Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo vữa khô trong xây dựng từ bã thải bùn đỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN BÌNH PHƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA KHÔ TRONG XÂY DỰNG TỪ BÃ THẢI BÙN ĐỎ NGÀNH: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC Hướng dẫn khoa học: TS LÊ XUÂN THÀNH HÀ NỘI - 2009 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 TITAN DIÔXIT 10 1.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦ TITAN ĐIƠXIT 11 1.2.1 Các tính chất vật lí 11 1.2.2 Tính chất hóa học 13 1.2.3 Tính chất bề mặt titan điơxit 14 1.3 NGUYÊN LIỆU CHO CHẾ TẠO TITAN ĐIÔXIT 14 1.3.1 Nguyên liệu tự nhiên 15 1.3.1.1 Khoáng ilmenite 16 1.3.1.2 Khoáng Rutile 19 1.3.1.3 Khoáng Anatase 20 1.3.2 Nguyên liệu nhân tạo 20 1.3.2.1 Xỉ titan 20 1.3.2.2 Rutile tổng hợp 21 1.4 CHẾ TẠO CHẤT MÀU TiO2 TỪ KHOÁNG ILMENITE 21 1.4.1 Khai thác tinh chế quặng ilmenite từ sa khoáng bờ biển 22 1.4.2 Chế tạo chất màu titan ô xit từ ilmenite 24 1.4.2.1 Q trình sunphat chế tạo chất màu titan điơxit 25 1.4.2.2 Chế tạo chất màu titan ô xit q trình clo 31 1.5 CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT MÀU TITAN DIÔXIT 33 1.5.1 Độ tán xạ 34 1.5.2 Gam màu 34 1.5.3 Độ phân tán môi trường làm việc 35 1.5.4 Độ bóng độ bền thời tiết 35 1.5.5 Khả phối màu 36 1.6 ỨNG DỤNG CỦA CHÂT MÀU TITAN DIƠXIT 36 1.6.1 Cơng nghiệp sơn, phủ bề mặt 36 1.6.2 Mực in 37 1.6.3 Ứng dụng lĩnh vực chất dẻo 37 1.6.4 Công nghiệp sợi giấy 37 1.6.5 Công nghiệp vật liệu ceramic 37 1.6.6 Ứng dụng lĩnh vực khác 37 PHẦN II PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 NGUYÊN LIỆU 38 39 2.1.1 Khống ilmenite 39 2.1.2 Hóa chất nguyên liệu khác 39 2.2 THIẾT BỊ 39 2.3 THỰC NGHIỆM 40 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 41 2.4.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 41 2.4.2 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 43 2.4.3 Phương pháp phân tích nhiệt DSC 45 PHẦN III KẾT QUẢ THẢO LUẬN 47 3.1 XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH NGUYÊN LIỆU ILMENITE 48 3.1.1 Xác định độ ẩm ikhoáng lmenite 48 3.1.2 Khảo sát chế độ nghiền khoáng 48 3.1.3 Xác định thành phần pha khoáng ilmenite 49 3.2 NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ … 49 3.2.1 Lượng axit lý thuyết lượng axit thực tế 50 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ H2SO4 lên hiệu suất phân hủy 51 3.2.3 Ảnh hưởng cỡ hạt lên hiệu suất phân hủy 53 3.3 KHẢO SÁT Q TRÌNH HỊA TÁCH 55 3.3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ hòa tách đến hiệu suất tạo thành TiO2 56 3.3.2 nh hưởng nhiệt độ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 58 3.3.3 Khảo sát trình khử tách sắt khỏi dung dịch 61 3.4 KHẢO SÁT QUÁ SỰ THỦY PHÂN 63 3.4.1 Xác định đặc tính biến đổi theo nhiệt độ kết tủa 64 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ lên hiệu suất tạo thành TiO2 64 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ TiOSO4 dung dịch 66 3.5 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NUNG SẢN PHẨM 67 PHẦN IV KẾT LUẬN 73 PHẦN V KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tôi, số liệu kết luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng không chép tài liệu khoa học Tác giả Nguyễn Nguyên Ngọc LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Lê Xuân Thành, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn tới thầy, Bộ môn Công nghệ Các chất vô - Khoa Cơng nghệ Hóa học - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội hỗ trợ, tạo điều kiện cho trình thực luận văn Nhân dịp này, xin gửi lời cảm ơn tới