20 5,0 10 Bể chứa liệu và bể lắng gạn 5 15,
3.3. Kết quả nghiên cứu chuyển hoá bentonite kiềm thổ Lâm Đồng sang dạng bentonite kiềm Na
sang dạng bentonite kiềm Na
Có 2 loại bentonite chính là bentonite kiềm thổ và bentonite kiềm.Sự khác nhau cơ bản của bentonite kiềm và kiềm thổ liên quan đến các cation ở giữa các lớp của bentonite. Đối với bentonite kiềm thổ ở giữa các lớp chủ yếu là các cation Ca2+, Mg2+ còn đối với bentonite kiềm chủ yếu là các cation Na+ và cation K+. Khi tiếp xúc với n−ớc cả bentonite kiềm và bentonite kiềm thổ đều tăng thể tích của chúng, trong đó bentonite kiềm có thể tr−ơng nở tới 15-20 lần thể tích cịn bentonite kiềm thổ tăng từ 0 đến 5 lần. Bentonite kiềm tr−ơng nở mạnh hơn bentonite kiềm thổ vì cation Na+ thuỷ phân mạnh hơn so với cation Ca2+. So với bentonite kiềm thổ thì bentonite kiềm có độ phân tán, độ nhớt, dung l−ợng trao đổi ion lớn hơn và các tính chất l−u biến cũng tốt hơn. Trong lĩnh vực nanoclay ng−ời ta cũng th−ờng sử dụng nguyên liệu là bentonite kiềm. Việc chuyển hoá bentonite kiềm thổ sang bentonite kiềm đ−ợc thực hiện trên cơ sở thay thế ion Ca+2 bằng ion kiềm Na+.
Bentonite Di Linh - Lâm Đồng thuộc loại bentonite kiềm thổ, trong đó hàm l−ợng oxit sắt chiếm 8,86% và ôxit manhê chiếm 0,177%, trong lúc đó hàm l−ợng các ơxit K2O và NaO lại rất thấp (t−ơng ứng là 1,23% và 0,19%). Và dung l−ợng trao đổi cation của bentonite Di Linh – Lâm Đồng trong khoảng 45-48 mlgdl/100 g và các cation trao đổi đ−ợc là: Ca trao đổi 1,3-1,4 mlgdl/100g; Mg trao đổi 43-45 mlgdl/100 g; K trao đổi 0,2-0,25 mlgdl/100g và Na trao đổi 0,10 - 0,12 mlgdl/100g.
Để chuyển hoá bentonite kiềm thổ Di Linh sang dạng bentonite kiềm chúng tôi đã sử dụng tác nhân Na2CO3.
Tiến hành thí nghiệm: Tinh khoáng bentonite kiềm thổ Lâm Đồngg đ−ợc nghiền nhỏ và sàng để lấy phần hạt có kích th−ớc 325 mesh để hoạt hoá. Ca-
2,5; 5,0; 10,0 và 15 g Na2CO3/100g Ca - bentonite). Hỗn hợp Ca- bentonite và Na2CO3 đ−ợc cho vào bình phản ứng chứa 100 ml n−ớc nhiệt độ 90oC. Thời gian phản ứng 2 giờ, nhiệt độ phản ứng 90oC và vận tốc khuấy trộn hỗn hợp 200 vòng/phút. Tiếp đến để hỗn hợp đứng yên và sau 48 giờ lọc lấy phần huyền phù phía trên. Cho tiếp phần bã phía d−ới vào bình phản ứng và quá trình đ−ợc lặp lại nh− trên 3 lần (cho đến khi khơng cịn huyền phù bentonite). Các phần huyền phù đ−ợc tập hợp lại, làm bay hơi n−ớc và sấy khô ở nhiệt độ 100-1200C để thu nhận sản phẩm kiềm natri. Sản phẩm đ−ợc đ−a phân tích để xác định các thơng số kỹ thuật cần thiết. Kết quả chuyển hố đ−ợc trình bày d−ới đây:
L−ợng muối natri tham gia vào phản ứng trao đổi đ−ợc chỉ ra ở bảng 3. 32
Bảng 3.32. L−ợng Na2CO3 tham gia vào phản ứng trao đổi khi xử lý
Tham gia vào trao đổi Đ−a Na2CO3 trong
mlgđl Tính theo mgđl Tính theo l−ợng Na2CO3 đ−a vào 20 40 80 17,6 21,6 29,6 88,0 54,0 37,0
Từ kết quả ở bảng 3.28 cho thấy sự trao đổi ion natri diễn ra khá mạnh mẻ khi đ−a vào những phần Na2CO3 đầu tiên vào, sau đấy c−ờng độ phản ứng giảm dần theo sự bảo hòa lớp khuyếch tán của các hạt sét bởi natri.
Điều này cũng phù hợp với sự biến đổi tính chất của bentonite Lâm Đồng khi đ−a l−ợng tác nhân Na2CO3 khác nhau ( bảng 3.33)
Bảng 3.33. Sự biến đổi tính chất của bentonite Lâm Đồng khi đ−a tác nhân
Na2CO3 vào L−ợng muối Na2CO3 trong mgđl \Trọng l−ợng riêng của huyền phù với độ nhớt quy định 20 giây Phần hạt có kích th−ớc bé (< 1,5 micron) (%) 0 10 20 30 40 50 1,100 1,075 1,052 1,050 1,050 1,017 21,5 44,9 52,4 60,4 67,9 73,7
Từ kết quả ở bảng 3.33 cho thấy cùng một l−ợng tác nhân phản ứng Na2CO3 đ−a vào thì khi nồng độ huyền phù bentonite càng lớn, l−ợng Na tham gia vào phản ứng trao đổi sẽ càng cao và sẽ thu nhận đ−ợc sản phẩm bentonite có độ phân tán cao. Thực nghiệm cũng chỉ ra rằng bentonite ở dạng sét nhão xử lý bằng xô đa sẽ thu nhận đ−ợc sản phẩm có độ phân tán cao nhất.
