HÓA lý SILICAT chuong4

- Tạo pha lỏng với độ nhớt cao - Sự kết khối Cơ chế chuyển chất chính là khuếch tán cả trong pha rắn và pha lỏng, sản phẩm khuếch tán là dung dịch rắn hoặc hợp chất hóa học... Khái ni

Trang 2

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH

• Silicat ở trạng thái tinh thể

Trang 3

Chương 4 ( 6 tiết)

CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘ CAO

4.1 HIỆN TƯỢNG KHUẾCH TÁN

4.2 KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG PHA RẮN

4.3 KẾT KHỐI

4.4 KẾT KHỐI TRONG HỆ THỰC

Trang 4

4.1.1 • Các loại sai sót điểm trong cấu trúc tinh thể

4.1.2 • Dung dịch rắn và hợp chất hóa học

4.1.3

• Sự thay thế đồng hình và dung dịch rắn trong

các hợp chất silicat

Trang 5

Đặc trưng cơ bản của những biến đổi trong hệ silicat là xảy ra ở nhiệt độ ?

Nhiệt độ nung các sản phẩm silicat?

Các biến đổi hóa lý bao gồm:

- Phản ứng pha rắn: Gồm phản ứng nào?

- Tạo pha lỏng với độ nhớt cao

- Sự kết khối

Cơ chế chuyển chất chính là khuếch tán ( cả trong pha

rắn và pha lỏng), sản phẩm khuếch tán là dung dịch rắn hoặc hợp chất hóa học.

nhiệt độ cao

10000C – 17000C

phân hủy muối, biến đổi thù hình, tạo silicat

Trang 6

Tinh thể lý tưởng ?

Tinh thể thực: Phần tử cấu tạo ở vị trí nào?

Các sai sót ở mức nguyên tử (ion)  Sai sót gì?

4.1.1 Các loại sai sót điểm trong cấu trúc tinh

thể

phần tử cấu tạo luôn ở vị trí cân bằng nút mạng

cân bằng nút mạng, xen giữa các nút mạng, hoặc không

có ở vị trí nút mạng ( ô trống)

Sai sót điểm

Trang 9

Sai sót cấu trúc  khuếch tán trong tinh thể

Gồm: Khuếch tán phần tử cấu tạo, khuếch tán ô trống

Tinh thể thực: luôn tồn tại ô trống, các phần tử cấu tạo có xu hướng tự chuyển vào lấp đầy ô trống đó tạo ô trống mới chuyển dịch ô trống ngược chiều chuyển dịch nguyên tử  quá trình tự khuếch tán

4.1.2 Cơ chế khuếch tán trong chất rắn

Trang 11

 Hệ chất rắn đồng nhất với thành phần biến đổi gồm từ hai cấu tử trở lên.

 Trong dd rắn, phần tử phân bố không theo quy luật

 Khái niệm dung môi, chất tan dùng tương tự trong dd lỏng Dung môi có hàm lượng cao, giữ được cấu trúc ô mạng cơ bản của nó.

4.1.3 Dung dịch rắn và

Trang 13

 Sự tạo dd rắn …gọi là sự thay thế đồng hình?

 Các phần tử thế lẫn nhau gọi là ?

 Sự thay thế có thể xảy ra với hàm lượng bất kỳ (dd rắn vô hạn)

 Sự thay thế chỉ một phần nào đó ( dd rắn giới hạn)

Trang 14

 ĐK thay thế đồng hình?

 Chênh lệch bán kính< 15% khả năng thay thế đồng hình tốt.

Trang 15

Hợp chất silicat: thay thế ion cùng hoặc khác

số ion hóa.

