Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu sử dụng hidroxit nhôm tân rai hoạt hóa trong quá trình sản xuất PAC

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và khảo sát một số tính chất hóa lí và khả năng hòa tách trong axit HCl của mẫu nhôm hidroxit sau khi nghiền. Dựa vào kết quả đó, đề xuất quy trình công nghệ chế tạo PAC. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu sử dụng hidroxit nhôm tân rai hoạt hóa trong quá trình sản xuất PAC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HIDROXIT NHÔM TÂN RAI HOẠT HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PAC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------- NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HIDROXIT NHÔM TÂN RAI HOẠT HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PAC Chuyên ngành : Kĩ thuật Hóa học Mã số : 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ THỊ MAI HƢƠNG GS.TS. NGUYỄN TRỌNG UYỂN Hà Nội - 2016
Lời cảm ơn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Lê Thị Mai Hương và GS.TS. Nguyễn Trọng Uyển đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn khoa Hóa học – Trường Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Hoá học đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình hoàn thiện luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Viện trưởng cùng các đồng nghiệp trong Viện Hóa học Các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và các thành viên trong Trung tâm Phát triển công nghệ Sạch và Vật Liệu đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình, các sinh viên khoá 6 và 7 trường Đại học Công nghiệp Hà Nội cùng những bạn bè đã luôn ở bên động viên, chia sẻ và giúp đỡ về mọi mặt trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua. Một lần nữa xin được trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Thành Trung
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PAC polyalumiumclorua PFC polyferric clorua FC Sắt III clorua AS Nhôm III sunfua PAS polyaluminium sunfat PASS polyaluminium silicate sunfat SEM Scanning Electron Microscopy - SEM XRD Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X Al(OH)3 – 1 Nhôm hiđroxxit trƣớc nghiền Al(OH)3 – 2 Nhôm hiđroxxit sau nghiền
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................8 MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NHÔM HIDROXIT ................................................................3 1.1.1. Nhôm tri hiđrôxit...............................................................................................3 1.1.2. Nhôm monohiđrôxit ..........................................................................................8 1.1.3. Sự phân huỷ nhiệt của các nhôm hiđrôxit .......................................................13 1.2. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT KEO TỤ ....................................................................15 1.2.1. Chất keo tụ ......................................................................................................15 1.2.2. Một số phƣơng pháp điều chế chất keo tụ ......................................................19 1.3. ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH HÒA TAN ...................................................21 1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ NGHIỀN ....................................................24 1.4.1. Giới thiệu về phƣơng pháp nghiền ..................................................................24 1.4.2. Một số thiết bị nghiền[2,11,16] .......................................................................25 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........27 2.1. