Từ xưa đến nay, đất sét luôn gắn bó mật thiết với đời sống con người. Từ những sản phẩm thông dụng như gốm, sứ,… cho đến những sản phẩm ứng dụng nhiều trong công nghiệp như: nguyên liệu xi măng, chất đệm trong công nghiệp giấy, pha chế màu, mực, tẩy dầu thô,… Do có hàng loạt các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đa dạng trong đời sống mà đất sét đã được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm, nghiên cứu nhiều hơn. Trong đó thành phần khoáng trong đất sét được chia thành nhiều loại khoáng sét khác nhau, Kaolinit là một trong các khoáng vật phổ biến nhất. Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng lớn về kaolinit, phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ.
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA KHỌC KHOA HÓA HỌC TIỂU LUẬN TÌM HIỂU VỀ KHỐNG KAOLINIT Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Trần Ngọc Tuyền Phạm Thị Hồi Thương Lớp: Hóa K36 Huế, tháng 12/2015 1 LỜI MỞ ĐẦU Từ xưa đến nay, đất sét ln 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 Trong thành phần khống đất sét chia thành nhiều loại khoáng sét khác nhau, Kaolinit khoáng vật phổ biến Việt Nam quốc gia có tiềm lớn kaolinit, phân bố rộng rãi phổ biến nhiều nơi lãnh thổ Bài tiểu luận sau tiều hiểu khoáng kaolinit 2 Giới thiệu Kaolin đất sét sản phẩm phong hóa tàn dư loại đá gốc chứa tràng thạch pegmatit, granit, garbo, bazan, rhyolit Ngoài hình thành q trình biến chất trao đổi đá gốc quăcphophia Kaolin khống sản khơng kim loại lồi người biết đến sử dụng từ lâu, ngày chúng đánh giá khống chất cơng nghiệp quan trọng sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất đồ gốm, sứ, vật liệu chịu lửa, sản xuất xi măng… Kaolin đất sét xét theo thành phần hóa, thành phần khống cấu trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành nhóm khống Mỗi nhóm khống bao gồm đơn khống có cấu trúc tính chất gần giống Ba nhóm khống quan trọng ngành cơng nghiệp gốm sứ là: nhóm kaolinit, nhóm mơntmơrilơnit (Al 2O3.4SiO2.H2O + nH2O), nhóm khống chứa alkali (còn gọi illit hay mica) Trong đó, đặc trưng nhóm kaolinit khoáng kaolinit(tên khoáng lấy làm tên cho nhóm Kaolinit), khống chủ yếu mỏ cao lanh đất sét, có cơng thức phân tử: Al 2Si2O5(OH)4 hay Al2O3.2SiO2.2H2O (Aluminum silicate Hydroxide) Vì kiến trúc, cấu tạo tính chất kaolin khoáng kaolinit định 3 Mỏ kaolin khai thác Kaolinit Tính chất 2.1.Tính chất vật lý Khống kaolinit có màu trắng, đơi có vết đỏ, lam hay nâu tạp chất Kaolinit 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 – 2.60 g/cm3 4 2.2 Thành phần hóa học Kaolinit có hàm lượng Al2O3 thường từ 36,83 – 40,44%; SiO2 có hàm lượng từ 43,64 – 46,90; oxit khác chiếm từ 0,76 – 3,93%; lượng nước hấp phụ bề mặt lượng nung từ 12,79 – 15,37%, 10% Tỷ số mol SiO2/Al2O3 thay đổi từ 1,75 – 2,94% thường khoảng 2,1 -2,4% 2.3 Tính chất đặc trưng Do bề mặt kaolinit không lớn, thường dao động từ 15 – 20 m 2/g tương ứng với khả hấp phụ kaolinit Với khả trương nở nên không sử dụng kaolinit làm chất xúc tác mà sử dụng với vai a) trò chất Tính chất trao đổi ion Kaolinit có tính chất trao đổi anion cation vào mạng tinh thể Sự trao đổi cation thường nghiên cứu nhiều khả ứng dụng rộng so với anion Các cation trao đổi thường Ca 2+, Mg2+, NH4+, Na+, K+, H+ anion trao đổi thường SO42-, Cl-, PO43-, NO3- Đại lượng đặc trưng cho dung lượng trao đổi tính mili đương lượng trao đổi 100g mẫu dung lượng trao đổi cation (CEC) anion (AEC) kaolinit nhỏ, thông thường CEC khoảng – 15 meq/100g AEC khoảng 20,3meq/100g Hình 1.1: Các vị trí trao đổi ion khác hạt kaolinit Bề mặt kaolinit chia thành bề mặt bề mặt CEC bề mặt phụ thuộc nhiều vào gãy liên kết tăng khuyết 5 b) tật bề mặt hay giảm kích thước hạt CEC bề mặt phản ánh toàn điện tích âm chưa cân mạng lưới cấu trúc Dung