NH4F/tinh quặng
Từ kết quả thu được, chỳng tụi nhận thấy: khi tăng dần tỷ lệ NH4F/tinh quặng từ 1/1 đến 2,5/1 thỡ hiệu suất thu hồi quặng tăng nhanh: từ 35,8% đến 62,8%. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ NH4F/quặng lờn 3/1; 3,5/1 thỡ hiệu suất thu hồi thay đổi khụng nhiều. Do đú để trỏnh tiờu tốn nhiều NH4F chỳng tụi chọn tỷ lệ NH4F/quặng tối ưu là 2,5/1.
3.3.2. Khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ amoni florua đến hiệu suất thu hồi TiO2 hồi TiO2
Để khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ NH4F đến hiệu suất thu hồi TiO2, chỳng tụi chuẩn bị 5 mẫu khảo sỏt, mỗi mẫu đều chứa 5,00 gam tinh quặng
30 40 50 60 70 25 30 35 40 45 50 55 60 65 H i ệ u s u ấ t t h u h ồ i ( % ) Nồng độ amoni floua (C%) B
ilmenit. Thờm NH4F cú nồng độ khỏc nhau vào cỏc mẫu khảo sỏt sao cho tỷ lệ NH4F/quặng (theo khối lượng) trong tất cả cỏc mẫu đều bằng 2,5/1. Nồng độ NH4F trong cỏc mẫu khảo sỏt lần lượt tăng từ 30% đến 70%. Tiến hành sấy mẫu ở 160oC trong 22 giờ. Thực hiện cỏc bước tiếp theo tương tự ở mục (3.1) để xỏc định hiệu suất thu hồi TiO2. Kết quả khảo sỏt được trỡnh bày ở bảng 3.3. và hỡnh 3.3.
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi TiO2 vào nồng độ NH4F
Kớ hiệu CNH F4 (%) Tỷ lệ NH4F/quặng
(theo khối lượng) H (%)
A7 30 2,5/1 29,0
A8 40 2,5/1 30,5
A9 50 2,5/1 62,7
A10 60 2,5/1 62,8
A11 70 2,5/1 63,5
Hỡnh 3.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi TiO2 vào nồng độ NH4F
Từ kết quả thu được, chỳng tụi nhận thấy: khi tăng nồng độ dung dịch NH4F từ 30% cho đến 50% thỡ hiệu suất thu hồi TiO2 tăng nhanh. Nhưng khi tăng nồng độ NH4F lờn 60%, 70% thỡ hiệu suất thu hồi TiO2 thay đổi khụng đỏng kể. Do vậy, chỳng tụi chọn nồng độ NH4F tối ưu là 50%.
3.3.3. Khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian sấy hỗn hợp phản ứng đến hiệu suất thu hồi TiO2
Để khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian sấy hỗn hợp phản ứng đến hiệu suất thu hồi TiO2 (ở đõy thời gian sấy được xem như một giai đoạn của quỏ trỡnh phản
16 18 20 22 24 48 50 52 54 56 58 60 62 64 H i ệ u s u ấ t t h u h ồ i ( % )
Thời gian sấy mẫu (giờ)
B
ứng), chỳng tụi chuẩn bị 5 mẫu khảo sỏt, mỗi mẫu đều chứa 5,00 gam tinh quặng ilmenit. Thờm NH4F cú nồng độ 50% vào cỏc mẫu khảo sỏt sao cho tỷ lệ NH4F/quặng (theo khối lượng) trong tất cả cỏc mẫu đều bằng 2,5/1. Tiến hành sấy mẫu ở 160oC trong cỏc thời gian khỏc nhau từ 16 giờ đến 24 giờ. Thực hiện cỏc bước tiếp theo tương tự ở mục (3.1) để xỏc định hiệu suất thu hồi TiO2. Kết quả khảo sỏt được trỡnh bày ở bảng 3.4 và hỡnh 3.4.
