Cao lanh là một trong số khoáng chất công nghiệp được con người biết đến và sử dụng từ lâu. Cao lanh đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: làm nguyên liệu chính để sản xuất gốm sứ, làm chất độn trong công nghiệp sản xuất giấy, sơn, phân bón, cao su, chất dẻo, vật liệu xây dựng, gạch chịu lửa, làm xúc tác cho công nghệ lọc dầu… Nhờ có khả năng hấp thụ đặc biệt không chỉ các chất béo, chất đạm mà còn có khả năng hấp thụ cả các loại vi rút và vi khuẩn, vì vậy cao lanh được ứng dụng cả trong các lĩnh vực y tế, dược phẩm, mỹ phẩm... Cao lanh nguyên khai được chuyển từ bãi chứa vào bể khuấy có cánh khuấy để đánh tơi cao lanh ra khỏi ra khỏi liên kết với các khoáng vật khác như thạch anh, sỏi, đá… sau đó được cho qua các bể khuấy lục giác để tiến hành loại bỏ cát thô lẫn trong cao lanh. Cao lanh được đưa qua các nam châm để loại bỏ sắt từ, sau đó được cho qua sàng rung để loại bỏ rác trước khi vào bể chứa. Cao lanh từ bể chứa được đưa vào bể cô đặc, cao lanh lắng xuống đáy được đem đi ép lọc bằng máy lọc khung bản. Các tấm cao lanh sau khi ép được tháo dỡ và chuyển ra khu vực chứa cao lanh thành phẩm. Sử dụng nam châm để loại bỏ tạp chất sắt, tuy nhiên chỉ có thể loại bỏ được các tạp chất sắt lẫn trong cao lanh chứ không loại được sắt trong tinh thể. Do đó hàm lượng sắt trong cao lanh vẫn còn, dẫn đến độ trắng của cao lanh chưa đạt để sử dụng trong các ngành công nghiệp như gốm sứ, giấy... Vì vậy cần phải có phương pháp khác để loại bỏ sắt trong cao lanh nhằm cải thiện độ trắng. Độ trắng, được định nghĩa là tỷ lệ phản xạ của ánh sáng đơn sắc ở độ dài sóng cụ thể so với bảng trắng oxit magie tiêu chuẩn, là một trong những tính chất quan trọng nhất của cao lanh để xác định ứng dụng và giá trị kinh tế của cao lanh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP “NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA HÀM LƯỢNG HÓA CHẤT TẨY TRẮNG CAO LANH LÀO CAI DÙNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT SỨ DÂN DỤNG VÀ SỨ VỆ SINH” NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG nhung.nth180892@sis.hust.edu.vn NGUYỄN QUANG HUY huy.nq180766@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật hố học Chun ngành Cơng nghệ Vật liệu Silicat Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thành Đông _ Bộ môn CNVL Silicat – Viện Kỹ thuật hoá học (Chữ ký GVHD) KS Nguyễn Văn Duy Phòng Nghiên cứu – Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp HÀ NỘI, 2023 ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Viện Kỹ thuật Hoá học Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: MSSV: Nguyễn Thị Hồng Nhung 20180892 Nguyễn Quang Huy 20180766 Lớp: Kỹ thuật Hóa học 02 Khóa: K63 Ngành: Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Silicat Tên đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất tẩy trắng cao lanh Lào Cai dùng làm nguyên liệu sản xuất sứ dân dụng sứ vệ sinh” Các số liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại và kích thước vẽ): Một (01) báo cáo Microsoft word theo mẫu của Trường Một (01) báo cáo Microsoft powerpoint Họ tên cán hướng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Ngày … tháng … năm 2023 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn (Trường hợp có giáo viên hướng dẫn ký tên) Sinh viên hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2023 ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Viện Kỹ thuật Hoá học Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: MSSV: Nguyễn Thị Hồng Nhung 20180892 Nguyễn Quang Huy 20180766 Lớp: Kỹ thuật Hóa học 02 Khóa: K63 Ngành: Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Silicat Tên đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất tẩy trắng cao lanh Lào Cai dùng làm nguyên liệu sản xuất sứ dân dụng sứ vệ sinh” NỘI DUNG NHẬN XÉT: Tiến trình thực đồ án: Về nội dung của đồ án: Về hình thức trình bày: Những nhận xét khác: ĐÁNH GIÁ VÀ CHO ĐIỂM: Ngày … tháng … năm 2023 Giảng viên hướng dẫn (Trường hợp có giáo viên hướng dẫn ký tên) ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Viện Kỹ thuật Hoá học Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA UỶ VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: MSSV: Nguyễn Thị Hồng Nhung 20180892 Nguyễn Quang Huy 20180766 Lớp: Kỹ thuật Hóa học 02 Khóa: K63 Ngành: Kỹ thuật Hóa học Chun ngành: Cơng nghệ Vật liệu Silicat Tên đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất tẩy trắng cao lanh Lào Cai dùng làm nguyên liệu sản xuất sứ dân dụng sứ vệ sinh” NỘI DUNG NHẬN XÉT: Về nội dung của đồ án: Về hình thức trình bày: Những nhận xét khác: ĐÁNH GIÁ VÀ CHO ĐIỂM: Ngày … tháng … năm 2023 Uỷ viên phản biện LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực nghiên cứu theo đề tài giao của đồ án tốt nghiệp, nhờ có hướng dẫn tận tình giúp đỡ nhiệt tình từ thầy (cơ) mơn Công nghệ vật liệu Silicat vùng với anh chị công tác Viện Nghiên cứu Sành sứ - Thuỷ tinh Công nghiệp giúp em làm quen với môi trường làm việc thực tế và hoàn thành đề tài nghiên cứu cách hoàn thiện Lời em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Thành Đơng và anh Nguyễn Văn Duy trực tiếp hỗ trợ, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình, cung cấp giải đáp thắc mắc để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp trau dồi thêm vốn kiến thức của Qua em xin cảm ơn chân thành tới thầy Mai Văn Võ anh chị công tác Viện nghiên cứu Sành sứ Thuỷ tinh công nghiệp tạo điều kiện, giúp đỡ em tìm hiểu thao tác suốt trình nghiên cứu Cuối em xin cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè động viên, khích lệ giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng 07 năm 2023 Sinh viên Nguyễn Thị Hồng Nhung Nguyễn Quang Huy TÓM TẮT Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xác định hàm lượng hoá chất tối ưu cho trình tẩy trắng cao lanh sở phân tích ảnh hưởng của việc sử dụng hố chất tới số tính chất của cao lanh sau tẩy trắng Đề tài thực mẫu cao lanh Sơn Mãn – Lào Cai chia theo hai hướng nghiên cứu, tẩy bằng phương pháp hóa học với chất tẩy trắng là TD mẫu cao lanh thô ứng dụng cho sản xuất sứ vệ sinh mẫu cao lanh mịn ứng dụng cho sản xuất sứ dân dụng Trong trình tẩy, pH của hồ cao lanh điều chỉnh giá trị 8.0, 9.0, 10.0 11.0 bằng dung dịch NaOH 10%, lượng TD dùng mẫu với hàm lượng thay đổi từ 0% đến 2.6%, nhiệt độ của mẫu trì 70°C, thời gian 30 phút với hàm lượng AlCl3.6H2O thay đổi từ 0% đến 3.4% Sau tẩy, mẫu cao lanh đem lọc rửa, sấy khô, tán nhỏ, ép viên để xác định độ trắng sau nung 1200°C với mẫu cao lanh thô 1250°C với mẫu cao lanh mịn Kết nghiên cứu cho thấy: - Với mẫu cao lanh thô: o Mẫu cao lanh ban đầu với độ trắng sau nung là 74.3% tăng lên thành 79.9% sử dụng lượng TD tối ưu là 1.6% o Mẫu trước tẩy trắng và mẫu ứng với 1.6% TD tiếp tục khảo sát tính chất pH, tỷ trọng của hồ, độ nhớt, tốc độ bám khuôn, độ co sấy, co nung, co toàn phần, thành phần khoáng vật, hóa học, phân bố cỡ hạt để so sánh o Khi sử dụng TD để tẩy trắng hàm lượng sắt cao lanh giảm từ 1.02% xuống còn 0.91%, độ trắng sau nung tăng từ 74.3% đến 79.9% o Thành phần khống của cao lanh có biến đởi nhỏ từ khống Kaolinite sang Halloysite, tính chất lý tỷ trọng, độ nhớt, độ co có biến đởi định khơng nhiều, đặc biệt tính chất tốc độ bám khuôn tăng lên đáng kể, và điều có lợi cao lanh dùng ngành sản xuất sứ vệ sinh - Với mẫu cao lanh mịn: o Ban đầu độ trắng