Nghiên cứu khả năng tách nhôm trong cao lanh bằng dung dịch axit sunfuric

Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS La Thế Vinh – Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn bảo em tận tình suốt trình nghiên cứu thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội hết lòng quan tâm giúp đỡ em suốt thời gian năm học tập Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Lãnh đạo cán phòng Bộ môn Công nghệ hợp chất vô – Viện Kỹ Thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cán Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, Trung Tâm Công Nghệ Hóa Học Việt Nam – Belarus tận tình bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Con xin cảm ơn gia đình, cảm ơn bạn bè người thân tạo điều kiện động viên khuyến khích suốt trình học tập Trong trình thực khóa luận tốt nghiệp dù cố gắng em không tránh khỏi sai sót Vì vậy, em kính mong nhận bảo thầy cô ý kiến đóng góp bạn sinh viên quan tâm Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Sinh viên Vũ Thị Diệp Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU………………………….3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VÀ BẢNG…………………………4 CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cao lanh 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Tính chất vật lý 1.1.3 Tính chất hóa học 1.1.4 Trạng thái tự nhiên 11 1.1.5 Ứng dụng 11 1.2 Nhôm sunfat 13 1.2.1 Tính chất hóa lý 13 1.2.2 Ứng dụng 15 1.2.3 Các phương pháp chế tạo nhôm sunfat 16 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp nghiên cứu 20 2.1.1 Phân tích cấu trúc, tính chất cao lanh 20 2.1.1.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 20 2.1.1.2 Phương pháp phân tích nhiệt ( DSC) 22 2.1.1.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) 24 2.1.2 Phân tích hàm lượng nhôm hòa tách phương pháp phân tích thể tích 25 2.1.2.1 Nguyên tắc phân tích thể tích 25 2.1.2.2 Các phương pháp phân tích thể tích 25 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội 2.1.2.3 Phương pháp chuẩn độ tạo phức xác định nhôm cao lanh 26 2.1.3 Nghiên cứu trình hòa tách nhôm phản ứng cao lanh với dung dịch axit sunfuric số điều kiện khác 26 2.2 Thực nghiệm…………………………………………………………….27 2.2.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm………………………………………27 2.2.1.1 Hóa chất…………………………………………………………….27 2.2.1.2 Dụng cụ thiết bị 27 2.2.1.3 Pha chế dung dịch chuẩn………………………………………… 27 2.2.2 Xây dựng thí nghiệm động học……………………………………… 28 2.2.2.1 Mô tả thực nghiệm………………………………………………… 28 2.2.2.2 Tiến hành thí nghiệm……………………………………………… 29 2.2.3 Phương pháp phân tích……………………………………………….29 2.2.3.1 Cơ sở phương pháp…………………………………………………29 2.2.3.2 Phương pháp tiến hành…………………………………………… 30 2.2.3.3 Công thức tính toán…………………………………………………30 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Giản đồ XRD mẫu cao lanh nhiệt độ khác nhau…………… 32 3.2 Khảo sát biến đổi thành phần, cấu trúc cao lanh theo nhiệt độ phương pháp phân tích nhiệt (DTA)……………………………………… 35 3.3 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt……………………………… 36 3.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2SO4 sử dụng phân hủy……………39 3.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung…………………………………41 3.