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ ...............................................................................27 2.1.1. Hoá chất ..........................................................................................................27 2.1.2. Thiết bị ............................................................................................................27 2.1.3. Dụng cụ ...........................................................................................................27 2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƢNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU.28 2.2.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X ............................................................................28 2.2.2. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét SEM ..........................................................29 2.2.3. Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt ....................................................................29 2.2.5. Xác định nồng độ nhôm (Al3+) bằng phƣơng pháp chuẩn độ complexon ......30 2.2.6. Xác định nồng độ H+ bằng phƣơng pháp chuẩn độ axit - bazo ......................31 2.2.7. Xác định hàm lƣợng Cl- bằng phƣơng pháp chuẩn độ kết tủa ........................31
2.2.7. Xác định hàm lƣợng SO42- ..............................................................................32 2.2.9. Xác định tổng hàm lƣợng Fe3+ ........................................................................33 2.2.10. Xác định tỉ trọng của sản phẩm .....................................................................34 2.2.11. Công thức xác định chỉ số n trong PAC ........................................................34 2.3. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÍ VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MẪU TRƢỚC VÀ SAU NGHIỀN ..................................34 2.4. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH NGHIỀN ĐẾN HIĐRÔXXIT NHÔM .......................................................................................................................35 2.5. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH ........................................................................................................................35 2.5.1. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ khuấy ............................................................35 2.5.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng ....................................................35 2.5.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit .............................................................35 2.5.4. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian phản ứng ...................................................36 2.6. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO PAC TỪ NHÔM HIĐROXXIT TÂN RAI ............................................................................................................................36 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................38 3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU ........................38 3.1.1. Kết quả X-ray ..................................................................................................38 3.1.2. Kết quả SEM ...................................................................................................39 3.1.3. Kết quả BET ....................................................................................................39 3.1.4. Kết quả phổ tán xạ Laser .................................................................................40 3.1.5. Kết quả phân tích thành phần