intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp gốm Akermanite 2CaO.MgO.2SiO2 và ảnh hưởng của oxit TiO2, ZrO2 đến cấu trúc và tính chất của gốm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST
Báo xấu
24
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của đề tài gồm: Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều chế gốm Akermanite. Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của gốm: Nghiên cứu ảnh hưởng của Titan (IV) oxit đến cấu trúc, tính chất của gốm. Nghiên cứu ảnh hưởng của Ziriconi (IV) oxit đến cấu trúc, tính chất của gốm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp gốm Akermanite 2CaO.MgO.2SiO2 và ảnh hưởng của oxit TiO2, ZrO2 đến cấu trúc và tính chất của gốm

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- VŨ THỊ MAI ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM AKERMANITE 2CaO.MgO.2SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT TiO2, ZrO2 ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- VŨ THỊ MAI ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM AKERMANITE 2CaO.MgO.2SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT TiO2, ZrO2 ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60 44 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nghiêm Xuân Thung Hà Nội – Năm 2011
  3. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 Chƣơng 1- TỔNG QUAN........................................................................................................ 2 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM ................................................ 2 1.1.1. Vật liệu gốm ............................................................................................ 2 1.1.2. Các phƣơng pháp tổng hợp gốm ............................................................. 3 1.1.2.1. Phương pháp sol-gel .................................................................. 3 1.1.2.2. Phương pháp đồng kết tủa ........................................................ 3 1.1.2.3. Phương pháp phân tán rắn - lỏng ............................................. 4 1.1.2.4. Phương pháp điều chế gốm truyền thống .................................. 4 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO2............................. 4 1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO2 ...................................... 5 1.2.1.1. Canxi oxit (CaO) ..................................................................... 5 1.2.1.2. Magie oxit (MgO) ..................................................................... 5 1.2.1.3. Silic oxit (SiO2) ......................................................................... 6 1.2.2. Khái quát về các oxit TiO2, ZrO2 ............................................................ 6 1.2.2.1. Titan (IV) oxit: .......................................................................... 6 1.2.2.2. Ziriconi đioxit:........................................................................... 7 1.2.3 Giới thiệu về talc ....................................................................................... 7 1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc ........................................................ 7 1.2.3.2. Thành phần hóa học và thành phần khoáng talc ...................... 8 1.2.3.3. Cấu trúc của talc ...................................................................... 9 1.2.3.4. Tính chất của talc ................................................................... 10 1.2.3.5. Ứng dụng của talc ................................................................... 11 1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO2 ....................................... 11 1.3. GIỚI THIỆU VỀ GỐM AKERMANITE: 2CaO.MgO.2SiO2 ...................... 13 1.3.1. Cấu trúc của Akermanite ................................................................... 13 1.3.2. Tính chất của gốm Akermanite (2CaO.MgO.2SiO2)............................. 14 1.3.3. Ứng dụng của gốm Akemanite .............................................................. 14 1.4. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN .............................................. 14 1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn ........................................................ 14 1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng giữa các pha rắn ......................... 15 1.4.3. Phản ứng phân hủy nhiệt nội phân tử ................................................... 15 1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 16
