Khảo sát sự biến đổi của cao lanh bình phước dưới tác dụng của nhiệt độ và hóa chất

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA HÓA CHUYÊN NGÀNH HÓA VÔ CƠ .c.*ˆ eée*# ^,ĐAIHOC ey to GP TP HO CHi MINH

KHOA LUAN TOT NGHIEP

KHAO SAT SU BIEN DOI CUA CAO LANH BÌNH PHƯỚC DƯỚI TAC DUNG CUA

NHIET DO VA HOA CHAT

:TS PHAN THỊ HOÀNG OANH

: NGUYEN NGOC YEN : K36.106.057

:36

Thành phố Hà Chí Minh, tháng Š năm 2014

Trang 2

GVHD: TS Phan Thj Hoang anh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến NHAN XET CUA HOI DONG KHOA HOC .e ee w *‹ - eeeeerenee eereeren = “e*wdetts+*£ Oe Re EERE t.ese.xese.e SERRE RRR Eee

SHEESH RTE HR HHH He Hee eH eH ee

TTT PTR RT ere ee eee ee eee webeee * “ˆˆeeddeese« .ere*.e.ssestese+eesee+eet+eses*stwesedeese4gedeeseess+eđesetestdessee ô .s s 9109649409 94%đ44%64%đw0*60%969 0990642690969 eee ———^ À À À Í -Ÿ- ¬ À C, À - -.- -

TERT ERT TEETH THREE THEE RTE Hee Hee eee]

SERRE EERE MEER EERE RE

FHP OHH THRE REE HRS ER HHH SHEESH SEE He He

CEPT TET EET T ERE TET ETT ETT RTE R TERT RR RT ee Rr eK eT re ee eRe

SEERA EERE EERE EERE EEE EEE REE ERE EERE EERE ERR HERS

er xe.eseeeseesrese+es+e*esrese+eses+es*stees~eseees“+eess*etesesdtesesteseeseedeseesesseesdetesew+

SERRE REE EERE EE REE EERE EERE 4644649444644 4464646944664 6444444446444 %44«.4

SPOTTERS RTT HRT HTH ETH HRT Tee ere ree rere eee

Trang 3

GVHD: TS Phan Thị Hoàng ()anh SVT:1: Nguyễn Ngọc Yến

LOI CAM ON

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người xung quanh ta Trong suốt thời gian từ khi bàt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè Với

lòng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Hóa - Trường Đại Học Sư phạm thành phế Hồ Chí Minh đã dành trọn tâm huyết của mình để truyền

đạt vốn kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành đến cô Phan Thị Hoàng Oanh, người đã tận tâm hướng dẫn tôi từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về nhiều lĩnh vực chuyên môn Cô là người đã đồng hành cùng tôi trong suốt những năm theo học tại giảng đường đại học Những lời góp ý của cô, không phải chỉ có những lời động viên mà còn có những lời phê bình, tất cả đều thể hiện tỉnh thần nhiệt huyết vì nghề, và đó chính là cơ sở cho tôi có đủ niềm tin và kiến thức để hoàn thành tốt khóa luận này

Bên cạnh đó, vì kiến thức của tôi còn hạn chế nên không tránh khói những thiếu sót, tôi rắt mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy, Cô để kiến

thức của tơi được hồn thiện hơn

Một lần nữa, tôi xin cảm on quý Thấy, Cơ trong và ngồi Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm Thành phế Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những vốn kiến thức vững chắc, đó là hành trang quý báu giúp tôi vững bước trên con đường tương lai

Tôi xin kính chúc quý Thây Có dôi dào sức khỏe và thành -:ông trong sự nghiệp

Cao quý

Xin trân trọng cảm ơn! Nguyễn Ngọc Yến

Trang 4

GVHD: TS Phan Thj Hoang Qanh SVTH: Nguyén Ngoc Yén

TOM TAT

Trong khóa luận tốt nghiệp này chúng tôi nghiên cứu các vấn để sau:

Khảo sát sự biến đổi vẻ cấu trúc của cao lanh dưới tác dụng của nhiệt độ và ảnh hưởng của thời gian lưu nhiệt

Ứng dụng của cao lanh đã xử lý bằng axit sulfuric lên việc hap phy ion chi trong nước

Khảo sát sự ảnh hưởng của pÏl đến khả năng hắp phy chi

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến khả năng hấp phụ chì Một sế phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong khóa luận tốt nghiệp:

Phương pháp đo diện tich bẻ mặt riêng (BET) Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

Phương pháp nhiễu xạ huỳnh quang tia X (XRF)

Phương pháp phân tích nhiệt (TGA)

Phương pháp phô hồng ngoại (IR)

Phương pháp quang phỏ hắp thụ nguyên tử (F-AAS)

Trang 5

GVHD: TS Phan Thị Hoang Oanh SVTr1: Nguyễn Ngọc Yến

MỤC LỤC

Trang

DỐI CSAM N2 b000002022022300000GGG0-0á1ÁGG000050088G006061ã0x2cdt 2 TÔI TÊN: ccáccckoiciGGGGl0tSLlG6tGaixãi6i0A015640Gc00i90XãW20ả 3 MUC DỤC :ccocscáocae iia Sateen Sassen 4 DANH ME BĂNG::ä<cs2;: 002229000018 G0Agi6-01d80114y20d5G4G3A4 54884063 6 DANH MỤC HN ukeck¿ ad ni cibbsaitodsdagdacoicddboasapiaseassef MÔ ĐẦU (soi: 3c <sg 6 60606000C21001122221208666660066X605460004)1A9601G04/3610)865E045040334 Gan 8 CHƯNG! TONG QUANG co ieniniieiieeeeieioireeeeieiedaeasenssi.e 9 Fd I I aco oan zpeenrerensenees enc mearEe DEE 9 I.2 Quá trình hình thamb ooooccccccccsscsssseesvssescsrsecsnesvssnesesesnssseseueesessnecuessenenuesseeuees 9 IKEN/.(Adi I0 I.4 Tính chất vật lý -5-5ccStSsceeerieiee II FNưuỔẮỔỔẮỔỔẮỔỒŨ , 12 I.6 Các tính chất đặc biệt của cao lanh - 5c sessesssssccsscacenenncnccnnene 13 16/1: Đồ đỀO 0066 sd G026401X0A0G6068G002GWXGG061( XANGioauuaak 13 1.6.2 Đánh giá chất lượng: cao lanh 55 t2 111113 rrke 13

CF aging ccs Ra aia ian I4

Iz7.1 Ngành công nghiền GiẦy-:.s.¿.-:cá 6c c2 C002 60012210 142666002i1eayasixi2 14 1.7.2 Công nghiệp sản xuất đồ gốm - nhe 14 (2735, Si giải vật liệu CHÍ TÔ on aaiicieeieeeeiieeseesseei 15 EEA: Chế tạo GGi Gai HN assscicssiscisesiccevenscnceineastrnessnaeierseatenmionnscnwmnnasenneasasiaaness 15 1.7.5 Linh vye chat d6n — 15 1.7.6 Tổng hợp zeolite ˆ 15 1.7.7 Sdn xudt thude trit sAu oo cccccscssssesesesonsereesrseevesessear sesneseeseseesescseatsneneevenes 15