Viện Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu thực đề tài tốt nghiệp Xin bày tỏ lòng cảm ơn tới bạn đồng nghiệp, anh chị khóa học 2007 - 2009 sát cánh tôi, giúp đỡ suốt thời gian qua Và tất cả, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến cha, mẹ thân sinh tơi, gia đình anh em động lực niềm tin để vững bước đường khoa học thời gian qua mai sau Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Nguyễn Nguyên Ngọc DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN STT Bảng Nội dung Tran g Bảng 1.1 Sản lượng chất màu titan diôxit giới thời kỳ 10 Bảng 1.2 Thông số mạng tinh thể TiO2 dạng thù hình khác 12 Bảng 1.3 Nguyên liệu cho chế tạo titan điôxit 15 Bảng 1.4 Thành phần quặng ilmenite 16 Bảng 1.5 Dự trữ khoáng ilmenite giới 28 Bảng 1.6 Thành phần khoáng rutile số nơi giới 19 Bảng 2.1 Thành phần khoáng ilmenite Hà Tĩnh 39 Bảng 3.1 Ảnh hưởng thời gian nghiền lên kích thước hạt khống 48 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nồng độ axit lên hiệu suất phân hủy khoáng 52 10 Bảng 3.3 Ảnh hưởng cỡ hạt lên độ phân hủy khoáng ilmenite 54 11 Bảng 3.4 Ảnh hưởng tỷ lệ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 57 12 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ hòa tách tới hiệu suất tạo thành TiO2 59 13 Bảng 3.6 Khảo sát trình khử tách ion sắt khỏi dung dịch 62 14 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân tới hiệu suất tạo thành TiO2 65 15 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch lên hiệu suất thủy phân 66 16 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ nung lên dạng pha tinh thể sản phẩm 68 DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN STT Hình Nội dung Trang Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng rutile 11 Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng rutile (a), anatasa (b), brookite (c) 12 Hình 1.3 Sự biến đổi tính chất bề mặt TiO2 theo điều kiện mơi trường 14 Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyền tách tinh chế khoáng ilmenite 23 Hình 1.5 Sơ đồ chế tạo chất màu titan diơxit q trình sunphat 26 Hình 1.6 Sơ đồ dây chuyền sản xuất titan diôxit q trình clo 31 Hình 2.1 Khống ilmenite Hà Tĩnh tinh chế 39 Hình 2.2 Thiết bị lị nung ống Tube Furnance 21100 40 Hình 2.3 Sự nhiễu xạ chùm tia X mạng tinh thể 42 10 Hình 2.4 Sơ đồ máy nhiễu xạ tia X phân tích tinh thể học 42 11 Hình 2.5 Tương tác chùm tia electron lượng cao với vật liệu 44 12 Hình 2.6 Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua đại 44 13 Hình 3.1 Phổ XRD khống ilmenite ngun liệu 49 14 Hình 3.2 Ảnh hưởng nồng độ axit sunphuric lên hiệu suất phân hủy 53 15 Hình 3.3 16 Hình 3.4 Hình ảnh dung dịch sau lọc bã rắn, chưa tách muối sắt 55 17 Hình 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 57 18 Hình 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 60 19 Hình 3.7 Hình ảnh dung dịch thu sau trình thủy phân 63 20 Hình 3.8 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu kết tủa chưa nung 64 21 Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân lên hiệu suất tạo thành TiO2 65 22 Hình3.10 Ảnh hưởng nồng độ TiOSO4 lên hiệu suất tạo thành TiO2 67 23 Hình3.11 Giản đồ XRD mẫu sản phẩm nung chế độ khác 69 24 Hình3.12 Ảnh TEM sản phẩm TiO2 72 Ảnh hưởng kích thước hạt lên hiệu suất phân hủy khống ilmenite 55 MỞ ĐẦU Titan diơxit chất màu trắng quan trọng chất màu thuộc loại này, sử dụng rộng rãi với khối lượng lớn nhiều ngành công nghiệp dân dụng sơn chất phủ bề mặt, giấy sợi, nhựa chất dẻo, gốm sứ thủy tinh, mỹ phẩm, xúc tác quang hóa, Sản lượng sản xuất chất lượng chất màu titan diôxit giới khơng ngừng tăng theo