  4. 1.5.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt ................................................................ 16 1.5.2. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X .................................................. 17 1.5.3. Hình ảnh quét bằng kính hiển vi điện tử SEM ..................................... 18 1.5.4. Phƣơng pháp xác định các tính chất vật lí ............................................. 19 1.5.4.1. Xác định độ co ngót khi nung .................................................. 19 1.5.4.2. Xác định độ hút nước .............................................................. 19 1.5.4.3. Xác định khối lượng riêng bằng phương pháp Acsimet .......... 20 1.5.4.4. Xác định cường độ nén ........................................................... 20 1.5.4.5. Hệ số giản nở nhiệt ................................................................. 21 1.5.4.6. Độ bền sốc nhiệt ...................................................................... 22 1.5.4.7. Độ chịu lửa ............................................................................. 22 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................................. 24 2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN ......................................... 24 2.1.1. Mục tiêu của luận văn ........................................................................... 24 2.1.2. Các nội dung nghiên cứu của luận văn ................................................. 24 2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT ...................................................... 24 2.2.1. Hóa chất ................................................................................................ 24 2.2.2. Dụng cụ .................................................................................................. 24 2.3. THỰC NGHIỆM ........................................................................................... 25 2.3.1. Chuẩn bị mẫu ......................................................................................... 25 2.3.2. Cách làm ................................................................................................ 26 2.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH GỐM AKERMANITE ..................................................................... 27 2.4.1. Phân tích nhiệt mẫu nghiên cứu ................................................. 27 2.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm Akermanite ....................................................................................................... 27 2.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm bằng phương pháp XRD. ............................................................. 28 2.4.2.2.Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm bằng phương pháp SEM .............................................................. 28 2.4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến các tính chất cơ, lý của vật liệu ........................................................................................... 28 2.4.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng Titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến sự hình thành tinh thể Akermanite ............................................................ 28
  5. 2.4.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến sự hình thành Akermanite bằng phương pháp XRD ..... 28 2.4.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của Titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến sự hình thành Akermanite bằng phương pháp SEM .......................... 29 2.4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến các tính chất của vật liệu ........................................................ 29 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................... 31 3.1. Kết quả phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu .......................................... 31 3.1.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M1 (talc, SiO2, canxi cacbonat) ......... 31 3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M2 (talc, SiO2, CaCO3, TiO2) ............ 32 3.1.3. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M7 (talc, SiO2, CaCO3, ZrO2) ........... 