!.8 Các sản phẩm chính của quá trình nung cao lanh .- 5-5 55-55: 15

1.8.1, Metakaolinite TA ” 15

Trang 6

GVHD: TS Phan Thj Hoang Oanh SVTH: Nguyén Ngoc Yén

1.8.2 Mullite ewes os esilisdbisnlisiizsssieessbexb l6

89:1, C Hs sị —— nude ann cl nace sp aan l6

8222: Wiehe Cle iiss 00016 02c0v262200206)65GS64GÁG0024 62G) 17

I2 3: Dữ dê iss a reece aries ah cana ea 17

£S: Cis nia isaac ae ees 17

1.9.1, Một số phương pháp xác định chì - 2-2-2222 222212221 e0 17 1.9.2 Anh hudng cia chi dén strc KHOE cccccscescsssssecsessesssscorenessesseceursessseeaneensen 17 1.10Cc nhưng BÌÄ11p nGHIÊN CỨNG ác 0á c0á2kcicooccuo: 18 1.10.1, Phuong phap do dién tích bề mặt riêng (BET) -. 52- 5-52 I8 I.10.2 Phương pháp nhiều xạ tia X (XRD) co 21 I.10.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) - 22 I.10.4 Phương pháp nhiễu xạ huỳnh quang tia X (XRF) - 22

1.10.5 Phuong phap phan tich nhiệt (TGA) - 55552222 czvxrreg 24

I.10.6 Phương pháp phố hỏng ngoại (IR) :cscccsecsessesse orsnesnesseenessnsoneneserenvens 25 I.10.7 Phương pháp phô hấp thụ nguyên tử (AA$) - 27

CHƯƠNG 2: NỘI DƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

z1; NỘI đang 1 HE CÔ a iiss sass 060060004602 002002 60204 2a 39 22: Phương pháp nghi†ÊN CỬ 22.22222226 ue ni SỈGC ii oooỈIECCCcScoeoeeee 30 33: Dược thiết bị và hÓá& cÌÂ:::ó⁄ sóc c¿c602220612060022 022A G00602008ya6 30 31:1: Đà ng cụ, GIÁ DOA sisi iia espns Sica 6202006000 G00602/2606ayud8 30 2.3.2 Hóa chắt sn ical saat pci cae eS 31

CHUONG 3 KET QUA THUC NGHITEM VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Khito sét chu triic ctba matt KLT-70 cccsscssccssssseseseessvser seeveneeneescevenesneesersersens 32 3.2 Khảo sát sự biến đổi của cao lanh Bình Phước dưới tác dụng của nhiệt độ 36 3.2.1 Khảo sát sự biến đổi của cao lanh Bình Phước tại 700"C 36 3.2.2 Khảo sát sự biến đỏi của cao lanh Bình Phước tại 1 100°C 39

3.3 Khảo sát sự biến đối của cao lanh Bình Phước với các tác nhân hóa chất

Trang 8

GVHD: TS Phan Thj Hoang anh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

DANH MỤC CAC BANG

Trang Bảng l: Các giá trị giới hạn hàm lượng các oxit trong cao lanh 14

Bang 2: Két qué XRF ctia mu Kyy .-.-csecseeccvessesssecrvecsvessocssvee steavesvsceaccsbecsacesuecesees 32

Bảng 3: Các tần số đặc trưng của kaolinit€ - các secueonenccucanencencaveneenees 39

Bảng 4: Các tần số của kaolinite - -555S222 2 2224121211121 ke 42

Bang 5: Két qua điện tích bề mặt riêng của các mẫu K, KH,, KH; 43 Bảng 6: Kết quả của nồng độ Ph ˆ hị hắp phụ bởi các mẫu KH,, KH; 44 Bảng 8: Kết quả phần trăm Ph " hị hấp phụ bởi các mẫu KH;, KH; 44

Trang 9

GVHD: TS Phan Thj Hoang Qanh SVT:1: Nguyễn Ngọc Yến

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hà 1: M cau anh Hành PHI 2401041200200 iGQQXu ai 10

Hi Gấu táo thDÌlHÌE: s:23:/222222G2L20012G06G1ãiA0A100862A09A20Gi0ãiảig,ầ6 13

Hình 3: Cấu trúc mullite 5 5-s< se sex, ¿9 eýi0iu060040/4kd su 17

Hình 4: Giản đồ XRD của Kạ - -.- làt64Gài20000A/41ã22-44 31 Hi S: Ánh RBÀN dần ait Wop ss inisssaiissscetis stsccnctoatsccasssza cavrsaionecahsenceamoseciwoesbcastenteowets 33 BY iis Gs Gata Bồ TA đà KQcebieiieaidaaiieeecoenoaiaobieieoodraayareeo 34 Hình 7: Sơ đồ phản ứng hóa hoc xảy ra khi nung cao lamh :.-ss0:s0esesseeereeseeeee 35 Hình 8: Giản đồ XRD của Kạ K, K› (theo thứ tự từ đưới lên) -.- 36

Hình 9a: Giản đồ IR của mẫu K, 5À BS SE BS ST BS g9 g1 1x ưy 37

Hình 9b: Giản đồ IR của mẫu K, - 56 c3 ch S121 11112111151213131s se 38 Hình 9c: Giản đồ IR của mẫu K 2-2-9 S9 SE 4 13T g3 3g) 38

Hình 10: Giản đồ XRD của K, K K; (theo thứ tự từ dưới lên) - 40

tình 114: Giáa đề TÌ cà Kisii oii Sencar 41

ti T1 G8621 dầu Bà casio oe re 4l

Hình 12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của phần trăm hấp phụ ckì và pH 45

Trang 10

GVHD: TS Phan Thj Hoang Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

LỜI MỞ ĐẦU

Cao lanh (AlaSizO.(OH), nH;O) một loại đất sét màu trắng, chịu lửa có thành phần chủ yếu là khống kaolinite Trong cơng nghiệp, cao lanh là nguyên liệu quan trọng trong nhiễu lĩnh vực như sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu

nano, chất độn sơn, giấy, xì măng trắng, Với nhiều ứng dụng đa dạng, nhu cầu

cho nguồn cung cao lanh là rất lớn Do đó, để phục vụ sản xuất, nước ta đã tìm

kiếm, thăm dò và khai thác các khu mỏ lớn, trong đó có khu mỏ cao lanh Bình

Phước với trữ lượng xấắp xi I3.8 triệu tắn vào năm 2009 Sở hữu tiềm năng lớn và chất lượng tốt, cao lanh Bình Phước đã và đang được chú ý đầu tư khai thác Vào tháng 7/2009, Việt Nam đã cho khánh thành nhà máy khai thác và chế biến khống sản KL có quy mơ lớn nhất Hình Phước Với hệ thống máy méc tiên tiến, hoạt động năng suất cao, dự kiến sẽ khai thác 50.000 tắn cao lanh mỗi nàm Sự ra đời của nhà

máy này sẽ giúp giảm giá thành, nâng cao chất lượng, đáp ứng sản xuất cao lanh

thành phẩm nhằm phục vụ cho nhu cầu thị trường trong nước

Bên cạnh đó, cao lanh cũng là nguồn nguyên liệu đầu nhiều tiềm năng để các

nhà nghiên cứu tìm ra các vật liệu hữu ích hơn đáp ứng cho nhu cẳu phát triển của

xã hội hiện nay như: điều chế các vật liệu với kích thước nano zeolite, composite,

các vật liệu có độ bền nhiệt và có cường độ chịu lực cao Các vật liệu này hứa hẹn sẽ mang đến cho nền công nghiệp xây dựng Việt Nam nhiều bước tiến vượt bậc