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng……………………………43 KẾT LUẬN………………………………………………………………….46 KIẾN NGHỊ…………………………………………………………………47 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 48 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội MỞ ĐẦU Nhu cầu sử dụng nhôm giới tăng liên tục trữ lượng quặng boxit (nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nhôm nay) có hạn Tình trạng khuyến khích việc tìm kĩ thuật để sản xuất nhôm từ nguyên liệu khác cao lanh loại đất sét có trữ lượng vô tận Trên giới xu hướng nghiên cứu sản xuất nhôm từ nguyên liệu cao lanh quan tâm diễn sôi Việt Nam nước có nhu cầu nhập nhôm vào loại lớn giới, năm nước ta nhập khoảng 70000 nhôm kim loại Trong nước ta có nguồn nguyên liệu chứa nhôm quặng boxit cao lanh không nhiều đủ để sản xuất nước thời gian dài (Theo báo cáo khoa học Viện Hóa học – Tổng công ty Hóa chất Việt Nam năm 2000) trữ lượng quặng boxit thăm dò 2,7 tỉ tấn, dự báo quặng boxit nguyên khai khoảng 6,7 tỉ Trước tình hình vấn đề đặt đề xuất phương án nghiên cứu sản xuất nhôm từ nguồn nguyên liệu quặng thiên nhiên có sẵn địa phương để giảm chi phí nhập nhôm Tuy nhiên, sau khảo sát quặng boxit tỉnh phía bắc tồn dạng điaxpo khó hòa tan chưa có công nghệ phù hợp để từ nguyên liệu Vì vậy, chọn đề tài : “Nghiên cứu khả tách nhôm cao lanh dung dịch axit sunfuric” Mục đích đề tài : - Nắm phương pháp phân tích nguyên liệu, sản phẩm trình nghiên cứu khả tách nhôm cao lanh dung dịch axit sunfuric Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội - Tìm điều kiện công nghệ tối ưu cho trình hòa tách nhôm cao lanh dung dịch axit sunfuric Nội dung nghiên cứu : - Phân tích thành phần hóa học, cấu trúc pha mẫu cao lanh - Phân loại kích thước hạt nghiên cứu khả hòa tách nhôm mẫu cao lanh lựa chọn (cao lanh Thanh Sơn – Phú Thọ) Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Các chữ viết tắt BĐM : Bình định mức DSC : Phép đo nhiệt lượng quét vi sai (differential scanning calorimetry) DTA : Phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyis) EDTA : Etilen điamin tetraxetat FEG : Súng phát xạ trường (FEG-fieldemissiongun) HVĐTQ : Hiển vi điện tử quét KHP : Biphtalat kali KHC8H4O4 PAC : Poli aluminum clorua PE : Poli etilen PVC : Poli vinylclorua SEM : Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope) TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope) TGA : Phân tích nhiệt trọng lượng (thermogravimetry analysis) XRD : Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) Các ký hiệu N : Số tâm phát xạ D : Độ dài khoảng cách hai mặt phẳng song song  : Góc chùm tia X mặt phẳng phản xạ Λ : Bước sóng Β : Độ rộng vị trí nửa pic D : Kích thước tinh thể trung bình với góc nhiễu xạ 2 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VÀ BẢNG Danh mục hình vẽ đồ thị STT KÝ HIỆU NỘI DUNG TRANG Hình 1.1 Cao lanh tự nhiên Hình 1.2 Các vị trí trao đổi ion khác hạt cao lanh Hình 1.3 Vị trí nhóm OH cấu trúc cao lanh 10 Hình 2.1 Máy nhiễu xạ tia X (vật thật) 20 Hình 2.2 Hình vẽ cấu tạo máy nhiễu xạ bột 21 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu cao lanh nhiệt độ 32 thường Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu cao lanh nhiệt độ 600oC 33 Hình 3.3 Cấu trúc nguyên tử tinh thể khoáng vật 33 Kaolinite Montmorilinite Hình 3.4 Sơ đồ rút gọn cấu trúc nguyên tử tinh 34 thể khoáng vật Kaolinite Montmorilinite 10 Hình 3.5 Giản đồ phân tích nhiệt cao lanh 35 11 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng 0,038 – 37 0,041mm với độ phóng đại 500 2000 lần 12 Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng 0,038 – 37 0,041mm với độ phóng đại 5000 lần 13 Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng 0,041 – 37 0,22mm với độ phóng đại 200 500 lần 14 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng 0,041 – 38 0,22mm với độ phóng đại 2000 lần 15 Hình 3.10 Biểu đồ thể ảnh hưởng nồng độ 40 axit đến hiệu suất tách Al2O3 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 16 Hình 3.11 Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội Biểu đồ thể ảnh hưởng nhiệt độ 42 nung đến hiệu suất tách Al2O3 17 Hình 3.12 Biểu đồ thể ảnh hưởng thời gian 44 phản ứng đến hiệu suất tách Al2O3 Danh mục bảng STT KÝ HIỆU Bảng 3.1 NỘI DUNG TRANG Bảng thành phần hóa học mẫu cao lanh Phú 32 Thọ Bảng 3.2 Bảng kết khảo sát ảnh hưởng kích 38 thước hạt đến hiệu suất tách Al2O3 Bảng 3.3 Bảng kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ 40 axit đến hiệu suất tách Al2O3 Bảng 3.4 Bảng kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 41 nung đến hiệu suất tách Al2O3 Bảng 3.5 Bảng kết khảo sát ảnh hưởng thời gian 43 phản ứng đến hiệu suất tách Al2O3 mẫu cao lanh nung 1h Bảng 3.6 Bảng kết khảo sát ảnh hưởng thời gian 44 phản ứng đến hiệu suất tách Al2O3 mẫu cao lanh nung 2h Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cao lanh 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Nguồn gốc Cao lanh có nguồn gốc tên gọi từ Cao Lĩnh thổ (tức đất Cao Lĩnh, đất sét trắng Cao Lĩnh), khu vực đồi Giang Tô, Trung Quốc Các mỏ đất sét trắng khai thác để làm nguồn nguyên liệu sản xuất đồ sứ Trung Quốc Tên gọi kaolinh giáo sĩ dòng Tên người Pháp du nhập vào châu Âu kỷ 18 phiên âm ngược trở lại tiếng Việt trở thành cao lanh Hình 1.1: Cao lanh tự nhiên Cao lanh hay đất cao lanh loại đất sét màu trắng, bở, chịu lửa, với thành phần chủ yếu khoáng vật kaolinit số khoáng vật khác illit, montmorillonit, thạch anh Trong công nghiệp, cao lanh sử dụng nhiều lĩnh vực khác chẳng hạn sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, chất độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội 1.1.1.2 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, độ xâm tán, hàm lượng ôxit nhuộm màu… Theo nguồn gốc phát sinh, chia cao lanh thành hai dạng phát sinh từ nguồn sơ cấp phát sinh từ nguồn thứ cấp Cao lanh sơ cấp sinh từ trình phong hóa hóa học hay thủy nhiệt loại đá có chứa fenspat rhyolit, granit, gơnai Cao lanh thứ cấp tạo từ chuyển dời cao lanh sơ cấp từ nơi sinh xói mòn vận chuyển vật liệu khác tới vị trí tái trầm lắng Một số cao lanh sinh nơi tái trầm lắng biến đổi thủy nhiệt hay phong hóa hóa học acco (arkose), dạng đá trầm tích mảnh vụn với hàm lượng fenspat 25% Theo nhiệt độ chịu lửa, cao lanh phân thành loại chịu lửa cao (trên 1750°C), cao (trên 1730°C), vừa (trên 1650°C) thấp (trên 1580°C) Theo thành phần Al2O3 + SiO2 trạng thái nung nóng cao lanh phân thành loại siêu bazơ, bazơ axit 1.1.1.3 Thành phần Thành phần cao lanh SiO2, Al2O3, H2O… có thành phần Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, K2O, Na2O khoáng khác : Hiđrômica, halôxit, montmorilônit, feldpar, limonit, quartz, anatase, rutil, pyrite 1.1.2 Tính chất vật lý Cao lanh có cấu trúc lớp 1:1 (tương tự dickit, nacrit, halloysit) với công thức chung Al2Si2O5(OH)4.nH2O (n = - 2) thành phần gồm SiO2, Al2O3, H2O có lượng nhỏ tạp chất Fe, Ti, K Mg Cao lanh có màu trắng, trắng xám, dạng đặc sít khối dạng đất sáng màu, tập vảy nhỏ, tinh thể đơn vị dạng hình lục lăng liên kết thành nhỏ, mỏng, đường kính khoảng 0,2 - 12µm, khối lượng riêng khoảng 2,1 - 2,6 g/cm3, độ cứng Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội lớp silic (khối tứ diện) đỉnh tứ diện liên kết với nguyên tử hydroxyl nằm đỉnh khối bát diện tạo thành lớp hoàn chỉnh (hình 3.4) Bề dày lớp có tỷ lệ 2:1 khoảng 0,96nm phát triển không hạn chế theo phương (tương tự tinh thể kaolinit) Vì lực hút Van der Waal lớp silicat nằm phía yếu có độ hụt điện tích âm thực lớp bát diện Do đó, ion H+ phân tử axit dễ dàng công vào tinh thể monmorilonit cao lanh nung tới nhiệt độ 6000C 3.2 Khảo sát biến đổi thành phần, cấu