Luận Văn Điều chế SiO2 đi từ axit Na2SiF6 là phế thải của Công ty Supe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao

Việc tận dụng chất thải của một số công ty sản xuất phân lân đểtạo ra những sản phÈm có giá trị là điều cần thiết, vì nó vừa giải quyếtđược vấn đề về môi trường vừa tạo ra sản phẩm có gi

Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Trịnh Ngọc Châu người đãgiao đề tài và hướng dẫn em hoàn thành niên luận này

Đồng thời em xin chân thành cảm ơn các anh chị em trong phòng

kỹ thuật thuộc xí nghiệp sản xuất thuốc trừ sâu công nghiệp Công tySupe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao - Phú Thọ

Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong phòng thí nghiệm của trườngTrung học hoá chất Lâm Thao - Phú Thọ

Xin cảm ơn sự tạo điều kiện giúp đỡ của các thầy, cô trong bộ mônhoá vô cơ khoa hoá và Trung tâm vật liệu, khoa vật lý - Trường đại họcKhoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội đã giúp đỡ em trong quá trình thựchiện bản khoá luận này

Hà Nội,1 - 2006 Nguyễn Ngọc Đồng

I.3 Các phương pháp sản suất silica ở các nước trên thế giới 14CHƯƠNG II

CHƯƠNG III

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

22

III.1.2 Phân tích hàm lượng HCl trong Na2SiF6 23

III.3 Xác định độ mất khối lượng của sản phẩm SiO2 nung ở 1000oC 32III.4 Nghiên cứu sản phẩm thu được bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

và chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét

32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

Mở đầu

Flo và hợp chất của nã như SiF4, H2SiF6, là nhân tố tác độnglàm ảnh hưởng rất lớn tới bầu khí quyển, đặc biệt là làm thủng tầngôzôn gây nguy hiểm đến sự sống của con người và mọi sinh vật trêntrái đất

Ngoài ra flo có khả năng tích luỹ trong thức ăn và trong cơ thểsinh vật gây nên các bệnh về xương và gan ở người Do tác hại của flo

và hợp chất của nó tới môi trường sống nên trách nhiệm của chúng ta

là phải tìm cách chuyển hoá nó và hợp chất của nó thành những hợpchất có giá trị về mặt kinh tế như thuốc trừ sâu công nghiệp, kem đánhrăng, các chất tẩy rửa

Việc điều chế silic điôxit vô định hình từ các sản phẩm phụ của quátrình sản xuất supe phốt phát đã có từ lâu và phát triển mạnh ở một sốnước Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc Còn ở Việt Nam, lĩnh vực này mới bắtđầu được nghiên cứu, khảo sát và thử nghiệm song chưa có kết quả cụthể để đưa vào sản xuất

Việc tận dụng chất thải của một số công ty sản xuất phân lân đểtạo ra những sản phÈm có giá trị là điều cần thiết, vì nó vừa giải quyếtđược vấn đề về môi trường vừa tạo ra sản phẩm có giá trị cho xã hội

Để thực hiện mục đích đó chúng tôi tiến hành khảo sát, nghiên cứu đềtài : “Điều chế SiO2 đi từ axit Na2SiF6 là phế thải của Công ty Supephốt phát và Hoá chất Lâm Thao"

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT CỦA FLO VÀ

SILIC ĐIOXIT

Trong công nghiệp người ta sản xuất flo cả dưới dạng đơn chất vàhợp chất, song dạng hợp chất vô cơ là quan trọng hơn cả là hydrôflorualáng, axit flohidric, các florua và florosilicat

Florua và florosilicat hoà tan là các chất độc, người ta thường sửdụng chúng làm thuốc trừ sâu, diệt nấm, diệt côn trùng và sản xuất ramột số phụ gia chính trong công nghiệp luyện nhôm

I-1 Giới thiệu về các hợp chất của flo

1 Hyđro florua HF:[1,8]

Hyđro florua là chất lỏng và chất khí không màu, bền nhiệt, chỉ phânhuỷ một phần ở nhiệt độ cao Tan vô hạn trong nước, dung dịch HF làaxit yếu Các hiđrat HF.H2O và 2HF.H2O có cấu tạo ion H3O+HF2- Trung hoà kiềm Hyđro florua lỏng là dung môi proton không phải nướcđiển hình Khí HF ăn da rất mạnh và độc

HF (loãng) + NaOH (loãng) = NaF + H2O

4HF(loãng) + SiO2 = SiF4 + 2 H2O

6HF (đặc) + SiO2 = H2[SiF6] + 2H2O

Hyđro florua cùng với các florua kim loại kiềm tạo thành các hợp chất kếttinh loại MF.nHF.