33 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành Akermanite ........... 34 3.2.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) ........................................... 34 3.2.2. Kết quả ảnh SEM ....................................................................... 39 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến tính chất của vật liệu ........... 40 3.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến sự hình thành akermanite và tính chất của gốm .......................................................................... 40 3.3.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) ........................................... 40 3.3.2. Kết quả ảnh SEM ................................................................................... 43 3.3.3. Ảnh hƣởng của titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến các tính chất của vật liệu .................................................................................................................... 45 3.3.3.1. Độ co ngót ................................................................................ 45 3.3.3.2. Độ hút nước ............................................................................. 48 3.3.3.3. Độ xốp, khối lượng riêng ......................................................... 49 3.3.3.4. Cường độ kháng nén ............................................................... 51 3.3.3.5. Hệ số giãn nở nhiệt .................................................................. 51 3.3.3.6. Độ bền sốc nhiệt ...................................................................... 52 3.3.3.7. Độ chịu lửa .............................................................................. 53 KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 56
  6. MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Phương pháp gốm truyền thống để sản xuất vật liệu gốm ................................... 4 Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể talc................................................................................................ 9 Hình 1.3. Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO2 ............................................................................. 12 Hình 1.4. Cấu trúc akermanite ............................................................................................... 13 Hình 1.5. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt ................................................................. 17 Hình 1.6. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg ...................................................................... 18 Hình 1.7. Sơ đồ khối các bộ phận của kính hiển vi điện tử quét ........................................ 19 Hình 1.8. Mô hình thiết bị đo cường độ kháng nén ............................................................. 21 Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp mẫu M1................................................... 31 Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp mẫu M2................................................... 32 Hình 3.3. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp mẫu M7................................................... 33 Hình 3.6.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1050 .............................................................. 35 Hình 3.6.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1100 .............................................................. 36 Hình 3.6.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1150 .............................................................. 36 Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1200 ............................................................. 37 Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cƣờng độ pha akermanite vào nhiệt độ ............. 39 Hình 3.9.Ảnh SEM của mẫu 1................................................................................................ 39 Hình 3.10.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Akermanite vào hàm lượng titan (IV) oxit..................................................................................................................................... 42 Hình 3.11.