XRD của mẫu sét Bình Thuận có hàm lượng MMT &gt; 90% (Trang 113)
Hình 3.30 : Giản đồ XRD của một số  mẫu  sét  hữu  cơ được điều chế với CTAB - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.30 Giản đồ XRD của một số mẫu sét hữu cơ được điều chế với CTAB (Trang 121)
Hình 3.34.  Đồ thị  biểu diễn  sự phụ  thuộc  của d 001  vào thời gian phản ứng: - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.34. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của d 001 vào thời gian phản ứng: (Trang 123)
Hình 3.41 . Đồ thị  biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d 001  vào pH dung dịch phản ứng: - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.41 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d 001 vào pH dung dịch phản ứng: (Trang 127)
Hình 3.43 . Sơ đồ khối của quy trình điều chế sét hữu cơ bentonite Bình - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.43 Sơ đồ khối của quy trình điều chế sét hữu cơ bentonite Bình (Trang 129)
Hình 3.55.  Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ được điều chế từ bentonite - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.55. Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ được điều chế từ bentonite (Trang 137)
Bảng 3.8.  Thành phần hoá học của mẫu bentonite Bình Thuận nguyên khai  và 4 mẫu bentonit đã được làm  giàu - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Bảng 3.8. Thành phần hoá học của mẫu bentonite Bình Thuận nguyên khai và 4 mẫu bentonit đã được làm giàu (Trang 171)
Hình 3. 8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bentonit nguyên khai  và mẫu bentonite đã được làm giàu - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3. 8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bentonit nguyên khai và mẫu bentonite đã được làm giàu (Trang 176)
Hình 3.46.  Ảnh SEM của mẫu sét hữu cơ được điều chế từ bentonite Bình - Nghiên cứu công nghệ chế tạo Montmorillonite Nanoclay (Viện Công nghệ xạ hiếm)
Hình 3.46. Ảnh SEM của mẫu sét hữu cơ được điều chế từ bentonite Bình (Trang 184)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TRÍCH ĐOẠN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w