Tiểu luận đề tài Đất sét

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THƯC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  Đề tài: ĐẤT SÉT BÀI TIỂU LUẬN GVHD: Thạc Sĩ HỒ THỊ NGỌC SƯƠNG Tp.HCM MỤC LỤC BỘ CÔNG THƯƠNG .1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THƯC PHẨM MỤC LỤC ĐẤT SÉT 1.Giới thiệu chung đất sét: .4 1.1.Khái niệm: 1.2.Nguồn gốc tồn đất sét: 2.Thành phần hóa khoáng vật: .4 2.1 Nhóm kaolinite : 2.2.Nhóm môntmôrilônite (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O) : .6 2.3.Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi illite hay mica): 3.Các tính chất đất sét: .8 3.1 Thành phần hạt: 3.2.Khả trương nở thể tích hấp phụ trao đổi ion : 3.3.Tính dẻo: .9 3.4 Tính co ngót: 3.5.Sự biến đổi đất sét nung : .10 3.6 Sự tương tác hạt sét: 11 4.Một vài ứng dụng đất sét: 12 4.1.Ứng dụng gốm sứ: 12 Một vài sản phẩm từ đất sét 13 4.2.Xử lý nước thải đất sét: 13 4.3.Xử lý đất sét để sản xuất vật liệu nanocomposite: 14 4.4 Tạo nguyên liệu quý từ đất sét: .15 MỞ ĐẦU Từ xưa đến nay, đất sét gắn bó mật thiết với đời sống người Từ sản phẩm thông dụng gốm, sứ,… sản phẩm ứng dụng nhiều công nghiệp như: nguyên liệu xi măng, chất đệm công nghiệp giấy, pha chế màu, mực, tẩy dầu thô,… Do có hàng loạt ứng dụng nhiều lĩnh vực đa dạng đời sống mà đất sét nhà khoa học nước quan tâm, nghiên cứu nhiều Với mong muốn học tập, nghiên cứu sâu thêm lĩnh vực này, đồng thời tiếp tục đóng góp bổ sung thêm tài liệu nghiên cứu khoáng sét, đất sét chúng em tiến hành đề tài nghiên cứu: “Đất sét” Tuy nhiên với số lượng khổng lồ kiến thức biết, việc lựa chọn kiến thức phù hợp vào tiểu luận, phù hợp với nhiều đối tượng khó khăn, nên chắn không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp tất thầy cô bạn sinh viên trường trường, để lần sau nhóm viết tiểu luận đạt kết cao ĐẤT SÉT 1.Giới thiệu chung đất sét: 1.1.Khái niệm: Đất sét hay sét thuật ngữ dùng để miêu tả nhóm khoáng vật phyllosilicat nhôm ngậm nước, thông thường có đường kính hạt nhỏ μm Đất sét bao gồm loại khoáng chất phyllosilicat giàu ôxít hiđrôxít silic nhôm bao gồm lượng lớn nước tham gia vào việc tạo cấu trúc thay đổi theo loại đất sét 1.2.Nguồn gốc tồn đất sét: Đất sét nói chung tạo phong hóa hóa học loại đá chứa silicate tác động axit cacbonic số loại đất sét lại hình thành hoạt động thủy nhiệt Như hình thành mỏ cao lanh đất sét chịu tác dụng tương hổ trình hoá học, học, sinh vật học bao gồm tượng phong hoá, rửa trôi lắng đọng thời gian dài Đất sét tự nhiên tồn số dạng như:  Loại sét vàng, đỏ, có xám đen, pha đất thịt cát mịn cồn  Loại sét xám xanh nằm khu vực nước lợ, có độ nhớt cao  Loại sét gốm sứ nằm thành vỉa màu trắng dẻo, xuất vùng trũng hai giồng cát, đồng thủy triều tạo nên Các dạng chủ yếu dạng hợp chất khoáng như: khoáng vật phyllosilicate nhôm ngậm nước, kaolinit, montmorillonit- smectit, illit chlorit 2.Thành phần hóa khoáng vật: Đất sét xét theo thành phần hoá, thành phần khoáng cấu trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành nhóm khoáng Mỗi nhóm khoáng bao gồm đơn khoáng có cấu trúc tính chất gần giống Ba nhóm khoáng quan trọng ngành công nghiệp gốm sứ là: kaolinite, montmoriolite illite 2.1 Nhóm kaolinite : Đặc trưng nhóm kaolinite khoáng kaolinite (tên khoáng lấy làm tên cho nhóm), khoáng chủ yếu mỏ cao lanh đất sét, có công thức hoá học Al2O3.2SiO2.2H2O (hoặc viết: Al2Si2O5(OH)4) Thành phần hóa học khoáng SiO2: 46.54%; Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96% Thông thường thành phần khoáng đất sét khoáng sét chứa lượng tràng thạch (do đá gốc chưa phong hóa hoàn toàn) SiO tự (hình thành trình phân hóa) Để thuận tiện cho việc tính toán phối liệu gốm sứ, người