0842 nghiên cứu quá trình chế biến cao lanh phú thọ để sản xuất các hợp chất của nhôm luận văn tốt nghiệp

BỘGIÁO DỤCVÀĐÀOTẠO TRƢỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI VŨMINHKHƠI NGHIÊNCỨUQTRÌNHCHẾBIẾNCAOLANHPHÚT HỌĐỂSẢNXUẤTC Á C HỢPCHẤTCỦANHƠM Chunngành:KỹthuậtHóahọc Mãsố:62520301 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HĨAHỌC HàNội-2016 BỘGIÁO DỤCVÀĐÀOTẠO TRƢỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI VŨMINHKHƠI NGHIÊNCỨUQTRÌNHCHẾBIẾNCAOLANHPHÚT HỌĐỂSẢNXUẤTC Á C HỢPCHẤTCỦANHƠM Chunngành:KỹthuậtHóahọc Mãsố:62520301 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HĨAHỌC NGƢỜIHƢỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TSLa ThếVinh PGS.TSLêThịMaiHƣơng LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêutrong luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứunàokhác Hà Nội,thángn ă m 2016 TM.Tậpthểhƣớngdẫn Nghiêncứu sinh VũMinhKhôi LỜICẢMƠN Vớil ị n g k í n h t r ọ n g v b i ế t n s â u s ắ c , e m x i n đ ợ c d n h l i c ả m n c h â n t h n h gửi tới thầy PGS.TS La Thế Vinh cô PGS.TS Lê Thị Mai Hương, ngườiđãgiao đềtài, trựctiếp hướngdẫnemhồn thànhcơngtrìnhnghiêncứu Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Cô, anh, chị, bạn Bộmôn Công nghệ chất Vô cơ, Viện Kỹ thuật Hóa học Viện Đào tạo sau đại họcTrường Đại họcBách Khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trongqtrình họctập, nghiêncứu Tôix i n c ả m n B a n g i m h i ệ u T r n g Đ i h ọ c C ô n g n g h i ệ p H N ộ i , L ã n h đạoK h o a nghiệp Cơngnghệ trongKhoa Hóa Cơngnghệ cùngcác đồng H ó a đãgiúp đỡ vàđộngviên tơi trongsuốt trình họctập, nghiên cứu Xinbàytỏbiếtơ n s â u s ắ c t i c c t h ầ y p h ả n b i ệ n , c c t h ầ y t r o n g h ộ i đ n g chấml u ậ n n đ ã đ n g ý đ ọ c d u y ệ t v đ ó n g g ó p ý k i ế n đ ể e m c ó t h ể h o n c h ỉ n h l u ậ n ánnàyvàđịnh hướngnghiên cứu trongtươnglai Cuốic ù n g x i n g i l i c ả m n c h â n t h n h đ ế n n g i t h â n , b n b è n h ữ n g ngườiđãlnđộng viên,khuyếnkhícht i t r o n g s u ố t t h i g i a n n g h i ê n c ứ u v t h ự c hiệncơngtrình Nghiêncứusinh VũMinhKhôi MỤCLỤC LỜICAMĐOAN i LỜICẢMƠN ii MỤCLỤC iii DANHMỤCCÁCKÍHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT vii DANHMỤCCÁCBẢNG viii DANHMỤCCÁCHÌNHẢNH,ĐỒTHỊ x MỞĐẦU .1 CHƢƠNG1.TỔNGQUAN 1.1 Caolanhvàsựhìnhthànhcủacaolanhtrongtựnhiên 1.1.1 Kháiniệmvềcaolanh 1.1.2 Tiềm năngquặngcaolanhởViệtNam 1.1.3 Thànhphầnchínhvàcấutrúcmạngtinhthểcủacaolanh 1.1.4 Tínhchấthóalýcủacaolanh 1.1.5 Nhữngbiếnđổitrongcấutrúccủacaolanhkhinung 1.1.6 Ứngdụngcủacaolanh .12 1.2 Phènnhômsunfatvàcôngnghệsảnxuấtphènnhômsunfat 14 1.2.1 Phènnhômsunfat 14 1.2.2 Ứngdụngcủaphènnhômsunfat 15 1.2.3 Cácphươngphápchếtạophènnhômsunfat 15 1.3 Phènnhômcloruavàcácphƣơngphápchếtạo 19 1.3.1 Phènnhômclorua 19 1.3.2 Ứngdụngphènnhômclorua 