Hyđro florua khô không phản ứng với đa số các nguyên tố và những ôxitcủa chúng nhưng nó tham gia phản ứng một cách mạnh mẽ khi có hơi Èm.Axit flohyđric phá huỷ thuỷ tinh và các silicát, bởi vì nó tương tác một cách

dễ dàng với silic đioxit

HF và H2O tạo hỗn hợp đẳng phí có thành phần chứa 38%HF, và sôi ở

1090C

2 Silic tetraflorua: SiF 4

Silic tetraflorua là khí không màu, ở trạng thái rắn dễ thăng hoa Bền nhiệtkhông phản ứng với axit sunfuric đặc, thuỷ phân ở nhiệt độ thường Phản ứngvới kiềm, kim loại điển hình, amoniắc, tạo nên phức chất floro

M = 104,08; d ; d(l) = 1,590; ; ς = 4,684g/l (đktc)

tth = - 95,70C; t ; tnc = - 90,20C

SiF4 + 2H2O(hơi) = SiO2 + 4HF (trên 8000C)

3SiF4 + 2H2O(hơi) = SiO2↓ + 2H2[SiF6]

SiF4(k) + 2HF(l) ⇌ H2[SiF6] (to thường)

SiF4 + 2MF = M2[SiF6] (ở 2000C, P; M= Li, Na, K, Rb, Cs)

Silic florua bị hấp thụ bởi nước mạnh (265 thể tích đối với 1 thể tíchnước) khi Êy bị thuỷ phân đồng thời tạo thành axit florosilicic theo phản ứng:3SiF4 + (n+2)H2O = 2H2SiF6 + SiO2.nH2O

Sự thuỷ phân SiF4 bởi nước ở những nhiệt độ cao tiến hành ở mức độ đáng

kể Axit florosilicic còng được tạo thành khi hoà tan SiF4 trong axit flohidric theo phảnứng

2HF+ SiF4 ⇌ H2SiF6

Nồng độ ion hyđro cao trong dung dịch H2SiF6 được giải thích bởi sựchuyển dịch cân bằng phân ly của HF

HF ⇌ H+ + F

-3 Hiđro hexaflorosilixic: H 2[SiF 6] [1,8]

Axit florosilixic kết tinh từ những dung dịch nước đậm đặc ở dạng tinhthể không màu H2SiF6 2H2O, nóng chảy ở 190C nó bị phân ly mạnh trong phahơi thành SiF4 và HF

Axit florosilixic không tách được ở trạng thái tự do (khỏi nước) Tồn tại ởtrong dung dịch của silic tetraflorua tan trong HF lỏng Bền trong dung dịchnước không màu (nồng độ cực đại là 61% về khối lượng), chưng cất được,không phân huỷ dưới dạng dung dịch 13,3%

Những tinh thể hiđrat màu trắng H2[SiF6].4 H2O có to

nc = -530C có cấu tạoion (H5O2+)2[SiF 6] còn H2[SiF 6].2 H2O có cấu tạo (H3O+)2[SiF 6] Không bị axit

loãng phân huỷ, trung hoà kiềm, hiđrat amôniac, phản ứng với cacbonat kimloại kiềm, kim loại kiềm thổ và amoni.

4- Natri hexaflorosilicat Na 2 [SiF 6 ] [1,8]

Là thành phần chính của khoáng vật malađrit: trắng, phân huỷ khi đunnóng mạnh, tan Ýt trong nước nguội, tan hơi nhiều hơn trong nước nóng.Không tạo nên tinh thể hiđrat Bị

Axit đặc, kiềm, hiđrat ammoniac phân huỷ Phản ứng với HF láng Điềuchế:

M = 188,05; d= 2,68; t ; d= 2,68 ; to

tc 8460C (P)

Na2[SiF6] = 2NaF + SiF4

Na2[SiF6] + H2SO4(98%) = Na2SiO4+ SiF4h + 2HF h

Na2[SiF6] + 8 NaOH (đặc nguội) = 6NaF + Na4SiO4 + 4 H2O

Na2[SiF6] + 4 (NH3.H2O)đặc = 2NaF + 4 NH4F + SiO2 ↓ + 2 H2O

Na2[SiF6] + 2Na2CO3(đặc) = 6NaF + SiO2↓ + 2CO2h (đun sôi)