Để góp phần cung cấp các dữ liệu tìm ra những ứng dụng mới của cao lanh,

chúng tôi đã chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát sự biến đổi của cao lanh

Bình Phước dưới tác dụng của nhiệt độ và hóa chất Hy vọng các kết quả thu được sẽ là cơ sở phục vụ cho những nghiên cứu sâu hơn về biến đổi của cao lanh dưới các tác nhân hóa lý và từ đó phát huy nhiều hơn những khả năng tiềm ẩn của loại khoáng sản này

Trang 11

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

CHUONG 1 TONG QUAN 1.1 Mé cao lanh Binh Phwéc [12]

— Bình Phước là một tỉnh miền núi ở phía Tây của vùng Đông Nam Bộ có địa hình là cao nguyên ở phía Bắc và Đông Bắc, dạng địa hình đôi núi, thấp dân vẻ phía Tây và Tây Nam và vùng trũng này là nơi tập trung nhiều mỏ khoáng sản

- Bình Phước có nhiều tiềm năng trong việc khai thác cao lanh bao gồm 6

khu mỏ Đặc biệt là khu vực mỏ Minh Long với điện tích lên đến 41,34 ha với công suất sản phẩm đầu ra 100.000 tắn cao lanh tính lọc khô mỗi năm

Hình !: Mỏ cao lanh Bình Phước

1.2 Quá trình hình thành [4|

- Cao lanh hình thành do quá trình phân huỷ khoáng vật feldspar và các khoáng vật aluminosilicat giàu nhôm, có trong thành phần của nhiều loại đá sét nguồn gốc khác nhau Khi một vài cation của tỉnh thể feldspar bị rửa trôi thì các đá này bị bào mòn làm cấu trúc vỡ vụn thành sét, đó là thành phân

chính của bụi

Trang 12

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Qanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

— Sự bào mòn feldspar do CO: và nước có thể mô tả như sau:

2KAIS:O, + CO: + 2H:O —> KạCO:; + SiO; + Al;(SiO‹)(OH), (kaolinite)

1.3 Phân loại

Có nhiều kiểu phân loại cao lanh khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh,

mục đích sử dụng, độ chịu lửa độ dẻo, hàm lượng các oxit nhuộm màu,

+ Theo nguồn gốc phát sinh

chuyển đời của cao lanh sơ cấp từ nơi nó sinh ra vì xói mòn và được vận chuyên cùng các vật liệu khác tới vị trí tái trằm lắng

đổi thủy nhiệt hay phong hóa một dạng đá trần tích mảnh vụn với hàm lượng feldspar trén 25 %

Theo nhiệt độ chịu lửa

e Chịu lửa cao (trên !1730”°C) e Chịu lửa vừa (trên 1650°C)

loại với ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

e Đa phần các công ty khai thác và chế biến khoáng sản cao lanh của

nước ta thường phân loại theo ti lệ giữa AlạO; SiO; Đầu tiên, cao

Trang 13

GVHD: TS Phan Thj Hoang Oanh SVTH: Nguyén Ngoc Yến

lanh sẽ được phân chia thành 3 loại: loại 1, loại 2, loại 3 ứng với phần trăm Al;O; và độ âm giảm dẫn

e© KLT-70 là loại cao lanh đã qua tuyển lọc với độ mịn cao và độ trắng lớn để đạt được mục đích sử dụng trong ngành sơn, bột trét tường,

1.4 Tính chất vật lý

— Cao lanh có màu trăng trăng xám, dạng đặc sít hoặc là những khối dạng đất

sang mau, tap vay nhỏ

— Khi ngắm nước, nó có tính déo, nhung không có hiện tượng co giãn Đây là tính chất được biết đến sớm nhất của cao lanh, người ta đùng nó ở dạng hồ quánh để định hình và nung thiêu kết để tạo ra các đồ gốm sứ

~_ Khả năng trương nở thê tích và hấp phụ trao đổi ion: xảy ra ở các mặt cơ sở chứa SiO; bên ngoài của các cạnh tỉnh thể, đặc biệt !à khi có sự thay thế

đồng hình của Si* bằng AI" hay Fe"" + Các thông số vật lý Khối lượngriêng | 2.1-26g/cm' Độ cứng 1-2,5 Nhiệt độ nóng chảy | 1750-1787°C

Khả năng trao đổi | Khoảng 2-15 meg/l00g và phụ thuộc

cation nhiều vào kích thước của hạt

1.5 Cấu trúc [4]

~_ Về mặt cấu trúc mạng tinh thẻ kaolinite gồm 2 lớp: lớp tứ điện chứa cation Si** & tâm, lớp bát điện chứa cation AI” ở tâm Hai lớp này tạo thành có

chiêu day 7,21 — 7,25 A"

~_ Tính thể cao lanh có dạng tắm hay dạng vảy 6 cạnh, đường kính hạt cao lanh

từ 0,1 0,3 pm

Trang 14

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến soe 6 (OH) 4Al 2 (OH) +40 4 Si

Ser ei a aan se Sa aes SR a Rn 60

Hình 2: Cdu tric kaolinite

1.6 Các tính chất đặc biệt của cao lanh

1.6.1 Độ đẻo

— Độ dẻo của cao lanh khi trộn với nước là khả năng giữ nguyên hình dạng

mới khi chịu tác dụng của lực bên ngồi mà khơng bị nứt

~-_ Nguyên nhân:

e© Khả năng trượt lên nhau của các hạt sét

e - Hiện tượng dính kết các hạt sét với nhau thành một khối

~_ Yếu tổ ảnh hưởng đến độ dẻo:

e Thành phần, kích thước và hình dạng của hạt sét

e Cấu trúc của khoáng sét (ảnh hưởng đến chiều dày màng nước hydrat

hoá)

1.6.2 Đánh giá chất lượng cao lanh

—_ Để đánh giá chất lượng của cao lanh cho một ngành công nghiệp sản xuất đò

gốm, nhất thiết phải dựa theo yêu cầu hoặc điều kiện kỹ thuật của ngành đó

— Chất lượng cao lanh đòi hỏi rất cao và phải khống chế các oxit tạo màu Các giá trị hàm lượng cần lưu ý được thê hiện trong bảng sau:

Trang 15

GVHD: TS Phan Thj Hoang Qanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến Bang |: Cac giá trị giới hạn hàm lượng các oxit trong cao lanh ‘Chit Hàm lượng giới hạn (%s) FeO; - 0,4- 1,5 TiO, | 0,4-1,4 CaO ˆ 0,8 SO; 0,4

-_ Để đánh giá tính hữu dụng của cao lanh, cần chú ý đến độ chịu lửa và sự có mặt của các oxit, vì chúng ảnh hưởng đến chất lượng của cao lanh Khi hàm

lượng Al;O; tăng thì độ chịu lửa cũng tăng, nếu có SiO; tự do đưới dạng hạt cát sẽ làm giảm tính dẻo tăng độ hao khô, độ co ngót và giảm khả năng dính

kết của cao lanh

1.7 Ứng dụng [9]