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi TiO2 vào thời gian sấy hỗn hợp phản ứng
Kớ hiệu CNH F4
(%)
Tỷ lệ NH4F/quặng (theo khối lượng)
Thời gian sấy
(giờ) H (%) A12 50 2,5/1 16 43,5 A13 50 2,5/1 18 46,1 A14 50 2,5/1 20 48,9 A15 50 2,5/1 22 62,6 A16 50 2,5/1 24 63,4
Hỡnh 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi TiO2 vào thời gian sấy mẫu
Từ kết quả thu được, chỳng tụi nhận thấy: khi tăng thời gian sấy từ 16 giờ đến 22 giờ thỡ hiệu suất thu hồi TiO2 tăng nhanh. Nhưng khi tiếp tục tăng thời gian sấy thỡ hiệu suất thu hồi TiO2 tăng khụng đỏng kể. Do vậy, chỳng tụi chọn thời gian sấy tối ưu là 22 giờ.
3.3.4. Khảo sỏt ảnh hưởng của kớch thước hạt tinh quặng đến hiệu suất thu hồi TiO2
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 54 56 58 60 62 64 H i ệ u s u ấ t t h u h ồ i ( % )
Kích thước tinh quặng (mm)
B
Để khảo sỏt ảnh hưởng của kớch thước hạt tinh quặng đến hiệu suất thu hồi TiO2, chỳng tụi chuẩn bị 4 mẫu khảo sỏt, mỗi mẫu đều chứa 5,00 gam tinh quặng ilmenit nhưng kớch thước hạt khỏc nhau (bảng 3.5). Thờm NH4F cú nồng độ 50% vào cỏc mẫu khảo sỏt sao cho tỷ lệ NH4F/quặng (theo khối lượng) trong tất cả cỏc mẫu đều bằng 2,5/1. Tiến hành sấy mẫu ở 160oC trong thời gian 22 giờ. Thực hiện cỏc bước tiếp theo tương tự ở mục (3.1) để xỏc định hiệu suất thu hồi TiO2. Kết quả khảo sỏt được trỡnh bày ở bảng 3.5 và hỡnh 3.5.
Bảng 3.5. Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi TiO2 vào kớch thước hạt tinh quặng
Kớ
hiệu CNH F4 (%) Tỷ lệ NH4F/quặng(theo khối lượng) Kớch thước hạt d (mm) H (%)
A17 50 2,5/1 d < 0,028 63,1 A18 50 2,5/1 d < 0,074 62,1 A19 50 2,5/1 0,098 < d < 0,105 61,2 A20 50 2,5/1 d < 0,2 59,1
Hỡnh 3.5. Sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào kớch thước tinh quặng
Từ kết quả thu được, chỳng tụi nhận thấy: khi kớch thước tinh quặng càng bộ thỡ hiệu suất thu hồi TiO2 càng tăng. Chỳng tụi chọn kớch thước hạt d < 0,074mm.
3.3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha TiO2
Để khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của sản phẩm, chỳng tụi chuẩn bị 5 mẫu khảo sỏt, mỗi mẫu đều chứa 5,00 gam tinh quặng ilmenit cú kớch thước hạt như nhau d < 0,074mm. Thờm NH4F cú nồng độ 50% vào cỏc mẫu khảo sỏt sao cho tỷ lệ NH4F/quặng (theo khối lượng) trong tất cả cỏc
mẫu đều bằng 2,5/1. Tiến hành sấy mẫu ở 160oC trong thời gian 22 giờ. Thực hiện cỏc bước tiếp theo tương tự ở mục (3.1) để thu hồi TiO2. Sản phẩm thu được đem nung ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau và ghi giản đồ tia X cho cỏc mẫu để xỏc định thành phần pha theo nhiệt độ. Kết quả được trỡnh bày ở bảng 3.6 và hỡnh 3.6.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của sản phẩm TiO2
Mẫu Nhiệt độ nung (0C) Thành phần pha
C1 650 Anatse (79,91%)
C2 700 Anatse (90,90%)
C3 750 Anatse (93,66%)
C4 800 Anatse (89,36%)
C5 850 Anatse (81,81%)
Hỡnh 3.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X của TiO2 ở nhiệt độ nung khỏc nhau
Từ bảng 3.6. và hỡnh 3.6. ta thấy sản phẩm là đơn pha TiO2 với cỏc pic đặc trưng cú cường độ lớn. Khi tăng nhiệt độ thỡ thành phần pha anatas của sản phẩm cũng thay đổi, khi thay đổi nhiệt độ từ 6500C - 7500C thỡ lượng anatas tăng, nhưng khi nhiệt độ tăng lờn 8000C – 8500C thỡ lượng anatas lại giảm vỡ cú một lượng nhỏ anatas chuyển sang rutil.