sau nung là 78.3% tăng lên thành 82.0% sử dụng lượng TD tối ưu là 1.8% môi trường hồ cao lanh ban đầu có pH = 9.0 o Mẫu trước tẩy trắng và mẫu ứng với hàm lượng hoá chất tối ưu tiếp tục khảo sát tính chất lượng nước tạo hình, hạn dẻo, tính chất lý, thành phần khống vật, hóa học, phân bố cỡ hạt để so sánh o Khi sử dụng TD để tẩy trắng hàm lượng sắt cao lanh giảm từ 1.33% xuống còn 1.24%, độ trắng sau nung tăng từ 78.3% đến 82.0% Thành phần khoáng vật, hóa học phân bố cỡ hạt của cao lanh không có biến đổi nhiều, độ dẻo tính chất lý có thay đởi nhỏ điều không làm ảnh hưởng tới việc sử dụng cao lanh sau tẩy sản xuất MỤC LỤC DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG 10 DANH MỤC HÌNH ẢNH 11 LỜI NÓI ĐẦU 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 15 1.1 1.2 Nguồn gốc, cấu trúc tính chất của cao lanh 15 1.1.1 Nguồn gốc hình thành cấu trúc 15 1.1.2 Tính chất hố – lý của cao lanh 16 Ứng dụng của cao lanh 20 1.3 Tổng quan phương pháp để loại bỏ nguyên tố sắt cao lanh nhằm làm trắng cao lanh 22 1.3.1 Phương pháp vật lý 22 1.3.2 Phương pháp vi sinh vật 23 1.3.3 Phương pháp hoá học 23 CHƯƠNG KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 30 2.1 Nguyên liệu hoá chất 30 2.1.1 Nguyên liệu để tẩy trắng 30 2.1.2 Hoá chất sử dụng 30 2.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 31 2.3 Quy trình nghiên cứu 33 2.1 Thí nghiệm đợt thứ nhất: Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất TD sử dụng tới độ trắng của cao lanh sau tẩy 35 2.4 Thí nghiệm đợt thứ hai: Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất NaOH sử dụng tới độ trắng của cao lanh sau tẩy 36 2.5 Thí nghiệm đợt thứ ba: Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất AlCl3.6H2O sử dụng tới độ trắng của cao lanh sau tẩy 36 2.6 Xác định tính chất kỹ thuật của mẫu cao lanh sau tẩy trắng so sánh với mẫu cao lanh trước tẩy trắng 37 2.7 Các phương pháp nghiên cứu 38 2.7.1 Độ trắng sau nung của cao lanh 38 2.7.2 Thành phần khoáng vật, hoá học phân bố cỡ hạt 38 2.7.3 Xác định độ dẻo của cao lanh 40 2.7.4 Xác định tính chất lý của cao lanh 40 2.7.5 Xác định tốc độ bám khuôn 42 2.7.6 Xác định tính lưu biến tỷ trọng hồ cao lanh 43 CHƯƠNG CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hoá chất đến độ trắng của cao lanh 44 3.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng TD 44 3.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH 48 3.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng AlCl3.6H2O 50 Kết khảo sát thông số kỹ thuật của mẫu cao lanh 53 3.2.1 Thành phần khoáng vật, hoá học, phân bố cỡ hạt của cao lanh 54 3.2.2 Độ dẻo của cao lanh 59 3.2.3 Các tính chất khác của cao lanh 60 KẾT LUẬN 65 PHỤ LỤC 66 Phụ lục Sơ đồ phân tích thành phần hố bằng máy phân tích GKF – 10A 66 Phụ lục Sơ đồ quy trình xác định hệ số biến dạng theo phương pháp P Fefferkorn 66 Phụ lục Công thức xác định độ co sấy, co nung co toàn phần 66 Phụ lục Sơ đồ quy trình cơng thức xác định cường độ uốn 67 Phụ lục Công thức xác định độ hút nước, độ xốp khối lượng thể tích sau nung 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết đầy đủ Ký hiệu chữ viết tắt SEM Hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscopy XRD Nhiễu xạ tia X X-Ray Diffraction TD TTL Thiourea Dioxide Thuỷ tinh lỏng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hoá học của cao lanh số địa phương 16 Bảng 1.2 Kết độ trắng theo nghiên cứu của Mang Lu, Guanghua Xia Wen Cao 28 Bảng 1.3 Thông số ban đầu dựa đồ án tẩy trắng cao lanh Lâm Đồng 29 Bảng 2.1 Ký hiệu mẫu thí nghiệm đợt thứ 35 Bảng 2.2 Ký hiệu mẫu thí nghiệm đợt thứ hai 36 Bảng 2.3 Ký hiệu mẫu thí nghiệm đợt thứ ba 37 Bảng 2.4 Phương pháp khảo sát tính