— Cao lanh được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: công nghiệp gốm sứ, giấy, sơn, cao su, sợi thuỷ tinh, chất dẻo, vật liệu xây dựng, gạch chịu lửa, làm xúc tác cho công nghệ lọc dầu Nhờ có khả năng hấp phụ đặc biệt không chỉ các chất béo, chất đạm mà còn có khả năng hắp phụ cả các loại vì rút và vi khuẩn, vì vậy, cao lanh được ứng dụng cả trong

các lĩnh vực y tế, được phẩm, mỹ phẩm, 1.7.1 Ngành công nghiệp giấy

— Cao lanh sử dụng như một chất độn trong các khe hở của giấy, dùng để phủ lên bể mặt của tờ giấy Các đặc tính quan trọng của cao lanh có giá trị lớn nhất đối với ngành công nghiệp giấy là do độ trắng cao, độ nhớt thấp, không có tính mài mòn và băng phăng Loại giấy thông thường chứa 20% cao lanh,

có loại chứa tới 40% Ihông thường, một tấn giấy đòi hỏi 250-300 kg cao

lanh

Trang 16

GVHD: TS Phan Thị Hoàng (0anh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

1.7.2 Công nghiệp sản xuất đồ gốm

Công nghiệp sản xuất sứ, gôm sứ dân dụng, sứ mỹ nghệ, dụng cụ thí nghiệm, sứ cách điện, sứ vệ sinh, đều sử dụng chất liệu chính là cao lanh, chất liệu kết đính là sét chịu lửa đéo có màu trắng

1.7.3 Sản xuất vật liệu chịu lửa

Trong ngành sản xuất vật liệu chịu lửa, người ta dùng cao lanh để sản xuất gạch chịu lửa và các đô chịu lửa khác

Trong ngành luyện kim đen gạch chịu lửa làm bằng cao lanh chủ yếu được

dùng để lót lò cao, lò luyện gang, lò gió nóng

Các ngành công nghiệp khác cần gạch chịu lửa với khối lượng ít hơn, chủ yếu để lót lò đốt, nồi hơi trong luyện kim màu và công nghiệp hóa học, ở nhà máy lọc dầu, trong công nghiệp thủy tỉnh và sứ, ở nhà máy xỉ măng và lò

nung vôi

1.7.4 Chế tạo sợi thuỷ tinh

Trong thành phần của cao lanh có chứa cả silic và nhôm, đây là thành phần chủ yếu của sợi thuỷ tinh Cao lanh được sử đụng đồng thời với một lượng

nhỏ sắt và titan

Nguyên nhân tăng nhu cầu sử dụng cao lanh trong lĩnh vực này bởi vì sự hạn chế khi sử dụng nguyên liệu đầu vào là amiăng, loại chất gây hại cho sức

khoẻ

1.7.5 Lĩnh vực chất độn

Cao lanh được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực làm chất độn giấy, nhựa, cao

su, hương liệu Cao lanh có tác dụng làm tăng độ rắn, tính đàn hồi, cách

điện, độ bền của cao su tăng độ cứng và giảm giá thành sản phẩm của các

chất dẻo như PI:, PP PVC

1.7.6 Tổng hợp zeolite

Cao lanh là nguyên liệu chính để tổng hợp zeolite, loại chất được ứng dụng nhiều trong công nghiệp như hấp phụ, làm chất xúc tác

1.8 Các sản phẩm chính của quá trình nung cao lanh

Trang 17

1.8.1 Metakaolinite [8|

Metakaolinite sản xuất hăng cách xử lý nhiệt từ việc nung cao lanh nung

trong một khoảng nhiệt độ nhất định

1.8.1.1 CẤu trúc

Khi nung kaolinite ở nhiệt độ thích hợp sẽ xảy ra quá trình giải phóng nước

tạo thanh aluminosilicate v6 dinh hinh (Al,03.2SiO,) 14 metakaolinite Quá

trình này được mô tả bởi phương trình sau:

Al:O:.2SiIO-2HO — Al;:O¿2SiO; + 2HạO

Metakaolinite duy trì thông số mạng a và b của kaolinit>, nhưng tham số trục

c biến mắt, dẫn đến khuếch tán của các mô hình nhiễu xạ tia X

Lớp bát điện có thể được thay đổi nhiều hơn các lớp silicat tứ diện trong quá trình mắt nước

Một mô hình cấu trúc của metakaolinite được đề xuất bởi MacKenzie bing cách mô phỏng máy tính và cộng hưởng từ hạt nhân nghiên cứu [II | MacKenzie giả định rằng nước bị thất thoát sẽ để lại những lỗ trống nhỏ, và cấu trúc đó được bảo toàn để trở thành metakaolinite

1.8.1.2 Tính chất

Metakaolinite là một chất kết dính tốt và là vật liệu khá hoạt động Cải thiện hẳu hết tính cơ học và độ bền của bê tông

1.8.1.3 Ứng dụng

Sử dụng như chất kết dinh

Bỏ sung hoặc thay thế xi măng trong vữa hoặc bê tông

Metakaolinite từ lâu đã được sử dụng như một nguyên liệu ban đầu để tổng

hợp zeolite

1.8.2 Mullite [9]

1.8.2.1 Cấu trúc

Cấu trúc tinh thé cua mullite (công thức phổ biến 3AI;O;.2S¡O;) là trực thoi với nhóm không gian vì kích thước tế bào đơn vị a = 0,7540 nm, b = 0,7680

nm va c = 0.2885 nm

Trang 18

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến Al(1) me oe a) Đ “Z ( Cr < on 2 , Of fe ba 4 œ + J * om (7.7A) a (7.6A) “+ © @ C) Al, Si Al O

Hình 3: Cấu trúc của mullite

~_ Cấu trúc tiêu biểu của mullite là 3Al;O›.2SiO; và 2Al;O›.SiO; (thường được

ký hiệu là 3:2 và 2: l)

— Mullite bao gồm các lớp bát điện của AI ở các cạnh và trung tâm của tế bào đơn vị và các chuỗi tứ diện của AI (Si)

— Mullite sở hữu một cấu trúc tinh thể khiếm khuyết bao gồm các chuỗi Al-O

bị bóp méo Các chuỗi được liên kết bởi đây chuyển đôi liên tục của các tứ diện có liên kết của Al-O và S¡-O phối hợp ngẫu nhiên với nhôm và silic - Sự thay đổi thành phần trong mullite (tăng AI”*) được thực hiện bằng cách

thay thế một Si" và loại bỏ một O (3) từ tứ diện AI (S¡) để lại một vị trí trống Kết quả là tạo ra sự mắt mát trong tứ diện của cuc cation Sự thay đổi

tổng thể có thể được tém tãt như:

3S” + O” —+ 2AI” + 0

nơi r1 đại diện cho vị trí oxy Bên cạnh đó, bát diện AlO, vẫn không thay đổi

Trang 19

GVHD: TS Phan Thj Hoang Oanh SVTH: Nguyén Ngọc Yến

Từ những kết quả trên, ta có công thức tổng quát của mullite như sau:

AI”; (AE Ÿx.>„ Si;>„) xe„

AI và AlŸ” đại điện cho tứ diện và bát diện với ion nhôm làm trung tâm tương ứng Với x là số nguyên tử oxy thiếu trung bình mỗi đơn vị Giá trị của x có thể thay đổi giữa 0.17 va 0,59 (70,5- 83,6 % khối lượng) Và như vậy mullite có thể tồn tại với một loạt các tỷ lệ khác nhau của AI: Si

1.8.2.2 Tính chất

Một số tính chất nỗi bat cia mullite:

e - Độ dẫn nhiệt thấp độ bên nhiệt cao

® Độ bên hóa hoc tt

e Hằng số điện môi thấp 1.8.2.3 Ứng dụng

Ứng dụng cỗ điển của mullite là được sử đụng làm vật liệu chịu lửa trong các ngành công nghiệp

Đóng vai trò quan trọng trong sản xuất gốm sứ

Mullite ngày càng trở nên quan trọng trong các ứng đụng cấu trúc điện từ, quang học 1.9 Chì và tính chất [6] 1.9.1 Một số phương pháp xác định chì Phương pháp chuẩn độ Phương pháp cực phê Phương pháp đo phê hắp thụ nguyên tử và phát xạ nguyên tử Phương pháp trắc quang:

1.9.2 Ảnh hưởng của chì đến sức khỏe

= Chỉ là một thành phần không cần thiết của khẩu phần ăn Trung bình liều

lượng chì do thức ăn thức uống cung cấp cho khẩu phần hàng ngày từ

Trang 20

GVHD: TS Phan Thj Hoang Qanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

tích lũy sẽ tang dan theo tuổi nhưng cho đến nay chưa có nghiên cứu chứng

tỏ rằng sự tích lũy liều lượng đó có thể gây ngộ độc đối với người bình

thường khỏe mạnh

—_ Tuy nhiên, khi môi trường ô nhiễm nặng thì hàm lượng chì trong thực phẩm

vượt qua ngưỡng cho phép dẫn tới ngộ độc chì ở người Khi bị nhiễm độc chỉ, nó sẽ gây ra nhiều bệnh như: giảm trí thông minh, các bệnh về máu,

thận, tiêu hóa, ung thư

- Sự nhiễm độc chỉ có thể dẫn đến tử vong Ngộ độc thường diễn ra là do ăn

phải thức ăn có chứa một lượng chì, tuy ít nhưng liên tục hàng ngày và ít bị đào thải Chỉ cần hàng ngày cơ thể hấp thu từ 1 mg chì trở lên, sau một vài năm, sẽ có những triệu chứng đặc hiệu: hơi thở thối, sưng lợi với viền đen ở

lợi, đa vàng, đau bụng dữ dội táo bón, đau khớp xương, bại liệt chỉ trên (tay bị biến đạng), mạch yếu nhụ nữ để bj say thai

1.10 Các phương pháp nghiên cứu

1.10.1 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)

~_ Phương pháp này dựa trên các phép đo khối lượng hắp phụ vật lý của khí trơ

(khí argon hoặc nitơ) trên bẻ mặt rắn

- Lý thuyết hấp phụ đăng nhiệt được phát triển bởi Brunauer-Emmett-Teller (BET) cho phép xác định lượng khí để trang trải bề mặt vững chắc với một lớp duy nhất của các phân tử khí Tổng diện tích bề mặt (A,) được cho bởi:

A n6

ø là diện tích bề mặt bao phú bởi một phân tử khí

n là số phân tử trong khói lượng khí dé tạo thành một đơn phân tử Phương pháp sử dụng đường cong áp lực thủy ngân mao mạch 1.10.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3]

~_ Tia X (hay tia Rontgen) là hức xạ điện từ năng lượng cao, có bước sóng từ vài đến vài trăm A" có năng lượng trong khoảng 200 eV đến 1 MeV, nằm giữa tia B và tia cực tim (L!V) trong phế điện tử

Trang 21

GVHD: TS Phan Thị Hồng ©0anh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

—_ Trục tung là cường độ pecak trục hoành là giá trị 29 — Góc 20 được tính toán dựa theo phương trình Braggs:

2d sin® = na

2d sin0 = 22 hay 32 ta nói đó là sự phản xạ bậc 2, bậc 3 Trong thực

nghiệm, người ta thường chọn bậc phản xạ bằng 1, nên phương trình Bragg được viết lại:

2d sin0 = 2À

-_ Ứng dụng chính của định luật Bragg là để xác định khoảng cách mạng d khi đã biết 1 và góc tới Ø9 tương ứng với vạch thu được

1.10.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) [3]

Kính hiển vi điện tử quét là loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bể mặt mẫu Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bể mặt mẫu vật *% Ưu điểm © Phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp e Các thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều khiến cho nó rất dễ sử dụng e Giá thành thấp ®% Nhược điểm

1.10.4 Phương pháp nhiễu xạ huỳnh quang tia X (XRF) [9] 1.10.4.1 Nguyên tắc cơ bản

~ Khi mẫu được chiếu xạ với một nguồn photon hoặc bắn phá với các hạt năng

lugng cao (tir 5 dén 100 keV), Quang phé XRF dugc tuo thanh tir bite XẠ CÓ

bước sóng và cường độ đặc trưng cho các nguyên tử có trong mẫu

Trang 22

Các phương thức kích thích có thể gây huỳnh quang tia X là khác nhau: photon hoặc các hạt clcctron, proton, tia œ Dù bất kì phương pháp nào, sự phát xạ tia X vẫn mang một quang phổ giếng hệt nhau

Vì mỗi nguyên tố có một ký hiệu và hình dạng khác nhau, sự hiện diện và nồng độ của nguyên tô trong mẫu có thể được xác định

Huỳnh quang tia X của một nguyên tử cô lập gồm 2 bước: e©_ Bước thứ nhảt: Quang hóa ion của nguyên tử

e© Bước thứ hai: Sự ôn định của các nguyên tử bị ion hóa 1.10.4.2 Ưu, nhược điểm

+ Ưu điểm

XRF không cần phá hủy mẫu và có thể phân tích nhanh chóng với độ chính

xác cao

Có thể phân tích cùng lúc nhiều nguyên tố (Z=9 đến Z=92)

Giới hạn phát hiện định lượng có thể đạt đến ppm (10' g/g) vì sai số phân

tích có thể đạt tới cực nhỏ (gần bằng 0,1%) Đối tượng phân tích đa dạng: răn, lỏng, khí

Nhược điểm

Trong thực tế, các phỏ kế thương mại rất hạn chế trong khả năng đo chính xác các nguyên tố có Z <I ! ở hầu hết các vật liệu đất tự nhiên

XRF phân tích không thể phân biệt các biến thé trong số các đồng vị của một

nguyên tố Do đó, các phân tích này thường xuyên được thực hiện với các

dụng cụ khác

XRF phân tích không thể phân biệt các ion của cùng một nguyên tố trong

những trạng thái hóa trị khác nhau Do đó, những phân tích của đá và khoáng

sản được thực hiện với kỹ thuật khác

Do những tính năng tru việt phương pháp phân tích huỳnh quang tia X có

phạm vị ứng dụng ngày cảng rộng rãi Ở nước ta trong 10 năm gần đây,

Trang 23

phương pháp phân tích vi lượng bằng bức xạ tia X đã được áp dụng trong một

số lĩnh vực sau:

Trong ngành luyện kim: xác định thành phần nguyên tế trong các hợp kim Phân tích nguyên liệu cho gồm sứ, xi măng, thủy tỉnh và các hóa phẩm

Quặng mỏ: điều tra khoáng sản

Xác định bể đày lớp mạ

Định tuổi các kim loại quý: Au, Ag, Pt

Xác định nồng độ chỉ trong sơn, giấy dán tường, Xác định hàm lượng K Ca, l', P, trong phân bón Trong kỹ thuật phim ảnh: xác định hàm lượng Ag

Phân tích môi sinh: xác định hàm lượng Pb, Hg, Sb, Cu trong không khí Trong kỹ thuật dầu thô và cao su: xác định hàm lượng Cu, Ni, S

Kỹ thuật giấy: xác định hàm lượng Tì

1.10.5 Phương pháp phân tích nhiệt (TGA) [4]

Phương pháp phân tích khói lượng nhiệt là phương pháp khảo sát sự thay đổi khối lượng của chất theo nhiệt độ, khi chất được đặt trong lò nung có chương trình thay đổi nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ

Từ giản đồ phân tích nhiệt có thể xác định: © Đường cong phân hủy của chất

e Các phản ứng xảy ra trong quá trình phân hủy nhiệt của chất

e Détinh khiết của chất

Đường cong TG có khối lượng (phần trăm mất khối lượng hay phần trăm

khối lượng còn lại) được vẽ trên trục tung và giảm dàn xuống, nhiệt độ T

(hay thời gian t) được vẻ trên trục hoành và tăng dần từ trái sang phải

Nhiều chất có các phản ứng mắt khối lượng xảy ra liên tục trong một khoảng nhiệt độ nào đó, nên chỉ dùng đường cong TG sẽ không thể phát hiện có được bao nhiêu phản ứng đã xảy ra trong khoảng nhiết độ đó Vì vậy, cần ding thém dudng cong DIC

Trang 24

~ _ Đường cong DTG là đường cong đạo hàm bậc một của khối lượng mắt, biểu

diễn tốc độ thay đổi khỏi lượng của chất Các phản ứng có tốc độ thay đổi khối lượng khác nhau nên sẽ cho các peak khác nhau trên đường cong DTG — Đường cong DTA có sự chẻnh lệch nhiệt độ T thường được vẽ trên trục tung

với quy ước: phản ứng thu nhiệt hướng xuống dưới, nhiệt độ hay thời gian được vẽ trên trục hoành và tăng dần từ trái sang phải

—_ Từ đường cong DTA ta có thể xác định:

e© Nhiệt độ tại đó các quá trình hóa học hay vật lý bất đầu xảy ra và biết

quá trình đó là thu nhiệt hay tỏa nhiệt

se Sử dụng nhận biết chất, ví dụ như nghiên cứu các loại sét khác nhau

nhưng có cấu trúc rất giống nhau làm cho việc phân biệt chúng bằng phương pháp nhiều xạ gặp nhiều khó khăn

I.10.6 Phương pháp phố hồng ngoại (IR) [5] 1.10.6.1 Các khái niệm — Dao động hóa trị: dao động nén và giãn đọc theo trục liên kết, thường được ký hiệu là v -_ Dao động biến dạng: lì dao động làm thay đổi góc liên kết, thường được ký hiệu la 6

— Lye lam thay déi géc lién két thường nhỏ hơn lực làm thay đổi độ dài liên kết Do đó, năng lượng của dao động biến dạng sẽ nhỏ hơn so với năng

lượng của dao động hóa trị

ứđ% Ss Sy

Hinh a Hinh b Hình c

e hình a, liên kết này bị giãn ra thì liên kết kia bị nén lại nên được gọi là

đao động hóa trị bất đôi xứng ký hiệu là vụ

e© Ở hình b, liên kết hị giãn ra hay nén lại đồng thời nén được gọi là liên kết hóa trị đối xứng ky hiệu là +

Trang 25

e Ở hình c, là dao động biến dạng

—_ Các dao động trong phân tử có ảnh hưởng và làm biến đổi nhau Ngoài ra, có

rất nhiều dao động gần giống nhau và cùng thể hiện ở một vùng tần sé hep

Từ đó, tạo thành 1 vân phố chung Vì thế, rất khó khăn để phân tách tỷ mỷ tất cả các dao động Trong trường hợp này, người ta quan tâm đến đao dộng của một nhóm các nguyên tử trong phân tử Khi đó, có thể hy vọng rằng các nhóm nguyên tử giống nhau trong phân tử khác nhau sẻ thể hiện dao động tổ hợp của chúng ở những khoảng tần số giếng nhau (gọi là tần số đặc trưng của nhóm) Biết được tân số đặc trưng của nhóm, ta có thể nhận ra sự có mặt

của nhóm nguyên tử đó trong phân tử

1.10.7 Phương pháp hắp thụ nguyên tử AAS [1]

— Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ, ta gọi nguyên tử tòn tại ở trạng thái cơ

bản, trạng thái bền vững và có năng lượng thấp nhất Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm tia sáng (tần số xác định) vào đám hơi nguyên tử, thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong

quá trình phát xạ của nỏ l.úc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia

bức xạ chiếu vào nó và nó chuyến lên trạng thái có năng lượng cao hơn + Quá trình đó được gọi là quá trình hắp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở

trạng thái hơi và tạo ra nhỏ nguyên tử của nguyên tô đó Phổ sinh ra trong

quá trình này được goi là phổ hắp thụ nguyên tử

~_ Nếu gọi năng lượng của tia sáng đã bị nguyên tử hấp thụ là E thì ta có:

E =(E„ - E„) = hv = h.c 2

E và E„ là năng lượng của nguyên tử ở trạng thá: cơ bản và trạng thái

kích thích n

h là hãng số Plank

c là tốc độ của ánh sáng trong chân không › là độ dài sóng của vạch phê hắp thụ

Trang 26

—_ Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng E mà nguyên tử đã hắp thụ ta sẽ có một vạch phổ hấp thụ với độ dài bước sóng đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa là phổ hắp thụ của nguyên tử cũng là phổ vạch

> Uu diém

Độ nhạy của phương pháp ngọn lửa đối với chì là 0.1 ng/1

Ít tốn nguyên liệu mẫu tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu

Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bắn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp

Thao tác thực hiện đễ dàng

Có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tế trong một mẫu Các kết quả phân tích ôn định, sai số nhỏ Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với vùng nông độ cỡ l - 2 ppm

+ Nhược điểm Giá thành cao

Do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiễm bắn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lượng vết đòi hỏi các đụng cụ hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao

Trang thiết bị máy móc khá tỉnh vi và phức tạp Do đó cần phải có kĩ sư có trình độ cao để bảo dưỡng và chăm sóc, cần cán bộ làm phân tích công

cụ thành thạo để vận hành máy

Chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu

1.10.7.1 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của AAS

Có thể định lượng được hảu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và một số á kim đến giới hạn nông độ cỡ ppm bằng kĩ thuật F-AAS với sai số không lớn

hơn 15%

—_ Xác định các kim loại trong các mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, các mẫu