Vậy khi cần thu TiO2 ở dạng anatas ta nờn nung sản phẩm đến 7500C.
3.3.6. Xỏc định thành phần pha và tớnh chất pigmen của TiO2 thu được
Thành phần pha của sản phẩm TiO2 sau khi tỏch được xỏc định bằng phương phỏp nhiễu xạ tia X, mẫu được phõn tớch trờn thiết bị D8 Advance
(2) Mẫu C4 Mẫu C2 Mẫu C1 Mẫu C5 20 30 40 50 60 70 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 C ư ờ n g đ ộ n h i ễ u x ạ ( c p s ) Góc nhiễu xạ B Mẫu C3
Brucke (Đức) tại khoa Húa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn, Đại học Quốc gia Hà Nội với tia phỏt xạ CuKα, λ = 1,5406 A0.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau M1
01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 91.45 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - ` - File: Phuong Hue mau M1.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 0.8 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° -
Lin (C ps ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d= 3. 51 1 d= 2. 42 7 d= 2. 37 5 d= 2. 32 9 d= 1. 89 1 d= 1. 69 8 d= 1.6 65 d= 1. 49 1 d= 1. 48 0 d= 1. 36 3
Hỡnh 3.7. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm TiO2
Từ giản đồ ta thấy TiO2 được tỏch ra chủ yếu tồn tại ở dạng pha anatas. Để đỏnh giỏ tớnh chất pigmen và ứng dụng trong việc sản xuất men frit của TiO2 thu được, chỳng tụi đó khảo sỏt tại Cụng ty men frit – khu cụng nghiệp Phỳ Bài, Thừa Thiờn - Huế.
Bảng 3.7. Kết quả so màu
L* a* b*
Mẫu chuẩn 77,17 0,79 1,65
Mẫu điều chế 80,46 1,02 7,18
Dựa vào hỡnh 9 của phần phụ lục và kết quả ở bảng 3.7. cho thấy TiO2 tỏch được cú cỏc pic đặc trưng giống với cỏc pic đặc trưng của mẫu TiO2 nhập từ
Trung Quốc và cú giỏ trị L* và a* gần giỏ trị mẫu chuẩn. Cỏc giỏ trị L* và a* gần nhau cho thấy mẫu tỏch được cú độ sỏng gần tương đương với mẫu chuẩn. Giỏ trị của b* khỏc nhiều so với giỏ trị chuẩn nờn mẫu thu được cú độ vàng cao hơn. Điều này cho thấy TiO2 tỏch được cú chất lượng gần tương đương TiO2 được nhập từ Trung Quốc.
3.3.7. Kớch thước và hỡnh dạng sản phẩm TiO2
Đỏnh giỏ sơ bộ kớch thước hạt và hỡnh dạng được thực hiện bằng thiết bị hiển vi điện tử truyền qua. Ảnh TEM cho thấy kớch thước hạt nhận được nằm trong khoảng 47 – 123nm và hạt thu được cú dạng hỡnh cầu.
Hỡnh 3.8. Ảnh TEM của sản phẩm TiO2
Hỡnh 3.10. Ảnh TEM của sản phẩm TiO2
Hỡnh 3.11. Ảnh SEM của bột TiO2 chưa xử lý
Hỡnh 3.11. là ảnh SEM của bột TiO2 (của hóng Merck, Đức) chưa xử lý, cỏc hạt cú dạng hỡnh cầu, kớch thước trung bỡnh của cỏc hạt khoảng 200 nm.
Từ kết quả trờn ta thấy sản phẩm thu được cú kớch thước nhỏ cỡ nm và và hỡnh dạng cỏc hạt giống như hỡnh dạng cỏc hạt của mẫu TiO2 nhập từ Đức.
