dung dịch axit.
2.1 Thử nghiệm phương pháp hòa tan ôxyt nhôm trong bôxit bằng phương pháp axit.
Phương trình phản ứng:
Al2O3 + 3 H2SO4 + 15 H2O Al2(SO4)3.18 H2O
Al2(SO4)3.18 H2O + 6 NaOH 2.Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 18 H2O
Tiến hành nung mẫu quặng bôxit tại nhiệt độ 330, 350, 400, 500, 600oC. Sau
đó thực hiện cân 50 g quặng bôxit sau nung tại các nhiệt độ trên trong 500ml dung dịch axit sulphuric 10% tại nhiệt độ 65-100oC, lọc kết cặn được dung dịch thực hiện phản ứng với NaOH thu được hydroxyt nhôm. Qúa trình phản ứng diễn ra hiệu quả tốt, nhưng bản chất trong quặng bôxit Lâm Đồng hàm lượng Fe2O3 cao (Hyđrôgơtit - Fe2O3.H2O 21%) quá trình lắng lọc loại bỏ kết tủa Fe(OH)3 gặp rất nhiều khó khăn, giá thành quặng bôxit Lâm Đồng sau khi chế biến khoảng 6000đ/kg vì vậy nhóm đề tài đánh giá phương pháp hòa tan ôxyt nhôm trong bôxit bằng axit không hiệu quả.
2.2 Thử nghiệm phương pháp hòa tan ôxyt nhôm trong caolanh bằng phương pháp axit.
Bảng 4 thành phần hóa học một số loại caolanh Yên Bái
stt Chỉ tiêu (%) K55 K65 K80 K85 1 SiO2 50 49 48 46 2 Al2O3 30 32 34 37 3 Fe2O3 1.1 0.9 0,4 0.2 4 TiO2 0.2 0.15 0.1 0.05 5 CaO 0.5 0.6 0.56 0 6 MgO 0.1 0.1 0.1 0.02 7 K2O 1.7 1.8 1.81 0.42 8 Na2O 0.3 0.2 0,2 0.03 9 MKN 10-14 10-14 10 -14 15-17
Quá trình biến đổi của caolanh khi nung:
450 – 550 oC 925 oC
Al2Si2O8(OH)4 Al2Si2O7 + 2 H2O 2Al2O3.SiO2 + SiO2 meta Kaolin silicon spinen
Thực hiện khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung cao lanh đến khả năng hòa tan của Al2O3 trong dung dịch axit H2SO4,
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tan đến khả năng hòa tan của Al2O3 trong dung dịch axit H2SO4.
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hòa tan đến khả năng hòa tan của Al2O3 trong dung dịch axit H2SO4.
Khảo sát số lượng dung dịch axit đến quá trình hòa tan Al2O3 trong dung dịch axit H2SO4.
Sau khi tổng hợp được dung dịch chứa phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O tiến hành phản ứng tổng hợp Al(OH)3
Phương trình phản ứng:
Al2(SO4)3 + 6 NaOH 2Al(OH)3 + 3 Na2SO4 Tiến hành quá trình lọc rửa ta thu được Al(OH)3
Sự tạo thành nhôm hydroxyt khi kết tủa là một quá trình phức tạp, cùng với sự thủy phân trong dung dịch chứa nhôm lại có quá trình tách kết tủa nhôm hydroxyt vô định hình kèm theo sự phân tạo thành mầm kết tinh, phát triển cấu trúc thứ sinh.
Cấu trúc của nhôm oxyt hoạt tính được xác định bởi điều kiện kết tủa hydroxyt như pH của môi trường, nhiệt độ, nồng độ của dung dịch, tốc độ nạp liệu vv... Tiến hành tách kết tủa Fe(OH)3 tạp chất không mong muốn lẫn trong nhôm hydroxyt bằng khảo sát pH.
Đề tài khảo sát ảnh hưởng của pH tới cấu trúc và kích thước của Al2O3
Quá trình nung tổng hợp Al2O3 khảo sát nhiệt độ nung ảnh hưởng đến cấu trúc của Al2O3.
2.2.1 Khảo sát nhiệt độ nung cao lanh ảnh hưởng đến quá trình hoà tan của ôxyt nhôm trong dung dịch axit.
Tiến hành nung 50 gam caolanh tại các nhiệt độ khác nhau, sau đó được hòa tan trong 40 ml dung dịch H2SO4 98% trong 400ml nước, thời gian hòa tách là 2h, nhiệt độ hòa tách là 95-100 oC. Sau đó lọc bỏ cặn không hòa tan được dung dịch nhôm sulphate, kết tủa và cô đặc dung dịch nhôm sulphate số lượng nhôm sulphate thu được như sau:
0 20 40 60 80 100 120 0 200 400 600 800 1000 1200 Nhiệt độ nung S ố ga m t h u đư ợ c
Qua biểu đồ trên cho ta thấy số lượng sản phẩm alumina sulphate thu được chỉ ra tại biểu đồ trên khi thay đổi nhiệt độ nung caolanh, điểm tối ưu tại biểu đồ
trên là nung tại nhiệt độ 900 0C.