Ví dụ: trong tràng thạch có sự thay thế Al 3+

với Si 4+ trong tứ diện [SiO 4 ] 4- ,  chênh lệch điện tích, Na + , Ca 2+ tham gia liên kết sự thay thế Ca 2+ và Na + tạo dung dịch rắn tràng thạch canxi và natri

Trang 17

4.3.1 • Động lực quá trình kết khối

4.3.2 • Cơ chế quá trình kết khối pha rắn

4.3.3 • Kết khối có mặt pha lỏng

Trang 18

Khái niệm

Kết khối là quá trình tự rắn chắc của khối hình từ các

chất dạng bột mịn dưới tác dụng nhiệt độ cao

Vật liệu kết khối: Không biến đổi thành phần hóa và

khoáng khi nung, biến đổi tổ chức hạt

 Ví dụ Al 2 O 3 kết khối, ZrO 2 kết khối, SiC, BN và Si 3 N 4 , các kim loại tạo hình theo công nghệ bột

Trang 19

 - sức căng bề mặt pha rắn, (J/m2)

A 1 , A 2 - diện tích bề mặt pha rắn (m 2 ), ở trạng thái đầu (1) và cuối (2).

Quá trình t xảy ra, cần ự xảy ra, cần G < 0, :

Trang 20

Giai đoạn đầu:

a) Tạo cầu nối;

b) Tạo lỗ xốp

Giai đoạn kết thúc:

c) Giảm kích thước lỗ xốpø

d) Lấp kín lỗ xốp (kết khối hoàn toàn, độ xốp bằng không).

4.3.2 Cơ chế quá trình kết khối pha rắn

Trang 21

Hạt tiếp xúc nhau theo cơ chế nào?

- Hạt tiếp xúc nhau tạo cầu nối theo cơ chế

bay hơi – ngưng tụ

- Hạt tiếp xúc tạo cầu nối theo cơ chế

khuếch tán ô trống

4.3.2 Cơ chế quá trình kết khối pha rắn

 Tạo cầu nối giữa các hạt pha rắn

Trang 22

Sau khi tạo cầu nối, xuất hiện lỗ xốp kín ở vị trí tiếp xúc

 kết thúc kết khối là giảm kích thước lỗ xốp đó

4.3.2 Cơ chế quá trình

kết khối pha rắn

 Giai đoạn cuối kết khối pha rắn

Sau khi tạo cầu nối, giai đoạn gì sẽ xảy ra

tiếp theo?

Trang 23

Tái kết tinh loại 1: Khi tác dụng cơ học,

vật liệu biến dạng dẻo

sắp xếp lại tổ chức hạt

( VL silicat dòn, ít khi biến dạng dẻo không

có kết tinh loại 1)

4.3.2 Cơ chế quá trình

kết khối pha rắn

 Phát triển hạt và tái kết tinh

Trang 24

Kết khối pha rắn xảy ra với các hệ

nào?

- Hệ oxit tinh khiết

- Bột kim loại trong công nghệ luyện kim bột

Trang 26

- Khi có mặt pha lỏngcơ chế chuyển chất do pha

lỏng quyết định

- Sự có mặt pha lỏngtăng tốc độ kết khối

- Giai đoạn đầu phụ thuộc khả năng thấm ướt của pha lỏng

- Quá trình giảm lỗ xốp do độ nhớt pha lỏng và tỉ lệ tương đối pha lỏng – pha rắn trong quá trình kết khối quyết định.

4.3.3 Kết khối có mặt pha lỏng

Trang 27

Giai đoạn nào của quá trình kết khối phụ thuộc vào khả năng thấm ướt của pha

lỏng?Tại sao?

Trang 28

Giai đoạn đầu ( Tạo cầu nối và lỗ xốp) phụ thuộc khả năng thấm ướt pha lỏng

Khi chất lỏng hoàn toàn thấm ướt

 Có khả năng đi vào các lỗ xốp mao quản trong hệ bột

 Tạo cầu nối tiếp xúc giữa các hạt tiếp xúc

Khi chất lỏng hoàn toàn thấm ướt

 Có khả năng đi vào các lỗ xốp mao quản trong hệ bột

 Tạo cầu nối tiếp xúc giữa các hạt tiếp xúc

Pha lỏng còn có khả năng tạo áp lực mao quản kéo các hạt vật liệu liên kết tốt hơn Pha lỏng còn có khả năng tạo áp lực mao quản kéo các hạt vật liệu liên kết tốt hơn

Trang 29

Trong quá trình kết khối,

nếu pha lỏng xuất hiện

nhiều quá sẽ xảy ra hiện

tượng gì?