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Akermanite vào hàm lượng ziriconi (IV) oxit....................................................................................................................... 42 Hình 3.12. Ảnh SEM của mẫu M1 ......................................................................................... 44 Hình 3.13. Ảnh SEM của mẫu M7 ......................................................................................... 44 Hình 3.14. Ảnh SEM của mẫu M11...................................................................................... 45 Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượng TiO2 khác nhau..... 47 Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượng ZrO2 khác nhau ... 47 Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng TiO2 ......................... 49 Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 ........................ 49
  7. MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc .................................................................................... 10 Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [20] ......................... 11 Bảng 2.1: Thành phần các khoáng trong các mẫu .............................................................. 26 Bảng 3.1.Cường độ pic đặc trưng của các pha tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ nung .... 38 Bảng 3.2. kết quả xác định các tính chất vật lí của các mẫu ở nhiệt độ nung khác nhau........................................................................................................................ 40 Bảng 3.3. Các pic đặc trƣng của các pha tinh thể...............................................41 Bảng 3.4. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng titan (IV) oxit khác nhau. ......................................................................................................................................... 46 Bảng 3.5. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lƣợng ziriconi (IV) oxit khác nhau........................................................................................................................................... 46 Bảng 3.6. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng TiO2 khác nhau ............ 48 Bảng 3.7. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng ZrO2 khác nhau ............ 48 Bảng 3.8. Độ xốp và khối lƣợng riêng của các mẫu với hàm lƣợng titan(IV) oxit khác nhau nung ở 12000C trong 1h .......................................................................................................... 50 Bảng 3.9. Độ xốp và khối lƣợng riêng của các mẫu với hàm lƣợng ziriconi (IV) oxit khác nhau nung ở 12000C trong 1h ................................................................................................ 50 Bảng 3.10. Kết quả đo cường độ nén .................................................................................... 51 Bảng 3.11. Hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu ....................................................................... 52 Bảng 3.12. Độ bền sốc nhiệt của các mẫu ............................................................................ 52 Bảng 3.13. Độ chịu lửa của các mẫu .................................................................................... 53
  8. BẢNG CHÚ GIẢI CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU, ĐƠN VỊ ĐO DTA: Phân tích nhiệt vi sai TG: Đƣờng khối lƣợng SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) XRD: Nhiễu xạ tia X TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua (Tranmission Electron Microscope) TOT: Tệp ba lá trong lớp silicat lớp Ng-Np: Lƣỡng chiết suất a: Thông số ô mạng theo phƣơng OX b: Thông số ô mạng theo phƣơng OY c: Thông số ô mạng theo phƣơng OZ dhkl: Khoảng cách giữa các mặt thuộc họ(hkl)
  9. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ MỞ ĐẦU Công nghiệp gốm sứ là một trong những ngành cổ truyền được phát triển rất sớm. Từ hơn 9000 năm trước công nguyên vật liệu gốm đã được con người biết đến và sử dụng. Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, vật liệu gốm càng ngày càng được sử dụng rộng rãi, đặc biệt sự ra đời của nhiều loại gốm mới với nhiều đặc tính ưu việt đang trở thành đề tài được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm nghiên cứu. Gốm Akermanite (2CaO.MgO.2SiO2) được biến tính bởi các nguyên tố kim loại là một trong những loại gốm mới có nhiều tính chất vượt trội: như có độ bền cơ học cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, không phản ứng với axit, bazơ, với tác nhân oxi hóa, có hoạt tính sinh học, không có tính độc với sự phát triển của tế bào…Với những đặc tính như vậy nên gốm Akermanite được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau: công nghệ xây dựng, công nghệ điện, điện tử, sinh học… Do vậy, việc nghiên cứu tổng hợp gốm Akermanite sẽ góp phần vào sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu gốm. Hiện nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp gốm Akermanite: Phương pháp truyền thống, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp sol-gel, phương pháp khuếch tán pha rắn vào pha lỏng…Trong đó, phương pháp gốm truyền thống có nhiều ưu điểm về cách phối trộn nguyên liệu ban đầu dẫn đến sự đồng nhất cao về sản phẩm. Không những thế, xu thế hiện nay, người ta đi tổng hợp gốm Akermanite từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên như: đá vôi, khoáng talc, thạch anh…để thu được Akermanite có giá thành rẻ mà vẫn giữ được những đặc tính quan trọng. Với mục đích sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sản sẵn có của Việt Nam để sản xuất các vật liệu gốm phục vụ cho sự phát triển kinh tế của đất nước, tôi chọn đề tài cho luận văn : “Nghiên cứu tổng hợp gốm Akermanite 2CaO.MgO.2SiO2 và ảnh hưởng của oxit TiO2, ZrO2 đến cấu trúc và tính chất của gốm ”. Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 1
  10. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM 1.1.1. Vật liệu gốm [6] Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp chất giữa kim loại và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại với nitơ (các nitrua), kim loại với cacbon (các cacbua), kim loại với silic (các silixua), kim loại với lưu huỳnh (các sunfua)… Liên kết chủ yếu trong vật liệu gốm là liên kết ion, tuy nhiên cũng có trường hợp liên kết cộng hóa trị đóng vai trò chính. Vật liệu gốm có nhiều đặc tính quí về cơ, nhiệt, điện, từ, quang… do đó đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp. Về đặc tính cơ, vật liệu gốm có độ rắn cao nên được dùng làm vật liệu mài, vật liệu giá đỡ… Về đặc tính nhiệt, vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao, đặc biệt là hệ số giãn nở nhiệt thấp nên được dùng làm các thiết bị đòi hỏi có độ bền nhiệt, chịu được các xung nhiệt lớn (lót lò, bọc tàu vũ trụ…). Về đặc tính điện, độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm vi khá rộng từ dưới 10 -1.cm-1 đến 10-12 -1.cm-1. Có loại vật liệu gốm trong đó phần tử dẫn điện là electron như trong kim loại, cũng có loại vật liệu gốm trong đó ion đóng vai trò là phần tử dẫn điện. Do đó ta có thể tổng hợp nhiều loại vật liệu gốm kĩ thuật khác nhau như gốm cách điện, gốm bán dẫn, gốm siêu dẫn điện… Đặc tính từ của vật liệu gốm rất đa dạng. Ta có thể tổng hợp được gốm nghịch từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản sắt từ với độ từ cảm thay đổi từ 0 đến 10 phụ thuộc rất đa dạng vào nhiệt độ cũng như từ trường ngoài. Về đặc tính quang, ta có thể tổng hợp được các loại vật liệu có các tính chất quang học khác nhau như vật liệu phát quang dưới tác dụng của dòng điện (chất điện phát quang), vật liệu phát quang dưới tác dụng của ánh sáng (chất lân quang) hoặc các loại gốm sử dụng trong thiết bị phát tia laze. Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 2
  11. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ Vật liệu gốm đã góp phần đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển của mọi ngành khoa học kỹ thuật và công nghiệp cuối thế kỉ XX như công nghệ vật liệu xây dựng, công nghệ chế tạo máy, giao thông vận tải, công nghệ thông tin, kỹ thuật điện, từ, quang, công nghệ chinh phục vũ trụ… 1.1.2. Các phƣơng pháp tổng hợp gốm [6] 1.1.2.1. Phương pháp sol-gel Ưu điểm : Có thể tổng hợp được gốm dưới dạng bột với cấp hạt cỡ micromet, nanomet. Có thể tổng hợp gốm dưới dạng màng mỏng, dưới dạng sợi đường kính