thời gian Khống ilmenite nguyên liệu đầu quan trọng để chế tạo chất màu titan diôxit công nghiệp Trong tự nhiên imenite tồn với số khoáng khác titan, sắt hay zircon, … dạng mỏ quặng lòng đất dạng sa khống bờ biển hay cịn gọi cát biển Việt Nam số nước giới có trữ lượng khống ilmenite dồi dào, ilmenite nước ta lại phần lớn dạng cát biển nên có hàm lượng TiO2 cao lại dễ khai thác tinh chế Đó thực thuận lợi lớn để phát triển ngành công nghiệp chất màu titan diơxit Theo nghiên cứu khảo sát, khống ilmenite nước ta dạng cát biển phân bố dọc theo bờ biển tỉnh từ Bắc Trung Bộ đến duyên hải Nam Trung Bộ, tập trung nhiều tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quãng Trị, Thừa Thiên- Huế, Ninh Thuận, Bình Thuận, … Cịn dạng mỏ quặng tìm thấy Thái Nguyên số vùng lân cận Tuy nhiên có thực tế đáng tiếc lượng ilmenite Việt Nam chủ yếu khai thác, sơ chế xuất dạng khống thơ Mặc dù nhu cầu TiO2 thành phẩm nước ta lớn tương lai cịn tăng cao phát triển công nghiệp đời sống Chúng ta xuất 68 TiO2, em tiến hành nung kết tủa nhiệt độ khác nhau, bảng 3.9 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ nung lên dạng pha tinh thể sản phẩm Mẫu Nhiệt độ nung, 0C Thời gian, Pha tinh thể T0 110 (sấy) 10 Anatase T1 640 Anatase Anatase + rutile Anatase+rutile Chủ yếu rutile T2b Điều kiện chế tạo Mẫu C3-3-3-1 740 T2c T3 920 Để đánh giá dạng pha tinh thể sản phẩm, mẫu bảng chụp phổ nhiễu xa tia X máy D8 ADVANCE-Bruker, Khoa Hóa học, trường đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH QGHN Kết sau 69 Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T0 500 400 d=3.524 Lin (Cps) 300 100 d=1.688 d=1.902 d=2.366 200 20 30 40 50 2-Theta - Scale File: NgocBK T0 (lan2).raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 86.66 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - Hình 3.11a Giản đồ XRD mẫu kết tủa chưa nung (mẫu T0) Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T1 d=3.517 500 400 Lin (Cps) 300 d=2.334 d=2.433 100 d=1.667 d=1.702 d=1.892 d=2.381 200 20 30 40 50 2-Theta - Scale File: NgocBK T1 (lan2).raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.0 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 69.51 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - Hình 3.11b Giản đồ XRD mẫu sản phẩm nung 6400C (mẫu T1) 70 Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T2b 800 d=3.515 700 600 400 d=1.624 d=2.186 d=2.487 100 d=2.429 d=3.248 200 d=2.330 d=2.381 d=1.700 300 d=1.665 d=1.890 Lin (Cps) 500 20 30 40 50 2-Theta - Scale File: NgocBK T2b.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 85.27 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 00-021-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 16.86 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.59330 - b 4.59330 - c 2.95920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - - 62.4 Hình 3.11c Giản đồ XRD mẫu sản phẩm nung 7400C 1h (mẫu T2b) Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T2c 1200 d=3.519 1100 1000 900 800 600 500 d=1.626 d=1.665 d=1.701 d=1.688 d=1.892 d=2.188 100 d=2.332 d=2.487 200 d=2.432 300 d=2.382 400 d=3.249 Lin (Cps) 700 20 30 40 50 2-Theta - Scale File: NgocBK T2c (lan2).raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 48.37 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 00-021-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 14.09 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.59330 - b 4.59330 - c 2.95920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - - 62.4 Hình 3.11d Giản đồ XRD mẫu sản phẩm nung 7400C 2h (mẫu T2c) 71 Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T3 d=3.247 1000 900 800 d=1.688 700 500 d=2.490 d=1.625 d=1.666 d=1.701 100 d=1.892 d=2.381 200 d=2.055 300 d=2.188 d=3.519 400 d=2.300 Lin (Cps) 600 20 30 40 50 2-Theta - Scale File: NgocBK T3 (lan2).raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 23.66 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 00-021-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 79.55 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.59330 - b 4.59330 - c 2.95920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - - 62.4 Hình 3.11e Giản đồ XRD mẫu sản phẩm nung 9000C (mẫu T3) Nhận xét: Dựa vào giản đồ XRD ta thấy, Với mẫu sản phẩm chưa nung có tạo thành pha tinh thể TiO2 anatase (mẫu T0-hình 3.11a) Điều giải thích q trình thủy phân nhiệt độ cao (trên 1000C) kết tủa hình thành có cấu trúc pha tinh thể Với mẫu nung 6400C (mẫu T1-hình 3.11b)) sản phẩm thu chứa TiO2 anatase Khi nhiệt độ nung tăng lên (7400C- mẫu T2b, T2c-hình 3.11c 3.11d, tương ứng) bắt đầu xuất pha rutile bên cạnh anatase Nhiệt độ tăng (9000C-mẫu T3-hình 3.11e) pha rutile xuất nhiều pha anatase dần biến Diều phù hợp với lý thuyết nhiệt độ tăng có chuyển pha từ TiO2 anatase sang TiO2 rutile Kết chụp ảnh TEM mẫu TiO2 nung nhiệt độ 9000C đây: 72 Hình 3.12 Ảnh TEM sản phẩm TiO2 Nhận xét: Từ ảnh TEM ta thấy chất màu TiO2 thu hạt gần với hình cầu, đường kính hạt khoảng 20 – 30 nm 73 PHẦN IV KẾT LUẬN Dựa vào kết đạt trình bày trên, rút kết luận sau: − Đã chế tạo thành công chất màu titan diơxit phương pháp sunphat từ khống ilmenite Hà Tĩnh Chất màu titan diơxit thu có độ trắng tương đối cao, hạt hình cầu với kích thước khoảng 20 ÷ 30 nm − Điều kiện thích hợp cho chế tạo TiO2 từ ilmenite Hà Tĩnh là: Nồng độ axit sunphuric 90%, lượng axit lấy dư 50% so với giá trị lý thuyết, phân hủy khoáng nhiệt độ khoảng 2000C giữ nhiệt Với cỡ hạt nguyên liệu ≤ 0,09 mm hiệu suất phân hủy quặng đạt 86,7% − Về vấn đề hòa tách khối cake sau phân hủy, kết nghiên cứu để đạt hiệu suất tạo thành TiO2 cao nhất, trình hòa tách phải tiến hành 700C tỉ lệ hịa tách 1/6 (g/ml) − Điều kiện thích hợp trình thủy phân dung dịch TiOSO4 nhiệt độ 100 ÷ 110 0C, nồng độ TiOSO4 0,32 ÷ 0,48 M, tương đương với mức độ pha lỗng dung dịch hịa tách theo tỉ lệ pha lỗng 1:1 1:2, tương ứng Khi hiệu suất tạo thành TiO2 đạt 67,9 65,4 tương ứng Việc tăng mức độ pha lỗng dung có tác dụng tăng hiệu suất tạo thành TiO2 song tăng lượng dung dịch thao tác, tốn lượng gia nhiệt tăng lượng nước thải, khó tuần hồn axit nên tốt nên trì điều kiện vừa nêu − Quá trình nung sản phẩm: Khi nhiệt độ nung cao sản phẩm thu chủ yếu TiO2 rutile, ngược lại thu TiO2 anatase Sản phẩm anatase hình thành kết tủa, chưa qua nung Cụ thể, nung kết tủa nhiệt 74 độ 6400C thu TiO2 chứa pha tinh thể anatase Còn nung nhiệt độ 10000C thu sản phẩm TiO2 có pha rutile 75 PHẦN V KIẾN NGHỊ Như trình bày, vấn đề sản xuất chất màu TiO2 từ ilmenite có nhiều ý nghĩa khoa học thực tiễn tình hình Việt Nam nay, nhằm ngăn chặn tượng “chảy máu tài nguyên” xuất khống thơ Cơng trình điều chế TiO2 với chất lượng tương đối cao, khảo sát đưa số thông số công nghệ quan trọng Song vấn đề cần nhận quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học, đầu tư thích đáng Nhà nước để hình thành quy trình cơng nghệ hồn chỉnh, áp dụng vào thực tế cơng nghiệp nước nhà 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Inoganic Pigment, Vol A20 DIALOG Ondisc®Books, Kirk-Othmer Encynlopedia of Chemical Technology M.J Gázquez, et al Physicochemical charaterization of raw materials anh co-products from the titanium dioxide