Na2[SiF6] + 2HF (láng) = 2Na(HF2) + SiF4 (đun sôi)3Na2[SiF6] + 4Al = 3Si + 2Na3[AlF6] + 2AlF3 ( ở 700oC) điện phân

Na2[SiF6] Si↓ (ca tốt) + 2F2h(a nốt) + 2NaF (trong NaF láng)

Nhận xét: Flo thải ra ở công ty supe phốt phát và hoá chất Lâm Thao – PhúThọ chủ yếu nằm ở dạng SiF4 với khối lượng lớn Theo số liệu năm 1996 mỗi nămcông ty này thải ra môi trường khoảng 4799 tÊn, đến nay chắc chắn còn tăng hơn rấtnhiều Khí flo và hợp chất của nó được thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nghiêmtrọng đặc biệt là làm thủng tầng ôzôn như khí CFC, CFM Còn đối với động vật và conngười flo sẽ gây nên các bệnh về xương, gan và thần kinh

Để bảo vệ môi trường và giữ gìn sức khoẻ cho cộng đồng ta có thể xử lý flo hoặchợp chất của flo bằng cách điều chế nó thành thuốc trừ sâu công nghiệp Na2SiF6

Người ta sử dông Na2[SiF6] làm thuốc trừ sâu, chống mối mọt Song

Na2[SiF6] là chất độc hại, khó tiêu thụ Vậy ta cần phải điều chế từ

Na2[SiF6] ra những sản phẩm có giá trị về mặt kinh tế cao và không gây độchại với môi trường như SiO2

I.2 Giới thiệu về silic điôxit

I.2.1 Silic điôxit trong tự nhiên [1, 3]

Silic điôxit tự do chiếm gần 12% khối lượng vỏ trái đất Mét lượng SiO2lớn hơn rất nhiều (chiếm gần 43% trọng lượng vỏ quả đất) liên kết hoá họctrong thành phần của các nham thạch Nói chung hơn một nửa vỏ quả đất làsilic đioxit

SiO2 trong tự nhiên có nhiều ở cát trắng, đất sét, cao lanh

* SiO 2 trong cao lanh:

Cao lanh có thành phần khoáng chủ yếu là caolinit Al2O3.2 SiO2.2H2OCao lanh và đất sét thường là một hỗn hợp của các khoáng sau:

Nó chủ yếu là các khoáng sét như: galoazit (Al2O3 2SiO2 4H2O)

* SiO 2 có trong thiên nhiên ở trường thạch có các dạng:

a Trường thạch kali K2O Al2O 3 6SiO2 còn gọi là orshoklas

b Trường thạch natri Na2O Al2 O3 6SiO2 còn gọi là Albit

c Trương thạch canxi CaO Al2 O3. 2SiO2 còn gọi là Anorthir

* SiO 2 trong tự nhiên có ở trong đá secpentin:là 3MgO.3Mg(OH)2.4SiO2 H2O Silic điôxit tuy có công thức phân tử giống với CO2 nhưng nó không tồntại ở dạng từng phân tử riêng rẽ mà dưới dạng tinh thể, nghĩa là 1 phân tửkhổng lồ.

Ba dạng tinh thể của silic đioxit ở áp suất thường là thạch anh, triđimit vàcristobalit Mỗi một dạng thù hình này lại có hai dạng: dạng α bền ở nhiệt độ

thấp và dạng β bền ở nhiệt độ cao Dưới đây là sơ đồ biến đổi dạng tinh thểcủa silic đioxit:

870 8700C 14700C

Thạch anh β Triđimit β Cristobalit β

↑↓ 5730C ↑↓1200C - 1600C ↑↓2000C - 2750C

Thạch anh α Triđimit α Cristobalit α

Tất cả những dạng tinh thể này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4nối với nhau qua những nguyên tử O chung Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Sinằm ở tâm tứ diện liên kết cộng hoá trị với 4 nguyên tử O nằm ở các đỉnh của

tứ diện Như vậy mỗi nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si ở hai tứ diệnkhác nhau và tính trung bình cứ trên một nguyên tử Si có hai nguyên tử O vàcông thức kinh nghiệm của silicđiôxit là SiO2

