Khảo sát quá trình làm giàu và hoạt hóa Bentonite bình thuận bằng tác nhân axit

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM  ĐOÀN MINH ĐỨC KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÀM GIÀU VÀ HOẠT HÓA BENTONITE BÌNH THUẬN BẰNG TÁC NHÂN AXIT Chuyên ngành: Hoá vô cơ Mã số: 60.44.0113 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Sỹ Lương Phản biện 1: PGS. TS Lưu Minh Đại Phản biện 2: TS Phan Thị Ngọc Bích Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Ngày 18 tháng 05 năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐHSP THÁI NGUYÊN TRUNG TÂM HỌC LIỆU ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ i LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Ngô Sỹ Lương người thầy đã tận tình chu đáo và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng đào tạo trường PT Vùng Cao Việt Bắc và Ban giám đốc viện công nghệ xạ hiếm đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013 Tác giả Đoàn Minh Đức Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Xác nhận của giáo viên hướng dẫn Xác nhận của trưởng khoa chuyên môn PGS. TS. Ngô Sỹ Lương TS. Nguyễn Thị Hiền Lan Tác giả Đoàn Minh Đức Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vii MỞ ĐẦU 1 PHẦN I: TỔNG QUAN 3 1.1.BENTONITE. 3 1.1.1. Thành phần hóa học và cấu trúc của bentonite [1,7,9] 3 1.1.2. Tính chất của bentonite 5 1.1.3. Ứng dụng của bentonite [9,20.29] 6 1.2. TÀI NGHUYÊN BENTONITE VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG BENTONITE Ở VIỆT NAM 10 1.2.1. Tổng quan về tài nguyên bentonite Việt Nam [1] 10 1.2.2. Giới thiệu về bentonite Bình Thuận [1, 6-10] 11 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM GIÀU BENTONITE 14 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP HOẠT HÓA BENTONITE 18 . THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1. MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN. 21 2.1.1. Mục đích nghiên cứu. 21 2.1.2. Nội dung nghiên cứu. 21 2.2. NGUYÊN LIỆU, HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ. 22 2.2.1. Nguyên liệu, hóa chất 22 2.2.2. Dụng cụ 22 2.2.3. Thiết bị 22 2.3. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM LÀM GIÀU VÀ HOẠT HÓA BENTONITE 23 2.3.1. Phƣơng pháp thủy xiclon. 23 2.3.2. Quá trình thực nghiệm xác định khả năng hoạt hóa bentonite bằng dung dịch axit H 2 SO 4 26 2.3.3. Các phƣơng pháp đánh giá 28 PHẦN III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iv 3.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT CỦA MẪU BENTONITE TUY PHONG - BÌNH THUẬN 30 3.2. NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU BENTONITE TUY PHONG - BÌNH THUẬN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TUYỂN THỦY XICLON. 32 3.2.1. Khảo sát sự phụ thuộc của giải kích thƣớc hạt sản phẩm thu đƣợc từ van tháo phía trên vào kích thƣớc van tháo 32 3.2.2. Khảo sát sự phụ thuộc của giải kích thƣớc hạt sản phẩm thu đƣợc từ van tháo phía trên vào nồng độ (tỷ trọng) của dòng liệu đi vào 33 3.2.3. Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc của giải kích thƣớc hạt sản phẩm thu đƣợc từ van tháo phía trên vào áp lực tác dụng lên dòng liệu đi vào 34 3.2.4. Xác định đƣờng cong công suất của xiclon 1 inch 35 3.2.