Các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung precursor cordierite

I: cordierite (2MgỌ2Al 2O3.5SiO2)

Al 2O3.2SiO2.2H2O  450  ữ650 →

3.2.2.3. Các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung precursor cordierite

Để khảo sát các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung, precursor PA đ−ợc ghi giản đồ phân tích nhiệt TG - DTA với nhiệt độ nung cực đại 1250oC, tốc độ nâng nhiệt 5oC/phút trong môi tr−ờng không khí. Để có cơ sở dự đoán các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung precursor PA, chúng tôi tiến hành ghi giản đồ TG-DTA của các mẫu Mg(OH)2, Al(OH)3 tổng hợp độc lập (xem phụ lục 6 và 7).

Kết quả phân tích nhiệt TG-DTA ở hình 3.11 cho thấy:

- Trong khoảng nhiệt độ nung từ 220 ữ 300oC, trên đ−ờng DTA xuất hiện hiệu ứng thu nhiệt rất rõ rệt với cực đại ở 286oC, ứng với quá trình mất n−ớc của tinh thể gibbsite Al(OH)3 tạo thành nhôm 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 quá trình mất n−ớc tinh thể 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 có cực đại ở 519oC. Đây là hiệu ứng nhiệt của quá trình mất n−ớc cấu trúc của các khoáng kaolinite, halloysitẹ.. trong cao lanh. Khi đó, kaolinite, halloysite chuyển hoá thành dạng metakaolinite vô định hình, còn nhôm metahydroxit AlO(OH) phân 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, trên đ−ờng DTA xuất hiện một hiệu ứng toả nhiệt nhỏ, trong khi đó kết quả phân tích XRD của mẫu precursor PA nung ở 1000oC (PA1000) chỉ xuất hiện các pic nhiễu xạ đặc tr−ng của quartz (α-SiO2) và sapphirine (4MgỌ4Al2O3.2SiO2). Vì thế, chúng tôi cho rằng hiệu ứng toả nhiệt này ứng với quá trình tạo thành pha sapphirinẹ Lúc này mạng l−ới tinh thể kaolinite đã phân huỷ hoàn toàn thành metakaolinite kém bền, có hoạt tính cao, mặt khác các oxit MgO và γ-Al2O3 mới sinh do quá trình phân huỷ của Mg(OH)2 và Al(OH)3 cũng ở trạng thái rất hoạt động. Tiếp theo, chúng kết hợp với nhau tạo thành khoáng sapphirine theo phản ứng 3.15:

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

4MgỌ4Al2O3.2SiO2 (3.15) - Độ giảm khối l−ợng toàn phần trên đ−ờng TG bằng 19,6%. Kết quả này phù hợp với l−ợng MKN trong thành phần hoá học của precursor PA là 20,52% (xem bảng 3.8). Từ kết quả phân tích nhiệt TG-DTA của mẫu precursor PA, có thể cho rằng nhiệt độ nung sơ bộ precursor cordierite thích hợp là khoảng 500 ữ 600oC. Để khảo sát quá trình tạo pha cordierite, nhiệt độ nung mẫu phải trên 1000oC.