Silicđiôxit có hai dạng cấu trúc là: tinh thể và vô định hình

I.2.2 Tính chất lý hoá của SiO 2 [1, 4]

I.2.2.1 Tính chất vật lý:

SiO2 là chất Tinh thể trắng (có mét số dạng đa hình), khó nóng chảy, khó

sôi (SiO2 nguyên chất chỉ sôi ở 25900C) Chất điện môi, khi làm nguội chậm

khối nóng chảy tạo nên dạng vô định hình (dạng thuỷ tinh) là thuỷ tinh thạch

anh Những đặc trưng của các dạng khác nhau:

Thạch anh α (tam phương): d = 2,646; t (→ thạch anh β) = 5730C

Thạch anh β (lục phương) : d = 2,533; : d = 2,533; t (→ tridimit β) =

8700C

tnc = 15500C

Triđimit α (tà phương) : d = 2,265; t (→ triđimit β) = 1630C

Triđimit β (lục phương) : d = 1,2192; t (→ cristobalit β) = 14700CCristobalit α (tứ phương): d = 2,334;

4 SiO2 (v.đ.h) + 2 Na2CO3 (đặc) = Na4SiO4 + 2CO2↑

5 SiO2 + 2 M2CO3 (đặc) = M4SiO3 + CO2 (11500C, M = Na, K) 2SiO2 + M2CO3 = M2Si2 O5 + CO2 (11500C)

6 SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2

7 SiO2 + 2NaF + 4 HF (đặc) = Na2 [SiF6]+ H2O

8 SiO2 (v.đ.h) + 6NH4F (b hoà) + 2H2O = (NH4)2[SiF6]+ 4(NH3 H2O) SiO2 = 4NH4(HF)2 =SiF4 + 4NH4F + 2H2O (200 - 250

SiO2 + C (cốc) = SiO + CO (1300 (13000C c.không,t.chất Si, SiC)

13 SiO2 + 2MgO + Si(700-900 (700-9000C, trong khí quyển)

I.2.3 Ứng dụng của silic điôxit tinh thể

* Thạch anh (một dạng tồn tại của silic điôxit) có rất nhiều ứng dụng trong thực

tế:

- Những tinh thể thạch anh làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, trong

đó có thể có những mẫu tả truyền, mẫu hữu truyền Những mẫu này có hình

dạng khác với nhau như vật với ảnh ở trong gương Những sự biến dạng tinhthể như vậy gọi là hiện tượng đối ảnh

- Thạch anh là một nguyên liệu để làm những máy phát ra sóng siêu âm.Ứng dụng này dùa vào tác dụng đặc biệt của bản tinh thể, khi điện trườngthay đổi nhanh: dưới tác dụng của điện trường, bản tinh thể bắt đầu co lại vàdãn ra tuần hoàn với một tần số bằng tần số của trường tác dụng Nhờ đó, ở môitrường bao quanh bản tinh thể sinh ra những sóng giống những âm thường nhưng

có tần số khác

Sóng siêu âm ngắn có nhiều tính chất đặc biệt như: có thể phá huỷ nhiềuphân tử phức tạp, kích thích sự nảy mầm của hạt, cho phép điều chế nhữngnhò tương bền có thành phần khác nhau và xúc tiến sự tiến hành của các phảnứng hoá học Nguyên nhân chính của những hiệu quả đó là do sù thay đổi độtngột và từng vùng của áp suất và của nhiệt độ, gây nên bởi sự sinh ra và biếnmất một cách nhanh chóng những khoảng cách trong môi trường chịu tácdụng của siêu âm

Trong kỹ thuật người ta sử dụng sóng siêu âm để kiểm tra một cách dễdàng và tiện lợi tính đồng nhất của các tấm kim loại dày Gần đây, người ta đãlàm được kính hiển vi siêu âm cho phép chụp ảnh những vật trong môi trườngkhông trong suốt với độ phóng đại đến vài nghìn lần

Thạch anh tinh khiết được dùng làm thấu kính, lăng kính

Cát thạch anh tinh khiết được dùng để điều chế thuỷ tinh, sứ

- Người ta còn dùng SiO2 để làm chất chịu lửa gọi là dinat Dinat đượcđiều chế bằng cách nung thạch anh nghiền nhỏ vào chõng 2 đến 2,5% vôi đến