hóa học ............................................................41 3.2. KẾT QUẢ KHẢ NĂNG HÒA TÁCH TRONG AXIT HCL VÀ SỰ THAY ĐỔI BỀ MẶT SAU HÒA TÁCH CỦA NHÔM HIĐROXIT TÂN RAI TRƢỚC VÀ SAU KHI NGHIỀN............................................................................................41 3.2.1. Kết quả ảnh hƣởng của nhiệt độ và nồng độ đến hiệu suất quá trình hòa tách ............................................................................................................................42 3.2.2. Khảo sát sự thay đổi của bề mặt sau khi hoà tách...........................................44
3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HÒA TÁCH TRONG AXIT HCl CỦA MẪU NHÔM HIDROXIT TÂN RAI SAU KHI NGHIỀN ...........................................................................................................47 3.3.1. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy ..........................................................................47 3.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian .................................................................................48 3.4. QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO PAC ...........................................................................49 3.4.1. Lựa chọn điều kiện tại giai đoạn 1 ..................................................................49 3.4.2. Lựa chọn điều kiện giai đoạn 2 .......................................................................51 KẾT LUẬN ...............................................................................................................53 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................54 PHỤ LỤC …………………………..…………………………………………….. 57
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cấu tạo của Gibbsit .....................................................................................4 Hình 1.2. Mô hình cấu trúc của Gibbsit ......................................................................5 Hình 1.3. Phân bố của nhóm OH trong Gibbsit và khoảng cách giữa chúng .............5 Hình 1.4. Mô hình cấu trúc của Gibbsit ......................................................................5 Hình 1.5. Cấu trúc của Bayerit ....................................................................................7 Hình 1.6. Cấu trúc lớp của Bayerit..............................................................................7 Hình 1.7. Cấu trúc tinh thể của Nordstrandit ..............................................................8 Hình 1.8. Ô mạng cơ sở của Bemit ...........................................................................10 Hình 1.9. Cấu trúc của tinh thể Bemit.......................................................................10 Hình 1.10. Cấu trúc dạng phân tử polyme của Bemit ..............................................10 Hình 1.11. a-Mạch AlO(OH), b-AlO(OH), ..............................................................11 Hình 1.12. Mô hình tinh thể Bemit .........................................................................11 Hình 1.13. Hình dáng tinh thể Diaspor .....................................................................12 Hình 1.14. Cấu trúc của Diaspor ...............................................................................13 Hình 1.15. Cấu trúc của Diaspor ...............................................................................13 Hình 1.16. Máy nghiền bằng phƣơng pháp va đập ..................................................25 Hình 1.17. Máy nghiền bi trụ ngắn ..........................................................................26 Hình 2.1. Sự nhiễu xạ tia X trên bề mặt vật