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của kích thƣớc các van tháo liệu phần mịn phía trên và van tháo liệu phần thô phía dƣới của máy tuyển thuỷ xiclon tới tỉ lệ phân chia thể tích dung dịch nguyên liệu 36 3.3. NGHIÊN CỨU HOẠT HÓA BENTONITE BẰNG PHƢƠNG PHÁP HOẠT HÓA AXIT 42 3.3.1. Làm sạch với bentonite tự nhiên chƣa đƣợc làm giàu 40% MMT 43 3.3.2. Làm sạch với bentonite đã đƣợc làm giàu 90% MMT 47 3.4. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BENTONITE ĐÃ ĐƢỢC LÀM GIÀU VÀ LÀM SẠCH ĐỂ ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ 51 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc mạng lƣới không gian của MMT [9] 3 Hình 1.2. Mô hình cấu trúc mạng lƣới MMT với sự thay thế đồng hình ở cả vị trí tứ diện và bát diện 4 Hình 1.3. Sơ đồ thực nghiệm thiết bị tuyển thủy xiclon [28] 16 Hình 1.4. cân bằng khí trong tuyển thủy xiclon 17 Hình 2.1. Thiết bị tuyển thuỷ xiclon“Mozley” C155 24 Hình 2.2. Nhiễu xạ kế tia X D8-Avandced Brucker (CHLB Đức) 29 Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu bentonite Bình Thuận nguyên khai 31 Hình 3.2. Đƣờng cong công suất của xiclone 1 inch 35 Hình 3.3. Đƣờng cong hiệu suất phân chia. 36 Hình 3.4. Giản đồ XRD của mẫu bentonite nguyên khai và mẫu bentonite đã đƣợc làm giàu 42 Hình 3.5. Đồ thị sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào nồng độ dung dịch axit H 2 SO 4 của khoáng bentonite 40%MMT. 44 Hình 3.6. Đồ thị sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào thời gian hoạt hóa của khoáng bentonite 40%MMT. 45 Hình 3.7. Đồ thị sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào tỉ lệ rắn/lỏng của khoáng bentonite 40%MMT. 46 Hình 3.8. Giản đồ XRD của mẫu bentonite 40% chƣa hoạt hóa 47 Hình 3.9. Giản đồ XRD của mẫu bentonite 40% sau khi hoạt hóa 47 Hình 3.10. Đồ thị sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào nồng độ dung dịch axit H 2 SO 4 của khoáng bentonite 90% MMT 48 Hình 3.11. Đồ thị sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào thời gian hoạt hóa của khoáng bentonite 90% MMT 49 Hình 3.12. Đồ thị sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào tỉ lệ rắn/lỏng của khoáng bentonite 90% MMT 50 Hình 3.13. Giản đồ XRD của bentonite BìnhThuận (BT90) đã tinh chế (đã làm giàu bằng thủy xiclon và làm sạch bằng phƣơng pháp axit) 51 Hình 3.14. Giản đồ XRD của bentonite thƣơng phẩm của Prolabo (Pháp) 51 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vi 3.15. Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ đƣợc điều chế trong thiết bị 1 lít, với tỷ lệ muối amoni/bentonite là 110mmol/100g. 52 Hình 3.16. ơ đƣợc điều chế từ bentonite BT90 với CTAB 52 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét hữu cơ đƣợc điều chế với tỷ lệ muối amoni/bentonite là 110mmol/100gam bentonite 53 3.18. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét bentonite BT90 đƣợc điều chế không có muối amoni hữu cơ. 54 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học của sét bentonite Bình Thuận, Varusev và Wyoming 12 Bảng 1.2. Phân loại khoáng vật theo kích thƣớc và các phƣơng pháp làm giàu 15 Bảng 3.1. Thành phần hoá học của bentonite Tuy Phong – Bình Thuận, bentonite Rajasthan (Ấn Độ), bentonite Wyoming (USA). 