chất của cao lanh 37 Bảng 3.1 Độ trắng cao lanh thô sau nung thay đổi hàm lượng TD 44 Bảng 3.2 Độ trắng cao lanh mịn sau nung thay đổi hàm lượng TD 46 Bảng 3.3 Độ trắng cao lanh thô sau nung thay đổi pH hồ cao lanh 48 Bảng 3.4 Độ trắng cao lanh mịn sau nung thay đổi pH hồ cao lanh 49 Bảng 3.5 Độ trắng cao lanh thô và hàm lượng HCl thay đổi hàm lượng AlCl3.6H2O 51 Bảng 3.6 Độ trắng cao lanh mịn và hàm lượng HCl thay đổi hàm lượng AlCl3.6H2O 52 Bảng 3.7 Thành phần khống vật của cao lanh thơ trước và sau tẩy trắng 54 Bảng 3.8 Thành phần hóa học của cao lanh thô trước và sau tẩy trắng 54 Bảng 3.9 Thành phần hạt cao lanh thô trước và sau tẩy trắng 55 Bảng 3.10 Thành phần khoáng của cao lanh mịn trước sau tẩy trắng 56 Bảng 3.11 Thành phần hoá của cao lanh mịn trước sau tẩy trắng 57 Bảng 3.12 Thành phần kích thước hạt của cao lanh mịn trước sau tẩy trắng 57 Bảng 3.13 Hệ số biến dạng cao lanh mịn với độ ẩm tương ứng 59 Bảng 3.14 Độ ẩm tương ứng với số dẻo hạn dẻo của cao lanh mịn 60 Bảng 3.15 Độ co sấy, co nung co tồn phần của cao lanh thơ 60 Bảng 3.16 Tốc độ bám khuôn của cao lanh thô trước và sau tẩy trắng 61 Bảng 3.17 Độ co sấy, co nung co toàn phần của cao lanh mịn 62 Bảng 3.18 Cường độ uốn mộc sau nung của cao lanh mịn 63 Bảng 3.19 Độ hút nước, độ xốp khối lượng thể tích của cao lanh mịn 63 10 Thành phần khoáng của cao lanh nhìn chung có thay đởi thành phần khoáng vật mẫu cao lanh Chứng tỏ, TD tác động đến hàm lượng sắt cao lanh khơng ảnh hưởng đến cấu trúc của khống có mẫu cao lanh Bảng 3.11 Thành phần hoá cao lanh mịn trước sau tẩy trắng Trước tẩy trắng Sau tẩy trắng So sánh sau tẩy trắng so với trước tẩy trắng Thành phần hoá (%) STT Oxit SiO2 46.14 45.79 giảm 0.35 % Al2O3 37.17 37.36 tăng 0.19 % Fe2O3 1.33 1.24 giảm 0.09 % TiO2 0.07 0.02 giảm 0.05 % CaO 0.32 0.15 giảm 0.17 % MgO 0.12 0.10 giảm 0.02 % K2O 1.22 1.19 giảm 0.03 % Na2O 0.03 0.01 giảm 0.02 % MKN (L.O.I) 13.52 14.04 tăng 0.52 % Trong thành phần hóa của cao lanh, sau tẩy trắng hàm lượng Fe2O3 giảm từ 1.33% xuống 1.24%, oxit khác có dao động hàm lượng Fe2O3 thay đổi keo theo thay đổi hàm lượng phần trăm của oxit khác Sự giảm hàm lượng Fe2O3 là hiệu của TD phản ứng với tạp chất sắt cao lanh để chuyển từ Fe3+ sang Fe2+, Fe2+ rửa trôi khỏi cao lanh, làm tăng độ trắng của cao lanh Bảng 3.12 Thành phần kích thước hạt cao lanh mịn trước sau tẩy trắng Trước tẩy trắng Sau tẩy trắng STT Phần % lọt tích luỹ Kích thước (μm) Phần % lọt tích luỹ Kích thước (μm) 5.00 2.0112 5.00 2.1319 10.00 2.5208 10.00 2.6021 20.00 3.2693 20.00 3.2612 57 30.00 3.9146 30.00 3.8457 40.00 4.5297 40.00 4.4173 50.00 5.1818 50.00 5.0300 60.00 5.9210 60.00 5.7388 70.00 6.8291 70.00 6.6241 80.00 8.0304 80.00 7.8195 10 90.00 9.9993 90.00 9.8879 11 95.00 11.9595 95.00 11.9971 12 100.00 26.1110 - - Kích thước trung bình D50 5.1818 5.0300 Kích thước hạt lớn D100 26.1110 - Kích thước chiếm % lớn 5.4649 4.7964 Dưới là đồ thị phân bố cỡ hạt của cao lanh mịn trước sau tẩy trắng (hình 3.14) so sánh rõ ràng trực quan thay đổi phân bố cỡ hạt của cao lanh mịn Biểu đồ phân bố cỡ hạt cao lanh trước sau tẩy trắng 12 100 90 10 80 50 40 30 20 10 592.387 394.244 262.376 174.616 116.21 77.339 51.471 34.255 22.797 15.172 10.097 6.72 4.472 2.976 1.981 1.318 0.877 0.584 0.389 0.259 0.172 0.115 q (%) 60 Q (on %) 70 Diameter (μm) qtrước tẩy trắng (%) qsau tẩy trắng (%) Qtrước tẩy trắng (on %) Qsau tẩy trắng (on %) Hình 3.14 Đồ thị phân bố cỡ hạt cao lanh mịn trước sau tẩy trắng 58 Từ số liệu thu được, thấy kích thước hạt trung bình trước tẩy trắng (5.1818 μm) có giá trị gần bằng kích thước hạt trung bình sau tẩy trắng (5.0300 μm) và hai mẫu có giá trị D95 gần (~12 μm) Như