trúc cao lanh theo nhiệt độ phương pháp phân tích nhiệt (DTA) TG /% DTA /(uV/mg) exo Peak: 530.857 102 0.4 100 0.2 98 Peak: 110.273 -0.2 Peak: 1009.16 96 -0.4 Mass Change: -11.13 % -0.6 94 -0.8 92 -1.0 -1.2 90 Mass Change: -0.19 % [1] -1.4 200 400 600 800 1000 1200 Admin 22-05-2012 17:16 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG 77 2012.ssv 77 2012 5/22/2012 3:16:55 PM PCM N.H.Hanh Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: Bot trang, 18.800 mg Al2O3,0.000 mg Polime Calib DTA 20 08 07.tsv / Senszero.exx 30/10.00(K/min)/1200 DTA(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DTA-TG / Sample 1/1 DTA/TG crucible Al2O3 O2/30 / N2/0 000/30000 mg 000/5000 µV Hình 3.5: Giản đồ phân tích nhiệt cao lanh Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt ta thấy : Theo đường DTA hiệu ứng thu nhiệt khoảng 110,3oC chủ yếu ứng với nước vật lý kết tinh với Khóa luận tốt nghiệp 35 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội khối lượng giảm chậm Pic thu nhiệt 530,8oC nhiệt độ chuyển pha từ Kaolinite sang Montmorillonite thấy giản đồ nhiễu xạ XRD (hình 3.1 3.2) Theo lý thuyết trình biến đổi cấu trúc khoáng cao lanh thông thường khoáng loại có chứa khoảng 14% nước, sau nung 560oC xảy trình chuyển pha để tạo nên khoáng chứa khoảng 20% lỗ xốp Sự giảm khối lượng mẫu cao lanh khoảng 450oC đến 600oC tạo cho vật liệu có khung cấu trúc xốp với thể tích mao quản tăng lên, tạo điều kiện thuận lợi cho trình hòa tách Al2O3 dung dịch axit H2SO4 Kết giản đồ phân tích nhiệt phù hợp với lý thuyết với kết XRD trên, khoáng Montmorillonite có cấu trúc xốp với thể tích mao quản lớn Kaolinite Ở nhiệt độ 8000C hàm ẩm bị bay hoàn toàn khối lượng mẫu giảm 11,13% (khối lượng giảm theo phương pháp phân tích nhiệt tương đương với bảng phân tích thành phần hóa học – 11,1% hàm ẩm, phương pháp phân tích nhiệt phân tích thành phần hóa học cho kết xác có độ tin cậy cao) Pic 1009,10C trình kết tinh oxit silic không định hình để tạo thành cristobalitthay làm thay đổi cấu trúc cao lanh 3.3 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt Dựa vào kết chụp phân tích nhiệt tài liệu sử dụng, tiến hành nung mẫu nhiệt độ 6000C tiến hành sàng với hai cỡ sàng : 0,041 - 0,22mm 0,038 - 0,041mm Mẫu sau sàng tiến hành chụp SEM để xác định lại kích thước cỡ hạt, kết ảnh sau : Khóa luận tốt nghiệp 36 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội Mẫu cao lanh sàng sàng 0,038 - 0,041mm Hình 3.6: Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng sàng 0,038 - 0,041mm với độ phóng đại 500 2000 lần Hình 3.7: Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng sàng 0,038 - 0,041mm với độ phóng đại 5000 lần Mẫu cao lanh sàng sàng 0,041 – 0,22mm Khóa luận tốt nghiệp 37 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội Hình 3.8: Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng sàng 0,041 – 0,22mm với độ phóng đại 200 500 lần Hình 3.9: Ảnh SEM mẫu cao lanh sàng sàng 0,041 – 0,22mm với độ phóng đại 2000 lần Dựa vào kết chụp SEM ta thấy sàng sàng 0,041mm cho hạt phân bố kích thước trung bình khoảng 3µm Còn mẫu sàng sàng 0,22mm cho hạt phân bố không đồng cỡ hạt trung bình khoảng 8µm Tuy nhiên trình sàng sàng 0,041mm tiến hành khó khăn suất sàng thấp Mẫu sau sàng tiến hành hòa tách axit H2SO4 3M thời gian 1h, dung dịch sau hòa tách tiến hành lọc định mức xác định lượng Al hòa tan từ xác định ảnh hưởng kích thước hạt đến trình hòa tách cao lanh Kết trình bày bảng 3.2 : Mẫu cao lanh % Al2O3 0,041 < d < 0,22 28,3 0,038 < d < 0,041 28,96 Bảng 3.2: Bảng kết khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt đến hiệu suất tách Al2O3 Khóa luận tốt nghiệp 38 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội Nhìn vào kết bảng ta thấy ảnh hưởng kích thước hạt khả hòa tách không nhiều mà trình sàng lọc khó, tốn nhiều công Chính vậy, định chọn mẫu hạt có kích cỡ d < 0,22 mm 3.