19 1.3.3 Cácphươngphápchếtạophènnhômclorua 20 1.4 SảnphẩmphụSiO2 20 CHƢƠNG2:CÁCPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨUVÀTHỰCNGHIỆM .24 2.1 Hóachấtvàdụngcụthínghiệm 24 2.2 Phƣơngphápnghiêncứu 25 2.3 C ácphƣơngphápnghiêncứuđặctrƣngcủavậtliệuvàphântíchxácđịnhnồngđộnhơmtrongdungdịch.25 2.3.1 Phươngphápphântíchnhiệt 25 2.3.2 PhươngphápnhiễuxạtiaX(XRD) 26 2.3.3PhươngphápphổtiaXphântánnănglượng(EDX) 27 2.3.4.Phươngpháphiểnviđiệntửquét(SEM) .28 2.35.Phântíchxácđịnhnồngđộnhơmtrongdungdịchsautáchnhơmoxittrongcaolanh29 2.4 NghiêncứuhịatáchnhơmoxittrongcaolanhbằngdungdịchaxitHCl 30 2.4.1 KhảosátảnhhưởngcủanhiệtđộnungcaolanhđếnhiệusuấttáchAl2O3 30 2.4.2 KhảosátảnhhưởngcủanồngđộHCltớikhảnănghòatáchAl2O3 31 2.4.3 KhảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngtớikhảnănghòatáchAl2O3 31 2.5 NghiêncứuhòatáchAl2O3trongcaolanhbằngdungdịchaxitH2SO4 31 2.5.1 KhảosátảnhhưởngcủanhiệtđộnungcaolanhđếnhiệusuấttáchAl2O3 31 2.5.2 KhảosátảnhhưởngcủanồngđộH2SO4tớikhảnănghòatáchAl2O3 31 2.5.3 KhảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngtớikhảnănghòatáchAl2O3 31 2.6 Nghiên cứu hịa tách nhơm oxit cao lanh hỗn hợp dung dịch HCl vàH2SO4 32 2.6.1 KhảosátảnhhưởngcủanồngđộhỗnhợpaxitHClvàH2SO4tớikhảnănghịatáchnhơmoxit 32 2.6.2 Khảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngtớikhảnănghịatáchnhơmoxit 32 2.6.3 NghiêncứuchếtạoPACtừcaolanhvàhỗnhợpdungdịchaxitHCl+H2SO4 32 2.7 NghiêncứunungphângiảinhômoxittrongcaolanhbằngNaHSO4 32 2.7.1 Khảosátảnhhưởngcủakíchthướchạtđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxit .32 2.72.Khảosátảnhhưởngcủanhiệtđộphảnứngđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxit33 2.7.3.Khảosátảnhhưởng củatỉlệmol NaHSO4/Al2O3đếnkhảnăngnungphângiảinhômoxit 33 2.7 4.Khảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngđếnkhảnăngnungphângiảinhômoxit33 2.7.5 Khảosátảnhhưởngcủalượngnướcbổsungvàohỗnhợpbanđầukhinungphângiảinhômoxi ttrongcaolanhbằngNaHSO4 33 2.7.6 Khảo sát ảnh hưởng qui trình thí nghiệm đến khả nung phân giải nhômbằngNaHSO4 33 2.7.7 Khảosátảnhhưởngcủathờigiannunglần1đếnkhảnăngnungphângiảinhômoxittrongcaol anhbằngNaHSO4 34 2.7.8 Khảosátảnhhưởngcủathờigiannunglần2đếnkhảnăngnungphângiảinhômoxitbằngNaH SO4 34 2.8 NghiêncứunungphângiảinhômoxittrongcaolanhbằngKHSO4 34 2.8 1.Khảosátảnhhưởngcủanhiệtđộphảnứngđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxit34 2.82.Khảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxit34 2.83.Khảosátảnhhưởngcủaquitrìnhthínghiệmđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxit34 2.9 ThuhồinhơmhydroxittrongdungdịchsaunungphângiảinhơmoxittrongcaolanhbằngNaHSO4, KHSO4 35 2.9.1 ThuhồinhômhydroxitbằngNaHCO3trongdungdịchsaukhinungphân giảinhômoxit 35 2.9.2 Thuh i n h ô m h y d r o x i t b ằ n g N H 3trongd u n g d ị c h s a u k h i n u n g p h â n g i ả i nhômoxit 35 2.9.3 Thuh i n h ô m h y d r o x i t b ằ n g N a 2CO3t r o n g d u n g d ị c h s a u n u n g p h â n g i ả i nhômox it 35 2.10 Chếtạophènkali-nhômsunfattừdungdịchsaukhinungphângiảinhômoxitbằngKHSO4 .35 2.11 ChếtạoPAClỏngtừdungdịchsaukhihịatáchnhơmoxitbằnghỗnhợpaxitHClvàH 2SO4 36 2.12 ThuhồiSiO2vàứngdụnglàmphụgiasơnchịunhiệt .36 213.