I: cordierite (2MgỌ2Al 2O3.5SiO2)
Al 2O3.2SiO2.2H2O 450 ữ650 →
3.2.1.4. Mối quan hệ giữa tỷ lệ mol MgO/SiO2 và Al2O3/SiO2 trong hỗn hợp đầu và trong kết tủa
đầu và trong kết tủa
Cao lanh A L−ới (mẫu CLAL1, xem bảng 3.1) đã đ−ợc tuyển lọc qua rây 10000 lỗ/cm2 (d ≈ 63 àm) đ−ợc dùng làm nguyên liệu đầu để tổng hợp precursor cordieritẹ Gốm cordierite với công thức 2MgỌ2Al2O3.5SiO2 có các tỷ lệ mol MgO/SiO2 và Al2O3/SiO2 đều bằng 0,4. Trong khi đó, thành phần hoá học của mẫu CLAL1 có tỷ lệ mol MgO/SiO2 = 0,008 và tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 = 0,362. Do đó, để chuẩn bị phối liệu đúng tỷ lệ hợp thức của cordierite từ cao lanh A L−ới, cần phải bổ sung đồng thời cả MgO và Al2O3: cứ 100 gam cao lanh A L−ới cần phải bổ sung thêm 13,57 gam MgO và 3,35 gam Al2O3.
Thí nghiệm đ−ợc bố trí nh− sau: chuẩn bị 5 cốc thuỷ tinh 250ml đ−ợc ký hiệu lần l−ợt từ C1 đến C5, mỗi cốc chứa 5 gam cao lanh A L−ới, thêm dung dịch
MgSO4 1M và dung dịch Al2(SO4)3 0,5M vào các mẫu sao cho tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 (sau khi đã quy đổi) trong các mẫu đều bằng 0,4; tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong các mẫu tăng dần từ 0,4 đến 0,8. Khuấy đều hỗn hợp trong 30 phút để Mg2+ và Al3+ phân tán đồng đều trong huyền phù của cao lanh. Sau đó vừa khuấy vừa thêm từ từ dung dịch NH3 12,9M vào hỗn hợp để kết tủa Mg2+ và Al3+. Số mol NH3 đ−ợc thêm vào mỗi mẫu bằng (5a + 3b), trong đó a và b lần l−ợt là số mol Mg2+ và Al3+ đ−ợc thêm vào mỗi mẫu khảo sát. Thêm n−ớc cất vào các mẫu sao cho tổng thể tích đều bằng 100ml, tiếp tục khuấy hỗn hợp trong 30 phút rồi để già hoá kết tủa trong 24 giờ. Sau đó lọc và rửa sạch kết tủa bằng n−ớc cất, dịch lọc thu đ−ợc đem định mức thành 250 ml. Để thuận lợi trong thực nghiệm, thay vì phân tích thành phần hoá học của kết tủa thu đ−ợc bằng ph−ơng pháp kiềm chảy, chúng tôi tiến hành xác định l−ợng Mg2+ và Al3+ còn lại trong dịch lọc bằng ph−ơng pháp chuẩn độ complexon. Từ số mol Al3+ và Mg2+ đ−ợc thêm vào trong mẫu ban đầu và số mol Al3+ và Mg2+ còn lại trong dịch lọc, tính đ−ợc số mol Mg2+ và Al3+ đã đi vào kết tủạ Từ đó tính đ−ợc các tỷ lệ mol MgO/SiO2 và Al2O3/SiO2 trong kết tủạ
Bảng 3.7. Tỷ lệ mol MgO/SiO2 và Al2O3 /SiO2 trong hỗn hợp đầu và trong kết tủa
Kí hiệu mẫu C1 C2 C3 C4 C5
Tỷ lệ mol MgO/SiO2 ban đầu 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 ban đầu 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
Tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong kết tủa 0,28 0,35 0,43 0,53 0,65
Tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 trong kết tủa 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
Kết quả thí nghiệm ở bảng 3.7 cho thấy:
- Do tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 trong hỗn hợp đầu và trong kết tủa ở các thí nghiệm đều nh− nhau, nên có thể thấy rằng rất dễ tạo ra tỷ lệ Al2O3/SiO2 hợp thức (ứng đúng với tỷ lệ trong cordierite). Sự có mặt của Mg2+ và cao lanh trong hỗn hợp đầu không ảnh h−ởng gì đến tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 trong kết tủa cuối cùng. Nh−
vậy, để điều chế đ−ợc precursor có tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 bằng 0,4 thì cần chuẩn bị hỗn hợp gồm cao lanh, dung dịch Al3+ và Mg2+ có tỷ lệ mol Al O/SiO bằng 0,4.