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2SO4 sử dụng phân hủy Tiến hành pha axit H2SO4 với nồng độ khác : 1M, 2M, 3M, 4M 5M từ dung dịch axit H2SO4 98% Mẫu cao lanh tiến hành nghiền đồng kích thước hạt trước nung khoảng 1cm, sau tiến hành lấy mẫu cho vào lò nung nung mẫu nhiệt độ 6000C 1h Mẫu sau nung tiến hành nghiền phân loại sàng 0,22 mm lưu mẫu tiến hành khảo sát trình hòa tách axit H2SO4 với nồng độ pha lấy dư lượng thể tích cố định 200% cho mẫu khảo sát Cách tiến hành: Cân 10g mẫu cao lanh sau chuyển toàn vào bình cầu đáy Lấy 80ml axit H2SO4 (bằng ống đong) Lắp hệ phản ứng đun nước nóng, kiểm soát nhiệt độ Khi nhiệt độ đạt nhiệt độ khảo sát tiến 90 - 950C chuyển toàn lượng H2SO4 vào bình bật máy khuấy cố định tốc độ khuấy, bắt đầu tính thời gian phản ứng Sau thời gian phản ứng 1h tiến hành tắt hệ lọc nóng toàn bình cầu, rửa lại khoảng 10ml nước cất nóng Định mức dung dịch lọc vào BĐM 250ml sau tiến hành chuẩn độ xác định hàm lượng nhôm Sau tổng hợp kết thực nghiệm xác định nồng độ axit tối ưu dùng để hòa tách Kết thể bảng : Mẫu VZnCl2 CAl3+ (ml) (CM) Khóa luận tốt nghiệp mAl2O3 (g) 39 %Al2O3 Hiệu suất H (%) Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội 1M 9,933 0,199 2,54 25,4 61,12 2M 8,433 0,228 2,896 28,96 69,76 3M 7,967 0,236 3,006 30,06 72,41 4M 6,4 0,265 3,378 33,78 78,36 5M 5,833 0,76 3,52 35,2 84,8 Bảng 3.3: Bảng kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit đến hiệu suất tách Al2O3 Hình 3.10: Biểu đồ thể ảnh hưởng nồng độ axit đến hiệu suất tách Al2O3 Từ đồ thị thực nghiệm thấy tăng nồng độ axit dẫn tới tăng mức độ hoà tan cao lanh Sở dĩ giới hạn nồng độ axit khảo sát, tăng nồng độ axit lên dẫn đến tăng hoạt động ion Khóa luận tốt nghiệp 40 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội hyđro, tăng tăng hoạt động mức lớn so với tăng độ nhớt dung dịch nên tốc độ chuyển hoá tăng Do khả hòa tách tăng không đáng kể, chênh lệch mẫu khoảng 5% mẫu 3M có hiệu suất tách nhôm ổn định nên chọn nồng độ axit 3M để tiến hành khảo sát điều kiện 3.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung Mẫu cao lanh tiến hành nghiền đồng kích thước hạt trước nung khoảng 1cm, sau tiến hành lấy mẫu cho vào lò nung Kiểm soát thời gian nâng nhiệt tiến hành nung mẫu nhiệt độ khảo sát thời gian 1h, nhiệt độ khảo sát : 4000C, 5000C, 6000C, 7000C, 8000 Quá trình lắp hệ khảo sát nhiệt độ nung hoàn toàn tương tự quy trình tiến hành khảo sát nồng độ axit sau tổng hợp kết thực nghiệm xác định nhiệt độ nung tối ưu dùng để hòa tách Sử dụng axit H2SO4 nồng độ 3M để khảo sát Kết thể bảng : Mẫu VZnCl2(ml) CAl3+(M) mAl2O3(g) %Al2O3 400oC 20,35 0,0055 0,07 0,7 Hiệu suất H (%) 1,69 500oC 20 0,012 0,153 1,53 3,69 600oC 6,1 0,2705 3,45 34,5 83,1 700oC 7,05 0,253 3,224 32,24 77,66 800oC 7,65 0,2417 3,082 30,82 74,23 Bảng 3.4: Bảng kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hiệu suất tách Al2O3 Khóa luận tốt nghiệp 41 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội Hình 3.9: Biểu đồ thể ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hiệu suất tách Al2O3 Dựa vào bảng kết quả, biểu đồ ta thấy mẫu cao lanh nhiệt độ nung cao khả hòa tách nhôm tốt nhiệt độ nung 6000C cho kết tốt (hàm lượng hòa tách Al2O3 cao nhất, hiệu suất tách nhôm đạt tới 83,1%) tạp chất loại bỏ nhiệt độ 6000C có chuyển pha cấu trúc từ Kaolinite sang Mantmoritlonite cao lanh, khoảng 550oC đến 600oC mẫu vật liệu có khung cấu trúc xốp thuận lợi cho trình hòa tách Khi nâng nhiệt độ lên cao khả hòa tách giảm cấu trúc tinh thể cao lanh bị phá vỡ đồng thời xảy trình kết tinh oxit silic không định hình tạo thành cristobalitthay làm thay đổi cấu trúc cao lanh cản trở trình hòa tách Vì vậy, nên định chọn mẫu cao lanh nung 6000C để tiến hành thí nghiệm Khóa luận tốt nghiệp 42 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội 3.