3.3.1. Cách tiến hành
Tiến hành nung các hỗn hợp phối liệu trong cốc sự chịu nhiệt với tỷ lệ cát và soda cho vào là 1,6 và 2,6. Quá trình nung được thực hiện bởi lò nung Nabertherm ở nhiệt độ 1075°C cho mẫu có tỷ lệ SiO2/Na2CO3 bằng 1,6 và 1150°C cho mẫu có tỷ lệ SiO2/Na2CO3 bằng 2,6 lần lượt ở các thời gian lưu khác nhau từ 30 phút đến 120 phút. Nguyên liệu cho vào là cát và soda đều phải ở dạng bột mịn và phải được trộn đều vào nhau. Lấy 2,5 g thủy tinh vụn thu được sau khi nung đem đi nghiền mịn rồi hòa tan bằng nước sôi. Lọc để tách cặn ra khỏi dung dịch thủy tinh lỏng. Lấy dung dịch thủy lỏng đi chuẩn độ để xác định hàm lượng Na2O, hàm lượng SiO2, pH dung dịch,… Phần cặn thu được trên giấy lọc đem đi sấy khô rồi cân để xác định hàm lượng chất không tan trong sản phẩm.
Chất lượng thủy tinh lỏng được kiểm tra theo tiêu chuẩn 64-TCN 38-86 (xem phụ lục).
3.3.2. Kết quả
Sau khi tiến hành kiểm tra chất lượng thì thu được kết quả trong bảng 5 và bảng 6:
Bảng 5 – Hàm lượng Na2O và hàm lượng SiO2 trong điều kiện tỷ lệ phối liệu SiO2/Na2CO3 là 1,6 và được nung ở 1075ºC
Bảng 6 – Hàm lượng Na2O và hàm lượng SiO2 trong điều kiện tỷ lệ phối liệu SiO2/Na2CO3 là 2,6 và được nung ở 1150ºC
Thời gian lưu (phút) VHCl 0,2N (ml) VHCl 0,2N thêm vào (ml) VNaOH 0,2N (ml)
%Na2O %SiO2 m1 (g) m2 (g) % cặn không tan
30 1,65 10 2,4 20,46 45,59 1,42 2,15 29,2
60 1,8 10 1,35 22,32 51,89 1,43 2 22,8
90 1,7 10 1,55 21,08 50,85 1,42 1,94 20,8
120 1,75 10 1,1 21,7 53,39 1,41 1,89 19,2
Thời gian lưu (phút) VHCl 0,2N (ml) VHCl 0,2N thêm vào (ml) VNaOH 0,2N (ml)
%Na2O %SiO2 m1 (g) m2 (g) % cặn không tan
30 2,4 8 1,3 29,76 40,36 1,41 1,85 17,6
60 2,35 8 1,1 29,14 41,50 1,42 1,75 13,2
90 2,4 8 0,7 29,76 43,82 1,42 1,7 11,2
3.3.3. Biện luận kết quả
Sử dụng kết quả ở bảng 5 ta vẽ được đồ thị sau:
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 20 40 60 80 100 120 140
Series1 Series2 % c?n không tan
Hình 32 – Đồ thị hàm lượng Na2O, SiO2 và cặn không tan theo thời gian lưu
(SiO2/Na2CO3 = 1,6)
Theo đồ thị thì hàm lượng Na2O không đổi và hàm lượng SiO2 thì tăng theo thời gian phản ứng. Do hàm lượng Na2O trong thủy tinh lỏng thu được phụ thuộc vào cả vào lượng thủy tinh tan sinh ra và lượng Na2CO3 chưa phản ứng hết còn lại sau phản ứng. Nên tổng hàm lượng Na2O là không đổi. Nói cách khác là hàm lượng Na2O trong thủy tinh lỏng thu được chỉ phụ thuộc vào tỷ lệ SiO2/Na2CO3 cho vào hỗn hợp phối liệu ban đầu chứ không phụ thuộc vào thời gian phản ứng. Còn hàm lượng SiO2 trong thủy tinh lỏng thì chỉ phụ thuộc vào lượng silicate sinh ra nên thời gian phản ứng càng lâu, hiệu suất phản ứng càng lớn, lượng silicate sinh ra càng nhiều nên hàm lượng SiO2 trong sản phẩm càng lớn. Điều này còn làm cho hàm lượng cặn không tan trong sản phẩm thủy tinh tan giảm xuống rõ rệt theo thời gian.
Mạt khác, module của thủy tinh lỏng phụ thuộc cả vào hàm lượng Na2O lẫn hàm lượng SiO2. Nhưng hàm lượng Na2O lại không đổi nên module của thủy tinh lỏng chỉ còn phụ thuộc vào hàm lượng SiO2. Cụ thể là module của thủy tinh lỏng thu được sẽ tăng cùng với hàm lượng SiO2 theo thời gian phản ứng. Nhưng thời gian phản ứng càng lâu thì độ tăng của hiệu suất phản ứng cũng như độ tăng hàm lượng SiO2 và module thủy tinh lỏng thu được sẽ giảm xuống. Do đó, trong sản xuất để có hiệu quả
%Na2O %SiO2 % Cặn không tan %
kinh tế thì phải chọn thời gian lưu vừa phải. Vì nếu như chọn thời gian lưu quá lâu thì chi phí năng lượng sẽ tăng lên nhiều trong khi chất lượng sản phẩm không tăng thêm bao nhiêu. Điều này được thể hiện rõ hơn trong đồ thị dưới đây:
1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 0 20 40 60 80 100 120 140 Series1 Series2
Hình 33 – Đồ thị module thực tế thủy lỏng theo thời gian lưu
(SiO2/Na2CO3 = 1,6)
Theo đồ thị ta thấy thì từ phút 90 trở đi module của thủy tinh tan không tăng thêm bao nhiêu. Do đó trong trường hợp này thì thời gian lưu thích hợp là 90 phút.
0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140
Series1 Series2 % c?n không tan
Hình 34 – Đồ thị hàm lượng Na2O, SiO2 và cặn không tan theo thời gian lưu (SiO2/Na2CO3 = 2,6)
n lý thuyết n thực tế
%Na2O %SiO2 % Cặn không tan n
phút
%
Tương tự cho trường hợp này, hàm lượng SiO2 và module thủy tinh tan cũng tăng theo thời gian phản ứng. Nhưng thủy tinh tan có module càng cao thì thì tốc độ phản ứng càng chậm. Vì theo đồ thị thì hàm lượng SiO2 có tăng nhưng khá chậm theo thời gian phản ứng. Điều này còn được thể hiện trong đồ thị dưới đây:
2.25 2.3 2.35 2.4 2.45 2.5 2.55 2.6 2.65 0 20 40 60 80 100 120 140 Series1 Series2
Hình 35 – Đồ thị module thực tế thủy tinh lỏng theo thời gian lưu (SiO2/Na2CO3 = 2,6)
Nếu như so với trường hợp module là 1,6 thì trường hợp này có độ tăng hiệu suất phản ứng (tức là module thủy tinh tan thu được) chậm hơn. Nên nếu muốn thu được sản phẩm có cùng chất lượng với trường hợp trên thì trường hợp này phải cần có thời gian phản ứng lâu hơn. Vì vậy thời gian phản ứng thích hợp cho trường hợp này là 120 phút.
n lý thuyết n thực tế
%
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