  12. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ Nguyên tắc của phương pháp này là phân tán pha rắn ban đầu vào pha lỏng, rồi tiến hành kết tủa pha rắn thứ hai. Khi đó, các hạt pha kết tủa sẽ bám xung quanh hạt pha rắn ban đầu, làm cho mức độ phân bố của chúng đồng đều hơn, tăng diện tích tiếp xúc cũng như tăng hoạt tính của các chất tham gia phản ứng, do đó làm giảm nhiệt độ phản ứng xuống thấp hơn nhiều so với phương pháp gốm truyền thống. Vì vậy, phương pháp này được sử dụng khá nhiều trong kỹ thuật tổng hợp vật liệu. Tuy nhiên nhược điểm lớn của phương pháp này rất khó khăn trong việc đảm bảo tỷ lệ hợp thức của sản phẩm. 1.1.2.4. Phương pháp điều chế gốm truyền thống Có thể mô tả phương pháp gốm truyền thống theo dạng sơ đồ sau: Chuẩn bị Nghiền Ép viên Nung Sản Phối liệu Trộn phẩm Hình 1.1. Phương pháp gốm truyền thống để sản xuất vật liệu gốm Trong sơ đồ: Giai đoạn chuẩn bị phối liệu: tính toán thành phần của nguyêu liệu ban đầu (đi từ các ôxit, hiđroxit, hoặc các muối vô cơ...) sao cho đạt tỷ lệ hợp thức của sản phẩm muốn điều chế. Giai đoạn nghiền, trộn: nghiền mịn nguyên liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng và khuyếch tán đồng đều các chất trong hỗn hợp. Khi nghiền ta có thể cho một lượng ít dung môi vào cho dễ nghiền. Phải chọn loại dung môi nào để trong quá trình nghiền dễ thoát ra khỏi phối liệu ( có thể dùng rượu etylic, axeton… ). Giai đoạn ép viên: nhằm tăng độ tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Kích thước và độ dày của viên mẫu tùy thuộc vào khuôn và mức độ dẫn nhiệt của phối liệu. Áp Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 4
  13. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ 2 lực nén tùy thuộc vào điều kiện thiết bị có thể đạt tới vài tấn/cm . Dùng thiết bị nén tới hàng trăm tấn thì trong viên phối liệu vẫn chứa khoảng 20% thể tích là lỗ xốp và các mao quản. Để thu được mẫu phối liệu có độ xốp thấp cần phải sử dụng phương pháp nén nóng (tức là vừa nén vừa gia nhiệt). Việc tác động đồng thời cả nhiệt độ và áp suất đòi hỏi phải có thời gian để thu được mẫu phối liệu có độ chắc đặc cao. Giai đoạn nung: là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn đây là công đoạn được xem là quan trọng nhất. Phản ứng giữa các pha rắn không thể thực hiện hoàn toàn, nghĩa là sản phẩm vẫn còn có mặt chất ban đầu chưa phản ứng hết nên thường phải tiến hành nghiền trộn lại rồi ép viên, nung lại lần hai. Đôi lúc còn phải tiến hành nung vài lần như vậy. Bên cạnh các phương pháp tổng hợp đã trình bày ở trên còn có một số phương pháp tổng hợp khác như: kết tinh từ dung dịch, điện hoá, tự bốc cháy, thủy nhiệt … Phương pháp gốm truyền thống thuận lợi trong khâu trộn phối liệu. Vì vậy chúng tôi lựa chọn phương pháp gốm truyền thống để tổng hợp gốm Akermanite. 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO2 1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO2 1.2.1.1. Canxi oxit (CaO) [20] Phân tử gam : 56,08 g/mol. Tỷ trọng : 3,35 g/cm3 Điểm nóng chảy : 25720C Điểm sôi : 28500C Độ tan trong nước : có phản ứng với nước. Canxi oxit là chất rắn màu trắng, dạng tinh thể lập phương tâm mặt. Về mặt hóa học canxi oxit là một oxit bazơ, có thể bị kim loại kiềm, nhôm, silic khử về kim loại. Canxi oxit chủ yếu được điều chế từ canxi cacbonat (CaCO3) bằng cách phân hủy nhiệt ở khoảng 9000C.   0 900 CaCO3 CaO + CO2 Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 5
  14. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ 1.2.1.2. Magie oxit (MgO) [20] Phân tử gam : 40,30 g/mol Tỷ trọng : 1,5 g/cm3 Điểm nóng chảy : 28520C Điểm sôi : 36000C Cũng giống như canxi ôxit, magiê ôxit là chất bột hoặc cục màu trắng, dạng bột tan ít và tan rất chậm trong nước. Nguồn MgO là khoáng talc, đôlômit, cacbonat magiê… Magie oxit có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt, có nhiệt độ nóng chảy cao. Tuy nhiên MgO dễ dàng tạo pha ơtecti với các ôxít khác và nóng chảy ở nhiệt độ rất thấp. Độ giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống rạn men là hai đặc tính quan trọng của ôxít magiê. 1.2.1.3. Silic oxit (SiO2) [3, 20] Ở điều kiện thường, SiO2 thường tồn tại ở các dạng thù hình là : thạch anh, tridimit và cristobalit. Mỗi một dạng thù hình này lại có hai dạng : dạng  bền ở nhiệt độ thấp và dạng  bền ở nhiệt độ cao. Tất cả các dạng tinh thể này đều bao gồm các nhóm tứ diện SiO4 nối với nhau qua nguyên tử oxi chung. Trong tứ diện SiO4 , nguyên tử Si nằm ở tâm tứ diện liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử oxi nằm ở đỉnh của tứ diện. Ở nhiệt độ thường chỉ có thạch anh α bền nhất còn các tinh thể khác là giả bền. Thạch anh nóng chảy ở 16000-16700C nhiệt độ nóng chảy của nó không thể xác định chính xác được vì sự biến hóa một phần sang những dạng đa hình khác với tỉ lệ khác nhau tùy theo điều kiện bên ngoài. Về mặt hóa học SiO2 rất trơ, nó không tác dụng với oxi, clo, brom và các axit kể cả khi đun nóng. Nó chỉ tác dụng với flo và HF ở điều kiện thường. 1.2.2. Khái quát về các oxit TiO2, ZrO2 [21] 1.2.2.1. Titan (IV) oxit: Phân tử lượng: 79,9g/mol. Tỷ trọng: 0,144g/cm3. Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 6
