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 Monticelite CaO.MgO.SiO2 và ảnh hưởng của oxit Fe2O3, Cr2O3 đến cấu trúc và tính chất của gốm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST
Báo xấu
26
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu tổng hợp gốm Monticelite CaO.MgO.SiO2 và ảnh hưởng của oxit Fe2O3, Cr2O3 đến cấu trúc và tính chất của gốm. Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều chế gốm Monticelite. 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 Monticelite CaO.MgO.SiO2 và ảnh hưởng của oxit Fe2O3, Cr2O3 đến cấu trúc và tính chất của gốm

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM MONTICELITE CaO.MgO.SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT Fe2O3, Cr2O3 ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM. LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2011
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM MONTICELITE CaO.MgO.SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT Fe2O3, Cr2O3 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, 2011
  3. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ MỤC LỤC Trang 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 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO2 .................. 5 1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO2 .....................................5 1.2.2. Khái quát về các oxit Fe2O3, Cr2O3 .........................................................6 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 ..................................................................................8 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 MONTICELITE ......................................... 13 1.3.1. Cấu trúc của Monticelite .......................................................................13 1.3.2. Tính chất của gốm Monticelite .............................................................14 1.3.3. Ứng dụng của gốm Monticelite ............................................................14 1.4. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN ................................... 15 1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn ......................................................15 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 .................................................16 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................................... 17 2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN .................................... 17 2.1.1. Mục tiêu của luận văn ...........................................................................17 2.1.2. Các nội dung nghiên cứu của luận văn .................................................17 2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT ............................................... 17 2.2.1. Hóa chất ................................................................................................17 2.2.2. Dụng cụ ..................................................................................................17 Nguyễn Thu Hiền 1 Lớp cao học K20
  4. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................. 18 2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt ...............................................................18 2.3.2. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X ................................................19 2.3.3. Hình ảnh quét bằng kính hiển vi điện tử SEM ....................................20 2.3.4. Phƣơng pháp xác định các tính chất vật lí...........................................21 2.4. THỰC NGHIỆM ................................................................................. 25 2.4.1. Chuẩn bị mẫu ........................................................................................25 2.4.2. Cách làm ................................................................................................25 2.4.3. Phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu .............................................26 2.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của Crom (III) oxit , Sắt (III) oxit đến sự hình thành Monticelite. ............................................................................................26 2.4.5. Khảo sát và xây dựng quy trình điều chế gốm monticelite ..................28 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................... 30 3.1. Kết quả phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu ............................. 30 3.1.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M1 (talc, MgO, canxi cacbonat) .....30 3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M2 (talc, MgO, CaCO3, Cr2O3) ......31 3.1.3. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M7 (talc, MgO, CaCO3, Fe2O3) ......32 3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng crom(III) oxit , sắt(III) oxit đến sự hình thành Monticelite và tính chất của gốm ................................................... 33 3.2.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) ..........................................33 3.2.2. Kết quả ảnh SEM ..................................................................................37 3.2.3. Ảnh hƣởng của crom (III) oxit và sắt (III) oxit đến các tính chất của vật liệu ....................................................................................................................39 3.2.3.2. Độ hút nƣớc ........................................................................................41 3.2.3.4. Cƣờng độ kháng nén ..........................................................................44 3.3. Xây dựng quy trình điều chế gốm Monticelite................................... 46 3.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành Monticelite 3.3.2. Xác định các tính chất của vật liệu .........................................................51 3.3.3. Quy trình điều chế gốm Monticelite .....................................................53 KẾT LUẬN.............................................................................................................................. 54 . TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 55 Nguyễn Thu Hiền 2 Lớp cao học K20