vậy, thành phần cỡ hạt thay đổi không đáng kể, giải thích là phương pháp này không tiến hành gia công học nên không làm thay đởi kích thước hạt và hình dạng của hạt nguyên liệu 3.2.2 Độ dẻo cao lanh Chỉ có mẫu cao lanh mịn sau tẩy trắng đem xác định lượng nước tạo hình và hạn dẻo Kết thu so sánh với giá trị trước tẩy trắng tổng hợp bảng 3.13 Bảng 3.13 Hệ số biến dạng cao lanh mịn với độ ẩm tương ứng Độ ẩm, W (%) Hệ số biến dạng cao lanh trước tẩy trắng, Độ ẩm, W (%) Hệ số biến dạng cao lanh sau tẩy trắng, 27.92 1.38 28.63 1.48 28.69 1.54 29.09 1.60 29.93 1.74 30.36 1.82 30.94 1.90 31.33 2.11 31.89 2.35 32.09 2.67 33.00 2.67 33.38 3.33 33.83 3.64 34.10 4.00 Từ bảng số liệu trên, ta xây dựng đồ thị ảnh hưởng của độ ẩm tới độ dẻo của cao lanh 59 Hệ số biến dạng, Hệ số biến dạng cao lanh trước sau tẩy trắng 4.20 4.00 3.80 3.60 3.40 3.20 3.00 2.80 2.60 2.40 2.20 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 27.00 28.00 29.00 30.00 31.00 32.00 33.00 34.00 35.00 Độ ẩm, W(%) Cao lanh trước tẩy trắng Cao lanh sau tẩy trắng Hình 3.15 Đồ thị ảnh hưởng độ ẩm tới độ dẻo cao lanh mịn Theo số liệu thu được, áp dụng nội suy xác định độ ẩm tương ứng với hệ số biến dạng γr = 2.5 và γ = 3.3 kết đây: Bảng 3.14 Độ ẩm tương ứng với số dẻo hạn dẻo cao lanh mịn Độ ẩm tương ứng Cao lanh trước tẩy trắng Cao lanh sau tẩy trắng Chỉ số độ dẻo - γr = 2.5 32.41 31.87 Hạn dẻo - γ = 3.3 33.54 33.31 Hệ số biến dạng, Nhìn chung, TD khơng ảnh hưởng nhiều đến độ ẩm tạo hình và hạn dẻo của cao lanh TD tác động đến tạp sắt, phương pháp này không tiến hành gia công học nên không làm thay đởi kích thước hạt và hình dạng của hạt nguyên liệu dẫn đến không ảnh hưởng đến độ dẻo của nguyên liệu 3.2.3 Các tính chất khác cao lanh 3.2.3.1 Kết mẫu cao lanh thô Mẫu cao lanh trước và sau tẩy tạo hình nung đến nhiệt độ 1200°C, lưu 30 phút và đem xác định độ co (sấy, co nung và co toàn phần) thu kết bảng 3.15 Bảng 3.15 Độ co sấy, co nung co tồn phần cao lanh thơ Độ co (%) Mẫu thí nghiệm STT Trước tẩy T1 Độ co sấy, 𝒚𝒔 Độ co nung, 𝒚𝒏 Độ co toàn phần, 𝒚𝒕𝒑 0.67 7.49 8.11 60 trắng Sau tẩy trắng T2 0.67 7.27 7.89 T3 1.00 7.18 8.11 Trung bình 0.78 7.32 8.04 S1 0.89 5.04 5.89 S2 0.89 5.38 6.22 S3 0.78 5.49 6.22 Trung bình 0.85 5.30 6.11 Từ bảng ta thấy độ co sấy, co nung, co toàn phần của cao lanh sau tẩy thấp của cao lanh trước tẩy nhiệt độ 1200°C Lý là độ co nung phụ thuộc nhiều vào lượng pha lỏng Khi tẩy trắng cao lanh bằng TD, hàm lượng tạp sắt cao lanh giảm đi, hàm lượng chất dễ chảy tạp sắt giảm đi, dẫn đến trình kết khối chậm từ đó mà độ co giảm Kết thí nghiệm đo tốc độ bám khn của cao lanh thể bàng 3.16: Bảng 3.16 Tốc độ bám khuôn cao lanh thô trước sau tẩy trắng Trước tẩy trắng Sau tẩy trắng Độ pH hồ cao lanh (W = 40%) 6.7 6.2 Tỷ trọng (g/ml) 1.54 1.56 Lượng chất điện giải (TTL), % 0.5 0.5 Độ nhớt chảy cốc Ford (s) 22.1 23.79 phút 7.38 12.64 30 phút 19.28 23.72 Độ dày bám khuôn (mm) Bảng 3.16 cho thấy, thông số của hồ cao lanh, thông số tỷ trọng, độ nhớt, pH của cao lanh sau tẩy trắng tương đối ổn định: tỷ trọng tăng từ 1.54 lên 1.56 g/ml; độ nhớt tăng từ 22.1 lên 23.79 s; độ pH của hồ cao lanh giảm từ 6.7 xuống 6.2 61 Hình 3.16 Mẫu đổ rót sau phút (a) sau 30 phút (b) Về độ dày bám khuôn, ta nhận thấy độ dày bám khuôn sau phút 30 phút của mẫu sau tẩy trắng tăng rõ rệt Với độ dày bám khn (đo bằng thước kẹp độ xác 0.02 mm) sau phút, tăng từ 7.38 lên 12.64 mm và sau 30 phút, tăng từ 19.28 đến 23.72mm Ta có kết luận rằng q trình tẩy trắng bằng TD làm tăng tốc độ bám khuôn điều kiện hồ, là điều mà ta mong muốn, trình tạo hình rút ngắn thời gian, từ đó tăng suất sản phẩm 3.2.3.2 Kết mẫu cao lanh mịn Mẫu cao lanh trước và sau tẩy tạo