Cao lanh là một khoáng sét phổ biến trên thế giới và ở nước ta, đó là nguồn nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp như: xi măng, làm chất độn trong sản phẩm từ cao su, trong ngành sản xuất gốm sứ, sản xuất sợi thủy tinh, sản xuất giấy, làm phụ gia cho sơn... Ứng dụng quan trọng hơn cả của cao lanh là làm nguyên liệu cho tổng hợp zeolit, một loại vật liệu không thể thiếu trong các ngành công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công nghệ lọc hóa dầu.
Zeolit X.P1 sử dụng trong khóa luận được tổng hợp từ cao lanh miền bắcViệt Nam do bộ môn công nghệ Silicat, khóa công nghệ Hóa học trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cung cấp.
Sơ tuyển Xử lý bằng HCl Xử lý nhiệt PHỐI TRỘNKiềm Nước Thủy tinh lỏng Chất tạo phức
Kết tinh ở 100oC trong 12h Sấy
110oC, 3-5h Trao đổi ion với NH4Cl thành dạng axit
Sản phẩm (dạng bột)
Hình 1.8: Quy trình tổng hợp Zeolit từ cao lanh
Nguyên liệu được dùng là cao lanh nguyên khai loại 1 (màu trắng) và loại 2 (có màu phớt vàng). Cao lanh nguyên khai được sơ tuyển để loại bỏ cát, sỏi, các khoáng vô cơ và các chất hữu cơ… bằng cách hòa tan trong nước rồi gạn lấy phần huyền phù sạch. Quá trình lặp lại nhiều lần, huyền phù thu được lần cuối đem lọc lấy chất rắn rồi sấy khô ở 105oC, sau đó được nghiền, rây đến cỡ hạt 0,25 mm. Mẫu thu được tương ứng với cao lanh màu trắng và màu vàng kí hiệu là C1 và C2.
Các mẫu cao lanh đã sơ chế được xử lý với dung dịch HCl theo tỉ lệ rắn/lỏng = 2/3, trong 6 giờ, khuấy trộn liên tục để loại bỏ tạp chất và tăng tỉ lệ mol SiO2/Al2O3 trong cao lanh nguyên liệu. Sau phản ứng, các chất rắn được lọc, rửa bằng nước cất đến khi rửa hết ion Cl-, sấy khô ở 105oC. Cao lanh đã được sơ chế đem nung trong không khí đến 300oC với tốc độ gia nhiệt là 2oC/phút và duy trì ở nhiệt độ này trong 1 giờ, sau đó tiếp tục nâng nhiệt độ lên 600oc và duy trì trong 3 giờ.
Tiến hành phối hợp các hợp phần : kiềm, nước, thủy tinh lỏng, phức CY+
để thu được thành phầm ban đầu : 3,5Na2O.Al2O3.7SiO2.70H2O.12CY+.4NaCl (tỉ lệ mol). Sau đó già hóa mẫu ở nhiệ độ phòng trong 72h và kết tinh thủy nhiệt 100oC trong 12h tạo thành Zeolit kí hiệu YC1 và YC2
Để chuyển mẫu Zeolit NaY tổng hợp được về dạng axit, các mẫu YC được trao đổi với dung dịch NH4Cl 1N theo tỉ lệ rắn/lỏng = 1/10 (g/mol) trong 5h trên máy lắc cơ khí ở nhiệt độ phòng. Sau đó rửa sạch ion Cl-, sấy khô mẫu ở 110oC, nung trong không khí 5h ở 650oC. Quá trình trao đổi và nung được lặp lại 3 lần nhằm chuyển tối đa Zeolit ở dạng Na+ sang H+.