liệu .......................................................28 Hình 2.2. Máy X- Ray ...............................................................................................28 Hình 2.3. Máy chụp SEM .........................................................................................29 Hình 3.1. Kết quả X-ray của mẫu Al(OH)2-2 ...........................................................38 Hình 3.2. Kết quả X-ray của mẫu Al(OH)2-1 ...........................................................38 Hình 3.3. kết quả SEM của mẫu Al(OH)3-1 và Al(OH)3-2. .....................................39 Hình 3.4. Kết quả sự phân bố kích thƣớc hạt của mẫu trƣớc nghiền ........................40 Hình 3.5. Kết quả sự phân bố kích thƣớc hạt của mẫu sau nghiền ...........................40
Hình 3.6. Hiệu suất hòa tách trong HCl 4M theo nhiệt độ .......................................42 Hình 3.7. Hiệu suất hoà tách trong HCl ở 750C theo nồng độ ..................................43 Hình 3.8. Kết quả SEM mẫu có hiệu suất 15% (3M – 750C) ...................................44 Hình 3.9. Kết quả SEM mẫu có hiệu suất 32% (5M – 750C) ...................................45 Hình 3.10. Kết quả SEM mẫu có hiệu suất 50% (5M – 850C) .................................45 Hình 3.11. Kết quả SEM của mẫu mẫu Al(OH)3-1 và Al(OH)3-2 sau hoà tách .......46 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất ............................................47 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng...................................48 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình hòa tách .....................................50 Hình 3.15. Ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình hòa tách ....................................50 Hình 3.16. Sản phẩm bã sau phản ứng ......................................................................52 Hình 3.17. Hình ảnh một số PAC trên thị trƣờng và sản phẩm của luận văn ...........52
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Một số dạng monome, polyme của muối nhôm và muối sắt ....................16 Bảng 1.2. Các sản phẩm keo tụ mới..........................................................................18 Bảng 2.1. Các hóa chất và nguyên liệu đầu sử dụng trong luận văn ........................27 Bảng 2.2. Các dụng cụ sử dụng trong luận văn ........................................................27 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát diện tích bề mặt bằng phƣơng pháp BET ....................40 Bảng 3.2. Thành phần hóa học của mẫu trƣớc và sau nghiền ...................................41 Bảng 3.3. Tổng hợp kết quả hiệu suất hòa tách trong dung dịch axit HCl ...............43
DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Sơ đồ phân huỷ nhiệt của Gibbsit ............................................................14 Sơ đồ 1.2. Sơ đồ phân huỷ nhiệt của tinh thể Bayerit ...............................................15 Sơ đồ 1.3. Sơ đồ phân huỷ nhiệt của gel Bemit ........................................................15 Sơ đồ 1.4. Quy trình điều chế PAC ...........................................................................20 Sơ đồ 2.1. Quy trình công nghệ chế tạo PAC ...........................................................37