30 Bảng 3.2. Thành phần hoá học của mẫu bentonite Bình Thuận nguyên khai 32 Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của tỉ lệ giải hạt sản phẩm thu đƣợc từ van tháo phía trên vào kích thƣớc van tháo phía trên, % 32 Bảng 3.4. Sự phụ thuộc của tỉ lệ giải hạt sản phẩm thu đƣợc từ van tháo phía trên trong vào nồng độ (tỷ trọng) của dòng liệu đi vào, % 33 Bảng 3.5. Sự phụ thuộc của tỉ lệ giải hạt sản phẩm thu đƣợc từ van tháo phía trên vào áp lực tác dụng lên dòng liệu đi vào, psi 34 Bảng 3.6. Tỉ lệ phân chia thể tích tại áp lực 50 psi (Phần trăm theo thể tích của lƣợng nguyên liệu huyền phù đi xuống van tháo phần hạt thô ở đáy xiclon) 37 Bảng 3.7. Kết quả tuyển thuỷ xiclon 38 Bảng 3.8. Kết quả tuyển thuỷ xiclon đối với bentonite Bình Thuận 39 Bảng 3.9. Thành phần hoá học của mẫu bentonite Bình Thuận nguyên khai và 4 mẫu bentonite đã đƣợc làm giàu. 40 Bảng 3.10. Thành phần khoáng vật của mẫu bentonite Bình Thuận trƣớc, sau khi 40 Bảng 3.11. Thành phần nguyên tố (theo % khối lƣợng) của mẫu bentonite nguyên khai, các mẫu bentonite đã làm giàu 41 Bảng 3.12. Sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào nồng độ dung dịch axit H 2 SO 4 của khoáng bentonite 40%MMT. 43 Bảng 3.13. Sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào thời gian hoạt hóa axit H 2 SO 4 của khoáng bentonite 40%MMT. 45 Bảng 3.14. Sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation tỉ lệ rắn/lỏng của khoáng bentonite 40%MMT. 46 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ viii Bảng 3.15: Sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào nồng độ dung dịch axit H 2 SO 4 của khoáng bentonite 90% MMT 48 Bảng 3.16: Sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation vào thời gian hoạt hóa của khoáng bentonite 90% 49 Bảng 3.17: Sự phụ thuộc của dung lƣợng trao đổi cation tỉ lệ rắn/lỏng của khoáng bentonite 90% MMT 50 [...]... bentonite hoạt hoá và biến tính và tạo khả năng đáp ứng nhu cầu lớn trong tƣơng lai về vật liệu này cho các ngành công nghiệp và đời sống Xuất phát từ thực tế nguồn quặng bentonite Việt Nam dồi dào, nhu cầu sử dụng bentonite đã đƣợc làm giàu và hoạt hóa cho các ứng dụng trong nƣớc là lớn, chúng tôi chọn đề tài cho luận văn là: Khảo sát quá trình làm giàu và hoạt hóa bentonite Bình Thuận bằng tác nhân. .. làm sạch smectite phải thực hiện quá trình xử lý bằng axit [6,21,26,27,32] Quá trình hoạt hóa bằng axit đƣợc thực hiện bằng các axit loãng, trƣớc hết là các axit vô cơ nhƣ H2SO4, HCl, H3PO4 [26,27] Ngƣời ta cũng có thể dùng các axit hữu cơ nhƣ: axit axetic, axit oxalic [21,26,27] Các tác giả [26] đã nghiên cứu các thông số của quá trình hoạt hóa bentonite bằng axit Để có thể thu đƣợc sét smectite làm. .. trắng, quá trình xử lý với axit phải đƣợc thực hiện trong nhiều giờ, thƣờng phải đun nóng hỗn hợp sét và axit trong khoảng 1- 15 giờ Sau đó ngƣời ta thực hiện quá trình lọc rửa để tách dung dịch các muối hòa tan khỏi pha rắn Các điều kiện thực hiện quá trình hoạt hóa phụ thuộc vào quặng đầu và đƣợc nghiên cứu bởi nhiều tác giả [6,21,26,27] Hiệu quả quá trình hoạt hóa axit phụ thuộc vào tỷ lệ axit /bentonite, ... PHÁP HOẠT HÓA BENTONITE Hoạt hóa bentonite là quá trình xử lý hóa học (xử lý bằng axit hoặc kiềm) hoặc vật lý (xử lý nhiệt) để làm tăng tính chất của bentonite: độ trƣơng nở, khả năng trao đổi ion, hấp phụ, Quá trình hoạt hóa làm thay đổi các ion bù trừ điện tích giữa các lớp (thƣờng là từ các ion kim loại kiềm thổ, phổ biến là