  15. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ Điểm nóng chảy: 1.830°C Vai trò của titan đioxit trong công nghiệp gốm: là một ôxít đa dụng do có thể làm chất làm mờ, tạo đốm và kết tinh. Hàm lượng dưới 0,1% được dùng để biến đổi màu men có sẵn từ các ôxít kim loại khác như Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu. Titan đioxit có thể tự tạo thủy tinh nhưng nó lại không có độ hòa tan cao trong silica nóng chảy. Hàm lượng thấp hơn 1%, titan điôxít hòa tan hoàn toàn trong men chảy (chưa thể làm chất làm mờ). Hàm lượng hơi cao hơn một chút, nó sẽ cho một vệt màu trắng ánh lam trong men trong suốt (còn tùy thuộc hàm lượng alumina). Trên 2%, nó bắt đầu thay đổi mạnh bề mặt và độ đục của men do hình thành các hạt tinh thể phân tán lơ lửng trong men. Trong khoảng từ 2-6%, nó sẽ tạo các đốm trên mặt men. Từ 10-15%, nó cho bờ mặt men mờ đục và xỉn nếu men không bị quá lửa. Titan đioxit là một ôxít "đói" ôxy và dễ dàng bị ôxi hoá từ dạng bị khử của nó khi có cơ hội. 1.2.2.2. Ziriconi đioxit: Phân tử gam : 123,2 g/mol. Tỷ trọng : 0,02 g/cm3 Điểm nóng chảy : 27000C Vai trò trong công nghiệp gốm: Nó được dùng làm chất làm mờ trong men, tương tự như Titan đioxit. Ziriconi đioxit được dùng trong một số loại frit để giảm sự thẩm thấu. Men chứa Ziriconi đioxit có thể thay đổi màu nhẹ dưới tác động của ánh sáng và cũng có thể thay đổi màu do tác động của nhiệt, giúp cho quá trình tạo mầm, phát triển mầm và tính chất của gốm. 1.2.3 Giới thiệu về talc 1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc [20] Talc là một khoáng vật được hình thành từ quá trình biến chất các khoáng vật magie như pyroxen, amphiboli, olivin có mặt của nước và cacbon đioxit. Quá trình này tạo ra các đá tương ứng gọi là talc cacbonat. Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 7
  16. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ Talc ban đầu được hình thành bởi sự hydrat và cacbonat hóa serpentin, theo chuỗi phản ứng sau: Serpentin + cacbon đioxit → Talc + manhezite + nước 2Mg3Si2O5(OH)4 + CO2  Mg3Si4O10(OH)2 + 3 MgCO3 + 3 H2O Talc cũng được tạo thành từ magie chlorit và thạch anh có mặt trong đá phiến lục và eclogit qua phản ứng biến chất. Chlorite + thạch anh  Kyanite + talc + H2O Trong phản ứng này, tỉ lệ talc và kyanite phụ thuộc vào hàm lượng nhôm trong đá giàu nhôm. Quá trình này xảy ra trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ thấp thường tạo ra phengite, granate, glaucophan trong tướng phiến lục. Các đá có màu trắng, dễ vỡ vụn và dạng sợi được gọi là phiến đá trắng. 1.2.3.2. Thành phần hóa học và thành phần khoáng talc + Thành phần hóa học Talc tinh khiết có công thức hóa học là Mg3Si4O10(OH)2 với tỷ lệ MgO: 31,9% , SiO2: 63,4% và H2O: 4,7%. Tuy nhiên quặng talc trong tự nhiên thường chứa các tạp chất như FeO, Fe2O3, Al2O3, Na2O, K2O, CaO... hàm lượng các tạp chất thường chứa vài phần trăm. Trong những tạp chất trên người ta lưu ý nhiều đến thành phần của các oxit kim loại nhóm d vì chúng có khả năng gây màu, gây màu mạnh nhất là oxit sắt. Nếu sử dụng talc làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ hay vật liệu chịu lửa thì người ta thường chọn talc có thành phần oxit sắt nhỏ. Màu của talc thường là màu xanh sáng, trắng hoặc xanh xám. Nếu oxit sắt lớn thì có màu trắng ngà hoặc phớt hồng. + Thành phần khoáng vật Do nguồn gốc của talc được hình thành từ quá trình biến đổi nhiệt dịch đá giàu magie, các đá silicat trầm tích, các đá cacbonat magie nên ngoài talc Mg3[Si4O10(OH)2 ] thì quặng có chứa MgO còn có các khoáng như: dolomite Mg.Ca(CO3)2; manhezite MgCO3; serpentin 4MgO.2SiO2.2H2O; actinolite Ca2Fe5[Si4O11]2.(OH)2; manhetite Fe3O4; hemantite Fe2O3… Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 8
  17. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ 1.2.3.3. Cấu trúc của talc [7, 12] Khoáng chất talc có cấu trúc tinh thể và ở dạng cấu trúc lớp: tứ diện –bát diện- tứ diện (T-O-T). Hình 1.1 mô tả cấu trúc tinh thể của talc. Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể talc Cấu trúc lớp cơ bản của talc được tạo thành từ lớp bát diện Mg-O2/hyđroxyl nằm kẹp giữa 2 lớp tứ diện SiO2.Các lớp đều trung hòa điện tích, xen giữa chúng không có cation trao đổi và chúng liên kết với nhau bằng lực liên kết yếu. Điều này dẫn đến độ cứng thấp và khuyết tật trong trình tự các lớp của talc. Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 9