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua việc nghiờn cứu tỏch TiO2 từ tinh quặng ilmenit Thừa Thiờn - Huế bằng phương phỏp florua, chỳng tụi rỳt ra một số kết quả sau
1. Đó khảo sỏt ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng tinh quặng/NH4F đến hiệu suất thu hồi TiO2. Kết quả thực nghiệm cho thấy tỷ lệ khối lượng tinh quặng/NH4F phự hợp là 5/12,5.
2. Đó khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NH4F đến hiệu suất thu hồi TiO2. Kết quả cho thấy nồng độ dung dịch NH4F 50% là nồng độ thớch hợp nhất. 3. Đó khảo sỏt ảnh hưởng của kớch thước hạt đến hiệu suất thu hồi TiO2. Trờn cơ sở cỏc số liệu thu được cho thấy kớch thước hạt càng giảm thỡ hiệu suất thu hồi TiO2 càng tăng.
4. Đó khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của TiO2 sản phẩm. Khi cần thu TiO2 ở dạng anatas ta nờn nung sản phẩm đến 7500C.
5. Đó khảo sỏt thành phần pha và tớnh chất pigmen của sản phẩm. Sản phẩm TiO2 thu được ở dạng anatas và cú thể sử dụng làm chất màu cho gốm, sứ.
6. Đó kiểm tra hỡnh dạng và kớch thước hạt của sản phẩm, cỏc hạt TiO2 thu được cú dạng hỡnh cầu và cú kớch thước nanomet.
Vỡ thời gian thực hiện đề tài cú hạn, thiết bị thớ nghiệm cũn hạn chế nờn chỳng tụi chưa khảo sỏt được sự thủy nhiệt của sản phẩm. Tuy nhiờn với những gỡ đó làm được chỳng tụi cú thể khẳng định đõy là phương phỏp đem lại hiệu quả kinh tế và gúp phần hạn chế gõy ụ nhiễm mụi trường. Vỡ vậy, chỳng tụi rất mong đề tài tiếp tục được nghiờn cứu để gúp phần làm rừ hơn quy trỡnh tỏch TiO2 từ quặng ilmenit bằng phương phỏp florua.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt
1. La Thị Chớch, Hoàng Trọng Mai (2001), Khoỏng vật học, NXB Đại học Quốc gia TpHCM.
2. Nguyễn Văn Dũng, Phạm Thị Thỳy Loan, Cao Thế Hà, Đào Văn Lượng (2006), “ Nghiờn cứu điều chế vật liệu xỳc tỏc quang húa titan dioxit từ sa khoỏng ilmenit”, Tạp chớ Phỏt triển khoa học và cụng nghệ, 9(1), tr. 25 -31.
3. Nguyễn Văn Dũng, Hoàng Hải Phong, Trần Thị Minh, Lờ Phương Thu (2004), “ Động học quỏ trỡnh phõn hủy thuốc nhuộm azo (Methyl Red) bằng quỏ trỡnh quang húa xỳc tỏc bỏn dẫn”, Hội nghị ứng dụng
Vật lớ toàn quốc lần thứ 2, tr. 102 – 105.
4. Vũ Đăng Độ (2004), Cỏc phương phỏp phõn tớch Vật lớ trong Húa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
5. Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Ngụ Văn Cờ (2008), Cụng Nghệ sản xuất cỏc
chất màu vụ cơ, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chớ Minh.
6. Hoàng Nhật Hưng (2009), Nghiờn cứu tổng hợp chất màu xanh trờn nền
mạng tinh thể spinen, Luận văn Thạc sĩ Húa học, Trường Đại học
Sư phạm, Đại học Huế.
7. Bựi Thanh Hương, Nguyễn Thanh Hồng, Nguyễn Thị Dung, chantal Guillard, Jean – Marie Herrmann (2005), “Quang oxi húa phõn hủy phẩm nhuộm xanh hoạt tớnh 2 bằng TiO2 Degussa P25 và ỏnh sỏng tử ngoại”, Tạp chớ Húa học, 43(3), tr. 307 – 311.
8. Đinh Quang Khiếu (2009), Bài giảng Phõn tớch cấu trỳc vật liệu vụ cơ, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế.
9. Nguyễn Hải Nam (2006), Điều chế TiO2 từ quặng ilmenit và TiO2 cú cấu trỳc nano, Luận văn Thạc sĩ Húa học, Trường Đại học Sư
phạm, Đại học Huế.