Ca2+ đƣợc thay thế bằng H+ hoặc Na+), làm sạch bề mặt của bentonite và loại... (Việt Nam) bằng các tác nhân axit H2SO4 + Nồng độ của tác nhân hoạt hóa + Thời gian hoạt hóa + Tỉ lệ rắn/lỏng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 22 2.2 NGUYÊN LIỆU, HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 2.2.1 Nguyên liệu, hóa chất - Quặng bentonite Bình Thuận đƣợc cung cấp bởi công ty trách nhiệm hữu hạn Minh Hà - Bình Thuận Đây là một cơ sở sản xuất bentonite của tỉnh Bình Thuận, cơ sở... mặt riêng của bentonite tăng gấp 3 lần, từ 70 m2/g lên tới 210 m2/g Quá trình hoạt hóa axit cũng làm giảm kích thƣớc hạt và tạo ra kích thƣớc hạt đồng đều hơn Ngoài ra, bentonite còn có thể đƣợc hoạt hóa bằng nhiệt [26,27] Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp khoáng bentonite đã hấp phụ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Nhƣ vậy nhờ quá trình hoạt hóa bằng axit, sét smectite đƣợc làm sạch triệt... khả năng tách proton tăng lên sẽ làm tăng độ axit trên bề mặt của bentonite Sự tƣơng tác giữa cột chống và lớp bentonite dẫn đến hình thành liên kết cộng hóa trị: cột chống -bentonite, giải phóng nƣớc và proton làm tăng độ axit và bền hoá cấu trúc của bentonite chống Biến tính bentonite bằng phƣơng 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... lƣợng hàm lƣợng oxit nhôm trong bentonite Bình Thuận và thấp hơn so với bentonite Wyoming, trong khi đó hàm lƣợng oxit silic và oxit canxi cao hơn đáng kể, còn hàm lƣợng kim loại kiềm đều ở mức cao và không khác nhau nhiều Bảng 1.1 Thành phần hóa học của sét bentonite Bình Thuận, Varusev và Wyoming Hàm lƣợng (%) Thứ tự Thành phần 1 Bentonite Bình Thuận Bentonite Varusev (Nga) Bentonite Wyoming (Mỹ) SiO2... http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 26 T = 100*(a-b)/(b-d)% T là thu hoạch của sản phẩm tinh quặng, % 2.3.2 Quá trình thực nghiệm xác định khả năng hoạt hóa bentonite bằng dung dịch axit H2SO4 a Khảo sát sự phụ thuộc của dung lượng trao đổi cation vào nồng độ dung dịch axit H2SO4 hoạt hóa: Lấy 9 mẫu, mỗi mẫu cân 5g bentonite Bình Thuận đã đƣợc sấy khô vào trong 9 cốc thủy tinh 250ml Với mỗi mẫu, đầu tiên tiến hành ngâm trƣơng nở... giả [21] trong quá trình hoạt hóa bằng axit thì trƣớc hết các ion kim loại kiềm và kiềm thổ giữa các lớp sét đƣợc thay bằng H+ Sau đó là các ion nhôm và sắt đƣợc tách khỏi khu vực biên Kết quả nghiên cứu quá trình hoạt hóa axit cho thấy, sau 30 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 20 ngày giữ hỗn hợp hoạt hóa tại nhiệt độ phòng, hàm lƣợng nhôm trong bentonite - Ca ban đầu giảm từ . 3.3.1. Làm sạch với bentonite tự nhiên chƣa đƣợc làm giàu 40% MMT 43 3.3.2. Làm sạch với bentonite đã đƣợc làm giàu 90% MMT 47 3.4. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BENTONITE ĐÃ ĐƢỢC LÀM GIÀU VÀ LÀM. HÓA HỌC VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT CỦA MẪU BENTONITE TUY PHONG - BÌNH THUẬN 30 3.2. NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU BENTONITE TUY PHONG - BÌNH THUẬN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TUYỂN THỦY XICLON. 32 3.2.1. Khảo sát. cation vào tỉ lệ rắn/lỏng của khoáng bentonite 90% MMT 50 Hình 3.13. Giản đồ XRD của bentonite BìnhThuận (BT90) đã tinh chế (đã làm giàu bằng thủy xiclon và làm sạch bằng phƣơng pháp axit)