3 Nghiên cứu thu nhận MMT

PHẦN II THƢ̣C NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U

f. Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt riêng của chất rắn

3.1. 3 Nghiên cứu thu nhận MMT

a. Sử dụng thiết bị tuyển thủy cyclone Mozley C155

Để thu được sản phẩm bentonite có hàm lượng MMT cao đáp ứng được yêu cầu làm nguyên liệu điều chế sét hữu cơ, sau khi nghiền, sàng phân cấp...chúng tôi đã tiến hành tuyển thủy cyclone trên thiết bị Mozley C155, sản phẩm thu được sau khi tuyển được hoạt hóa bằng axit HCl.

Các thơng số của q trình tuyển thuỷ cyclone là: đường kính thuỷ cyclone 1 inch, nồng độ bùn 10%, áp lực 55 psi, van tháo phần hạt mịn phía trên 3,0 mm (vortex finder) và van tháo phần hạt thơ phía dưới 3,2 mm (spigot cat).

Quặng bentonite được nghiền ướt bằng bi sứ, sàng phân cấp lấy cỡ hạt < 100µm, sau đó qua tuyển thuỷ cyclone sẽ tách được phần lớn các tạp chất có trong quặng như thạch anh, calcite (khoảng 15% trọng lượng).

Bentonite tinh thu được sau quá trình tuyển thủy cyclone trên máy Mozley C155 được xử lý bằng dung dịch axit HCl nồng độ 5% trong thời gian 30 phút, tốc độ khuấy 500 vịng/phút. Sau q trình xử lý hoá học clorite, gơtite, calcite bị loại bỏ phần lớn, Al2O3 tăng lên mức 15,4% và thu được bentonite Bình Thuận có hàm lượng montmorillonite ≥ 90 %. Hiê ̣u xuất của quá trình đạt 21,5% so với lượng nguyên liê ̣u ban đầu.

b. Đặc trưng của sản phẩm thu được sau quá trình tuyển thủy cyclone và xử lý hoá học

Sản phẩm MMT sau tinh chế quặng bentonite Bình Thuận bằng phương pháp tuyển thuỷ cyclone và xử lý hố học được đưa đi phân tích để xác định kích thước hạt và phân bố cỡ hạt, thành phần hố học, tính chất nhiệt, cấu trúc tinh thể, diện tích bề mặt, khả năng trao đổi ion, độ trương nở và nghiên cứu hình thái học.

+ Xác định kích thước hạt

Kích thước hạt được phân tích trên thiết bị Mastersizer Microplus Ver 2.17 của đại học Quốc gia Hà Nội vùng khảo sát từ 0,05 - 555,7µm. Kết quả cho thấy kích thước hạt nằm trong vùng < 5µm chiếm trên 90%, cịn nằm trong vùng < 10 µm chiếm 100%.

+ Thành phần khoáng vật và thành phần hoá học

Kết quả xác định thành phần khoáng vật của sản phẩm tinh chế được chỉ ra ở bảng 3.4.

Bảng 3.4. Thành phần khống vật của các mẫu bentonite Bình Thuận đã tinh chế bằng phương pháp thủy cyclone

Sản phẩm bentonite có hàm lượng SiO2 = 52,3%; Al2O3 = 14,5%, Fe2O3 = 3,45%; CaO = 3,98%; MgO = 2,5%; K2O = 1,82%; Na2O = 2,77%; TiO2 = 0,53%. MKN = 10,3%.

So sánh thành phần khoáng vật trong bentonite tinh và trong bentonite nguyên khai có thể thấy, hàm lượng montmorillonite trong bentonite sau khi làm giàu tăng lên rõ rệt, hàm lượng thạch anh, feldspar và calcite giảm rõ rệt.

+ Kết quả ghi phổ XRD và phổ hồng ngoại

Kết quả ghi nhiễu xạ tia X của mẫu bentonite Bình Thuận nguyên khai (BT) và các mẫu sản phẩm đã được làm giàu BTA1, BTA2, BTA3 (tương ứng với các sản phẩm thu nhận được sau khi xử lý hoá học với tác nhân axit HCl nồng độ 5%, 4%, 3%) cùng với mẫu bentonite của Prolabo (BTF) có hàm lượng MMT là 90% được chỉ ra ở hình 3.2.

10 20 30 40 50 60 70 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 F Ca Ca Ca Ca Ca Q Q Q Q Q Q Q M Mi K MMT MMT MMT MMT MMT MMT MMT-montmorillonit Q-quartz F-feldspat Ca-calcite M-mica K-kaoline Mi-microline BTA1 BTA2 BTA3 BT BTF Lin( Cou nts) 2-Theta

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bentonite Prolabo, bentonite Bình Thuận nguyên khai và mẫu bentonite Bình Thuận đã được làm giàu.

Trong hình 3.2 mẫu sét Bình Thuận nguyên khai là đường xanh đậm với các pic đặc trưng cho montmorillonite - Na ở góc 2 bằng 6,94o; 19,81o; 35,92o; 61,84o. Trên giản đồ này hầu như các đỉnh đặc trưng cho montmorillonite bị che lấp bởi các tạp chất khác, nhưng trong các mẫu sét được làm giàu các đỉnh đặc trưng cho MMT xuất hiện khá rõ rệt . Các mẫu bentonite Bình Thuận được xử lý axit HCl 5% (kí hiệu là bentonite BT90) và bentonite Prolabo Pháp đều có pic đặc trưng cho MMT ở giá trị góc 2  7o,bentonite BT 90 có d001 = 12,770Å, cịn bentonite Prolabo có d001 = 12,824Å. Ở mẫu nguyên khai chỉ thấy các đỉnh đặc trưng của hạt quartz và đỉnh đặc trưng của calcite. Rõ rệt nhất là mẫu BTA1 các đỉnh đặc trưng cho sét MMT rõ rệt bên cạnh đó vẫn cịn thấy một số đỉnh đặc trưng của hạt quartz, đặc trưng nhất là 2  28o

. Điều này cũng đã được chứng minh qua thành phần hoá học và thành phần khoáng vật của các mẫu ở trên . Như vậy sản phẩm MMT thu được sau quá trình tuyển thủy cyclone và xử lý hoá học đã được tách hầu hết các tạp chất. Qua đó cũng cho thấy thành phần MMT của khống sét bentonite Bình Thuận có thành phần tương tự như bentonite Prolabo.

