Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đồ án là từ nguyên liệu cao lanh ta tiến hành tạo zeolit có cấu trúc ổn định, có kích thước mao quản lớn, đồng đều. Sau đó biến tính zeolit mới tổng hợp nhằm thu được zeolit 3A. Sử dụng zeolit này để khảo sát khả năng làm khan cồn từ cồn công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZEOLIT 3A TỪ CAO LANH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG LÀM KHAN CỒN Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Quy Ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học Chuyên ngành: Hóa Dầu Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Diệp Khanh Sinh viên thực hiện: Trƣơng Quốc Thanh MSSV: 12030009 Lớp: DH12HD Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2016
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ và tên sinh viên: Trƣơng Quốc Thanh. Ngày sinh:14/12/1994. MSSV : 12030009 Lớp: DH12HD Địa chỉ : 935/7/27D Bình Giã, phƣờng 10, thành phố Vũng Tàu E-mail : Truongthanh.bvu@gmail.com Trình độ đào tạo : Đại học chính quy Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành: Hóa dầu 1. Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn. 2. Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Diệp Khanh 3. Ngày giao đề tài: 21/01/2016 4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: tháng 6 năm 2016 Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 21 tháng 01 năm 2016 GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƢỞNG BỘ MÔN TRƢỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CAM ĐOAN Để thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn ” tôi hoàn toàn sử dụng những kiến thức đã học dƣới sự hƣớng dẫn của giảng viên hƣớng dẫn và sử dụng các tài liệu đã đƣợc đánh dấu trong phần tài liệu tham khảo. Tôi hoàn toàn chiệu trách nhiệm với những gì tôi đã làm. Tôi xin cam đoan đây là bài báo cáo của tôi thực hiện trong suốt thời gian thực hiện đồ án.
LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm đồ án, tuy thời gian nghiên cứu ngắn, nhƣng đồ án này đã giúp tôi củng cố lại những kiến thức đƣợc học trên lớp, giúp chúng tôi có cái nhìn tổng quan về hƣớng nghiên cứu mới của ngành vật liệu, những vật liệu mới đem lại hiệu quả kinh tế cao cho việc sử dụng làm vật liệu hấp phụ, chất xúc tác. Đồng thời, góp phần làm hạn chế đƣợc ô nhiễm môi trƣờng. Để có đƣợc kết quả này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Trƣờng Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu, Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi, trang bị và hỗ trợ nhiều mặc để tôi hoàn thành đồ án này. Đặc biệt, tôi cảm ơn thầy Diệp Khanh đã trực tiếp hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu và phân tích tận tình mọi thắc mắc của tôi. Bên cạnh đó cũng xin ghi nhận những đóng góp, những ý kiến của các bạn lớp DH12HD. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện Trƣơng Quốc Thanh
MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................... i DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ....................................................... iii DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ iv LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3 1.1 Tổng quát về nguyên liệu cao lanh ............................................................. 3 1.1.1 Khái niệm và trữ lƣợng cao lanh ở nƣớc ta ............................................. 3 1.1.2 Thành phần và tính chất của cao lanh ...................................................... 4 1.1.3 Đặc điểm chất lƣợng cao lanh .................................................................. 7 1.1.4 Ứng dụng của cao lanh ........................................................................... 