Trang 27

GVHD: TS Phan Thị Hoàng (lanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

của y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp, rau quả, thực phẩm, nước uống, các nguyên tố vi lượng trong phân bón, trong thức ăn gia súc,

- Bên cạnh các kim loại một vài á kim như Si, P, §, Se, Te cũng được xác

định bằng phương pháp phân tích này,

-_ Nó cũng đã và đang được sử dụng như là một công cụ phân tích đắc lực cho nhiều ngành khoa học và kinh tế

1.10.7.3 Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa

-_ Sử dụng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa Dó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích, và mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả

~_ Ngọn lửa đèn khí muốn dùng vào mục đích để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu

phân tích can phải thoả mãn một số yêu cầu nhất định sau đây:

| Ngợn lửa đèn khi phải làm nóng đều được mẫu phân tích, hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích với hiệu suất cao, để bảo đảm cho phép

phân tích đạt độ chính xác và độ nhạy cao

2 Năng lượng (nhiệt độ) của ngọn lửa phải đủ lớn và có thể điều chỉnh được tùy theo từng rnục đích phân tích mỗi nguyên tố Đồng thời lại phải ổn định theo thời gian và có thể lặp lại được trong các lần phân tích khác nhau để đảm bảo cho phép phân tích đạt kết quả đúng đắn

3 Ngọn lửa phải thuần khiết, nghĩa là không sinh ra các vạch phổ phụ làm khó khăn cho phép éo hay tạo ra phổ nền quá lớn quáy rối phép đo

4 Ngọn lửa phải có bẻ dày đủ lớn để có được lớp hấp thụ đủ đầy làm tăng độ nhạy của phép đo l3ề dày này có thể thay đổi được từ 2 đến 10 cm

Trang 28

- GVHD: TS Phan Thj Hoang Qanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

CHƯƠNG 2

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu

Trong phạm vi dé tai này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề:

® Khảo sát sự biến đổi vẻ cấu trúc của cao lanh dưới tác dụng của nhiệt

độ và ảnh hưởng của thời gian lưu nhiệt

» Ứng dụng của cao lanh đã xử lý bằng axit sulfuric lên việc hấp phụ ion chì trong nước

" Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến khả năng hắp phụ chì

®- Khảo sát ảnh hướng của thời gian lưu đến khả năng hấp phụ chì 2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp đo diện tích bẻ mặt riêng (BET) Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

Phương pháp nhiễu xạ huỳnh quang tia X (XRF)

Phương pháp phân tích nhiệt (TGA) Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

Phương pháp quang phỏ hắn thụ nguyên tử (F-AAS) 2.3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 2.3.1 Dụng cụ, thiết bị Cốc thủy tỉnh 100, 250 500 ml Pipet 2, 5, 10 ml Binh djnh mirc 100, 200, 1000 ml Counter hit Dua thủy tình

Binh loc, phéu Buchner, phéu thủy tinh, mặt kính đồng hồ Giấy lọc băng vàng, bãng xanh (loại không tàn)

Bếp đun có khuấy từ

Cân phân tích (chính xác đến 0.0001 g)

Trang 29

GVHD: TS Phan Thj Hoang Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến ~ pH meter, giấy chỉ thị vạn năng - Tủ sấy — Là nung 2.3.2 Hóa chắt

- Mẫu quặng cao lanh đã qua tuyển quặng và được gia công nghiển mịn tại

Công ty Khai khác và Chế biến Khoáng sản KL, số 339 Nguyễn Thượng

Hiền, quận 10 TP Hồ Chi Minh

~_ Axit sunfuric đặc (95 - 98%) để điều chế dung dịch H;SO, 0,25 M — Axit nitric (65 - 68%) để điều chế dung địch HNO; 0,01 M

~_ Natri hiđroxit (rắn) để điều chế dung dịch NaOH 0,01 M — Chỉ nitrat (rắn) để điều chế dung địch chì nitrat 2.10” M

~_ Nước cất

Trang 30

CHƯƠNG 3

KÉẾT QUÁ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 1.1 Khao sát cấu trúc của mẫu KLT-?0

- KLT-70 là ký hiệu thương mại của cao lanh thu được sau khi tuyển quặng

thô cao lanh Bình Phước và nghiền mịn Mẫu được lấy tại công ty Công ty

Khai khác và Chế biến Khoáng sản KL, số 339 Nguyễn Thượng Hiền, quận

I0, TP Hồ Chí Minh

~ Tiến hành khảo sát thành phan của mẫu KLT-70 (Kạ) bằng phương pháp XRD với thiết bị D8-ADVANCE- Bruker tại viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, Số I Mạc Đĩnh Chi, Phường Bến Nghé, Quận 1, TP HCM Ta có kết quả được thể hiện trong hình 4: Kaolinite 1Md : Ậ - Ễ 4 7 > Theta - Scale ie et Pec Teme: TTR eed Sen H49: ed Oe 9408: Rep ee Ol lông, 7G Cfo) es ered 81-2 ee ee Rees Te Ge ee” ee ee ee ( 006 (000 | bnysee

202) 0D to ên MỚI G9 UON G224 7 MAIO% đi: on NG VI NG Khu ăsdịn vÝ MIẾNG 3950606 (7 J6 - điển SANG ba VƯƠN g0 090 7 342% £ OD Ket Me d9 đi SIỚỚUG XOỢNt Se (0020039 E (70096 dưnu Y MÔNG ees gee 00: SÔNG VWNS W6 PLES | eet bere, eed ELS eee sâ^109 (4900966 (92046; du SANG sa SANG gương (3F 009 Ngdớv TC Bo OC si SƠ TY 6% đc: es Rk eee CPR BAR RPE eke RAED lan GANG- quyợơng (260600: P@sdSee PNII4(M4 7 Peet ee rete SOR PR de beth ee eet Oe be Oe ks lan 200 - gunnng (XIN - Pư ng ng 99/71/07) }- 9ì

Hình 4: Giản đỗ XRD của Kạ

Trang 31

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Canh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến ~_ Kết quả XRD cho thay:

~_ Để xác định rõ các thành phần tạp chất, ta tiến hành đo quang phô nhiễu xạ

huỳnh quang tia X (XRE) để biết thành phần các nguyên tố có trong mẫu, Phép phân tích XRF được đo bởi thiết bị S2 Ranger- Bruker tại trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, 268 Lý Thường Kiệt, phường l4

Quận 10

~ Kết quả được thể hiện trong hảng 2:

Bảng 2: Kết quả XRE của mẫu Ko Nguyên tô Phân trăm khôi lượng (%) Si s 50,29 AI 28,74 Ti 6,17 Fe 7,57 K 6,03 Zr 0,24

~_ Bảng 2 cho thấy: Ngoài thành phần chủ yếu của cao lanh là silic (50,29%) và nhôm (28,74%) chiếm tỷ lệ lớn mẫu Kạ còn chứa nhiều tạp chất: Fe, K, Zr, T¡ với hàm lượng thấp (nhỏ hơn 10%)

