CHƯƠNG III : THIẾT BỊ VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4. Các nhận xét:
Qua các thí nghiệm khảo sát, đề tài rút ra một số nhận xét sau đây:
• Theo những kếtquả thu được từ thí nghiệm 1-4 ta thấy: Khi cấp dung dịch
ZnSO4 vào dung dịch Na2CO3 (thí nghiệm 2 và 4) ta thu được sản phẩm có những ưu điểm hơn so với sản phẩm kết tủa theo cách cung cấp dung dịch theo trình tự ngược lại (thí nghiệm 1 và 3) về hàm lượng ZnO trong sản phẩm, hiệu suất thu hồi, khả năng lọc, … Kết quả này có thể được giải thích bằng sự ưu tiên tạo thành sản phẩm kẽm cacbonat bazo khi môi trường kết tủa là mơi trường kiềm.
• Khi kết tủa ở nhiệt độ cao (600C) sản phẩm thu được có chất lượng tốt hơn chút ít. Một ưu điểm nổi bật của phương pháp kết tủa có gia nhiệt là sản phẩm thu được có độ xốp, dễ lọc rửa, độ ẩm trong sản phẩm sau quá trình lọc thấp nên thuận lợi cho quá trình lọc rửa và sấy sản phẩm.
• Theo những kết quả thu được từ thí nghiệm 5 và 6 cũng cho thấy: Khi kết tủa ở mơi trường kiềm có những ưu điểm hơn so với kết tủa trong mơi trường trung tính về khả năng lọc, hiệu suất thu hồi, … đồng thời cho thấy (NH4)2CO3 và
NH4HCO3 là những tác nhân tốt cho kết tủa kẽm cacbonat.
• Khi kết tủa trong môi trường kiềm (dung dịch Na2CO3, (NH4)2CO3 và NH4HCO3 sản phẩm thu được ở dạng hỗn hợp kẽm cacbonat bazo và trung tính (thể hiện qua hàm lượng ZnO trong sản phẩm luôn đạt mức 70-74%).
3.2.4.2. Kết luận
Đã xác định được quy trình kết tủa kẽm cabonat. Sản phẩm kết tủa bằng
Na2CO3 với dung dịch ZnSO4 ở nhiệt độ 600C cho sản phẩm có chất lượng cao, độ hạt và độ xốp sản phẩm rất phù hợp cho cơng nghệ cao su. Ngồi ra, các giai đoạn cơng nghệ cũng thuận lợi hơn do q trình lắng lọc thuận tiện, hàm ẩm sau lọc thấp
50
nên tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình sấy sản phẩm. Nhược điểm của phương pháp này là phải kết tủa ở nhiệt độ cao (600C).
Phương pháp sử dụng NH4HCO3 làm tác nhân kết tủa kẽm cacbonat cùng với việc thực hiện quá trình kết tủa ở nhiệt độ 600C cho sản phẩm có chất lượng rất cao. Tuy nhiên đây là phương pháp đắt tiền, khó khăn về thiết bị nên chỉ áp dụng khi yêu cầu chất lượng sản phẩm cao hơn cho các mục tiêu trong ngành y tế, dược hoặc quá trình điều chế xúc tác…
Khi kết tủa kẽm cacbonat bằng dung dịch Na2CO3 ở nhiệt độ thường vẫn cho sản phẩm đạt yêu cầu cho q trình lưu hóa cao su khơng màu. Đây là phương pháp đơn giản hơn về thiết bị và cơng nghệ, ít chi phí năng lượng.
Qua q trình thí nghiệm đề tài rút ra quy trình kết tủa kẽm cacbonatnhư sau:
o Chuẩn bị nguyên liệu:
• Chuẩn bị dung dịch ZnSO4: kẽm sunphat có nồng độ (tính theo Zn) 100 – 130 g/l;
• Chuẩn bị dung dịch Na2CO3: dung dịch Na2CO3 được chuẩn bị có nồng độ khoảng 150-170 g/l bằng cách hòa tan Na2CO3 kỹ thuật 99,2% (Trung Quốc) trong nước thường. Dung dịch được lọc trong để loại bỏ tạp chất cơ học trước khi đưa vào thiết bị kết tủa.
o Quá trình kết tủa: Quá trình kết tủa được tiến hành trong thiết bị kết tủa có khuấy cơ học. Sau quá trình kết tủa, phần kết tủa sau khi rửa sạch được lọc rồi đưa đi sấy khô để nhận sản phẩm kẽm cacbonat.
Sản phẩm kẽm cacbonat sau khi sấy khô được kiểm tra chất lượng (xác định hàm lượng kẽm và các tạp chất chủ yếu bằng phương pháp chuẩn độ, xác định cấu trúc tinh thể bằng XRD, xác định diện tích bề mặt riêng BET và kích thước hạt bằng thiết bị đo COULTER và MALVERN master sizer (xem phụ lục).
3.2.5. Quá trình sấy sản phẩm kẽm cacbonat
Quá trình sấy sản phẩm là một q trình quan trọng trong cơng nghệ sản xuất kẽm cacbonat. Những yêu cầu chủ yếu được đặt ra cho quá trình này là:
51
1. Sản phẩm phải khô, độ ẩm trong sản phẩm phải đồng đều và không được cao
quá 0,1-1,0%.