Bảng 3. 34 chỉ sự phụ thuộc giải cấp hạt < 1,5 micron trong sản phẩm quá trình chuyển hố vào ph−ơng pháp và cách xử lý bằng tác nhân Na2CO3..
Bảng 3.34. Sự phụ thuộc giải cấp hạt < 1,5 micron trong sản phẩm q trình
chuyển hố vào ph−ơng pháp và cách xử lý bằng tác nhân Na2CO3
Nồng độ huyền phù sét Lâm Đồng và ph−ơng pháp xử lý nó
Phần hạt có kích th−ớc bé (< 1,5 micron) (%)
Đun sôi 5% huyền phù (15 phút) Đun sôi 5% huyền phù (15 phút) Đun sôi 5% huyền phù (15 phút) Đun sôi 5% huyền phù (15 phút) Làm dẻo bùn đặc sệt (30 phút) Làm dẻo bùn đặc sệt (60 phút) 13,90 18,34 26,10 31,80 50,0 50,0
Sự phụ thuộc của độ phân tán bentonite vào thời gian phản ứng (thời gian giữ bột nhão) đ−ợc đ−a ra ở bảng 3.35
Bảng 3.35. Sự phụ thuộc của độ phân tán bentonite vào thời gian phản ứng
(thời gian giữ bột nhão)
Thời gian giữ bột nhão (ngày) 1 2 3 4 5 Phần hạt có kích th−ớc bé (< 1,5 micron) (%) 16,8 55,6 61,2 63,6 64,2
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy, khi duy trì bột nhão theo thời gian sẽ ảnh h−ởng đến mức độ trao đổi canxi sang natri và suy ra sẽ ảnh h−ởng đến độ phân tán của sản phẩm bentonite thu nhận đ−ợc.
bentonite và sau đó giữ chúng trong thời gian khơng kém hơn 4 ngày. Trong đó trong mẫu bentonite chứa 50-60% Ca so với tổng cation trao đổi đ−ợc chỉ cần đ−a vào 20-30 miligram đ−ơng l−ợng tinh trên 100 gam sét bentonite. Nếu xử lý bentonite bằng các muối kim loại hóa trị 2 và hóa trị 3 sẽ gây ra sự giảm độ phân tán, tính háo n−ớc và các tính chất khác của sản phẩm thu đ−ợc. Bảng 3.36 đ−a ra các chỉ số so sánh về độ hạt và độ hút n−ớc của bentonite tr−ớc khi chuyển hố và sản phẩm thu đ−ợc sau q trình chuyển hoá.
Bảng 3.36. Độ hạt và độ hút n−ớc của bentonite và sản phẩm Độ hạt (%) với các khoảng kích th−ớc khác nhau (àm) Tên bentonite 10-1,5 1,5-0,05 <0,05 L−ợng n−ớc liên kết (%) Giới hạn bền (g/cm3) pH Sản phẩm 80,0 17,5 2,5 101,2 0,09 8,5
Từ kết quả ở bảng 3.36 cho thấy khi xử lý bentonite kiềm Di Linh - Lâm Đồng (với dung l−ợng trao đổi cation 53,4 mlgdl trong tổng số dung l−ợng cation trao trảo là 98 mlgdl) chỉ cần đ−a vào 20-30 mlgdl Na2CO3 sẽ thu nhận đ−ợc bentonite có tính chất giống bentonite kiềm. Việc xử lý bentonite Di Linh - Lâm Đồng bằng tác nhân kiềm Na2CO3 làm tăng độ hạt, độ phân tán và tính −a n−ớc cũng nh− một số tính chất khác của bentonite.
Bảng 3.37 cho thấy khoảng cách lớp và hàm l−ợng các cấu tử Na2O, CaO sau khi xử lý bằng những l−ợng tác nhân Na2CO3 khác nhau.
Bảng 3.37. Khoảng cách lớp và hàm l−ợng các cấu tử Na2O, CaO
trong sản phẩm chuyển hoá
Na2CO3,% 0 0,5 2,0 3,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Na2O, % 0,65 1,27 2,89 3,41 5,12 13,7 20,5 22,3 CaO, % 2,87 2,15 1,72 0,98 0,88 0,79 0,71 0,62 d(001), nm 1,51 1,45 1,26 1,21 1,22 1,25 1,26 1,28 Từ số liệu ở bảng 3.37 cho thấy khoảng cách lớp đã giảm xuống khi hoạt hoá bentonite kiềm thổ Lâm Đồng bằng tác nhân Na2CO3. Việc tăng đáng kể
hàm l−ợng Na2CO3 là do sự d− l−ợng tác nhân Na2CO3. Khi thêm vào 3,0% Na2CO3, 73% l−ợng cation Ca2+ đ−ợc thay thế bởi cation Na+, tiếp tục thêm tác nhân Na2CO3 sẽ tăng l−ợng cation trao đổi Ca+2 lên hơn 90%.