2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tan, thời gian hòa tan đến khối lượng alumina sulphate thu được.
Caolanh được nung tại nhiệt độ 900 0C được hòa tách tại 2 mức nhiệt độ
Từ biểu đồ trên cho ta thấy nhiệt độ và thời gian hoà tách tối ưu là thời gian 02 h và nhiệt độ dung dịch hòa tách tối ưu là 95-100 oC,
2.2.3 Khảo sát số lượng dung dịch axit ảnh hưởng đến số lượng alumina sulphate thu được.
0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Số lượng ml H2SO4 S ố ga m t hu đư ợ c
Khảo sát tại nhiệt độ hòa tan 95-100 oC số lượng dung dịch axit ảnh hưởng
đến số lượng gam aluminium sulphate thu được. Qua biểu đồ cho ta thấy số lượng ml dung dịch axit H2SO4 98% tối ưu để hòa tan 50g metacaolinit là 40 ml.
2.2.4 Khảo sát độ pH ảnh hưởng đến quá trình kết tủa sắt hydroxit Fe(OH)3. Xác định được nhiệt độ nung cao lanh tối ưu là 900oC, số lượng ml dung dịch H2SO4 để hòa tan 50 gam metacaolinit là 40ml, thời gian hòa tan là 2h, nhiệt
độ dung dịch hòa tan là 95-100oC. Thực hiện quá trình hòa tan metacaolinit thu
được aluminium sulphat trong đó có lẫn muối sắt sulphat, tiến hành quá trình phản
ứng trung hòa để tách Fe(OH)3 và kết tửa Al(OH)3. Phản ứng trung hòa như sau:
Fe2(SO4)3 + 6 NaOH 2Fe(OH)3 + 3 Na2SO4 Al2(SO4)3 + 6 NaOH 2Al(OH)3 + 3 Na2SO4
Tiến hành bổ xung từ từ dung dịch NaOH 10% vào trong dung dịch chứa muối nhôm sulphate và sắt sulphate sau đó xác định độ pH của dung dịch trên, xác
định thô bằng giấy đo PH, xác định tinh bằng máy đo pH. Khi độ pH của dung dịch bằng 3 bắt đầu kết tủa Fe(OH)3 và độ pH =3.8 thì kết tủa Fe(OH)3 cực đại, khi pH>4 bắt đầu xuất hiện kết tủa Al(OH)3.
Thực hiện phản ứng đến pH =3.8 thì dừng phản ứng và lọc bỏ Fe(OH)3 ở
dạng màng và lắng xuống và sau đó thực hiện phản ứng kết tủa Al(OH)3. Biểu đồ kết tủa các hydroxit kim loại phụ thuộc vào độ PH như sau:
2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của độ pH đến kích thước của Al2O3. Sau khi tách bỏ được Fe(OH)3 thực hiện phản ứng kết tủa Al(OH)3
tiến hành tách nước và sấy sản phẩm Al(OH)3 sau đó đem nung tại nhiệt độ 1250oC thu được αAl2O3. Thực hiện kiểm tra kích thước hạt của sản phẩm αAl2O3 đưa ra kết luận sau:
Bảng 5: Khảo sát độ pH đến kích thước hạt của αAl2O3
TT pH Kích thước αAl2O3 Nhiệt độ nung 1 6,5 - 7.1 95% < 15µm 1250oC
2 7.5 - 8.5 95% < 63µm 1250oC 3 8.5 - 10 95% < 80µm 1250oC
Để tiến hành sấy sản phẩm Nhôm hydroxit ngậm nước lớn được sấy trong lò quay và tránh hiện tượng thăng hoa khi nung sản phẩm thường được nung trong lò quay và có hệ thống thu hồi nhôm oxyt thăng hoa.
Từ những kết quả thí nghiệm trên cho ta thấy trong điều kiện công nghệ hiện tại thì tổng hợp α-Al2O3 siêu mịn (Hoạt tính) có các thông số kỹ thuật như sau: Nhiệt độ nung tạo metacaolinite đi từ cao lanh là 900±20 oC.
Thời gian hòa tách trong dung dịch axit là 2h. Nhiệt độ hòa tan là 90 – 100 oC.
PH kết tủa loại bỏ Fe(OH)3 là 3-3,8. PH kết tủa Al(OH)3 là 6.5-7.1.
3. Sản xuất α-Al2O3 siêu mịn
Nhóm đề tài thực hiện sản xuất αAl2O3 siêu mịn tại Viện Nghiên cứu sành sứ thủy tinh .