MỞ ĐẦU Hiện nay, vấn đề “môi trƣờng” ngày càng nhận đƣợc sự quan tâm của ngƣời dân trong xã hội cũng nhƣ chính phủ và các nhà khoa học. Trong đó, xử lí nƣớc là một trong những những vấn đề ƣu tiên hàng đầu. Vấn đề xử lí nƣớc hiện hữu khắp mọi nới từ thành thị tới nông thôn, từ miền xuôi đến miền ngƣợc nhƣ làm sạch nƣớc ở bể bơi; xử lí nƣớc sinh hoạt của gia đình hay đến những vấn đề to lớn hơn nhƣ xử lí nƣớc thải từ các nhà máy, khu công nghiệp trƣớc khi đổ ra sông, biển... Có nhiều biện pháp để xử lí nƣớc, một trong những phƣơng pháp hay đƣợc sử dụng là dùng chất keo tụ để làm sạch nƣớc. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng nhiều do có nhiều ƣu điểm nhƣ: phƣơng pháp thực hiện đơn giản, quá trình làm sạch nƣớc nhanh chóng, dễ dàng mua hóa chất, ko cần đầu tƣ thiết bị máy móc phức tạp… Trong đó, Polyaluminium clorua còn đƣợc viết tắt là PAC, là hóa chất keo đƣợc sử dụng nhiều trên thị trƣờng. Dòng hóa chất keo tụ mới này có nhiều ƣu điểm hơn so với các loại hóa chất truyền thống nhƣ khoảng pH hoạt động rộng, ít làm giảm pH của nƣớc, tốc độ keo tụ nhanh, ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng… Hiện nay trên thị trƣờng Việt Nam có rất nhiều loại PAC, nhƣ PAC Trung Quốc, PAC - Ấn Độ hay PAC – Việt Nam. Ở miền Bắc nƣớc ta, chỉ có duy nhất một nhà máy Hóa chất Việt Trì – Phú Thọ sản xuất PAC. Nhà máy sản xuất PAC đi từ nhômhiđroxit, điều kiện phản ứng là 1550C và 5 atm. Từ điều kiện phản ứng trên chứng tỏ phản ứng xảy ra khó khan, tốc độ phản ứng chậm. Đo đó, cần nghiên cứu phƣơng pháp “hoạt hóa nhôm hiđroxit” để cải thiện khả năng phản ứng, giúp giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm và tăng sức cạnh tranh sản phẩm so loại sản phẩm nhập ngoại. Một trong số các cách là “hoạt hóa nhôm hiđroxit bằng phƣơng pháp nghiền đập li tâm”. Tuy nhiên, phƣơng pháp này chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều ở Việt Nam và cũng chƣa đƣợc áp dụng trên đối tƣợng “Nhôm hiđroxit Tân Rai”. Do đó, tôi lựa chọn đề tài “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HIDROXIT NHÔM TÂN RAI HOẠT HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PAC”. 1
Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu và khảo sát một số tính chất hóa lí và khả năng hòa tách trong axit HCl của mẫu nhôm hidroxit sau khi nghiền. Dựa vào kết quả đó, đề xuất quy trình công nghệ chế tạo PAC. Những nội dung nghiên cứu:  Nghiên cứu và khảo sát một số tính chất hóa lí và khả năng hòa tách trong axit HCl của mẫu nhôm hidroxit sau khi nghiền o Nghiên cứu và so sánh một số tính chất hóa lí của mẫu trƣớc và sau khi nghiền; o Đánh giá hiệu quả hòa tách hòa tách nhôm hiđroxit sau nghiền trong dung dịch axit HCl; o Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hòa tách trong axit HCl của mẫu sau nghiền;  Đề xuất ra quy trình công nghệ chế tạo PAC  Khảo sát một số yếu tố đến quy trình chế tạo PAC nhƣ nhiệt độ; thời gian, tốc độ khuấy…  Đề xuất quy trình công nghệ;  Đánh giá một số chỉ tiêu của sản phẩm nhƣ: hàm lƣợng Al2O3, khối lƣợng riêng, chỉ số “n”… Phương pháp nghiên cứu  Sử dụng một số phƣơng pháp hóa lí hiện đại nhƣ: SEM, BET, X-ray, Laser  Sử dụng một số phƣơng pháp chuẩn độ thể tích để xác định hàm lƣợng Al3+, Ca2+, Cl-…  Sử dụng phƣơng pháp khối lƣợng để xác định hàm lƣợng bã rắn, khối lƣợng riêng sản phẩm… 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NHÔM HIDROXIT Nhôm hiđrôxit là một sản phẩm công nghiệp, từ nhôm hiđrôxit có thể sản xuất ra kim loại ở dạng siêu tinh khiết, sản xuất gốm sứ cao cấp, các loại thuốc, các chất hấp phụ và xúc tác. Theo cấu trúc, nhôm hiđrôxit đƣợc phân ra thành hai loại: nhôm trihiđrôxit Al(OH)3 và nhôm mônô hiđrôxit AlO(OH)[19]. 1.1.1. Nhôm tri hiđrôxit Nhôm trihiđrôxit có ba dạng thù hình: - Gibbsit - Bayerit - Nordstrandit. 1.1.1.1. Nhôm hiđrôxit dạng Gibbsit Gibbsit là một dạng nhôm hiđrôxit quan trọng nhất trong thành phần cơ bản của bôxit, đồng thời cũng là sản phẩm trung gian của quá trình sản xuất nhôm từ bôxit. a. Điều chế Có nhiều phƣơng pháp điều chế Gibbsit khác nhau đi từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. - Sục CO2 vào dung dịch natri aluminat ở điều kiện nhiệt độ và pH thích hợp ( nguyên liệu ban đầu có thể là phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O và nhôm kim loại). - Kiềm hoá muối nhôm nitrat Al(NO3)3. - Axit hoá dung dịch natri aluminat. b. Thành phần hoá học Gibbsit có công thức: Al2O3.3H2O = 2Al(OH)3 Khối lƣợng riêng : 2,3 - 2,43 g/cm3. c. Cấu trúc của Gibbsit Ô mạng cơ sở của Gibbsit gồm có 8 ion Al3+ và 24 ion OH-, tƣơng ứng với 8 phân tử Al(OH)3[19]. 3