ta quy thành phần khoáng vật mỏ đất sét theo thành phần khoáng hợp lý bao gồm: - Khoáng vật sét (tính theo kaolinite) ký hiệu T, quy % - Thạch anh kí hiệu Q, quy % - Tràng thạch kali kí hiệu F, quy % T + Q + F = 100% Nếu thành phần hóa loại cao lanh có chứa CaO hay MgO ≥ 1% lượng CaO hay MgO coi cacbonat, tức tồn dạng CaCO3 MgCO3 Nếu hàm lượng oxit < 1% coi có mặt chúng thay đồng hình ion Ca 2+ 2+ Mg vào mạng lưới tinh thể khoáng sét Tương tự hàm lượng FeO, Fe 2O3 ≥ 1% ta coi chúng hợp chất chứa sắt (ví dụ Fe(OH)3) Cấu trúc tinh thể kaolinite gồm lớp: lớp tứ diện chứa cation Si 4+ tâm ([SiO4]4-), lớp bát diện chứa Al3+ tâm ([AlO6]9-) Hai lớp tạo thành gói hở có chiều dày từ 7.21-7.25 A0 có nhóm OH phân bố phía Cấu trúc tinh thể kaolinite Các lớp liên kết với lớp mối liên kết hydro hydroxyn (-OH) khối bát diện oxi (-O-) khối tứ diện Do mối liên kết hydro chặt chẽ, làm giảm trình hydrat hóa cho lớp gắn kết để tạo thành tinh thể lớn Một tinh thể kaonilit thông thường gồm 70-100 lớp tạo thành Tính chất: kaolinite không trương nở nước, độ dẻo kém, khả hấp phụ trao đổi ion yếu (thường từ 5-10 mili đương lượng gam 100g cao lanh khô), khối lượng riêng khoáng kaolinit khoảng 2.41-2.60g/cm Trong nhóm có khoáng halloysite Al2O3.2SiO2.4H2O thường kèm với kaolinite 2.2.Nhóm môntmôrilônite (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O) : Monmorilonite, gọi smectit khoáng vật quan trọng tạo lớp tứ diện [SiO4]4- lớp bát diện [AlO6]9- Do đó, monmorilonit gọi khoáng vật có tỷ lệ 2:1 Khối bát diện nằm hai lớp silic (khối tứ diện) đỉnh tứ diện liên kết với nguyên tử hydroxyl nằm đỉnh khối bát diện tạo thành lớp hoàn chỉnh Bề dày lớp có tỷ lệ 2:1 khoảng 0.96nm Do có thay đổi đồng hình, nên monotmorilonite thường chứa cation Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+ với hàm lượng lớn Cấu trúc tinh thể monmorilonite Tính chất: Vì lực hút dính Van der Waal lớp silicat nằm phía yếu có độ hụt điện tích âm thực lớp bát diện, nước ion trao đổi xâm nhập vào phần chia tách lớp mạng Do đó, tinh thể monmorilonit nhỏ chúng hấp thụ nước mạnh Đất có chứa khoáng vật monmorilonit dễ bị trương nở gặp nước, áp lực trương nở phát triển làm phá hủy công trình có tải trọng nhẹ kết cấu mặt đường - Độ phân tán cao, hạt mịn, kích thước cỡ 300-500nm chiếm đến 40% (trong đất sét thường cỡ hạt chiếm 5-20%, cao lanh từ 0.5-1.5%) nên khoáng có độ dẻo lớn - Khối lượng riêng từ 1.7- 2.7g/cm3 - Trong nhóm có khoáng baydelite Al 2O3.3SiO2.H2O, có cấu trúc tính chất tương tự montmorilonit chứa nhiều oxit sắt nên công dụng 2.3.Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi illite hay mica): Illite (hydromica) – khoáng vật sét quan trọng khác, phát giáo sư R.E.Grim – ĐH Illinois, Mỹ Nó có cấu tạo tỷ lệ 2:1 tương tự monmorilonite lớp tinh thể gắn kết với nguyên tử kali *Lưu ý rằng, vòng lục giác lớp silicat có đường kính xác định nguyên tử kali lấp đầy vào liên kết lớp lại chặt chẽ với Ngoài ra, có vài thay đồng hình nhôm cho silic lớp oxit silic Cấu trúc tinh thể Illite/mica Các dạng mica ngậm nước thường gặp là:  Muscovit: K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O  Biotit: K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2.2H2O Trong nhóm có số khoáng khác có cấu trúc tính chất tương tự illite khoáng hydrophylit, vermiculite, dạng thủy tinh mica khác Tính chất: Illite có cấu trúc mạng tinh thể tương tự khoáng vật mica chứa kali có thay đồng hình Do đó, mặt hóa học, chúng hoạt động mạnh khoáng vật mica Các khoáng có mạng lưới tinh thể tương tự monmorilonite nên tính chất chúng giống 3.Các tính chất đất sét: 3.1 Thành phần hạt: Nhìn chung kích thước hạt đất sét nằm giới hạn phân tán keo (