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng Sau khảo sát yếu tố trên, mẫu cao lanh sử dụng mẫu nhiệt độ nung 6000C với cỡ hạt sàng sàng 0,22 mm sử dụng axit H2SO4 nồng độ 3M để tiến hành hòa tách Hệ phản ứng tiến hành bình cầu cổ Mẫu cao lanh sử dụng 100 g tính toán lại lượng axit cần sử dụng lấy 500ml axit sunfuric Khi hệ phản ứng đạt điều kiện khảo sát tiến hành, hút lần 10ml hệ phản ứng bình cầu lọc nóng sau để nguội định mức 250ml chuẩn độ lại xác định hàm lượng Al Khảo sát khoảng thời gian tiến hành lấy mẫu lọc : 30p, 1h, 1h30p, 2h, 4h Khảo sát ảnh hưởng thời gian hòa tách với mẫu nung hai thời gian khác 1h 2h nhiệt độ nung Bảng kết mẫu nung 6000C 1h Hiệu suất Mẫu VZnCl2 CAl3+ mAl2O3 %Al2O3 30p 15,3 0,094 23,97 23,97 57,07 60p 14,533 0,1093 27,88 27,88 66,38 90p 14,133 0,1173 29,92 29,92 71,24 120p 13,467 0,1307 33,32 33,32 79,33 240p 13,233 0,1353 34,51 34,51 82,16 H (%) Bảng 3.5: Bảng kết khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tách Al2O3 mẫu cao lanh nung 1h Khóa luận tốt nghiệp 43 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội Bảng kết mẫu nung 6000C 2h Hiệu suất Mẫu VZnCl2(ml) CAl3+(M) mAl2O3(g) %Al2O3 30p 16,4 0,072 18,36 18,36 44,32 60p 14,867 0,1026 26,18 26,18 63,06 90p 14,767 0,1047 26,69 26,69 64,29 120p 14,067 0,1186 30,26 30,26 72,89 240p 14 0,12 30,6 30,6 73,71 H (%) Bảng 3.6: Bảng kết khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tách Al2O3 mẫu cao lanh nung 2h Hình 3.10: Đồ thị thể ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tách Al2O3 Khóa luận tốt nghiệp 44 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội Kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất phân huỷ tăng theo thời gian không tăng tỷ lệ thuận với thời gian Ở giai đoạn đầu hiệu suất tăng theo thời gian nhanh phản ứng xa trạng thái cân Về sau, gần trạng thái cân tuỳ theo mức độ tích tụ muối dung dịch mức độ tiêu hao axit sunfuric hoà tan mà hoạt động tốc độ trình phân huỷ giảm nên hiệu suất chuyển hoá tăng không đáng kể Như vậy, phản ứng sau chậm chưa thể đạt tới giá trị cân Cho nên tăng thời gian không đạt mục đích tăng hiệu suất phân huỷ Ngoài ta thấy khả hòa tách nhôm mẫu nung 2h mẫu nung nhiệt độ 6000C với thời gian nung 1h nung thời gian lâu dẫn tới tượng cấu trúc cao lanh bị cứng hóa không giữ trạng thái xốp nung 1h làm ảnh hưởng tới khả công axit sunfuric Do khả hòa tách tăng không đáng kể, chênh lệch mẫu khoảng 1% nên định chọn thời gian hòa tách 120 phút để tiết kiệm thời gian điện Như vậy, qua phần khảo sát ta thấy nhiệt độ nung 6000C thời gian h, với axit H2SO4 5M,thời gian hòa tách 2h nhiệt độ hòa tách 950C khả tách nhôm tốt, tiết kiệm hóa chất cần dùng mà không đắt chi phí điện thời gian Khóa luận tốt nghiệp 45 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu khảo sát thực nghiệm thu số kết rút kết luận sau : Đã khảo sát thành phần hóa học, thành phần pha mẫu cao lanh trước nung sau nung nhiệt độ 600oC cho thấy trước nung mẫu tồn hai pha tinh thể Kaolinite Quartz nung 600oC mẫu pha tinh thể Kaolinite lại pha Quartz đồng thời xuất pha tinh thể Montmorillonite 2.Tìm hiều quy trình