Các hằng số mạng của Gibbsit , Å Å : a = 8,54 - 8,7 ; b = 5,06 - 6,09 ; c = 9,21 - 9,76 ;  = 85016„ - 85026„. Tinh thể Gibbsit có cấu trúc lớp, trong đó mỗi một lớp bao gồm 2 phiến từ các ion OH- nằm trên mặt phẳng song song (001), ở giữa chúng là các phiến của ion nhôm. Do có sự bố trí trên cùng một mặt phẳng (001) nên hình thành mạng lƣới lục giác, tạo thành bởi các nhóm OH-. Ion nhôm nằm ở trung tâm hình lục giác (Hình 1.1a) Hình 1.1.a Hình 1.1.b Hình 1.1. Cấu tạo của Gibbsit Trong mạng tinh thể của Gibbsit các ion nhôm chỉ có trong 2/3 số thể tích lục giác. Mỗi một sự lấp đầy hình lục giác trong không gian có một số sai lệch so với cấu trúc bát diện hoàn hảo [19]. Các bát diện nối với nhau bằng các đỉnh chung vào một vòng gồm 6 mặt với thành phần [Al(OH) 6]3-. Cấu trúc mạng tinh thể Gibbsit gồm 3 lớp từ tập hợp các vòng và các nhóm hiđrôxit . Trong 3 lớp, ion OH- của lớp này nằm đối diện với lớp kia. (Hình 1.1b). Giữa các lớp đƣợc nối với nhau bằng liên kết OH. Trong mạng lƣới tinh thể của Gibbsit xuất hiện các tinh thể bó chặt trong các vòng từ các bát diện [Al(OH) 6]3- (Hình 1.2 và 1.3). Vị trí của 4
hiđrôxit trong Gibbsit đƣợc mô tả ở (Hình 1.4). Hình 1.2. Mô hình cấu trúc của Hình 1.3. Phân bố của nhóm OH trong Gibbsit Gibbsit và khoảng cách giữa chúng Hình 1.4. Mô hình cấu trúc của Gibbsit Kích thƣớc của các liên kết trong Gibbsit là: O – AlO(OH) = 1,73 Å ; O – O = 2,79 Å. 1.1.1.2. Nhôm hiđrôxit dạng Bayerit a. Điều chế 5
Bayerit là một khoáng chất chủ yếu đƣợc điều chế nhân tạo. Các phƣơng pháp điều chế Bayerit : Từ dung dịch muối nhôm khi pH = 10,0 - 11,5. Sục CO2 vào dung dịch aluminat có nồng độ đến 200g/lít Al2O3 trong điều kiện nhiệt độ phòng. Tự phân huỷ dung dịch aluminat không có mầm tinh thể trong điều kiện nhiệt độ phòng. Khi thuỷ phân nhôm hỗn hống hoá trong nƣớc dẫn điện (0,5N dung dịch Hg2Cl2) ở điều kiện nhiệt độ phòng. Chế biến thuỷ nhiệt Gibbsit trong nồi áp lực, dƣới áp lực của không khí hoặc CO2 ở nhiệt độ 100 – 1050C. b. Thành phần hoá học Thành phần hóa học của Bayerit cũng giống nhƣ của Gibbsit : Al(OH)3. Tỷ khối: 2,48 - 2,53 g/cm3 . Hằng số mạng (Å): a = 5,01 - 5,05; c = 4,73 - 4,76. c. Cấu trúc của Bayerit Bayerit cũng nhƣ Gibbsit, có cấu trúc lớp với 3 lớp và kết tinh ở hệ lục giác. Trong cấu trúc của Bayerit, các nguyên tử của lớp thứ ba phân bố trên các nguyên tử của lớp thứ nhất giống nhƣ trong mạng tinh thể của ôxit titan. Một số tài liệu khẳng định rằng, Bayerit có đồng thời nhiều mối liên hệ về cấu tạo với Gibbsit . Tuy vậy lớp bát diện trong cấu trúc tinh thể của Bayerit phân bố khác trong Gibbsit. Trong cấu trúc của Bayerit 1/3 thể tích của bát diện do cation Al3+ chiếm, còn lại 1/3 là ô trống. Cấu trúc lớp của Bayerit theo [19] thể hiện trên hình 1.6. Theo Montopo[22], ô mạng lục giác sơ cấp của Bayerit có chứa 2 ion Al3+ và 6 ion OH-, nhƣ vậy phù hợp với 2 phân tử Al(OH)3. Còn theo Ts. Sasvari[23], Bayerit có cấu trúc dạng đơn nghiêng và trong ô mạng cơ sở không chỉ có 2 mà có tới 4 phân tử Al(OH)3. Tỷ khối của Bayerit lớn hơn tỷ khối của Gibbsit. Kích thƣớc tối thiểu giữa 2 liên kết O-O trong mạng lƣới tinh thể Bayerit lớn hơn so với Gibbsit và mật độ cũng 6