10 1.2 Tổng quan về Zeolit .................................................................................. 11 1.2.1 Giới thiệu chung về Zeolit ..................................................................... 11 1.2.2 Tổng quan về zeolit 3A .......................................................................... 23 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP ZEOLIT 3A ......................................................................................................................... 24 2.1 Dụng cụ và hóa chất .................................................................................. 24 2.2 Tổng hợp zeolit 4A ................................................................................... 24 2.2.1 Nguyên liệu ............................................................................................ 24 2.1.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm .............................................................. 25 2.2 Trao đổi ion thu Zeolit 3A ........................................................................ 27 2.2.1 Nguyên liệu ............................................................................................ 27 i
2.2.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm .............................................................. 27 2.3 Phƣơng pháp xác định cấu trúc của Zeolit ................................................ 28 2.3.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ....................................................... 28 2.3.2 Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM ........................... 29 2.3.3 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR) ........................................................ 30 2.3.4 Đo diện tích bề mặt (B.E.T) ................................................................... 31 2.4 Khảo sát khả năng làm khan cồn của Zeolit 3A ....................................... 31 2.4.1 Nguyên liệu ............................................................................................ 31 2.4.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm .............................................................. 32 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 33 3.1 Kết quả tổng hợp ....................................................................................... 33 3.1.1 Kết quả tổng hợp zeolit 4A .................................................................... 33 3.1.2 Kết quả trao đổi ion tổng hợp Zeolit 3A ................................................ 35 3.2 Kết quả khảo sát khả năng làm khan cồn từ cồn công nghiệp .................. 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 42 Kết luận ........................................................................................................... 42 Kiến nghị ......................................................................................................... 42 Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 43 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 45 ii
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT IR: Infra Red spectroscopy ( phổ hồng ngoại). XRD: X-Ray diffraction (nhiễu xạ tia X). SEM: Scanning electron microscope (Phƣơng pháp đo bằng kính hiển vi điện tử quét). UV-VIS : Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ iii
DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1 Cấu trúc sơ cấp của zeollite ............................................................ 14 Hình 1. 2 Cấu trúc thứ cấp của zeolite............................................................ 14 Hình 1. 3 Sự chọn hình dạng chất tham gia phản ứng ................................... 16 Hình 1. 4 Sự chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng .................................... 16 Hình 1. 5 Sự chọn lọc sản phẩm theo trạng thái tạo thành của hợp chất trung gian .................................................................................................................. 17 Hình 2. 1Mô hình khảo sát khả năng làm khan cồn ....................................... 32 Hình 3. 1 Mẫu cao lanh (trái) và Zeolit 4A thu được (phải) ........................ 33 Hình 3. 2 Giản đồ XRD zeolit 4A tổng hợp .................................................... 34 Hình 3. 3 Giản đồ XRD zeolit 4A chuẩn ......................................................... 34 Hình 3. 4 Ảnh chụp SEM của meta cao lanh (trái) và zeolit 4A (phải) .......... 35 Hình 3. 5 Mẫu zeolit 3A tổng hợp ................................................................... 36 Hình 3. 6 Giản đồ XRD của Zeolit 3A tổng hợp ............................................ 36 Hình 3. 7 Giản đồ XRD zeolit 3A chuẩn ......................................................... 36 Hình 3. 8 Hình chụp SEM Zeolit 3A ............................................................... 37 Hình 3. 9 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ cồn ......................................................................................................................... 38 Hình 3. 10 Đồ thị độ hấp phụ nước của Zeolit 3A đối với cồn 90o ................ 40 Hình 3. 11 Đồ thị độ hấp phụ nước của Zeolit 3A đối với cồn 95o ................ 41 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 2. 1. Thành phần cao lanh thương mại dùng làm nguyên liệu .............. 25 Bảng 3. 1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ nước trong cồn 90o ......................................................................................................................... 38 Bảng 3. 2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ nước trong cồn 95o ......................................................................................................................... 39 Bảng 3. 3 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ cồn 95o .................................................................................................................... 39 Bảng 3. 4 Độ hấp phụ nước của Zeolit 3A...................................................... 40 iv
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, việc sử dụng xăng E5 không còn xa lạ với nhiều ngƣời. Tính đến ngày 1 tháng 6 năm 2016 xăng A92 không còn bán ở 8 tỉnh thành ở Việt Nam. Trong đó, ethanol có vai trò rất quan trọng trong việc sản xuất xăng E5 phục vụ cho chiến dịch thí điểm không bán xăng A92 lần này, mà thay vào đó là bán xăng E5. Có thể nói việc sản xuất ethanol từ biomass để ứng dụng pha vào xăng là rất quan trọng. Nhƣng quan trọng hơn để sử dụng ethanol pha vào xăng nhất thiết ethanol phải là ethanol tuyệt đối. Vì vậy, muốn làm đƣợc đều đó ngƣời ta sử dụng nhiều phƣơng thức khác nhau nhằm làm tăng nồng độ ethanol. Một trong phƣơng pháp mang lại hiệu quả cao là sử dụng Zeolit 3A để làm tăng nồng độ ethanol. Tuy nhiên, đây là vật liệu hấp phụ mới chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi, nhƣng hiệu quả kinh tế rất cao. Đứng trƣớc những yêu cầu cấp thiết và tầm quan trọng của zeolit 3A, tôi đi đến nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn” Để hiểu rõ hơn tại sao cần phải tổng hợp Zeolit 3A để phục vụ cho việc tinh luyện ethanol, chúng ta cần hiểu rõ những vấn đề sau: 1. Tính cấp thiết của đề tài: Đáp ứng nhu cầu tìm ra một phƣơng pháp nhằm nâng cao hiệu quả trong việc chƣng cất cồn tinh luyện. Đó là tìm ra một vật liệu hấp phụ có tính chọn lọc cao, giá thành rẻ, đem lại hiệu quả tốt trong việc chƣng cất cồn công nghiệp thành cồn tuyệt đối để sản xuất xăng E5. 