  18. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ Talc có thể kết tinh trong hai hệ tinh thể khác nhau: một nghiêng và ba nghiêng. Thông số cấu trúc tinh thể tế bào đơn vị hệ một nghiêng và ba nghiêng được trình bày trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc Thông số tế bào đơn vị Một nghiêng Ba nghiêng a ( A0 ) 5,28 5,290 b ( A0 ) 9,15 9,173 c ( A0 ) 18,92 9,460  (0 ) 90,00 98,68  (0 ) 100,15 119,90  (0 ) 90,00 85,27 Z 4 2 Nhóm không gian C2/c C1 Khi các lớp TOT chồng lên nhau thì các vòng sáu tứ diện của chúng không đối nhau trực diện, mà lệch nhau một khoảng bằng 1/3 cạnh a của ô cơ sở. Mặt khác, vòng sáu cạnh tứ diện không đối xứng sáu phương, mà ba phương kép do các tứ diện tự xoay một góc quanh trục đứng. Vậy, talc có những loại cấu trúc như 1Tc (một lớp ba nghiêng), 2M (hai lớp một nghiêng) và 2O (hai lớp trực thoi). Tinh thể talc có dạng hình vẩy. Thường tập hợp tạo các lá hay khối sít đặc. Do lực liên kết các vảy nhỏ nên sờ tay có cảm giác mỡ. 1.2.3.4. Tính chất của talc [1, 3, 20] Trong các loại khoáng chất có trong tự nhiên, bột talc là loại bột mềm nhất (độ cứng 1 Moh), có khả năng giữ mùi thơm lâu và đặc biệt là có độ sạch cao. Tỷ trọng của bột talc dao động trong khoảng 2,58 - 2,83 g/cm3, talc nóng chảy ở 15000C. Tính kỵ nước và trơ về mặt hóa học, dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Talc không tan trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazơ yếu. Mặc dù có rất ít khả năng Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 10
  19. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ gây phản ứng hóa học nhưng talc có một mối quan hệ rõ rệt với các chất hữu cơ tức là nó ưa các hợp chất hữu cơ. Khi nung talc có hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 9000C, thông thường là 920- 10600C nếu nung nóng trong môi trường không khí. Ở khoảng nhiệt độ này talc bị mất nước hóa học tạo thành metasilicat magie. 3MgO.4SiO2.H2O  3(MgO.SiO2) + SiO2 + H2O Khi đó SiO2 được tách ra ở trạng thái vô định hình. Ở 11000C nó chuyển một phần sang cristobalit kèm theo giãn nở thể tích. Cristobalit có khối lượng riêng nhỏ và nó sẽ bù trừ sức co khi nung talc. Vì thế thể tích quặng talc khi nung thực tế ổn định. Nhờ tính ổn định thể tích và độ mềm của nó cho phép ta có thể sử dụng quặng talc cưa thành những viên gạch xây lò, buồng đốt nhiên liệu khí. Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [20] Hàm lƣợng Talc trung Mất khi nung ở Khả năng hòa tan trong Loại bình % 1000 °C, % HCl, tối đa % A 95 4 – 6,5 5 B 90 4–9 10 C 70 4 – 18 30 D 50 4 – 27 30 1.2.3.5. Ứng dụng của talc Với các tính chất của talc như: cấu trúc dạng phiến, mềm, kỵ nước, ưa dầu và có thành phần khoáng, thành phần hóa ... nên Talc được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như gốm, sơn, mĩ phẩm, polime, trong nông nghiệp, thực phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp cao su, nhựa … 1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO2 [2] Gốm hệ CaO.MgO.SiO2 với những tính chất tốt về mặt cơ học và mặt hóa học như: Trong suốt, độ bền cơ học cao, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp, bền trong môi trường axit và bazơ do đó có nhiều ứng dụng trong y học, gốm phủ…Tuy Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 11
  20. Luận văn thạc sỹ khoa học Hoá học vô cơ nhiên hệ này đòi hỏi nhiệt độ tổng hợp tương đối cao (hình 1.4). Để giảm được nhiệt độ tổng hợp trước hết thành phần nguyên liệu cần phải được tối ưu hóa sao cho gần với điểm ơtecti của hệ. Hình 1.3. Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO2 Nhìn vào giản đồ pha ta thấy: Các pha xảy ra trong ba hệ hai cấu tử chính cũng có miền trong hệ ba cấu tử là: (1) Cristobalite (SiO2), (2) tridymite (SiO2), (3) pseudowollastonite (-CaO.SiO2), (4) tricalcium di-silicat (3CaO. 2SiO2), (5) - canxi orthosilicate (-2CaO.SiO2), (6) vôi (CaO), (7) periclase (MgO), (8) forsterit (2MgO.SiO2). Các hợp chất hai cấu tử không có miền trong hệ bậc ba là: (1) Tricalcium silicat, 3CaO.SiO2, (2) clino-enstatite (MgO.SiO2). Vũ Thị Mai Anh-CHHK20 12
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

TL.01: Bộ Tiểu Luận Triết Học
207 tài liệu
1470 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2