Trong quá trình kết khối,

nếu pha lỏng xuất hiện

nhiều quá sẽ xảy ra hiện

tượng gì?

Sản phẩm bị méo

Trang 30

4.4 KẾT KHỐI TRONG HỆ THỰC

4.4.1

• Kết khối các sản phẩm silicat trong

thực tế

4.4.2 • Kết khối clinker xi măng Pooc lăng

4.4.3 • Kết khối các oxit nguyên chất

Trang 31

4.4.1 Kết khối các sản phẩm silicat

trong thực tế

Sản phẩm silicat nào mà các bạn biết?

Trang 32

Lượng pha lỏng ảnh hưởng tới sự biến dạng vật liệu khi nung:

- Lượng pha lỏng< lượng tới hạn ?

- Lượng pha lỏng> lượng tới hạn?

Lượng pha lỏng ảnh hưởng tới sự biến dạng vật liệu khi nung:

- Lượng pha lỏng< lượng tới hạn ?

- Lượng pha lỏng> lượng tới hạn?

Trang 33

- Tạo khối ceramic

Sản phẩm đất sét khi nung sẽ xảy ra những giai đoạn nào?

Trang 34

- Quá trình thoát nước vật lý, <120 0 C

4.4.1 Kết khối các sản

phẩm silicat trong thực tế phẩm đất sét Kết khối sản

nung

Kết khối sản phẩm đất sét

nung

 Giai đoạn sấy: Quá trình nào sẽ xảy ra?

 Giai đoạn đốt nóng: Quá trình nào sẽ xảy ra?

- Nhiệt độ:120 – 400 0 C

- Xảy ra sự phân hủy và cháy tạp chất hữu cơ ( chất nào?).

Khi thoát nước vật lý, sản phẩm sẽ biến đổi như thế nào?

Sản phẩm co sấy 10 – 12%

Trang 35

- Phân hủy lượng nước liên kết hóa học trong khoáng sét ( Phản ứng mất nước viết theo kaolinite

Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O  Al 2 O 3 .2SiO 2 + 2H 2 O)

phẩm silicat trong thực tế Kết khối sản phẩm

đất sét nung

 Phân hủy nước liên kết hóa học và biến đổi thù

hình xảy ra ở nhiệt độ nào??

- Ở 573 0 C biến đổi thù hình của SiO 2

- Nhiệt độ : 400 - 600 0 C

b_quartz a_quartz

Trang 36

- Mất nước hóa học ĐS trạng thái vô định hình

- 950 – 1000 0 C, tạo cấu trúc tinh thể mới (ban đầu tinh thể nhỏ)

- Khi hàm lượng Fe 2 O 3 cao nung 1100 – 1150 0 C, pha lỏng nhiều lấp kín lỗ xốp, độ xốp sản phẩm rất nhỏ, không hút nước

- Khoảng 1250 0 C, pha lỏng đủ lớn để tinh thể kết tinh hình kim ( mullite)

- Nhiệt độ cao quá, pha lỏng nhiều  biến dạng sản phẩm .

phẩm silicat trong thực tế phẩm đất sét Kết khối sản

nung

Kết khối sản phẩm đất sét

nung

 Tạo khối ceramic

Trang 37

Năm giai đoạn:

phẩm silicat trong thực tế Kết khối sản Kết khối sản phẩm sứ phẩm sứ

Hàm lượng pha lỏng trong sản phẩm sứ rất lớn ( 70 – 80%)

