- DTA (Differential Thermal Analysis): Phân tích nhiệt vi sai, cho biết quá trình xảy ra là toả nhiệt hay thu nhiệt.
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Chất màu cho gốm sứ yêu cầu pha tinh thể nền phải bền nhiệt, bền với các thành phần hoá học của men và xƣơng gốm khi nung ở nhiệt độ cao (1000oC ÷ 1250oC) trong môi trƣờng oxi hoá cũng nhƣ môi trƣờng khử [11]. Spinel là tinh thể bền, có hệ số giãn nở nhiệt khá tƣơng thích với hệ số giãn nở nhiệt của men gốm sứ nên chất màu trên mạng lƣới tinh thể nền spinel khi đƣợc sử dụng trong men với hàm lƣợng cao (có thể đến 10% khối lƣợng men) vẫn không gây các khuyết tật do sai lệch hệ số giãn nở nhiệt của men. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hình thành pha nền spinel và khảo sát sự thay thế các cation kim loại chuyển tiếp Co2+
, Cr3+ vào mạng lƣới spinel để hình thành dung dịch rắn bền, có màu sắc phù hợp để làm chất màu gốm sứ.
3.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền spinel
3.1.1. Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp gốm truyền thống
Để chuẩn bị phối liệu điều chế spinel theo phƣơng pháp gốm truyền thống, chúng tôi sử dụng các nguyên liệu: nhôm hydroxit Al(OH)3, 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O hay bột MgO. Hàm lƣợng Al2O3 và MgO của nguyên liệu đƣợc kiểm tra bằng phƣơng pháp chuẩn độ complexon. Kết quả đƣợc trình bày ở Bảng 3.1.
Bảng 3.1. % khối lượng các oxit Al2O3 và MgO trong nguyên liệu
Oxit (%) Nguyên liệu
4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O MgO Al(OH)3
MgO 40,0 61,0 _
Al2O3 _ _ 65,4
Nhận xét:
- Số liệu thực nghiệm ở Bảng 3.1 cho thấy bột Al(OH)3 chứa 65,4% Al2O3 theo khối lƣợng.
Theo lý thuyết: Al(OH)3 0,5 Al2O3 + 1,5 H2O (3.1) 78 g 51g
28
% Al2O3 theo lý thuyết = 51
78. 100 = 65,38% : phù hợp kết quả thực nghiệm (65,4%), nên bột Al(OH)3 đƣợc sử dụng là nguyên chất (M = 78).
- Kết quả phân tích cho thấy muối 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O chứa 40% MgO theo khối lƣợng (Bảng 3.1).
Theo lý thuyết:
4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O 5 MgO + 7 H2O + 4 CO2 (3.2) 502g 200g
% MgO theo lý thuyết = 200
502. 100 = 39,84% : phù hợp kết quả thực nghiệm (40%), nên bột 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O đƣợc sử dụng là nguyên chất (M = 502).
- Kết quả phân tích cho thấy bột MgO chứa 61% MgO về khối lƣợng, nhƣ vậy bột MgO không nguyên chất mà có thể đã bị hydrat hóa một phần. Do tích số tan của Mg(OH)2 bằng 5,6.10-12: rất bé hơn tích số tan của MgCO3 (6,8.10-6) [19] nên theo chúng tôi, trong không khí MgO sẽ bị ƣu tiên chuyển dần thành Mg(OH)2 chứ không phải MgCO3. Đặt công thức bột MgO đƣợc sử dụng là MgO.xH2O. Ta có:
40
40+18𝑥. 100 = 61 x = 1,42
bột MgO sử dụng thực ra có công thức MgO.1,42H2O hay Mg(OH)2.0,42 H2O (M = 65,56).
Dựa vào kết quả ở Bảng 3.1, chúng tôi chuẩn bị phối liệu để điều chế spinel đi từ các nguyên liệu trên, sao cho tỷ lệ mol MgO/Al2O3 bằng 1:1 đúng với tỷ lệ
hợp thức của spinel. Ký hiệu và thành phần phối liệu của các mẫu khảo sát đƣợc trình bày ở Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Thành phần phối liệu của các mẫu M và N
Mẫu
Nguyên liệu (gam) 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O M = 502 MgO.1,42H2O M = 65,56 Al(OH)3 M = 78 N 15,06 _ 23,4 M _ 9,84 23,4
29 Trong đó:
+ N là mẫu phối liệu đƣợc điều chế từ 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O và Al(OH)3. Để đảm bảo tỷ lệ mol MgO/Al2O3 bằng 1:1 thì tỷ lệ mol 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O /Al(OH)3 = 1:10, nên N có phân tử lƣợng bằng 1282 g.
+ M là ký hiệu của mẫu đi từ MgO và Al(OH)3 với tỷ lệ mol MgO.1,42H2O/Al(OH)3 = 1:2, nên M có phân tử lƣợng bằng 221,56 g.
Để làm giảm cấp hạt của phối liệu, đồng thời đảm bảo độ đồng nhất, tăng diện tích tiếp xúc, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng pha rắn sau này, chúng tôi nghiền bi ƣớt phối liệu trong máy nghiền hành tinh với dung môi nƣớc trong thời gian 2 giờ. Mẫu sau khi nghiền đƣợc sấy khô ở 100o
C đến khối lƣợng không đổi. Để khảo sát quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung nhằm tìm nhiệt độ nung sơ bộ và nhiệt độ nung tạo pha spinel phù hợp, chúng tôi tiến hành ghi giản đồ phân tích nhiệt DTG-DSC của các mẫu. Giản đồ phân tích nhiệt đƣợc ghi trên máy Labsys TG/DSC SETARAM (Pháp) tại Khoa Hoá học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội với tốc độ nâng nhiệt 5o
C/phút, nhiệt độ nung cực đại là 1200oC. Kết quả đƣợc trình bày ở Hình 3.1 và 3.2.