1700C Gạch dinat chỉ mềm ở gần 1700C nên được dùng để lót lò mactin

I.2.4 Ứng dụng của silic đioxít vô định hình:

SAS là tên gọi tắt của silic điôxit tổng hợp vô định hình được hội đolường chất lượng của Mỹ (ASTM) đưa ra năm 1985 SAS được sử dụng trongrất nhiều lĩnh vực Một trong những ứng dụng quan trọng nhất và cổ điển nhấtcủa SAS là làm chất tăng cường lực cho các loại cao su: cao su tự nhiên, cao

su butadiene - styrene và cao su lưu hoá Khi dùng SAS làm chất độn cho cao

su để làm lốp ôtô thì có tác dụng tăng quãng đường chạy lốp lên gấp hai lần

[4] Silica kết tủa được dùng nhiều để làm chất độn trong cao su sản xuất đếgiầy, vì nó có tác dụng làm cho đế giầy xốp, mềm, nhẹ và bền hơn Ứng dụngnày sử dụng khoảng 40% tổng lượng sản phẩm silica kết tủa [5]

Với lượng khoảng 0,1 - 2% SAS đóng vai trò là phụ gia hoá dẻo cho một

số dung dịch hoặc hệ thống nhựa nhiệt dẻo và chất rắn SAS làm tăng độcứng, tăng độ bền cho các vật liệu nhựa dẻo

Với lượng từ 3 - 33%, SAS đóng vai trò như một chất mang Vì SAS

có tính chất hót nước (khoảng 70% khối lượng), làm cho chất lỏng trởnên khô và có thể trộn với chất khác ở bất kỳ tỉ lệ nào Do đó nó thườngđược dùng làm chất mang của một số phụ gia trong thức ăn gia súc,thuốc bảo vệ thực vật Các chất phụ gia đó là: choline, vitamin E,acetate Trong dược phẩm, SAS được dùng làm cho các chất chiết ra từthực vật từ dạng lỏng thành dạng bột, sau đó đem Ðp viên

Công nghiệp sơn phủ tiêu thụ một lượng lớn SAS Khi thêm phụ gia SAS vàolàm cho bề mặt chất được sơn phủ trở nên bóng, mịn hơn

Khi người ta thay thế một phần titan oxit có trong sơn latex và trong chấtphủ bề mặt giấy bằng silica kết tủa, kết quả cho thấy độ trắng và trong suốtkhông bị ảnh hưởng (lượng silica cho vào không vượt quá 5% khối lượngsơn) Việc này rất có ý nghĩa trong tình trạng titan oxit khan hiếm mà giáthành lại cao Nhu cầu sử dụng silica kết tủa vào mục đích này ngày mộttăng ở Nhật Bản và Châu Âu

Gần như tất cả các loại SAS đều dùng được cho mục đích này nếu cỡ hạtđạt yêu cầu

Trong thực phẩm SAS được hãng Bayer đưa vào làm chất phụ gia chốngđóng bánh (anti-caking additives) cho các loại bánh ngọt Chất phụ gia nàyđược các cơ quan chức năng của Mỹ và Châu Âu phê chuẩn và cho phép sửdụng với hàm lượng < 2%

Mét trong những ứng dụng được biết đến nhiều và được sử dụng rộng rãi

đó là làm chất hấp thụ Silicagel không chỉ là chất hót Èm bình thường để bảoquản các chất nổ mà còn được dùng làm chất hấp phụ để tránh hiện tượng bia

bị đục khi để lâu hoặc quá lạnh Ngoài ra SAS còn dùng làm chất xúc tác.Những ứng dụng của SAS còn rất nhiều và còn sẽ được nghiên cứu thêm nữa.Trong tương lai silica kết tủa sẽ được sử dụng trong chất cách điện ở nhiệt độthấp SAS sẽ là nguyên liệu ban đầu để sản xuất thuỷ tinh silica tinh khiết

I.3 Các phương pháp điều chế và sản xuất silica ở các nước trên thế giới:

Hiện nay, Mỹ và Đức là hai nước sản xuất nhiều silica nhất và xuất khẩu

đi khắp thế giới Ở châu Á có Nhật Bản và Hàn Quốc là hai nước sản xuấtnhiều, bên cạnh đó có Trung Quốc, Ên Độ