Nhiệt độ nung cao tinh thể mullit kết tinh nhiều

Trang 38

• Từ lúc bắt đầu  tràng thạch chảy

• Biến đổi lý hóa như ở SP đất sét nung

• Có thêm những phản ứng phụ: oxh –khử, phân

hủy muối cacbonat, sunfat…

phẩm silicat trong thực tế Kết khối sản

phẩm sứ

Kết khối sản phẩm sứ

1 Quá trình pha rắn ( 30 – 1150 0 C):

Trang 39

• Tràng thạch chảy  lượng pha lỏng tăng

2 Tạo pha lỏng do tràng thạch chảy(1150 – 1200 0 C)

Trang 40

• Phản ứng và hòa tan pha rắn vào pha lỏng

• Sản phẩm do phân hủy khoáng sét phản ứng

nhanh hơn

• Hạt cát hòa tan chậm vòng giàu pha lỏng bao

quanh hạt cát (nhẫn silic)

• Mullit hình kim tạo thành khá rõ

• Vật co ngót mạnh, độ xốp giảm, bền cơ tăng

phẩm silicat trong thực tế Kết khối sản Kết khối sản phẩm sứ phẩm sứ

3 Phản ứng pha lỏng (1250 – 1300 0 C)

Trang 41

• SiO 2 tan tăng tính axit pha lỏng, tinh thể mullit

nguyên sinh tan nhiều hơn

• Khi sự bão hòa Al 3+ trong pha lỏng tinh thể mullit

thứ sinh kết tinh nhiều hơn

• Độ nhớt pha lỏng giảm, độ xốp vật nung giảm, mật độ vật nung tăng.

phẩm silicat trong thực tế Kết khối sản

phẩm sứ

Kết khối sản phẩm sứ

4 Quá trình kết tinh (1250 – 1400 0 C):

Trang 42

• Quá trình khuếch tán tăng mạnh

• Phân bố pha tinh thể mới đồng đều, tính đồng nhất vật liệu

tăng.

• Mullit hình kim kết tinh nhiều

• Tinh thể quartz giảm kích thước mạnh do tan vào pha lỏng

• Không hình thành pha tinh thể mới

• Hàm lượng pha lỏng tăng, là khoảng nhiệt độ nung giới

5 Quá trình lưu nhiệt(1350 – 1450 0 C):

Trang 43

 Quá trình nung kết khối clinker là tạo được những khoáng cần thiết với hàm lượng thích hợp

 Hai giai đoạn: Giai đoạn đầu biến đổi pha rắn, sau đó biến đổi trong pha lỏng.

4.4.2 Kết khối clinker xi măng Pooc

lăng

Bạn biết gì về xi măng pooc lăng?

Trang 44

Khi phân hủy

hợp chất mới có hoạt tính cao, quá trình khuếch tán lẫn nhau vào các ô trống trong mạng (tại vị trí trước đó là

H 2 O, OH - , CO 2 )

Sắp xếp lại mạng tinh thể, tạo hợp chất mới

4.4.2 Kết khối clinker xi măng Pooc

- CaCO 3 phân hủy

Các giai đoạn của

Trang 45

Nhiệt độ giảm

mức quá bão hòa trong

pha lỏng tăng

các tinh thể lần lượt kết tinh

phần không kết tinh sẽ tạo pha thủy tinh trong sản phẩm clinker nguội

Nhiệt độ giảm

mức quá bão hòa trong

pha lỏng tăng

các tinh thể lần lượt kết tinh

phần không kết tinh sẽ tạo pha thủy tinh trong sản phẩm clinker nguội

4.4.2 Kết khối clinker xi măng Pooc lăng

Pha lỏng quá bão hòa

 tạo tâm kết tinh

 phát triển tinh thể từ

pha lỏng

Pha lỏng quá bão hòa

 tạo tâm kết tinh

Trang 46

- Các sản phẩm từ bột kim loại

- Gốm không oxy…

Trang 48

4.4.3 Kết khối các oxit nguyên chất

Oxit nhôm kết khối α - Al 2 O 3

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	1,62 MB