Kết quả ghi phổ hồng ngoại của mẫu bentonite BT90 được trình bày trong hình 3.3

Date: 10/26/2009 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 -0.010 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.650 cm-1 A BENT-BT1 3621 3453 1637 1033 784 527 465

Hình 3.3. Phở hờng ngoại của mẫu bentonite BT90

Trên hình 3.3 ta thấy xuất hiện đám phổ ở vùng 3500 - 3700 cm-1

đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH liên kết với các cation Al3+

, Fe3+, Mg2+ trong bát diện, dao động này có cực đại nằm ở tần số 3621 cm-1. Đám phổ ở vùng 32003500 cm-1 và 1637 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị và dao động biến dạng của nhóm OH trong phân tử nước tự do (cực đại nằm ở tần số 3453 cm-1). Đám phổ lớn nhất trên phổ hồng ngoại của mẫu bentonite là 1033 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Si - O trong tứ diện, còn dao động biến dạng của liên kết này xuất hiện ở đám phổ có tần số 465 cm-1, đám phổ có tần số 784 cm-1đặc trưng cho dao động liên kết Si - O trong thạch anh, đám phổ ở tần số 527 cm-1

đặc trưng cho sự thay thế của Al3+ bằng Mg2+ trong bát diện.

Các đám phổ nằm trong vùng 1450 - 1550 cm-1, 850 - 890 cm-1 thường được qui gán cho dao động của liên kết ion CO32- trong bentonite, nhưng trên giản đồ hầu như không thấy xuất hiện, chứng tỏ độ sạch của bentonite sau khi làm giàu rất cao.

Chúng tôi cũng đã tiến hành xác định các đặc trưng khác của sản phẩm như diện tích bề mặt, dung lượng trao đổi ion…Các kết quả được trình bày ở bảng 3.5.

Như vậy, từ kết quả thu được cho thấy sản phẩm bentonite BT90 không thua kém sản phẩm bentonite của hãng Prolabo, Pháp - là một sản phẩm có thương hiệu trên thị trường.

c. Quy trình tổng hợp montmorillonite từ nguồn khoáng thiên nhiên trong nước (qui mơ có thể đạt 50kg/h).

Từ những kết quả nghiên cứu trên chúng tơi đã lựa chọn quy trình làm giàu bentonite từ nguồn khống bentonite Nha Mé - Bình Thuận như trong hình 3.4.

Hình 3.4. Sơ đồ qui trình làm giàu và hoạt hóa sét Bình Thuận

Mơ tả quy trình làm giàu và hoạt hóa bentonite từ nguồn khống bentonite Bình Thuận

- Quặng được cho vào nước chà xát, đánh tơi theo tỉ lệ nước/quặng = 1/3 trong thời gian 30 phút.

- Phần quặng được chà xát chuyển sang cơng đoạn sàng ướt với kích thước lỗ sàng là 100 µm. Phần hạt < 100 µm được chuyển qua tuyển thuỷ cyclone cịn phần quặng có kích thước hạt > 100 µm được trở lại cơng đoạn chà xát.

Bước 2: Tuyển thuỷ cyclone

- Quá trình tuyển thuỷ cyclone được tiến hành trên máy tuyển thuỷ cyclone “Mozely C155” với các thơng số sau: kích thước hạt quặng < 100 µm; nồng độ nguyên liệu huyền phù bentonite: 10%; áp lực: 55 psi; kích thước van tháo sản phẩm phần mịn phía trên 3,0 mm; kích thước van tháo phần thơ phía dưới: 3,2 mm

Bước 3: Xử lý hoá học

Phần huyền phù mịn thu được từ tuyển thuỷ cyclone đựơc xử lý bằng dung dịch axit HCl 5% trong thùng chứa dung tích 100 lit có sử dụng cánh khuấy với vận tốc 2000 vòng/phút, thời gian xử lý là 30 phút và tỉ lệ rắn/lỏng = 1/7,5. Sản phẩm thu được sau quá trình xử lý hoá học được lọc bằng cách sử dụng máy lọc khung bản hoặc máy lọc ly tâm.

Bước 4: Rửa sản phẩm

Sản phẩm được rửa nhiều lần bằng nước cất để đuổi các ion Cl-, việc kiểm tra đô ̣ sa ̣ch của ion Cl-

trong bentonit được thực hiện bằng thuốc thử Cl- là dung dịch AgNO3 1%. Sau khi rửa sản phẩm được sấy hoặc phơi đến độ ẩm 3% và được nghiền trong máy nghiền hành tinh trong vòng 60 phút.

Bước 5: Kiểm tra chất lượng và đóng gói sản phẩm

Cuối cùng sản phẩm được phân tích hàm lượng MMT, dung lượng trao đổi cation và cấp hạt... Sản phẩm được đóng trong các gói bằng polyme với trọng lượng 1 kg, 2 kg và 5 kg.