2. Biểu đồ phân tích nhiệt DTA-TG của sản phẩm kẽm cacbonat sẽ giúp định hướng lựa chọn nhiệt độ của quá trình sấy sản phẩm.
Hình 3.2. Đường cong DTA-TG của kẽm cacbonat
3. Do kẽm cacbonat là sản phẩm dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao (bắt đầu phân
huỷ ở nhiệt độ khoảng 170-1800C) nên nhiệt độ sấy phải đồng đều trong thiết bị và không được quá nhiệt cục bộ, nhiệt độ duy trì đồng đều trong q trình sấy 120-150oC.
3.2.5.1. Các thí nghiệm sấy
• Sấy tĩnh: Sản phẩm sau q trình lọc có độ ẩm khoảng 10% được cho vào tủ sấy tĩnh.
+ Dụng cụ: Tủ sấy, nhiệt độ tối đa 2500.
+ Hóa chất: Sản phẩm ZnCO3 sau khi lọc (độ ẩm khoảng 10%).
Thí nghiệm 1: Cho 500g ZnCO3 (độ ẩm 10%) vào tủ sấy, bật tủ sấy, duy trì nhiệt độ sấy 1100 trong vịng 5h.
Sau q trình sấy thu được:
+ ZnCO3: 454.5g. + Độ ẩm: 1,0%.
52
Thí nghiệm 2: Cho 500g ZnCO3 (độ ẩm 10%) vào tủ sấy, bật tủ sấy, duy trì nhiệt độ sấy 1200C trong khoảng thời gian 5h.
Sau quá trình sấy thu được:
+ ZnCO3: 450,9g. + Độ ẩm: 0,2%
Qua các số liệu sấy tĩnh chỉ ra rằng: nhiệt độ sấy tối đa cho phép đối với quá trình sấy kẽm cacbonat tại 1200C, khi đó thời gian sấy sản phẩm khoảng 5h, độ ẩm sản phẩm đạt 0,2%, sản phẩm hầu như không bị phân huỷ. Kết quả của sản phầm ZnCO3 được biểu diễn trong bảng 3.9:
Bảng 3.9. Kết quả phân tích sản phẩm ZnCO3
Các chỉ tiêu cần xác
định ĐVĐ Giá trị Phương pháp xác định
Hàm lượng ZnO % 70,0=72,0 Chuẩn độ
Hàm lượng Pb % Vết Định tính – chuẩn độ
Hàm lượng Fe % Vết Định tính – chuẩn độ
Hàm ẩm % <1,0% Xác định độ giảm khối lượng sau
sấy ở 1050C/30 phút
Kích thước hạt Micron 100% dươi 10 MasterSizer
Diện tích bề mặt riêng
(BET) m
2 50-55 Coulter
53
VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau ZnCO3
19-1458 (I) - Hydrozincite - Zn5(CO3)2(OH)6 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 03-0774 (D) - Smithsonite - ZnCO3 - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Hung-VienCNXahiem-ZrCO3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 2.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 10/29/07 17:40:31
Li n ( C ps ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 7 d= 6. 84 6 d= 5. 77 7 d= 4. 01 4 d= 3. 83 9 d= 3. 70 0 d=3. 57 2 d= 3. 41 5 d= 3. 17 2 d= 2. 93 64 d= 2. 88 34 d= 2. 76 47 d= 2. 72 96 d= 2. 68 67 d= 2. 49 24 d= 2. 33 55 d= 1. 95 51 d= 1. 91 81 d=1. 71 42 d= 1. 58 20 d= 1. 55 34 d= 1. 78 37
Hình 3.3. Kết quả phân tích XRD của sản phẩm ZnCO3
3.2.5.2 Các kết luận
1. Nhiệt độ sấy thích hợpcho sản phẩm kẽm cacbonatkhoảng 120oC.
2. Sản phẩm sản xuất thử nghiệm được kiểm tra các thành phần kích thước hạt và phân tích nhiệt DTA-TG, sau đây là đường cong DTA-TG của sản phẩm kẽm
cacbonat sau khi sấy 5h ở nhiệt độ 120oC bằng hệ thống sấy thí nghiêm
Qua đường cong phân tích nhiệt ta thấy:
So sánh với đường cong DTG-TA chuẩn [3] ta thấy sản phẩmkẽm cacbonat thu được có đường cong phân tích nhiệt hồn tồn phù hợp với đường cong chuẩn của kẽm cacbonat.
Sản phẩm thu được sau khi sấyở 1200C trong 5h có hàm ẩm khoảng 0,2%.
Hàm lượng ZnO (sau quá trình phân huỷ nhiệt ta thu được ZnO) trong sản phẩm kẽm cacbonat khoảng 71%. Điều này hoàn tồn phù hợp với thành phần hố học của sản phẩm kẽm cacbonat dùng cho gia công cao su không màu [8, 9].
Khi sấy sản phẩm ở nhiệt độ 120oC, quá trình phân huỷ nhiệt hoàn toàn khơng xảy ra nên thành phẩn hố học của sản phẩm không bị thay đổi.
54