hình nung đến nhiệt độ 1250°C, lưu 30 phút và đem xác định độ co (sấy, co nung và co toàn phần), cường độ uốn (mộc sau nung) khảo sát nhiệt độ kết khối (độ hút nước, độ xốp, khối lượng thể tích), thu kết bảng 3.17, 3.18 3.19 Bảng 3.17 Độ co sấy, co nung co toàn phần cao lanh mịn Mẫu thí nghiệm Trước tẩy trắng Sau tẩy trắng Độ ẩm tạo hình (%) Độ co (%) STT Độ co sấy, 𝐲𝐬 Độ co nung, 𝐲𝐧 Độ co toàn phần, 𝐲𝐭𝐩 T1 11.01 5.13 15.58 T2 11.35 5.35 16.09 T3 10.94 5.59 15.92 Trung bình 11.10 5.36 15.86 S1 10.29 4.98 14.76 S2 11.24 4.18 14.94 S3 10.99 4.32 14.84 Trung bình 10.84 4.49 14.85 32.48 31.84 Từ bảng ta thấy độ co sấy, co nung, co toàn phần của cao lanh sau tẩy thấp của cao lanh trước tẩy khoảng nhiệt độ khác Độ co nung phụ thuộc nhiều vào lượng pha lỏng Nếu lượng pha lỏng nhiều độ co tăng 62 ngược lại Khi tẩy trắng cao lanh bằng TD, hàm lượng tạp sắt cao lanh giảm đi, hàm lượng chất dễ chảy giảm đi, kết khối chậm dẫn đến độ co giảm Bảng 3.18 Cường độ uốn mộc sau nung cao lanh mịn Mẫu thí nghiệm Trước tẩy trắng Sau tẩy trắng Độ ẩm tạo hình (%) Cường độ uốn mộc m (kg/cm2) Cường độ uốn sau nung n (kg/cm2) T4 6.48 T7 294.88 T5 5.72 T8 232.08 T6 5.34 T9 266.34 Trung bình 5.848 Trung bình 264.430 S4 4.35 S7 225.16 S5 6.38 S8 235.47 S6 6.67 S9 252.93 Trung bình 5.797 Trung bình 237.855 32.48 31.84 Như bảng số liệu thu được, giá trị cường độ uốn mộc trung bình của cao lanh trước tẩy trắng 5.848 kg/cm2 giá trị cường độ uốn sau nung trung bình 264.430 kg/cm2 lớn so với giá trị cường độ uốn của cao lanh sau tẩy trắng (cường độ uốn mộc 5.797 kg/cm2 và cường độ uốn sau nung 237.855 kg/cm2) Bảng 3.19 Độ hút nước, độ xốp khối lượng thể tích cao lanh mịn Độ hút nước (%) Độ xốp bk (%) Khối lượng thể tích, v (g/cm2) 32.48 15.63 29.77 1.905 T11 14.89 28.90 1.941 T12 15.40 29.48 1.914 T13 14.81 28.83 1.946 T14 15.60 29.76 1.908 Trung bình 15.26 29.35 1.923 Mẫu thí nghiệm Trước tẩy trắng Độ ẩm tạo hình (%) 32.48 63 Sau tẩy trắng S10 16.20 31.00 1.913 S11 16.71 31.81 1.904 S12 15.74 30.17 1.917 S13 16.40 31.28 1.908 S14 15.67 30.11 1.921 Trung bình 16.14 30.88 1.913 31.84 Kết độ hút nước, độ xốp của mẫu cao lanh sau tẩy trắng có xu hướng tăng cường độ uốn khối lượng thể tích có xu hướng giảm so với mẫu cao lanh trước tẩy trắng Có thể dự đoán hàm lượng oxyt chảy giảm dẫn tới độ nhớt của pha lỏng tăng, làm khả len lỏi vào hạt kém hơn, lực kéo hạt rắn lại với giảm Quá trình thiêu kết trở nên hồn thiện Tuy nhiên, chênh lệch không lớn giá trị thu của cao lanh trước tẩy trắng sau tẩy trắng nên trình tẩy trắng bằng TD coi hiệu để làm giảm hàm lượng sắt có cao lanh, từ đó làm tăng độ trắng của cao lanh 64 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu hàm lượng chất tẩy trắng Thiuore dioxide tới số tính chất của cao lanh, đề tài rút số kết luận sau: Về cao lanh lọc của mỏ Sơn Mãn, Lào Cai trước tẩy trắng a Đối với cao lanh thô: Độ trắng sau nung tương ứng là 74.3%, hàm lượng tạp Fe2O3 là 0.91%, thành phần khoáng chủ yếu là caolinit, chiếm đến 50-52%, thứ hai Muscovite với hàm lượng 20 – 22% b Đối với cao lanh mịn: Độ trắng sau nung tương ứng là 78.3%, hàm lượng tạp Fe2O3 là 1.33%, thành phần khoáng chủ yếu là caolinit, chiếm đến 68% Khi tẩy trắng bằng phương pháp hóa học với chất khử là Thiuore dioxide cải thiện rõ rệt độ trắng trước nung sau nung a Đối với cao lanh thô: Điều chỉnh pH môi trường đạt 9.0, hàm lượng Thiuore dioxide, AlCl3.6H2O tối ưu là 1.6% khối lượng tính khối lượng cao lanh khô, độ trắng của cao lanh sau nung đạt đến 79.9% b Đối với cao lanh mịn: Điều chỉnh pH môi trường đạt 9.0, hàm lượng Thiuore dioxide, AlCl3.6H2O tối ưu là 1.8% 2.6% khối lượng tính khối lượng cao lanh khô, độ trắng của cao lanh sau nung đạt đến 82.0% Việc tẩy trắng cao lanh bằng Thiuore dioxide làm giảm lượng tạp Fe2O3 gây màu cho cao lanh, đồng thời không ảnh hưởng đến thành phần khống vật, hóa học (trừ Fe2O3), phân bố cỡ hạt, độ dẻo, tính chất lý của cao lanh mịn giúp cải thiện tốc độ bám khuôn của hồ cao lanh rõ rệt, đặc biệt tốc độ bám khuôn phút của cao lanh thô Kiến nghị: Ngoài việc khảo sát hàm lượng hố chất sử dụng để tẩy trắng, thơng số khác nhiệt độ, thời gian phản ứng, động lực khuấy trộn… là thông số quan trọng ảnh hưởng đến cải thiện độ trắng và cần tiếp tục có khảo sát thêm để tạo thơng số cơng nghệ tối ưu cho q trình tẩy trắng cao lanh Cần triển khai thêm với loại cao lanh khác để tìm quy luật chung cho phương pháp tẩy trắng cao lanh bằng Thiuore dioxide tìm trạng thái tồn của sắt cao lanh mà TD tiếp cận 65 PHỤ LỤC Phụ lục Sơ đồ phân tích thành phần hố máy phân tích GKF – 10A Chuẩn bị mẫu Kết Cân mẫu Xử lý liệu Nấu chảy Xác định Hoà tan Nhuộm Phụ lục Sơ đồ quy trình xác định hệ số biến dạng theo phương pháp P Fefferkorn Chuẩn bị mẫu với độ ẩm W% xác định Hệ số biến dạng Tạo mẫu hình trụ Φ = 30 mm, h0 = 40 mm Xử lý liệu Thí nghiệm với dụng cụ P Fefferkorn Xác định h1 Phụ lục Công thức xác định độ co sấy, co nung co toàn phần Co sấy: 66 ys = L1 − L2 × 100 (%) L1 yn = L2 − L × 100 (%) L2 ytp = L1 − L3 × 100 (%) L1 Co nung: Độ co toàn phần: Phụ lục Sơ đồ quy trình cơng thức xác định cường độ uốn Tạo mẫu mộc (kích thước a x b x c, mm) Sấy mẫu đến khối lượng không đổi Cường độ uốn mộc Nung Cường độ uốn sau nung Cường độ của mẫu mộc tính theo cơng thức: σu = 3×P×l×n (kg/cm2) 2×b×h2 Cường độ của mẫu sau nung tính theo cơng thức: σu = 3×P×l 2×b×h2 (kg/cm2) Trong đó: P áp lực làm gãy mẫu, kg l khoảng cách hai gối đỡ dưới, cm n= d2 d1 có: d1 khoảng cách từ trục cánh tay đòn đến tâm gối tỳ trên, cm d2 khoảng cách từ trục cánh tay đòn đến vị trí mẫu bị gãy, cm b chiều rộng mẫu vị trí gãy, cm h chiều cao của mẫu vị trí gãy, cm 67 Phụ lục Công thức xác định độ hút nước, độ xốp khối lượng thể tích sau nung - Độ hút nước G2 −G1 W= - G1 Độ xốp X bk = - × 100 (%) G2 −G1 G2 −G3 × 100 (%) Khối lượng thể tích mẫu nung γv = G1 G2 −G3 × ρlỏng (g/cm3) Trong đó: G1: khối lượng mẫu khơ cân khơng khí (g) G2: khối lượng mẫu ngấm đầy nước cân khơng khí (g) G3: khối lượng mẫu ngấm đầy nước cân nước (g) ρlỏng : khối lượng riêng của chất lỏng (g/cm3), ρnước = g/cm3 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đỗ Trí, Nguyễn Phương, Nguyễn Trọng Tồn, "Tiềm kaolin Việt Nam và định hướng công tác thăm dò, khai thác phục vụ phát triển kinh tế xã hội," Tạp chí Địa chất, vol 307, pp 7-8, 2008 [2] Nguyễn Thị Thanh Tâm, “Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất tẩy trắng Thioure dioxide tới số tính chất của cao lanh Lâm Đồng”,” 2020 [3] Doãn Huy Cẩm, Nguyễn Phương, Lê Đỗ Trí, “Tiềm Kaolin miền Đơng Bắc Bộ khả sử dụng ngành công nghiệp,” Tạp chí Địa chất, tập 296, pp 11-12, 2006 [4] Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thành Đông, Công nghệ gốm sứ, Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2009 [5] Nguyễn Văn Dũng, Công nghệ sản xuất gốm sứ, Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2009 [6] Grim R.E, Applied Clay Mineralogy, New York, 1962 [7] Vũ Minh Khơi, "Nghiên cứu q trình chế biến cao lanh Phú Thọ để sản xuất hợp chất của nhôm," 2016 [8] Bellotto M, Gualtieri A, Artioli G, Clark SM, "Kinetic study of the kaolinite mullite reaction sequence Part I: Kaolinite dehydroxylation," pp 207-214, 1995 [9] M.Ranibar, Optimization of Kaolin Bioleaching by Aspergillus nige, 2007 [10] Román A Hernández - Hernández, et al., "Kinetics of Iron Leaching from kaolinitic