ĐềxuấtquitrìnhcơngnghệnungphângiảinhơmoxitbằngNaHSO4vàKHSO436 CHƢƠNG3:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN 38 3.1 Thànhphầnhóahọc,giảnđồphântíchnhiệtvàthànhphầnphacủacaolanhPhúThọ 38 3.2 NghiêncứuhịatáchnhơmoxittrongcaolanhbằngaxitHCl 44 3.2.1 KhảosátảnhhưởngnhiệtđộnungcaolanhđếnhiệusuấthịatáchnhơmoxitbằngHCl 44 3.2 2.KhảosátảnhhưởngcủanồngđộHCltớikhảnănghịatáchAl2O3trongcaolanh46 3.2.3.ẢnhhưởngcủathờigianphảnứngtớikhảnănghịatáchAl2O3bằngHCl .48 3.3 NghiêncứuhịatáchnhơmoxittrongcaolanhbằngaxitH2SO4 49 3.3 1.Khảosátảnhhưởngcủanhiệtđộnungcaolanhđếnkhảnănghịatáchnhơmoxit49 3.3.2.KhảosátảnhhưởngcủanồngđộH2SO4tớikhảnănghịatáchAl2O3 51 3.3.3KhảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngtớikhảnănghịatáchAl2O3 53 3.4 KhảosáthịatáchnhơmtrongcaolanhbằnghỗnhợpaxitH2SO4vàHCl .55 3.4.1 Khảosát ảnhhưởngcủa nồngđộhỗn hợpaxitH2SO4vàHClđếnhiệusuất hịatáchnhơmoxittrongcaolanh 55 3.4.2 KhảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngkhidùnghỗnhợpaxitH2SO4vàHClđếnkhảnăn ghịatáchnhơmơxit 56 3.4.3 ChếtạoPACtừcaolanhvàhỗnhợpaxitHClvàH2SO4 57 3.5 NghiêncứunungphângiảinhômoxittrongcaolanhbằngNaHSO4 58 3.5.1 Khảo sátảnh hưởng củakích thướchạtđếnkhả năngnungphângiảinhơmoxittrongcaolanh 62 3.5.2 Khảos t ả n h h n g c ủ a n h i ệ t đ ộ p h ả n ứ n g đ ế n k h ả n ă n g n u n g p h â n g i ả i nhômo xi t 64 3.5.3 KhảosátảnhhưởngcủatỉlệmolNaHSO4/ Al2O3đếnkhảnăngnungphângiảinhômoxittrongcaolanh 65 3.5.4 Khảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngđếnkhảnăngnungphângiảinhômoxittrongcao lanh 66 3.5.5 Nghiêncứuảnhhưởngcủalượngnướcbổsungvàohỗnhợpbanđầuđếnhiệusuấtnungphâ ngiảinhơmoxit 68 3.5.6 Khảosátảnhhưởngthayđổiquitrìnhlàmthínghiệmđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxi t 69 3.57.Khảosátảnhhưởngcủathờigiannunglần1đếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxit73 3.58.Khảosátảnhhưởngcủathờigiannunglần2đếnkhảnăngnungphângiảinhômoxit80 3.6 NghiêncứunungphângiảinhômoxittrongcaolanhbằngKHSO4 83 3.6.1 Khảosátảnhhưởngcủanhiệtđộphảnứngđếnkhảnăngnungphângiảinhômtrongcaolanh bằngKHSO4 83 3.6.2 KhảosátảnhhưởngcủathờigianphảnứngđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxitbằngKH SO4 86 3.6.3 Khảosátảnhhưởngcủaquitrìnhthínghiệmđếnkhảnăngnungphângiảinhơmoxittrongcao lanhbằngKHSO4 89 3.7 Hiệuquảcủacácqtrìnhhịatáchvànungphângiảinhơmoxitbằngcáctácnhânkhácnhau 91 3.8 Kếttủanhơmhydroxyttrongdungdịchsaunungphângiảinhơmoxittrongcaolanhbằngphảnứng