lượng trao đổi ion nói chung CEC nói riêng tính hiệu cho biết số ion cation hấp phụ lớp cấu trúc số ion cation hấp phụ lớp cấu trúc số ion cation hấp phụ lên bề mặt ngồi kaolinit Hình 1.2 cho thấy rõ vị trí trao đổi ion bên ngồi hay bên hạt kaolinit Tính chất hấp phụ Kaolinit có khả hấp phụ Độ hấp phụ khoảng từ 3% chủ yếu hấp phụ bề mặt kaolinit có giá trị sử dụng làm chất hấp phụ Cấu trúc mạng lưới Khoáng kaolinit cấu tạo thành lớp, lớp gồm tứ diện chứa cation Si4+ tâm ứng với SiO44-, bát diện chứa cation Al3+ tâm ứng với Al(OH)63- Hai lớp tạo thành gói hở có chiều dày 7.21 – 7.25 Ao nhóm OH phân bố phía Tinh thể kalinit có dạng miếng hay dạnh vảy cạnh, dường kính hạt kaolinit từ 0,1 – 0,3 um Ở vị trí đỉnh chung ion OH - bát diện thay ion O2- tứ diện cấu tạo nên bề mặt cạnh lớp gồm ion khác nhau: mặt gồm ion O2- nằm cạnh mặt gồm ion OH- Giữa hai mặt có liên kết hydro giữ chặt lớp lại Hình 1.2: Sơ đồ khơng gian mạng lưới cấu trúc kaolinit 6 Các lớp liên kết với lớp mối liên kết hydro hydroxyn (-OH) khối bát diện oxi(-O-) khối tứ diện mối liên kết hydro chặt chẽ, làm giảm q trình hydrat hóa cho lớp gắn kết để tạo thành tinh thể lớp Một tinh thể kaolinit thông thường gồm 70-100 lớp tạo thành Hình 1.3: Cấu trúc mạng lưới kaolinit Như vậy, mạng lưới kaolinit thấy oxit Al 2O3 SiO2 phân bố cách hồn tồn có trật tự mức độ phân tử nung nóng khoảng 600oC kaolinit bắt đầu bị phân hủy, tế bào mạng kaolinit phân tử nước tạo thành meta- kaolinit phân tử nước tạo thành meta- kaolinit theo phản ứng: O6Si4O4(OH)2Al4(OH)6 O6Si4O6Al4O2 + 4H2O Sản phẩm vừa phân hủy trạng thái hoạt động phản ứng hình thành mầm tinh thể sản phẩm xảy cách nhanh chóng Phản ứng xảy vùng động học 7 Hình 1.4: Cấu trúc mạng lưới meta-kaolinite Pha meta-kaolinit trở nên không bền, tự thải phân tử SiO để tạo thành spinel Si-Al: O8Si4O6Al4 SiO2 + O6Si3O6Al4 ( hay Si3Al4O12) Ứng dụng Kaolinit sử dụng gốm sứ, y tế, giấy hồ, phụ gia thực phẩm (E559), thuốc đánh răng, vật liệu khuếch tán ánh sáng số loại đèn nóng sáng cho ánh sáng trắng mỹ phẩm Nó nói chung thành phần sản xuất đồ sứ Nó sử dụng sơn để khuếch tán rộng điơxít titan (TiO2) biến đổi mức độ bóng; cao su cho tính chất bántăng cường chất kết dính để biến đổi tính chất lưu biến học[6] Ứng dụng lớn có lẽ sản xuất giấy, bao gồm việc tạo độ bóng số chủng loại giấy Các dạng kaolin phẩm cấp thương mại cung cấp vận chuyển dạng bột khô, viên nửa khô hay hồ nhão Gần hạn chế hơn, việc sử dụng dạng bình xịt với cơng thức đặc biệt áp dụng đặc biệt cho loại hoa quả, rau cỏ để xua đuổi hay ngăn chặn sâu bọ gây hại, táo để 8 ngăn ngừa cháy nắng Sử dụng truyền thống để làm dịu rối loạn dày, tương tự cách mà vẹt (và sau người) Nam Mỹ nguyên thủy sử dụng Cho tới đầu thập niên 1990, chất hoạt hóa thuốc chống tiêu chảy Kaopectate Trong tháng năm 2008, Trung tâm Nghiên cứu Y học Hải quân Mỹ thông báo việc sử dụng thành công hạt aluminosilicat kích thước nano có nguồn gốc từ kaolinit loại gạc truyền thống Phân bố Trữ lượng kaolin Việt Nam dự báo khoảng 15 triệu Kaolin tàn tích phân biệt kiểu đá gốc khác Có thể ước tính khoảng 146 mỏ điểm quặng kaolin nguồn gốc vỏ phong hóa Việt Nam, thành tạo chủ yếu giai đoạn Kainozoi: - Kaolin thành tạo đá pegmatit: Đá pegmatit xuyên cắt phức hệ Sông Hồng Sông Chảy (Phú Thọ, Yên Bái, Hà Giang) Đặc điểm chung chất lượng kaolin tốt, biểu thị qua thành phần hóa học trung bình sau: Al2O3 = 15,82-33,78%; Fe2O3 = 0,1-3,1%; SiO2 = 50-68,3%; TiO2 = < 0,09%; MKN = 4,1-6,6% Độ trắng nguyên khai: 65-85%, độ thu hồi rây 0,21 mm: 75-95% Nhiệt độ chịu lửa: 1300-14000C - Kaolin thành tạo đá xâm nhập axit - trung tính phát triển giai đoạn Neogen vùng Tây Nguyên, Quảng Nam, Thừa Thiên - Huế Kaolin có chất lượng tốt có: Al2O3 = 16,5-27,8%; Fe2O3 = 0,1-1,45%; SiO2 = 56-69,5%; TiO2 =