2. Tình hình nghiên cứu: hiện nay trên thế giới đã có một vài công trình nguyên cứu việc tạo thành công zeolit 3A. Zeolit 3A là lựa chọn số một cho việc tạo cồn tuyệt đối. 3. Mục đích nghiên cứu: Từ nguyên liệu cao lanh ta tiến hành tạo zeolit có cấu trúc ổn định, có kích thƣớc mao quản lớn, đồng đều. Sau đó biến tính zeolit mới tổng hợp nhằm thu đƣợc zeolit 3A. Sử dụng zeolit này để khảo sát khả năng làm khan cồn từ cồn công nghiệp. Trƣờng ĐHBRVT Trang 1 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh 4. Nhiệm vụ nghiên cứu: Tạo đƣợc zeolit 3A và khảo sát khả năng làm khan cồn. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng một số phƣơng pháp vật lí, hóa học trong điều kiện cho phép của nhà trƣờng. Sử dụng phƣơng pháp phổ nhiễu xạ rơnghen, ảnh hiển vi điện tử quét SEM... 6. Cấu trúc đề tài bao gồm các chƣơng sau: Chƣơng 1. Tổng quan. Chƣơng 2. Các phƣơng pháp thực nghiệm tổng hợp zeolit 3A. Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận. Trƣờng ĐHBRVT Trang 2 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Tổng quát về nguyên liệu cao lanh 1.1.1 Khái niệm và trữ lƣợng cao lanh ở nƣớc ta Cao lanh là sản phẩm phong hoá từ các nguồn đất chứa các nguồn tràng thạch nhƣ pegmatit, granit, gabro, bazan, rhyolit. Ngoài ra nó còn có thể đƣợc hình thành do quá trình biến chất trao đổi các đá gốc nhƣ quăcphophia. Cao lanh nguyên sinh (tức cao lanh thô) là cao lanh hình thành ngay tại mỏ đá gốc. Nếu sản phẩm phong hoá tàn dƣ, nhƣng bị nƣớc, băng hà, gió cuốn đi rồi lắng đọng tại các chổ trũng hình thành nên các mỏ cao lanh hay đất sét trầm tích - còn gọi là cao lanh thứ sinh. Nhƣ vậy sự hình thành các mỏ cao lanh là do chịu sự tác dụng qua lại của các quá trình hoá học, cơ học, sinh vật học bao gồm các hiện tƣợng phong hoá, rửa trôi và lắng đọng trong thời gian khá lâu trong lòng đất. Cao lanh hay đất cao lanh, là một loại đất sét màu trắng, bở, chịu lửa, với thành phần chủ yếu là khoáng vật cao lanhit cùng một số khoáng vật khác nhƣ illit, montmorillonit, thạch anh... sắp xếp thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó cao lanh quyết định kiểu cấu tạo và kiến trúc của cao lanh. Cao lanh có nguồn gốc tên gọi từ Cao Lĩnh thổ (tức đất Cao Lĩnh, là đất sét trắng tại Cao Lĩnh), một khu vực đồi tại Cảnh Đức Trấn, Giang Tô, Trung Quốc. Các mỏ đất sét trắng tại đây đƣợc khai thác để làm nguồn nguyên liệu sản xuất đồ sứ Trung Quốc. Tên gọi cao lanh đƣợc các giáo sĩ dòng Tên ngƣời Pháp du nhập vào châu Âu trong thế kỷ 18 và khi đƣợc phiên âm ngƣợc trở lại tiếng Việt thì nó đã trở thành cao lanh. Ở Việt Nam, trữ lƣợng cao lanh dự báo khoảng 15 triệu tấn, hàm lƣợng Al2O3 trong cao lanh khoảng từ 29-38%. Quặng cao lanh tập trung chủ yếu ở các tỉnh nhƣ Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Quảng Ninh, Tuyên Quang, Lâm Đồng, Đồng Nai. Đáng chú ý là cao lanh Lâm Đồng, đƣợc hình thành do quá trình phong hóa của natri-canxi fenspat, trong đó fenspat kiềm chiếm ƣu thế Trƣờng ĐHBRVT Trang 3 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh (anbit). Thƣờng phân bố dài khoảng 5 đến 10 km, với bề dày khoảng 5 đến 10 mét. Cao lanh Đà Lạt tập trung ở Prenn, Trại Mát và Bảo Lộc [1]. 1.1.2 Thành phần và tính chất của cao lanh a) Thành phần Cao lanh hình thành do quá trình phân huỷ khoáng vật felspat và các khoáng vật alumosilicat giàu nhôm, có trong thành phần của nhiều loại đá sét nguồn gốc khác nhau. Cao lanh xét theo thành phần hoá, thành phần khoáng cũng nhƣ cấu trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng. Mỗi nhóm khoáng bao gồm các đơn khoáng có cấu trúc hoặc tính chất gần giống nhau. Ba nhóm khoáng quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp gốm sứ là: Nhóm caolinit Đặc trƣng của nhóm caolinit là khoáng caolinit (tên khoáng này đƣợc lấy làm tên cho cả nhóm), là khoáng chủ yếu trong các mỏ cao lanh và đất sét, có công thức hoá học là Al2O3.2SiO2.2H2O. Thành phần hóa của khoáng này là SiO2: 46.54%; Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96%. Nếu mỏ cao lanh nào chứa chủ yếu là khoáng caolinit thì có chất lƣợng rất cao và chứa rất ít tạp chất gây màu (hàm lƣợng oxit sắt Fe2O3 < 1%). Nhóm môntmôrilônit (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O) Mạng lƣới tinh thể khoáng này gồm 3 lớp (2 tứ diện [SiO4] và 1 bát diện [AlO6]). So với caolinit thì khoáng này có lực liên kết yếu hơn, ở đây các nhóm OH- nằm bên trong 3 lớp trên tạo thành gói kiểu kín. Do có sự thay thế đồng hình, nên môntmôrilônit thƣờng chứa các cation Fe2+ , Fe3+, Ca2+, Mg2+ với hàm lƣợng khá lớn. Độ phân tán cao, hạt mịn, kích thƣớc cỡ 0.06 µm có thể chiếm đến 40% (trong đất sét thƣờng cỡ hạt trên chỉ chiếm 5-20%, trong cao lanh từ 0.5 – 1.5%) nên khoáng này có độ dẻo rất lớn. Môntmôrilônit là loại silicat 3 lớp nên khi có nƣớc các phân tử H2O có thể đi sâu vào và phân bố giữa các lớp làm cho mạng lƣới của nó trƣơng nở rất lớn, cũng chính do Trƣờng ĐHBRVT Trang 4 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh cấu trúc của bản thân nó nên khoáng này có khả năng hấp phụ trao đổi ion lớn. Khối lƣợng riêng môntmôrilônit từ 1.7 ÷ 2.7 g/cm3. Trong sản xuất gốm khoáng này có tên là bentônit. Đối với gốm mịn khi phối liệu có độ dẻo kém ngƣời ta thƣờng thêm một lƣợng 2 ÷ 5% bentônit để tăng độ dẻo. Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica): Illit hay mica ngậm nƣớc là những khoáng chính trong nhiều loại đất sét. Các dạng mica ngậm nƣớc thƣờng gặp là: Muscôvit: K2O.3Al2O3.6SiO2. 2H2O Biôtit : K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2. H2O Về mặt cấu trúc các khoáng này có mạng lƣới tinh thể tƣơng tự nhƣ các silicat 3 lớp nên tính chất của chúng rất giống nhau. Trong nhóm này còn có một số khoáng khác có cấu trúc và tính chất tƣơng tự nhƣ illit nhƣ là khoáng hyđrophylit, vermiculit và các dạng thủy mica khác [2]. b) Tính chất của cao lanh Cao lanh có màu trắng, dạng đặc sít hoặc là những khối dạng đất sáng màu, tập vảy nhỏ. Khi ngấm nƣớc, nó có tính dẻo, nhƣng không có hiện tƣợng co giãn, có khả năng trao đổi cation bằng một nửa illit, hoặc một phần tƣ montmorilonit. Mặt khác, khả năng trao đổi anion của cao lanh lại tƣơng đối cao. Trọng lƣợng riêng: 2,58-2,60 g/cm3, độ cứng khoảng 1, nhiệt độ nóng chảy: 1.750-1.787oC. Khi nung nóng, cao lanh có hiệu ứng thu nhiệt 510- 600 0C, liên quan đến sự mất nƣớc kết tinh và hiện tƣợng không định hình của khoáng vật. Hai hiệu ứng toả nhiệt từ 960 đến 1.000 và 1.200oC liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩm cao lanh không định hình, với hiệu ứng 1.200oC là quá trình kết tinh của oxyt silic không định hình để tạo thành cristobalit. Trong tự nhiên, cao lanh thƣờng bị nhuộm bẩn bởi oxit sắt, titan, hỗn hợp kiềm, đất hiếm, và các khoáng vật sét khác nhƣ halloysit, hyđromica, illit, montmorilonit. Oxit sắt là chất có hại, quyết định việc phân loại và sử dụng cao lanh trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Trƣờng ĐHBRVT Trang 5 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh Thành phần hạt Nhìn chung kích thƣớc các hạt đất sét và cao lanh nằm trong giới hạn phân tán keo (