hòa tách tìm điều kiện tối ưu để tách nhôm cao lanh nhiều (trong giới hạn khảo sát) : - Đã xây dựng quy trình hòa tách nhôm từ quặng cao lanh Thanh Sơn axit H2SO4 - Cao lanh đồng kích thước hạt trước nung nung nhiệt độ 6000C - Hạt sau nung nghiền sàng với cỡ hạt sử dụng hòa tách 0,22mm - Nồng độ axit H2SO4 sử dụng để tiến hành hòa tách 5M - Nhiệt độ hệ hòa tách 90-950C - Thời gian hòa tách tối ưu 2h Khóa luận tốt nghiệp 46 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội KIẾN NGHỊ Do thời gian làm khóa luận hạn chế nên thí nghiệm nghiên cứu khả tách nhôm từ cao lanh dung dịch axit sunfuric chưa nhiều Vì vậy, có số kiến nghị - Khảo sát thêm nồng độ axit sunfuric để tìm điều kiện công nghệ tối ưu - Khảo sát thêm nhiệt độ nung mẫu cao lanh (ở nhiệt độ 800oC) - Khảo sát thêm thời gian phản ứng - Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung mẫu cao lanh Khóa luận tốt nghiệp 47 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Nguyễn Bin (2005), Các trình thiết bị công nghệ hóa chất hóa thực phẩm, NXBKH-KT, Hà Nội Bùi Long Biên (2005), Phân tích hóa học định lượng, NXBKH-KT, Hà Nội Trần Hồng Côn, Nguyễn Trọng Uyển (2005), Công nghệ hóa học vô cơ, NXBKH-KT, Hà Nội Nguyễn Văn Dũng (2009), Công nghệ sản xuất gốm sứ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Lê Công Dưỡng (1997), Vật liệu học NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Phạm Kim Đĩnh, Lê Xuân Khuông (2006), Nhiệt động học động học ứng dụng, NXBKH-KT, Hà Nội TS Lê Thị Mai Hương nhóm nghiên cứu đề tài B2004-28-138, “Nghiên cứu trình hòa tan quặng Boxit cao lanh Việt Nam axit để sản xuất chất keo tụ hiệu cao xử lý nước” TS Lê Thị Mai Hương, Taraxova T.V (2000), “Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp nghiền đến trình hòa tan nhôm hiđrôxit”, Tuyển tập báo cáo khoa học, Viện hóa học công nghiệp Việt Nam Mai Xuân Kỳ (2006), Thiết bị phản ứng công nghiệp hóa chất, NXBKH-KT, Hà Nội 10 Từ Văn Mặc (1995), Phân tích hóa lý NXB Khoa học Kỹ thuật 11 Từ Văn Mặc (2003), Phân tích hóa lý phương pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 48 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Viện KT Hóa học – Trường ĐHBK Hà Nội 12 Nguyễn Hoa Toàn (2005), Động hóa học thiết bị phản ứng công nghiệp hóa học, NXBKH-KT, Hà Nội Tài liệu tiếng anh 13 Greensfelder B.S, Voge H.H, good G.M (1949), Ind.Eng, chem.; 41 p 2573 Khóa luận tốt nghiệp 49 Vũ Thị Diệp - K35B Hóa [...]... 3) khó tan trong axit H2SO4 Trong dung dịch H2SO4 oxit SiO2 hoà tan không đáng kể Nồng độ silic trong dung dịch Al2(SO4)3 không lớn từ (0,1 - 0,2 g/l) Nếu tăng thời gian nung 0,5 giờ tại 6000C dẫn đến độ hoà tách của Al2O3 trong cao lanh đến 84,7% bằng H2SO4 20% trong thời gian 0,5 giờ tại 1040C Nếu nhiệt độ hoà tách Al2O3 trong cao lanh khoảng 60 - 1040C thì mức độ tách Al2O3 vào dung dịch sẽ tăng... lượng Al2O3 rất cao Thành phần hoá học của cao lanh thay đổi trong diện rộng nên trước khi đưa vào sản xuất thường sử dụng cao lanh đã qua tuyển Phân huỷ cao lanh bằng axit sunfuric Cao lanh khó tan trong H2SO4, có rất nhiều công trình đã nghiên cứu quá trình nhiệt hoá cao lanh nhưng chưa có sự thống nhất về cơ chế của quá trình này Bằng phương pháp nghiên cứu tổng hợp, hoá lý, rơnghen, quang phổ hồng... tan của nhôm sunfat phụ thuộc khá lớn vào nồng độ axit sunfuric Trong dung dịch axit loãng, độ tan của Al2(SO4)3 lớn hơn so với trong nước cất nhưng khi tăng nồng độ H2SO4 độ tan giảm đột ngột tới 1% trong dung dịch H2SO4 60% Khi tăng nồng độ axit lên cao hơn nữa thì độ tan của nhôm sunfat tăng trở lại Trong dung dịch với dung môi là nước nhôm sunfat