10. Nguyễn Thị Tố Nga (2000), Húa vụ cơ (tập 4), NXB Đại học Quốc gia Tp HCM.
11. Trần Văn Nhõn, Nguyễn Thạc Sữu, Nguyễn Văn Tuế (1997), Húa lớ Tập
2, NXB Giỏo dục, Hà Nội.
12. Hoàng Nhõm (2001), Húa vụ cơ (tập 3), NXB Giỏo dục, Hà Nội.
13. Nguyễn Hoàng Nghị (2003), Cỏc phương phỏp thực nghiệm phõn tớch
cấu trỳc, NXB Giỏo dục, Hà Nội.
14. Trần Minh Ngọc (2008), Nghiờn cứu điều chế TiO2 dạng anatase kớch thước nano từ tinh quặng ilmenit Thừa Thiờn Huế, Luận văn Thạc sĩ
Húa học, Trường Đại học khoa học, Đại học Huế.
15. Lờ Đỡnh Quý Sơn (2008), Tổng hợp chất màu trờn cơ sở mạng tinh
thể zircon và cordierite, Luận ỏn Tiến sĩ Húa học, Đại học
Quốc gia Hà Nội.
16. Trần Văn Tựng (1996), Húa vụ cơ, NXB Đại học Khoa học Tự nhiờn Tp HCM. 17. Phan Văn Tường (2001), Vật liệu vụ cơ (Vật liệu gốm - Chất màu cho
18. Phan Văn Tường (2004), Vật liệu vụ cơ (Phần lớ thuyết cơ sở), Đại Học Khoa học Tự nhiờn, Đại học Quốc gia Hà Nội.
II. Tiếng Anh
19. Chen Ying (1998), “different oxidation reactions of ilmenit induced by high energy ball milling”, Journal of Alloys and compuonds, 266, pp. 150 – 154.
20. Fumin Wang, Shi Zhansheng, Gong Feng, Jiu Jinting, Adachi Motonari (2007), “Morphology control of Anatase TiO2 by surfactant - assited Hydrothermal Method”, Chin. J. Chem. Eng., 15(5), pp. 754 – 759.
21. Hansen Dennis A., Davis E. Traut, and G. Tim Fisher II, Extraction of
Titanium and Iron from Ilmenit with Fluosilicic Acid, United states
department of the interior.
22. Kotz John C., Keith F.Durcell, chemistry and chemistry reactivity, Saunders college publishing.
23. Li Chun , Bin Liang, Hao song, Jun-qiang Xu, Xiao-qing Wang (2008), “ preparation of porous rutile titania from ilmenit by mechanical activation and subsequent sulfuric acid leaching”, Microporous and
Mesoporous Materials.
24 Melghit Khaled, Salma S. Al-Rabaniah, Issa Al-Amri (2008), “Low temperature preparation and characterization of nanospherical anatase TiO2 anh its photocatalytic activity on congo red degradation under sunlight”, Ceramics International, 34, pp. 479 – 483.
25. Piccolo Luigi , Antonio Paolinelli, Tullio Pellizzon, Paderno Dugnano (1977), “ Process for the hydrolysis titanium sulphate solutions”,
US. Patent, No. 4014977.
III. Website
26 Nguyễn Văn Ban (2004), “ Cụng nghệ sản xuất chất màu titan đioxit”,
Vinachem.com.vn, 05/06/2010.
27. Nguyễn Khanh (2001), “Cỏc phương phỏp làm giàu quặng titan”,
Vinachem.com.vn, 03/07/2011.
ở Việt Nam”, Vinachem.com.vn, 03/4/2010.
29. Thế Nghĩa (2001), “Vài nột về thị trường bột màu trắng hiện nay”,
Vinachem.com.vn, 08/10/2010.
30. Thế Nghĩa (2004 ), “Tỡnh hỡnh sản xuất và thị trường Vài nột về thị trường TiO2 thế giới trong vài năm qua”, Vinachem.com.vn, 03/9/2010.
31. Thế Nghĩa (2004 ), “Tỡnh hỡnh khai thỏc sa khoỏng titan và ziricon ở Việt