pharắn 93 3.8.1 KếttủanhơmhydroxitbằngdungdịchNaHCO3 .94 3.8.2 KếttủanhômhydroxytbằngdungdịchNH3 95 3.8.3 KếttủanhômhydroxitbằngdungdịchNa2CO3 96 3.9 Quitrìnhchếtạophènkali-nhơmsunfattừdungdịchsautáchnhơmoxittrongcaolanh 97 3.10 QuitrìnhchếtạoPACtừdungdịchsauhịatáchnhơmoxittrongcaolanh 99 3.11.ThuhồiSiO2vàsửdụnglàmchấtphụgiachosơnvơcơchịunhiệt 102 3.12 ĐềxuấtcôngnghệsảnxuấtkhinungphângiảinhômoxittrongcaolanhbằngNaHSO4,KHS O4 105 KẾTLUẬN 108 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐCỦALUẬNÁN 109 TÀILIỆUTHAMKHẢO 110 PHỤLỤC DANHMỤC CÁC KÍHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT AEC Dunglượngtrao đổi anition AnionExchangeCapacity CEC Dunglượngtrao đổi cation CationExchangeCapacity PAC Chấtkeo tụ PolyAluminium Chloride SEM Hiểnviđiện tửquét ScanningElectron Microscopy TEM Hiểnvi điệntửtruyềnqua TCVN TiêuchuẩnViệtNam VietnamStandards DTA Phântíchnhiệtvisai DifferentialThermalAnalysis TGA Phântích nhiệt trọnglượng ThermalGravimetricAnalysis UV-Vis Phổánh sángtửngoại –khảkiến Ultraviolet–VisibleSpectrum XRF Phổhuỳnh quangtiaX X-RayFluorescence XRD Nhiễu xạtiaX X-RayDiffraction TransmissionE l e c t r o n Microscopy DANHMỤC CÁCBẢNG Bảng1.1.ThànhphầnhóahọccaolanhHữuKhánh .6 Bảng1.2.ThànhphầnhóahọccaolanhTrạiMật Bảng1.3.ThànhphầnhóahọccaolanhTấnMài Bảng1.4.ThànhphầnhóahọcmẫucaolanhPhúThọ .7 Bảng1.5.Độtancủaphènnhômsunfatphụthuộcvàonhiệtđộ .14 Bảng3.1.ThànhphầnhóahọcmẫucaolanhThanhSơnPhúThọ 38 Bảng3.2.ẢnhhưởngcủanhiệtđộnungcaolanhđếnhiệusuấttáchAl2O3 44 Bảng3.3.ẢnhhưởngcủanồngđộaxitHCltớikhảnăngtáchAl2O3trongcaolanh 47 Bảng3.4.ẢnhhưởngcủathờigianphảnứngtớikhảnănghòatáchAl2O3trongcaolanh 48 Bảng3.5.ẢnhhưởngcủanhiệtđộnungcaolanhtớikhảnănghòatáchAl2O3bằngH2SO4 50 Bảng3.6.ẢnhhưởngcủanồngđộH2SO4tớikhảnănghịatáchAl2O3trongcaolanh 51 Bảng3.7.ẢnhhưởngcủathờigianphảnứngđếnhiệusuấttáchAl2O3trongcaolanhbằngH2SO4.53 Bảng3.8.ẢnhhưởngnồngđộhỗnhợpaxitH2SO4vàHClđếnhiệusuấthịatáchnhơmoxit 55 Bảng3.9.ẢnhhưởngthờigianphảnứngkhidùnghỗnhợpaxitH2SO4vàHClđếnkhảnănghịatáchnhơm oxittrongcaolanh 57 Bảng310.Kếtquảtáchnhơmoxitbằngdungdịch2molH2SO4+2molHClvớitỉlệlỏng/rắnlà4/1.58 Bảng3.11.ẢnhhưởngcủakíchthướchạttớikhảnăngnungphângiảiAl2O3trongcaolanh 62 Bảng3.12.ẢnhhưởngcủanhiệtđộphảnứngtớikhảnăngnungphângiảiAl2O3 .64 Bảng3.13.ẢnhhưởngcủatỉlệmolNaHSO4/Al2O3đếnhiệusuấttáchAl2O3trongcaolanh 65 Bảng3.14.Ảnhhưởngcủathờigianphảnứngđếnhiệu suấtnungphângiảinhômoxitbằngNaHSO4 67 Bảng3.15.ẢnhhưởngcủalượngnướcbổsungvàhiệusuấtnungphângiảinhômoxitvớitỉlệmolNaHS O4/Al2O3là7/1 68 Bảng3.16.ẢnhhưởngcủatỉlệmolNaHSO 4/Al2O3đếnhiệusuấttáchAl 2O3khithayđổiquitrình 72 Bảng3.17.Ảnhhưởngcủathờigiannunglần1ở200oCđếnhiệusuấtnungphângiảinhômoxitvớitỉlệmol NaHSO4/Al2O3là6/1 74 Bảng3.18.Ảnhhưởngcủathờigiannunglần1ở200oCđếnhiệusuấtnungphângiảinhômoxitvớitỉlệmol NaHSO4/Al2O3là7/1 75