industry, Journal of Hazardous Material 166 (2009) 1429 – 1440 Juergen H Braun, et al TiO2 pigment technology: a revew, Progress in Organic Coatings 20 ((1992) 105 – 138 Youngjie Zhang, et al A novel preparation of titanium dioxide from titanium slag, Hydrometallurgy 96 (2009) 52 – 56 Saeed Farrokhpay, A review of polymeric dispersant stabilisation of titanium dioxide, Advances in Colloid and Interface Science 151 (2009) 24 – 32 Gayle E Morris, et al Surface chemistry and rheological behavious of titania pigment suspensions, Colloids and Surfaces 155 (1999) 27 – 41 An Cheng Lee, et al Preparation and charaterization of novel photocatalysts with mesoporous titanium dioxide (TiO2) via a sol – gel method, Materials Chemistry and Physics 109 (2008) 275 – 280 http://www.docbrown.info/page07/extratrans.htm#Potential 77 10 http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy 11 Jim Cook Outlook for TiO2 feedstock Industry, TiO2 2005 Intertech Conference, March 4, 2005, Cannes, France 12 S Sivakumar, et al Sol-gel Synthesis of anatase nanosized from titanyl sulfate Materials Letters 57 (2002) 330 – 335 13 Paula A.A.P Marques, et al Titanium dioxide/cellulose nanocomposites prepared by controlled hydrolysis method Composites Science and Technology 66 (2006) 1038 – 1044 14 V Ahmed Yasir, et al Preparation of high surface area TiO2 by thermal hydrolysis of titanyl sulphate solution International of Inorganic Materials (2001) 593 – 596 15 T Chernet Applied mineralogical studiesAustralian sand ilmenite concentrate with special reference to its behaviour in the sulphate process Mineral Engineering Vol 12, No 5, p 485 – 495 (1999) 16 Chun Li, et al Preparation of porous rutile titania from ilmenite by mechanical activation and subsequent sulfuric acid leaching Microporous and Mesoporous Materials 115 (2008) 293 – 300 17 Xu Tongwen, et al Sulfuric acid recovery from titanium white pigment waste liquor using diffusion dialysis with a new series of anion 78 exchange membrances – static runs Journal of Membrance Science 183 (2001) 193 – 200 18 Yurri V Kolen' ko, et al Synthesis of nanocrystalline TiO2 powder from aqueous TiOSO4 solutions under hydrothermal conditons Materials Letters 57 (2003) 1124 – 1129 19 Solid state chemistry Chapman and Hall, 1993 20 Oxtoby, Nachtrieb, Freeman Chemistry - Science of the change Saunders College Publishing, 1994 21 Trần Ngọc Mai, Hoàng Nhâm (dịch) Thuốc thử hóa học tinh khiết NXB Khoa học, 1969 22 Quan Hán Khang, Trịnh Hân, Lê Nguyên Sóc, Tinh thể học đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội (1979) 23 Từ Văn Mặc Phân tích hóa lý phương pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội (2003) 24 La Văn Bình Khoa học công nghệ vật liệu, NXB Đại học Bách Khoa, Hà Nội (2007) 79 TÓM TẮT LUẬN VĂN Chất màu TiO2 sử dụng nhiều nghành công nghiệp dân dụng, sơn phủ, chất dẻo giấy, gốm sứ thủy tinh, Phần lớn lượng chất màu chế tạo từ khống ilmenite FeTiO3 Cơng trình nghiên cứu đề cập đến trình chế tạo chất màu TiO2 từ ilmenite Hà Tĩnh theo trình sunphat Sản phẩm thu chất màu TiO2 có độ tinh khiết tương đối cao, với pha tinh thể anatase rutile phụ thuộc vào nhiệt độ trình nung Phương pháp chế tạo chất màu TiO2 theo trình sunphat dựa sở phân hủy ilmenite axit sunphuric đặc nhiệt độ cỡ 2000C để tạo hỗn hợp đóng rắn, hỗn hợp đóng rắn sau hịa tách phần bã rắn lại chưa bị phân hủy Dung dịch tạo thành tinh chế vào thủy phân để tạo kết tủa titan diôxit ngậm hai nước Cuối cùng, kết tủa titan di ô xit ngậm hai nước nung nhiệt độ từ 6400C ÷ 9000C tủy thuộc vào sản phẩm mong muốn thu Kết