Các quỏ trỡnh chuyển hoỏ xảy ra khi nung precursor cordierite

I: cordierite (2MgỌ2Al 2O3.5SiO2)

3.2.2.3.Các quỏ trỡnh chuyển hoỏ xảy ra khi nung precursor cordierite

Al 2O3.2SiO2.2H2O  450  ữ650 →

3.2.2.3.Các quỏ trỡnh chuyển hoỏ xảy ra khi nung precursor cordierite

Để khảo sỏt cỏc quỏ trỡnh chuyển hoỏ xảy ra khi nung, precursor PA đ−ợc ghi giản đồ phõn tích nhiƯt TG - DTA với nhiƯt độ nung cực đại 1250oC, tốc độ nõng nhiệt 5oC/phút trong môi tr−ờng khụng khớ. Để cú cơ sở dự đoỏn cỏc quỏ trỡnh chuyển hoỏ xảy ra khi nung precursor PA, chỳng tụi tiến hành ghi giản đồ TG-DTA cđa các mẫu Mg(OH)2, Al(OH)3 tổng hợp độc lập (xem phơ lơc 6 và 7).

Kết quả phõn tớch nhiệt TG-DTA ở hỡnh 3.11 cho thấy: - Trong khoảng nhiƯt độ nung từ 220 ữ 300o

C, trờn đ−ờng DTA xuất hiện hiệu ứng thu nhiệt rất rừ rệt với cực đại ở 286oC, ứng với quỏ trỡnh mất nớc cđa tinh thĨ gibbsite Al(OH)3 tạo thành nhụm metahidroxit AlO(OH):

Al(OH)3 286 →oC

- Trong khoảng nhiệt độ từ 350 ữ 420oC, đ−ờng DTA xuất hiện hiệu ứng thu nhiệt thứ hai với cực đại ở 395oC, ứng với quỏ trỡnh mất n−ớc tinh thĨ brucite Mg(OH)2 tạo thành oxit MgO:

Mg(OH)2 395 →oC

MgO + H2O (3.11)

- Trong khoảng nhiệt độ từ 420 ữ 600oC, đ−ờng DTA xuất hiện hiệu ứng thu nhiệt thứ ba cú cực đại ở 519oC. Đõy là hiệu ứng nhiệt của quỏ trỡnh mất n−ớc cấu trúc cđa các khoáng kaolinite, halloysitẹ.. trong cao lanh. Khi đó, kaolinite, halloysite chuyển hoỏ thành dạng metakaolinite vụ định hỡnh, cũn nhụm metahydroxit AlO(OH) phõn huỷ thành dạng γ-Al2O3 có hoạt tính cao [3]:

Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O (3.12) Al2O3.2SiO2.4H2O → Al2O3.2SiO2 + 4H2O (3.13) 2AlO(OH) → γ-Al2O3 + 2H2O (3.14) TG/% -20 -10 0 10 20 30 40 dTG/% /min -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 HeatFlow/àV -7 -4 -1 2 5 8 11 Peak :285.9041 °C Peak :395.5742 °C Peak :519.0381 °C Mass variation : -5.008 % Mass variation : -4.698 % Mass variation : -9.979 % (-2.321 mg) (-2.177 mg) (-4.624 mg) Peak :971.4081 °C Figure: 16/12/2005 Mass (mg): 46.34 Crucible:PT 100 àl Atmosphere:Air Experiment:P A

Procedure:30 ----> 1250 (5 C.min-1) (Zone 2)

Labsys TG

Exo

Furnace temperature /°C 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

- Khi nhiệt độ nung đạt 971oC, trờn đ−ờng DTA xuất hiƯn một hiƯu ứng toả nhiƯt nhỏ, trong khi đú kết quả phõn tớch XRD của mẫu precursor PA nung ở 1000oC (PA1000) chỉ xuất hiện cỏc pic nhiễu xạ đỈc tr−ng của quartz (α-SiO2) và sapphirine (4MgỌ4Al2O3.2SiO2). Vỡ thế, chỳng tụi cho rằng hiệu ứng toả nhiệt này ứng với quỏ trỡnh tạo thành pha sapphirin Lỳc này mạng l−ới tinh thĨ kaolinite đã phõn huỷ hoàn toàn thành metakaolinite kộm bền, cú hoạt tớnh cao, mặt khỏc cỏc oxit MgO và γ-Al2O3 mới sinh do quỏ trỡnh phõn hủ cđa Mg(OH)2 và Al(OH)3 cũng ở trạng thỏi rất hoạt động. Tiếp theo, chỳng kết hợp với nhau tạo thành khoỏng sapphirine theo phản ứng 3.15:

4MgO + 3Al2O3 + Al2O3.2SiO2 971 →oC

4MgỌ4Al2O3.2SiO2 (3.15) - Độ giảm khối lợng toàn phần trờn đờng TG bằng 19,6%. Kết quả này phự hỵp với lợng MKN trong thành phần hoỏ học của precursor PA là 20,52% (xem bảng 3.8). Từ kết quả phõn tích nhiƯt TG-DTA cđa mẫu precursor PA, có thĨ cho rằng nhiệt độ nung sơ bộ precursor cordierite thớch hợp là khoảng 500 ữ 600oC. Để khảo sỏt quỏ trỡnh tạo pha cordierite, nhiệt độ nung mẫu phải trờn 1000oC.