Clay, using phosphoric acid Minerals," 2016 [11] Román A Hernández Hernández, et al, "Kaolin Bleaching by Leaching using Phosphoric acid solutions Journal of the Mexican Chemical Society," pp 198-202, 2015 [12] A Tuncuk, S Ciftlik, and A Akcil, "Factorial experiments for iron removal from kaolin by using single and two-step leaching with sulfuric acid Hydrometallurgy," pp 80-86, 2013 [13] Azarudeen MHM, et al, "Removal of Iron Oxides in Meetiyagoda Kaolin by Chemical Leaching to Improve Whiteness Proceedings of ERE 2016," 2016 [14] A H H R, "Iron removal from a kaolinitic clay by leaching to obtain high whiteness index IOP Conference Series: Materials Science and Engineering," p 45, 2013 [15] Román A Hernández Hernández, et al, "Statistical treatment of bleaching kaolin by iron removal Journal of Mexican Chemistry Society," pp 26169 266, 2013 [16] John H.Chapman, Clay treatment, US, 1970 [17] Hồng Bá Thịnh and Đào Hà Quang, “Cơng nghệ tuyển xử lý cao lanh bằng phương pháp thủy lực, công suất 20.000 tấn/ năm Khoa học & Công nghệ.,” tập 10, pp 42-44, 2012 [18] M.L Atkinson and M.E Fleming, "Process for bleaching kaolin and other minerals," 2001 [19] Fabio M De Oliveira and Nilce Ortiz, Process for whitening kaolin, US5242874A, 1988 [20] Guanghua Xia, et al, "Iron removal from kaolin using thiourea assisted by ultrasonicwave Ultrasonics Sonochemistry," vol 19, pp 38-42, 2012 [21] Zhang Xiao-lin, Xia Guang-hua, and Wen Cao, "Bleaching kaolin with thiourea dioxide strengthened by mechanical activation Bulletin of the Chinese Ceramic Society," pp 1053-1056, 2016 [22] L J Tang, "Orthogonal Experiments for Kaolin Bleaching by Using Sodium Dithionite and Sulfuric acid Advanced Materials Research," pp 116-121, 2014 [23] Zhang Fei, Feng Jie Li Qing, Liu Xin, Tang Xiaogang, Zou Li, Jiang Guoming, Wang Yahui, “Kaolin bleaching method,” 2015 [24] Huang Qiang and Ranganammar Goda, Method for leaching and brightening kaolin clay and other minerals, US20080052838A1, 2007 [25] A J Nott, Method for brightening and whitening clays utilizing sodium borohydride, US3937632A, 1974 [26] F Veglio, "Factorial experiments in the development of a kaolin bleaching process using thiourea in sulphuric acid solutions Hydrometallurgy," pp 181-197, 1997 [27] Mang Lu, Xia Guang-hua, and Xiaolin Zhang, "Refinement of industrial kaolin by removeal of iron-bearing impurities using thiourea dioxide under mechanical activation Applied Clay Science," vol 141, pp 192-197, 2017 [28] Mang Lu, Guanghua Xia and Wen Cao, "Iron removal from kaolin using thiourea dioxide: Effect of ball grinding and mechanism analysis," vol 143, pp 354-361, 2017 [29] "Xác định thành phần khoáng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)," [Online] Available: https://riceglass.vn/2021/10/04/xac-dinh-thanh-phankhoang-bang-phuong-phap-nhieu-xa-tia-x-xrd/ [30] "Xác định cỡ hạt micro nano," [Online] Available: https://riceglass.vn/2021/10/04/xac-dinh-co-hat-micro-va-nano/ [31] Запольский А.К., Баран А.А, "Коагулянты и флокулянты в процессах 70 очистки воды," 1987 [32] James B Duke, Metuchen, and N.J., "Method for improving the brightness of clay," US3353668, 1967 [33] Wen Cao, et al, "Iron removal from kaolin using binuclear rare earth complex activated thiourea dioxide Applied Clay Science," vol 126, pp 63-67, 2016 [34] Lan Zhou, et al, "Study on Thiourea dioxide's reducing capacity and its reactivity with reactive dyes Anvanced Materials Research," Vols 396-398, pp 1174-1179, 2011 [35] Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp, 2020 [Online] Available: https://riceglass.vn/2020/09/08/cong-nghe-che-bien-sau-caolanh/ 71