bị thuỷ phân với sự hình thành ion hyđroxit nhôm và... mẫu cao lanh Phú Thọ sử dụng trong nghiên cứu được cho ở bảng dưới : Thành phần Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO + Na2O K2O Mất khi nung ở 850oC MgO Hàm lượng% 37,84 45,57 0,46 4,05 0,05 0,92 11,11 Bảng 3.1: Thành phần hóa học mẫu cao lanh Phú Thọ Dựa vào bảng thành phần hóa học của mẫu cao lanh ta thấy hàm lượng nhôm oxit trong mẫu cao lanh khảo sát là khá lớn đạt tới 37,84% Vì vậy, hướng đề tài nghiên cứu khả năng. .. Do bề mặt của cao lanh không lớn, thường dao động từ 15 – 20 m2/g tương ứng với khả năng hấp phụ kém của cao lanh Với khả năng trương nở kém nên không sử dụng cao lanh làm chất xúc tác mà chỉ sử dụng nó với vai trò chất nền Tính chất trao đổi ion Cao lanh có tính chất trao đổi anion và cation vào trong mạng tinh thể của mình Sự trao đổi cation thường được nghiên cứu nhiều hơn và khả năng ứng dụng rộng... 2H+ H2Y2- + Zn2+  ZnY2- + 2H+ Zn2+(dư) + xylen da cam  phức màu đỏ 2.1.3 Nghiên cứu quá trình hòa tách nhôm bằng phản ứng của cao lanh với dung dịch axit sunfuric trong một số điều kiện khác nhau - Khảo sát sự ảnh hưởng của kích thước hạt - Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ axit - Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung - Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng 2.2 Thực nghiệm 2.2.1 Hóa chất... chuyển dung dịch vào bình điịnh mức 250ml Pha nước cất đến vạch mức Căn cứ vào lượng cân tính nồng độ dung dịch Lấy 20ml dung dịch NaOH cho vào bình nón, cho thêm vài giọt phenolphtalein vào bình rồi chuẩn độ dung dịch NaOH bằng dung dịch KHP cho đến hết màu hồng Căn cứ vào thể tích đã lấy và nồng độ dung dịch KHP tính được nồng độ dung dịch NaOH : NNaOH = N.V KHP VNaOH 2.2.1.3.2 Pha chế dung dịch. .. các lớp trong cấu trúc và số ion hoặc cation hấp phụ lên bề mặt ngoài của cao lanh Hình 1.2 cho thấy rõ vị trí trao đổi ion ở bên ngoài hay bên trong hạt cao lanh Tính chất hấp phụ Cao lanh có khả năng hấp phụ kém Độ hấp phụ của nó khoảng từ 1 - 3% và chủ yếu là hấp phụ bề mặt Do vậy cao lanh ít có giá trị sử dụng làm chất hấp phụ Những biến đổi trong cấu trúc cao lanh khi nung Việc nghiên cứu những... hạt cao lanh, tính dẻo và khả năng thiêu kết tại nhiệt độ cao Trong đất sét hạt < 2m, hạt cao lanh < 5m Thành phần cao lanh có các khoáng sét khác : dikit, galuazit, nakerit và gitroluda … trong thành phần gọi là tạp chất có cả silic dạng cát, opan, hiếm hơn là hanxedon Tạp chất có chứa Fe : hematit, xiđerit… một vài cao lanh có chứa khoáng gibbxit Al(OH)3, AlOOH mà nhờ đó hàm lượng Al2O3 rất cao. .. trình thuỷ phân của nhôm sunfat phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch, độ pH của môi trường nhiệt độ và những yếu tố khác Trong dung dịch sunfat quá trình thuỷ phân với sự hiện diện của ion SO24 diễn ra sự hình thành thể phức của hyđroxit nhôm Tất cả các muối nhôm sunfat cơ bản tan nhiều trong kiềm đặc biệt là đun nóng tới nhiệt độ sôi Với axit sunfuric, axit clohyđric và axit nitric có nồng ... tài : Nghiên cứu khả tách nhôm cao lanh dung dịch axit sunfuric Mục đích đề tài : - Nắm phương pháp phân tích nguyên liệu, sản phẩm trình nghiên cứu khả tách nhôm cao lanh dung dịch axit sunfuric. .. hòa tách nhôm cao lanh dung dịch axit sunfuric Nội dung nghiên cứu : - Phân tích thành phần hóa học, cấu trúc pha mẫu cao lanh - Phân loại kích thước hạt nghiên cứu khả hòa tách nhôm mẫu cao lanh. .. mẫu cao lanh Phú Thọ Dựa vào bảng thành phần hóa học mẫu cao lanh ta thấy hàm lượng nhôm oxit mẫu cao lanh khảo sát lớn đạt tới 37,84% Vì vậy, hướng đề tài nghiên cứu khả tách nhôm từ cao lanh