~_ Tiến hành lấy mẫu để khảo sát cấu trúc của cao lanh bằng phương pháp kính hiển vị điện tử quét (SEM') Kết quả SEM được ghi nhận từ thiết bị FE-SEM S4800 Hitachi tại khu (ông nghệ cao thành phố Hồ Chí Minh, phường Tân

Phú, quận 9

Trang 32

Hình 5: Anh SEM của mau Ko — Tir két qua SEM cho ta thay hinh dang cia kaolinite la dang tam

— Tiếp tục tiến hành đo kết quả phân tích nhiệt TGA Thiết bị sử dụng là máy

Labsys Evo được đặt tại phòng Vật liệu vô cơ của trường Đại học Sư phạm

thành phố Hồ Chí Minh, 280 An Dương Vương, phường 4, quận 5

“ Mẫu được gia nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 1200°C tốc độ 10°/phút trong môi

trường khí trơ Nạ

Trang 33

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến Kết quả TGA của mẫu Kạ được thẻ hiện trong hình 6: | | 44 — (~— one / | ae / FT oe | ' 200.000 42) — tá | +6 -zm | 8 | 1" -m 00 | 49% 200 = =o w@o tan ao Samupte Termperatere (^C)

Hình 6: Giản dé TGA ciia Ky

— Gian 44 phan tích nhiệt (TGA) phù hợp với các nghiên cứu trước [8] Qua đó

có thể quy kết các hiệu ứng như sau:

nhiệt tạo pha mới là spinel Al,O, SiO,

được tạo thành

e Thành phần các sản phẩm trong từng giai đoạn được kiểm tra bằng XRD

trong những phần sau

~_ Từ kết quả phân tích nhiệt, ta có thể tóm tắt quá trình biến đổi nhiệt của cao lanh theo sơ đồ sau:

Trang 34

Hình 7: Sơ đô biến đổi nhiệt của cao lanh

+ Các phương trình hóa học xảy ra khi nung kaolinite AlzO; 2S¡O; 2H;O —=>» Al:O;.2SiO; + 2H;O (kaolinite) (metakaolinite) AlạOy 2S¡O; —> Al;O: SiO, + H,O (metakaolinite) (spinel) Al;O: S¡O; —> 3Al;O; 2S¡iO; + SiO; (spinel) (mullite)

1.2 Khảo sát sự biến đổi của cao lanh Bình Phước dưới tác dụng của nhiệt độ — Khi đã có được dữ kiện từ giản đề TGA, ta tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về

cấu trúc cũng như ứng dụng của những sản phẩm có giá trị kinh tế 1.2.1 Khảo sát sự biến đổi của cao lanh Bình Phước tại 700°C

— Lấy một lượng mẫu cho vào lò nung với tốc độ 10/1 ahút, duy trì ở 700°C

trong 2h và 4h ta được mẫu tương ứng là K; và Kạ

— K, va K; duge do nhieu xa tia X Kết quả được trình bày trong hình 8

Trang 35

Hinh 8: Gian 46 XRD ctia Ko, K;, K> (theo thứ tự từ dưới lên trên) — Từ kết quả XRD, ta cé thẻ rút ra nhận xét sau đây:

e© Có sự biến mắt của các peak đặc trưng của kaolinite ở các góc 20: 24,8; 35,0; 38,4; 55,1; 62,3: kaolinite đã bị biến đổi

e© Khơng có sự biến đổi các gid trj 20 cia quartz: 20,0; 25,8; 27,0: khoáng quartz trong cao lanh không bị biến đổi dưới tác dụng của nhiệt độ

+ Không có sự xuất hiện của pha mới nào khác, chứng tò metakaolinite được

hình thành ở dạng vô định hình

« Ảnh hưởng của thời gian lưu nhiệt:

>» Nhìn chung, 2 mẫu K;, K; không có chênh lệch nhiều về giá trị góc

20 của các peak

Trang 36

GVHD: TS Phan Thj Hoang (anh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến > Nhưng các peak tại 20: 24,8, 35,0; 38,4; 55.l; 62,3 của K; dường

như biến mắt triệt để hơn ở K;

‹> Từ những kết quả đó 1+ có thể kết luận đã có sự hình thành metakaolinite ở T00°C với cấu trúc vô định hình và thời gian lưu nhiệt không ảnh hưởng nhiều qua khảo sát bởi XRD

— Bên cạnh đo XRD, quang phỏ IR cũng là công cụ hữu hiệu phân tích sự biến

đổi bởi nhiệt của cao lanh

Trang 38

GVHD: TS Phan Thj Hoang Oanh SVTH: Nguyén Ngoc Yén

Từ các giản 46 IR, ta lap bảng 3:

Rang 3: Bảng số liệu so sánh các tấn số của các mẫu Kạ, K,, K; Dao động Kạ K; K, =e 31700- 3200 Mat Mat in a 1130 1202-1015,5 1064 AI”-O = 808,20 802 8si.o 795-700 Si-O-AI"" ¬- 559 559 So si.0 _— 920 s - Al""-O «$72 476 478 ~_ Quan sát bảng 3, ta có nhận xét sau:

thành metakaolinitc

một peak mới tại 808,2 cm ` có thể đây là sự thay đổi từ sự phối hợp bát

điện của Al” trong kaolinite dé chuyén sang phỏi hợp tứ diện trong

metakaolinite

e Khong cé sy bién mat peak tai 1130-1064 cm’, day là liên kết Si-O trong cấu trúc tứ điện

bát điện AI nhiều hơn trr dién Si

1.2.2 Khảo sát sự biến đổi của cao lanh Bình Phước tại 1100°C

~_ Tiếp tục khảo sát sự hiến đổi của cao lanh ở nhiệt độ nung 1100°C Voi 2

thời gian lưu nhiệt 2h 4h ta sẽ được 2 mẫu K; K„ tương ứng -_ Sản phẩm nung được phi giản đồ XRD

Trang 39

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến Quartz low Ln Ge _- ~—-.»*— ~ Ở = > tee _———x—— — we —.~ Oo ie a ee re ee es ee —- = ay et ee

ng —— mì fence 42 94+ — — et eee + hee =“—=— ee EE ee On }.;7ˆn sườn .—_—Ÿ ———_ + - eee = te -_-.- —— x*t * kx x*«t« Hư ee oe —_——— oo =e ee eo ores 6 ee 7 — m————.- ——_ ed a Oe ee OE eee SO eee

-

ưu

- -

> Trete - Gomte

Trang 40

GVHD: TS Phan Thj Hoang Qanh SVT 4: Nguyễn Ngọc Yến ~ Tại 1100°C các góc 29 đặc trưng của cao lanh đã biến mất và hình thành một số peak mới tại các vị trí góc 29: 16,5; 33,15; 42,8 Các vị trí peak mới này trùng khớp với pha mullite trong ngân hàng phổ chuẩn

~ Không có sự thay đổi của các peak quartz: 20,0; 25,8; 27.0

Hầu như không có sự khác biệt nhiều với mẫu K› K Từ đó, ta có thể kết luận thời gian lưu nhiệt cũng không gây ra sự biến đổi nhiều qua giản đồ XRD

— Do đó, chúng tôi tiếp tục khảo sát sự thay đổi liên kết trong cấu trúc của

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	3,29 MB