Đối với mỗi loại silica khác nhau thì phương pháp điều chế cũng khácnhau, nhưng hiện nay silica điều chế theo phương pháp ướt thường đi từnguyên liệu ban đầu là muối natrisilicat và các axit vô cơ như : axit sunfuric,axit clohyđric , thường người ta sử dụng axit sunfuric Muối natri silicat vàaxit sunfuric (H2SO4) được cho vào bình phản ứng theo tỉ lệ số mol đã đượckiểm soát, nếu để điều chế silicagel thì môi trường phản ứng phải là axit pH <

6, điều chế silica kết tủa thì môi trường phản ứng là trung tính hoặc hơi kiềm

pH ≈ 7 Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

Na2O 3SiO2 + H2SO4 3SiO2 + Na2SO4 + H2OSau khi phản ứng hoàn thành, lọc lấy phần chất rắn đem rửa sạch, sấykhô, nghiền, tạo hạt, đóng gói Để tránh bụi silica trong quá trình vận chuyển

ta nên nén hoặc tạo hạt

Theo parten đưa ra năm 2003, Dokter Willem Hendrrik và các cộng sự đãđiều chế silica kết tủa dùng làm chất độn cho vật liệu chất dẻo Quy trình điềuchế bao gồm các bước sau: Cho nước vào bình phản ứng và tăng nhiệt độ lên 60

- 900C, cho Na2O.3SiO2 (thuỷ tinh lỏng) với tốc độ 60 - 80 g/phút, cho axit

H2SO4 vào cùng lúc với thuỷ tinh láng sao cho pH = 8 - 10 trong 3 - 45phót,

sau đó cho tiếp axit vào để pH giảm xuống đạt pH = 6 - 8, cho tiếp thuỷ tinhlỏng vào và duy trì phản ứng ở pH này trong 20 - 60 phót, sau khi phản ứngkết thúc cho axit vào để làm pH của hỗn hợp xuống còn = 3 - 5, rồi lọc rửasản phẩm và sấy khô Sản phẩm silica này có độ hấp thụ dầu 140 -230ml/100g, diện tích bề mặt 100 - 220m2/g.

Năm 1987, các nhà khoa học Nhật Bản đã điều chế silica [8] chất lượng caodùng làm chất độn trong nhựa epoxy từ SiCl4 và hơi nước, với hiệu suất đạt tới97,2% Sản phẩm thứ hai là HCl cũng được thu hồi để dùng cho mục đích khác

SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HClDưới tác dụng cảu tia UV, bằng phản ứng quang hoá giữa SiH4 và O3,Hiroaki đã điều chế bột SiO2 tinh khiết dùng làm chất độn, chất mang, vật liệutăng cường, nguyên liệu ban đầu cho sản xuất gốm sứ

3SiH4 + 2O3 = 3SiO2 + 6 H2↑

Từ nguyên liệu ban đầu là axit fluosilicic (H2SiF6) và các muối của nó nhưamoni fluosilicat (NH4)2SiF6 và natri fluosilicat Na2SiF6 người ta cũng điềuchế được SiO2 tinh khiết dùng làm chất độn cho cao su, chất dẻo và polymenói chung Trung hoà H2SiF6 bằng NH4OH hoặc cho tác dụng với CaCO3 rồiđem nung, thu được SiO2 có diện tích bề mặt lớn

H2SiF6 + 2NH4OH = SiO2+2H2O + (NH4)2SiF6

H2SiF6 + 3CaCO3 =3 CaF2 + SiO2 +3 CO2 +H2OKhi cho H2SiF6 tác dụng với NH3 ở nhiệt độ cao hơn (t0= 1500C, P=20 bar) thu được hạt SiO2 với thể tích lỗ 0,07 cm3/g, độ xốp ≈ 12%, d=1,2g/cm3, dùng làm chất độn cho thuỷ tinh thạch anh

Hayashi đã điện phân dung dịch H2SiF6, với anôt làm bằng Al, hiệu thế ≥

6V để điều chế SiO2 dùng làm tác nhân lọc và chất độn

Ở Trung Quốc người ta đi từ cao lanh, bằng phương pháp kết tủa đã điều chế ra SiO2 dùng làm chất độn cho cao su Từ đá Talc và amiăng, họ cũng đã

điều chế ra SiO2 bằng cách cho amiăng tác dụng với axit H2SO4, HCl hoặc HNO3 ở 150-1600C.