dày đặc hơn. Cũng có tác giả cho rằng, trong Bayerit có các lớp kép liên kết chặt chẽ với nhau trong một bó bởi các liên kết hydro giữa các ion OH- nằm cạnh nhau, đƣợc mô tả trong hình 1.5. Khoảng các giữa các lớp kép là 2,4Å (trong đó Gibbsit là 2,8 Å) đƣợc mình họa trong hình 1.6. Nhờ các sắp xếp của các lớp kép nhƣ vậy nên khoảng cách nhỏ nhất O-O giữ 2 lớp kép nằm cách nhau của Bayerit lớn hơn so với Gibbsit (3,13 Å so với 2,8Å của Gibbsit). Hình 1.5. Cấu trúc của Bayerit Hình 1.6. Cấu trúc lớp của Bayerit 1.1.1.3. Nhôm trihiđrôxit dạng Nordstrandit a. Điều chế Nordstrandit đƣợc Van Nordstrandit cùng với một số tác giả khác phát hiện ra[16]. Ngày nay, có rất nhiều phƣơng pháp để điều chế Nordstrandit tinh khiết. Trong mọi phƣơng pháp điều chế Nordstrandit đều thu đƣợc nhôm hiđrôxit dạng gel, bằng cách bão hoà với sự có mặt của các tác nhân tạo chelat nhƣ: etylen diamin, etylenglycol, ... Trộn NH3 vào dung dịch nitrat nhôm thu đƣợc sản phẩm ở dạng huyền phù bằng etylendiamin 70% ở 580 C trong 60 ngày. Sau đó, đem sản phẩm đi lọc rửa bằng nƣớc cất, sấy ở 500C thu đƣợc Nordstrandit tinh khiết. hoặc cho dung dịch amoniac có pH = 7 - 9 tác dụng với muối nhôm ở nhiệt độ phòng. Sau phản ứng thu 7
lấy kết tủa, rửa bằng nƣớc cất và tẩm bằng diamin alkilen. Sản phầm đem đi ủ ở 600C trong 10-60 ngày. Hoặc cho NH3 tác dụng với nitrat nhôm, thu đƣợc thể gel. Đem hỗn hợp tạo thành đi ngầm trong dung dịch EDTA ở nhiệt độ phòng trong 49 ngày. b. Thành phần công thức hoá học Nordstrandit có công thức : Al(OH)3 Khối lƣợng riêng: 2,42 -2,51 g/cm3. Các hằng số ô mạng cơ sở: a = 8,63 - 8,89 Å; b = 5,00-5,07 Å; c = 10,24 Å c. Cấu trúc của Nordstrandit Nordstrandit có nhiều dạng tinh thể khác nhau: dạng phiến, dạng vẩy. Tinh thể Nordstrandit khác biệt so với tinh thể Gibbsit là do sự vắng mặt của ion kim loại trong mạng lƣới tinh thể. Nordstrandit cũng nhƣ Bayerit và Gibbsit có cấu trúc lớp. Cấu trúc tinh thể của Nordstrandit chiếu trên mặt phẳng (Hình 1.7). Độ lớn các liên kết trong Nordstrandit. O – Al = 1,73Å; O – O = 2,85 Å. Hình 1.7. Cấu trúc tinh thể của Nordstrandit 1.1.2. Nhôm monohiđrôxit Nhôm mônô hiđrôxit có 2 dạng thù hình: - Bemit. - Diaspor. 8
1.1.2.1. Bemit a. Điều chế Bemit tồn tại ở hai trạng thái: Bemit dạng gel và Bemit tinh thể. Trong tự nhiên Bemit tồn tại trong quặng bôxit). Bemit có thể điều chế bằng các phƣơng pháp khác nhau: - Nung nitrat nhôm ở 320 - 3600C dƣới áp suất 200 - 300 at . - Nung Gibbsit, Bayerit hoặc  -Al2O3 với nƣớc hoặc với dung dịch kiềm dƣới áp suất không khí hay CO2 trong nồi áp lực ở nhiệt độ 160 - 220 0C. - Lão hoá gel nhôm hiđrôxit ở pH > 12 và ở 800C. - Axit hoá dung dịch aluminat. b. Thành phần hoá học Bemit có công thức: Al2O3.H2O = 2AlO(OH). c. Cấu trúc của Bemit Khối lƣợng riêng: 3,00 - 3,20 g/cm3. Thông số ô mạng cơ sở: đƣợc cấu tạo từ 4 phân tử AlO(OH). Spin tinh thể của Bemit có dạng hình thoi. a = 2,85 - 2,87 Å; b = 12,20 - 12,24 Å; c = 3,69 - 3,70 Å. Tinh thể Bemit đƣợc cấu tạo từ 2 lớp khối oxi bát diện, ở trung tâm là các ion nhôm. Trong Bemit ion Al3+ đƣợc bao bọc bởi 4 oxi và 2 gốc hiđrôxit. Kích thƣớc O – O các tác giả đƣa ra không giống nhau: 2,47 Å; 2,69 Å; 2,95 Å. Kích thƣớc O – Al bằng 1,88 Å [19]. Bemit thƣờng gặp ở trạng thái phân tán mịn. Cấu trúc tinh thể của Bemit thể hiện trên Hình 1.8. Tinh thể của Bemit bao gồm những lớp kép “dạng gợn sóng”. Tại đỉnh của hình bát diện là các nguyên tử oxi, còn ở tâm hình bát diện là các ion nhôm. Theo hƣởng trục x, các khối bát diện đƣợc nối với nhau bằng cạnh, theo hƣớng trục z. Chúng nối với nhau bằng các đỉnh của hình bát diện (Hình 1.9). Trong cấu trúc của Bemit có hai loại nguyên tử oxi điển hình: 9