- Khi tăng dần tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong hỗn hợp đầu thì tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong kết tủa cũng tăng lên. Bằng ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu, đã xác lập đ−ợc mối quan hệ giữa tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong hỗn hợp đầu và trong kết tủa (Hình 3.8), ph−ơng trình hồi quy có dạng:
Y = 0,92X - 0,104 (r = 0,994) (3.9)
Trong đó, X: tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong hỗn hợp đầu Y: tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong kết tủa
Từ ph−ơng trình 3.1, có thể nhận thấy hệ số t−ơng quan rất cao (r = 0,994), nên có t−ơng quan tuyến tính giữa tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong hỗn hợp đầu và trong kết tủạ Nh− vậy, để điều chế đ−ợc precursor có tỷ lệ mol MgO/SiO2 bằng 0,4 thì cần phải chuẩn bị hỗn hợp cao lanh và dung dịch Mg2+ ban đầu có tỷ lệ mol MgO/SiO2 bằng 0,548 (tính từ ph−ơng trình 3.1).
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Y = 0 ,92X - 0,10 4 (r = 0,99 4) Tỷ lệ mol MgO/SiO 2 tron g kết tủa
Tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong hỗn hợp đầu
Hình 3.8. Sự phụ thuộc giữa tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong hỗn hợp đầu và trong kết tủa
Để kiểm tra, chúng tôi tiến hành điều chế precursor cordierite bằng cách phân tán cao lanh A L−ới vào dung dịch hỗn hợp chứa Al3+ và Mg2+ sao cho hỗn
hợp có tỷ lệ mol MgO/SiO2 bằng 0,548 và tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 bằng 0,4. Thí nghiệm đ−ợc tiến hành nh− sau: cân 5 gam cao lanh A L−ới cho vào cốc 250 ml, thêm vào 3,3 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,5M và 23,4 ml MgSO4 1M. Khuấy đều hỗn hợp trong 30 phút để phân tán đều cao lanh trong toàn bộ thể tích dung dịch hỗn hợp của Mg2+ và Al3+. Thêm từ từ 9,8 ml dung dịch NH3 12,9M vào hỗn hợp, định mức dung dịch thành 100ml và tiếp tục khuấy trong 30 phút. Để già hoá kết tủa trong 24 giờ, sau đó lọc, rửa sạch, sấy khô ở 105oC. Bột phối liệu đ−ợc nghiền mịn qua rây 4900 lỗ/cm2. Mẫu precursor cordierite điều chế theo ph−ơng pháp phân tán rắn-lỏng đ−ợc ký hiệu là PẠ
Để kiểm tra tỷ lệ hợp thức của precursor PA, thành phần hoá học của mẫu đ−ợc xác định theo TCVN 7131:2002, kết quả đ−ợc trình bày ở bảng 3.8.
Bảng 3.8. Thành phần hoá học của mẫu precursor PA
Thành phần % Tỷ lệ mol Tỷ lệ mol
SiO2 Al2O3 MgO MKN Al2O3/SiO2 MgO/SiO2
39,53 26,78 10,48 20,52 0,399 0,398 Từ kết quả ở bảng 3.8, chúng tôi nhận thấy: thành phần hoá học của precursor PA có tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 và MgO/SiO2 đều t−ơng ứng với tỷ lệ hợp thức của gốm cordieritẹ
Nh− vậy, để điều chế phối liệu đúng tỷ lệ hợp thức của gốm cordierite, chúng ta phân tán cao lanh A L−ới vào dung dịch chứa Al3+ và Mg2+ sao cho hỗn hợp đầu có tỷ lệ mol Al2O3/SiO2 bằng 0,4 và tỷ lệ mol MgO/SiO2 bằng 0,548, tiến hành kết tủa Mg2+ và Al3+ bằng tác nhân kết tủa NH3. Ph−ơng pháp này mở ra một h−ớng mới trong việc tổng hợp precursor cordierite từ các nguồn cao lanh có thành phần hoá học khác nhaụ