khảo sát điều kiện thích hợp cho việc chế tạo chất màu TiO2 từ ilmenite, sau đây: Điều kiện phân hủy xác định là: kích thước hạt khống ilmenite sau nghiền nhỏ 0,09 mm, phân hủy khoáng axit sunphuric 90% với tỉ lệ khối lượng ilmenite/thể tích axit = 1:1,1 (g/ml) nhiệt độ 2000C Với điều kiện này, mước độ chuyển hóa Ti ilmenite đạt 86,7% Điều kiện hòa tách thủy phân xác định hòa tách cake tạo dung dịch axit sunphuric lỗng 0,005M với tỉ số khối lượng ilmenite/thể tích dung dịch hòa tách = 1/6 (g/ml) nhiệt độ 700C Dung dịch tạo sau q trình hịa tách làm thủy phân nhiệt độ 100 ÷ 1100C Kết tủa hình thành có cấu trúc tinh thể dạng anatase TiO2 Nghiên cứu trình nung cho thấy, nung kết tủa nhiệt độ 9000C (hoặc cao hơn) sản phẩm thu TiO2 với dạng pha tinh thể rutile Trong trường hợp ngược lại, nung kết tủa nhiệt độ thấp thu TiO2 với cấu trúc tinh thể dạng anatase 80 Từ khóa: Chất màu, titan diơxit, q trình sunphat, khoáng ilmenite, titanyl sunphat 81 Abstract TiO2 pigments are used in various fields of industries and domestic such as paint and coating, plastic and paper, ceramic and glass, A mainly part of these products are produced from ilmenite (FeTiO3) by either sulfate or chloride process This project aimed to research on the preparation of titanium dioxide pigments from Ha Tinh imenite deposits by sulfate process The obtained TiO2 pigments have high purity and exist in either anatase or rutile crystalline phases depend on calcination temperature The sulfate process based on the digestion of ilmenite with concentrated sulfuric acid at ca 2000C to make a cake, then the cake is dissoluted to separate the residual solids, the resulting solutions are purified and hydrolized to make titania dihydrate preciptations Finally, the titania dehydrate precioitations are calcined at 640 ÷ 9000C depends on the desired products The investigation reveals that the optimum conditions for preparing titanium dioxide pigments are as follows: Conditions of digesting are defined: grinding ilmenite with particales size less than 0,09 mm, digesting ilmenite by sulfuric acid 90% in ratio of ilmenite/acid = 1:1.1(g/ml) at temperature of 2000C for hours In this conditions, the productivity of transformation of titanium from ilmenite is 86.7% Conditions of dissoluting and hydrolizing are defined as dissoluting the cake by weak sulfuric acid 0.005M in ratio weight of ilmenite/valume of dissoluting solution = 1/6 (g/ml) at temperature of 700C The solution obtained after dissoluting then purified and hydrolized at 100 ÷ 1100C for hours The resulted preciptates have anatase crystalline phases Researching on the calcination shown that when the preciptates are calcined at temperature of 9000C (and above), the rutile modification of titanium dioxide is obtained Contrary to this case, when the calcination temperature is lower, the anatase modification of titanium dioxide is obtained 82 Key words: Pigments, titanium dioxide, sulfate process, ilmenite deposits, titanyl sulfate ... 1.4 CHẾ TẠO CHẤT MÀU TiO2 TỪ KHOÁNG ILMENITE 21 1.4.1 Khai thác tinh chế quặng ilmenite từ sa khoáng bờ biển 22 1.4.2 Chế tạo chất màu titan xit từ ilmenite 24 1.4.2.1 Q trình sunphat chế tạo. .. mà em chọn đề tài tốt nghiệp ? ?Nghiên cứu chế tạo chất màu TiO2 từ khoáng ilmenite Hà Tĩnh” Nhiệm vụ đề tài từ khoáng ilmenite Hà Tĩnh (loại dùng cho xuất khẩu) chế tạo chất màu TiO2 theo trình... cỡ hạt tối ưu trình chế tạo chất màu TiO2 sau 1.4 CHẾ TẠO CHẤT MÀU TITAN ĐIÔXIT TỪ KHOÁNG ILMENITE Trên giới, ilmenite nguyên liệu đầu phổ biến quan trọng cho công nghiệp chế tạo chất màu titan