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh thực hiện quá trình hydrat hoá hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc đơn khoáng của đất sét. Chẳng hạn đất bentônit ( chứa khoáng mônmôrilônit) có độ dẻo cao nhất, mịn nhất. Thƣờng trong bài phối liệu ngƣời ta chỉ dùng khoảng 5- 10% do nó có khả năng trao đổi ion lớn và khả năng thay thế đồng hình làm hàm lƣợng sắt trong nó cao. Bentônit rất khó sấy vì có độ co khi sấy lớn, thời gian sấy lâu. Trong sản xuất nếu gặp đất này chúng ta phải cho đủ lƣợng nƣớc theo đúng công thức của nó (nƣớc cấu trúc nằm giữa các lớp khoáng). Khi lƣợng nƣớc đủ lớn (khoảng 28%) thì hồ cao lanh, đất sét lại chảy thành dòng liên tục, cho phép ta tạo hình bằng phƣơng pháp hồ đổ rót. Chỉ số dẻo: là hiệu số độ ẩm của giới hạn chảy và giới hạn lăn. Giới hạn chảy đƣợc xác định theo vica chuẩn. Giới hạn lăn xác định theo phƣơng pháp cổ điển ( tạo đất thành sợi ∅ = 2-3 mm). Sự biến đổi của cao lanh khi nung: Khoáng chính và phổ biến nhất trong đất sét và cao lanh là caolinit. Khi nung nóng xảy ra các hiên tƣợng chính sau đây: - Biến đổi thể tích kèm theo mất nƣớc lý học. - Biến đổi thành phần khoáng bao gồm mất nƣớc hoá học, biến đổi cấu trúc tinh thể khoáng cũ (kể cả biến đổi thù hình). - Các cấu tử phản ứng với nhau để tạo ra pha mới. - Hiện tƣợng kết khối. 1.1.3 Đặc điểm chất lƣợng cao lanh Cao lanh phong hoá từ pegmatit: Đối với cao lanh nguồn gốc phong hoá, chất lƣợng phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phong hoá và có sự biến đổi theo chiều thẳng đứng từ đới phong hoá mạnh đến đới phong hoá yếu cao lanh phong hoá từ pegmatit có các đặc trƣng sau: - Đới phong hoá mạnh: Cao lanh thƣờng hạt mịn, giàu nhôm và hàm lƣợng sắt khá cao, thƣờng có màu vàng đến vàng sẫm. Độ thu hồi dƣới rây Trƣờng ĐHBRVT Trang 7 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh 0,21 mm thay đổi từ 30 đến 60 %, trung bình dƣới 40 %. Thành phần khoáng vật dƣới rây 0,21 mm chủ yếu là cao lanhit (90-96 %), một ít là halloysit, metahalloysit, ít felspat và thạch anh. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 34- 39,5; Fe2O3 = 1-3,5; K2O+Na2O = 0,2-2. - Đới phong hoá trung bình: Cao lanh thƣờng có màu trắng, lƣợng oxit sắt giảm so với đới phong hoá mạnh. Độ thu hồi dƣới rây 0,21 mm từ 20 đến 50 %, trung bình 30-35 %. Dƣới rây < 0,21 mm, khoáng vật cao lanhit chiếm 50-58 %, còn lại là hyđromica, felspat và thạch anh. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 29-34; Fe2O3 = 0,5-2,5; K2O+Na2O = 2-4,5. - Đới phong hoá yếu: Cao lanh thƣờng có màu trắng, hạt thô, cấu tạo dạng dăm, dạng bột. Phần dƣới rây 0,21 mm, khoáng vật chủ yếu là felspat, cao lanhit, ít hyđromica. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 18-24; Fe2O3 = 0,69; K2O+Na2O = 4,5-7 [3]. Cao lanh phong hoá từ gabbro: Cao lanh phong hoá từ đá gabbro thƣờng phân thành 3 đới theo chiều thẳng đứng rõ rệt: đới phong hoá mạnh, đới phong hoá trung bình, đới phong hoá yếu và có các đặc điểm nhƣ sau: - Khả năng thu hồi cao lanh dƣới rây 0,21 mm là 40-60 %, trung bình 28-38 %. - Độ trắng trung bình < 70 % và độ dẻo khoảng 10 %. - Thành phần khoáng vật: gồm cao lanhit, halloysit, metahalloysit, thạch anh và felspat, đôi nơi có gibbsit. - Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 13,0-25; SiO2 = 43-75; Fe2O3 = 0,3-0,8 [3]. Cao lanh phong hoá từ đá phun trào axit và keratophyr: Cao lanh phong hoá từ đá phun trào axit nhƣ ở các mỏ Vệ Linh (Hà Nội), Phong Dụ (Quảng Ninh), Định Trung (Vĩnh Phúc), từ keratophyr nhƣ ở mỏ Minh Tân (Hải Dƣơng), nhìn chung, hạt rất mịn, thƣờng có màu trắng, trắng hồng. Độ thu hồi qua rây 0,21 mm là 50-90 %, trung bình khoảng 70 %. Trƣờng ĐHBRVT Trang 8 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh Dƣới rây 0,21 mm, cao lanh có thành phần hoá học (%): Al2O3 = 15-22; SiO2 = 