Tại Ên Độ từ nguồn khí thải của nhà máy sản xuất phân bón phốt phát là khí SiF4 cho phản ứng với nước ở nhiệt độ 45 - 500C đã điều chế ra Silica kết tủa có diện tích bề mặt 130 - 250, trọng lượng riêng 1.95 - 1.98, thể tích đổ đống 100 - 300g/l

3SiF4 + 2H2O SiO SiO2 + 2H2SiF6

Do việc vận chuyển SiF4 và H2SiF6 khó khăn, Harel đã nghiên cứu điều chế Silica kết tủa dùng cho công nghiệp cao su từ muối natriflorosilicat

(Na2SiF6) Silica ở đây được coi là một sản phẩm phụ của quá trình điều chế NaF

Na2SiF6 + 4NaOH 6NaF + SiO 6NaF + SiO2 + 2H2O

Ở Việt Nam, việc sản xuất SiO2 dùng làm chất phụ gia chưa được quantâm Hiện nay, tại trường Đại học Bách khoa mới chỉ đưa ra công nghệ sảnxuất silicagel dùng làm chất hót Èm

CHƯƠNG II

- Nguyên tắc xác định.

Dùa theo quá trình thuỷ phân của Na2SiF6 trong nước sinh ra H2SiF6 sau

đó dùng NaOH 0,1N chuẩn độ trực tiếp theo phản ứng

Na2SiF6 + 2H2O = H2SiF6 + 2NaOH

H2SiF6 + 6NaOH = 6NaF + SiO2 + 4H2O

Na2SiF6 + 4NaOH = 6NaF + SiO2 + 2H2O

Tại điểm tương đương dung dịch mất màu hồng của chỉ thị phênolphtalein căn cứ vào nồng độ và thể tích NaOH tiêu tốn ta suy ra hàm lượng

II 2- Quy trình điều chế SiO 2 từ Na 2 SiF 6 :

Để điều chế silica vô định hình người ta có thể đi từ nhiều nguồnnguyên liệu khác nhau như silicát, vỏ trấu, amiăng Hiện nay trên thế giớinguyên liệu chủ yếu để sản xuất silica là muối silicat, vì đây là nguyên liệusẵn có mà giá thành lại rẻ

Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước chúng tôi thấy có haiphương pháp để điều chế SiO2 từ Na2SiF6 là:

Hoà tan muối Na2SiF6 thành dạng dung dịch bão hoà rồi cho tác nhân

trung hoà ( NaOH hoặc NH3) vào sau ( Đây còn gọi là phươngpháp một giai đoạn)

Hoà tan NaOH ( tác nhân trung hoà) vào nứơc trước rồi cho Na2SiF6

( dạng rắn hoặc bão hoà) vào sau, để cho phản ứng xảy ra trongmôi trường dư kiềm ( Đây còn gọi là phương pháp hai giaiđoạn vì giai đoạn đầu thu NaF, giai đoạn sau thu SiO ) qui trình

cụ thể của hai phương pháp được trình bày trong hai sơ đồ dướiđây.

II.2.1 Phương pháp một giai đoạn:

Hoà tan muối Na2SiF6 vào nước đến trạng thái bão hoà rồi cho kiềmvào trung hoà đến môi trường trung tính, vừa cho kiềm vừa khuấy đều khoảng

30 phót sau đó để phản ứng xảy ra (12 - 18 giê) Sau khi phản ứng kết thúc,khuấy đều cho kết tủa lắng xuống, gạn bỏ bớt phần nước lọc rồi đem lọc lấyphần chất rắn, rửa sạch, sấy khô và đem nghiền nhỏ

Ngoài cách dùng kiềm ta cũng có thể dùng NH3` làm tác nhân trung hoàhoặc các chất kiềm khác Phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào môi trường (pH),nhiệt độ, tốc độ khuấy, thời gian phản ứng

Phản ứng xảy ra như sau:

Na2SiF6 (dd bão hoà) + 4NaOH = 6NaF + SiO2 + 2H2O

Na2SiF6 + 4NH4OH 2NaF +SiO 2NaF +SiO2 + 4NH4F + 2H2O

Na2SiF6 H2O

NH 4 OH

Lọc

NghiềnHình 1 Sơ đồ điều chế silica theo phương pháp môt giai đoạn

Hoµ tan

PhÇn chÊt r¾n

kh«ng tan

Dung dÞch nícläc 1Ph¶n øng

Dung dÞch

n-íc läc 2PhÇn chÊt r¾n

RöaSÊy