60-75; Fe2O3 = 0,8-2; MgO = 0,1-0,3; TiO2 = 0,03-0,11; K2O = 2,5-5; Na2O = 0,06-1,6 và mất khi nung = 6-8. Thành phần khoáng vật: cao lanhit, thạch anh vi tinh, metahalloysit. Độ trắng trung bình 70 % và độ dẻo là 8-16 %. Cao lanh phong hoá từ đá trầm tích và trầm tích biến chất: Đặc trƣng cho kiểu cao lanh phong hoá từ đá trầm tích sét kết, bột kết, cát kết là các tụ khoáng và mỏ Bá Sơn, Văn Khúc (Thái Nguyên), Phao Sơn (Hải Dƣơng); phong hoá từ đá phiến sericit nhƣ mỏ Khe Mo (Thái Nguyên) và mỏ Hoàng Lƣơng (Vĩnh Phúc) và một số mỏ ở Lâm Đồng. Đối với loại nguồn gốc này, cao lanh thƣờng có màu trắng, trắng xám, độ mịn cao. Thân quặng thƣờng dạng ổ hoặc dạng thấu kính. Độ thu hồi qua rây 0,21 mm là 20-80 %, trung bình 60 %. Thành phần khoáng vật: cao lanhit, hyđromica, thạch anh, limonit. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 10-25, SiO2 = 40-85, Fe2O3 = 1-8. Đặc điểm chất lượng cao lanh nguồn gốc trầm tích Cao lanh nguồn gốc trầm tích thƣờng phân bố tập trung ở các tỉnh thuộc Nam Bộ và ở một số tỉnh Đông Bắc Bộ nhƣ mỏ Trúc Thôn (Hải Dƣơng), Yên Thọ (Quảng Ninh), Tuyên Quang .... Cao lanh trầm tích có các đặc điểm sau: Độ thu hồi dƣới rây 0,21 mm là 20-30 % đối với các mỏ ở Đông Bắc Bộ và 60-80 % đối với các mỏ ở Nam Bộ. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 10- 37; SiO2 = 45-90; Fe2O3 = 0,5-7. Thành phần khoáng vật: bao gồm cao lanhit, hyđromica, thạch anh, limonit. Tài liệu thăm dò ở các mỏ cao lanh cho thấy hàm lƣợng Al2O3 rất cao, đạt từ 27 đến 37 %, độ dẻo lớn. Cao lanh trầm tích thƣờng có thành phần hoá học, khoáng vật và độ thu hồi thuộc loại ổn định đến không ổn định. Đặc điểm chất lượng cao lanh-pyrophyllit nguồn gốc nhiệt dịch - biến chất trao đổi Trƣờng ĐHBRVT Trang 9 Khoa HH và CNTP
Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh Tổng hợp tài liệu điều tra thăm dò địa chất đã tiến hành ở vùng Tấn Mài (Quảng Ninh), ta thấy thành phần cao lanh-pyrophyllit vùng Tấn Mài nhƣ sau (%): Al2O3 = 10-39; SiO2 = 40-50; Fe2O3 = 0,01-0,07; MgO = 0,05-0,5; CaO = 0,05-1,4; TiO2 = 0,03-1; K2O = 0,16; Na2O = 0,1-1,3; MKN = 1,4-2,1. Trong các thân quặng tồn tại 4 loại quặng tự nhiên: cao lanh, pyrophyllit, alunit và quarzit cao nhôm. Tóm lại, từ các dẫn liệu trên ta thấy chất lƣợng cao lanh tự nhiên của nƣớc ta chƣa cao do hàm lƣợng Al2O3 thấp; phần lớn các tụ khoáng đã đƣợc tìm kiếm, thăm dò có hàm lƣợng nhỏ hơn 30 %. Hàm lƣợng Fe2O3 thƣờng cao hơn so với cao lanh thƣơng phẩm [4]. 1.1.4 Ứng dụng của cao lanh Trong công nghiệp, cao lanh đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn nhƣ sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, chất độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng v.v Cao lanh đƣợc sử dụng rộng rãi hoặc từ cao lanh tự nhiên, hoặc đã đƣợc làm giàu. Yêu cầu công nghiệp đối với cao lanh chủ yếu dựa vào chỉ tiêu thành phần hoá học của Al2O3, TiO2, Fe2O3, CaO, SO3… và các tính chất lý hoá, cơ lý nhƣ độ phân tán, độ bền cơ học ở trạng thái khô, độ chịu lửa, độ trắng. Các ngành công nghiệp sử dụng cao lanh khá nhiều. Dƣới đây, đề cập một số ngành công nghiệp chính sử dụng cao lanh. - Công nghiệp sản xuất giấy: Trong công nghiệp giấy, cao lanh đƣợc sử dụng làm chất độn tạo cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang và làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt nhất. Loại giấy thông thƣờng chứa 20 % cao lanh, có loại chứa tới 40 %. Thông thƣờng, một tấn giấy đòi hỏi 250-300 kg cao lanh. Chất lƣợng cao lanh dùng làm giấy đƣợc xác định bởi độ trắng, độ phân tán và mức độ đồng đều của các nhóm hạt. Cát là tạp chất làm giảm chất lƣợng cao lanh, vì nó làm giảm độ bóng của mặt. Trƣờng ĐHBRVT Trang 10 Khoa HH và CNTP