  5. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ DANH MỤC 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) [29] ......................... 11 Bảng 1.3 : Tính chất của Monticelite……………………………………………………….14 Bảng 2.1: Thành phần các khoáng trong các mẫu .............................................................. 25 Bảng 3.1. Các pic đặc trưng của các pha tinh thể ............................................................... 34 Bảng 3.2. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng crom (III) oxit khác nhau. ......................................................................................................................................... 39 Bảng 3.3. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng sắt (III) oxit ........... 40 khác nhau. ................................................................................................................................ 40 Bảng 3.4. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng Cr2O3 khác nhau .......... 41 Bảng 3.5. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng Fe2O3 khác nhau .......... 42 Bảng 3.6. Độ xốp và khối lượng riêng của các mẫu với hàm lượng crom (III) oxit khác nhau nung ở 12000C trong 1h ................................................................................................ 43 Bảng 3.7. Độ xốp và khối lượng riêng của các mẫu với hàm lượng sắt (III) oxit khác nhau nung ở 12000C trong 1h ................................................................................................ 43 Bảng 3.8. Kết quả đo cường độ nén ...................................................................................... 44 Bảng 3.9. Hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu ......................................................................... 45 Bảng 3.10. Độ bền sốc nhiệt của các mẫu ................................................................45 Bảng 3.11. Độ chịu lửa của các mẫu ........................................................................45 Bảng 3.12.Cường độ pic đặc trưng của các pha tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ nung .. 49 Bảng 3.13. Các tính chất vật lý của mẫu ở các nhiệt độ nung khác nhau ......................... 51 Bảng 3.14. Các tính chất của mẫu M11- 12000C ................................................................ 52 DANH MỤC 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 Nguyễn Thu Hiền 3 Lớp cao học K20
  6. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ Hình 2.1. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt ................................................................. 19 Hình 2.2. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg ...................................................................... 20 Hình 2.3. Sơ đồ khối các bộ phận của kính hiển vi điện tử quét......................................... 21 Hình 2.4. Mô hình thiết bị đo cường độ kháng nén ............................................................. 23 Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp .................................................................. 30 Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp .................................................................. 31 Hình 3.3. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp .................................................................. 32 Hình 3.4.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào hàm lượng crom (III) oxit..................................................................................................................................... 35 Hình 3.5.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào hàm lượng sắt (III) oxit............................................................................................................................... 36 Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu M3 ........................................................................................... 37 Hình 3.7. Ảnh SEM của mẫu M6 ........................................................................................... 38 Hình 3.8.Ảnh SEM của mẫu M7...............................................................................38 Hình 3.9.Ảnh SEM của mẫu 11.............................................................................................. 39 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượng Cr2O3 khác nhau .. 40 Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượngFe2O3 khác nhau ... 41 Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng Cr2O3 ...................... 42 Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng Fe2O3 ...................... 43 Hình 3.14. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1050 ........................................................... 47 Hình 3.15. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1100…………………………………..47 Hình 3.16.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1150 ............................................................ 48 Hình 3.17. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1200…………………………………..48 Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào nhiệt độ ......... 50 Hình 3.19.Ảnh SEM của mẫu M 11.......................................................................50 Nguyễn Thu Hiền 4 Lớp cao học K20
  7. Luận văn tốt nghiệp bộ môn 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 Monticelite (CaO.MgO.SiO2) [15,19,25] 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 Monticelite 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 Monticelite sẽ góp phần vào sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu gốm. Hiện nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp gốm Monticelite đã được các tác giả [ 10,12,13] nghiên cứu: 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 Monticelite từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên [23,28] như: đá vôi, khoáng talc, thạch anh…để thu được Monticelite 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 Monticelite CaO.MgO.SiO2 và ảnh hƣởng của oxit Fe2O3, Cr2O3 đến cấu trúc và tính chất của gốm ”. Nguyễn Thu Hiền 1 Lớp cao học K20
  8. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM 1.1.1. Vật liệu gốm [10] 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. Nguyễn Thu Hiền 2 Lớp cao học K20
  9. Luận văn tốt nghiệp bộ môn 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 [10] 1.1.2.1. Phƣơng pháp sol-gel Ƣu 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
  10. Luận văn tốt nghiệp bộ môn 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. Phƣơng 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. Phƣơng 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 [12,18,22] . 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 lực nén tùy thuộc vào điều kiện thiết bị có thể đạt tới vài tấn/cm2. Dùng thiết bị nén tới hàng trăm tấn thì trong viên phối liệu vẫn chứa khoảng 20% thể tích là lỗ xốp và Nguyễn Thu Hiền 4 Lớp cao học K20
  11. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 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 Monticelite. 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) [29] 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 1.2.1.2. Magie oxit (MgO) [29] Phân tử gam : 40,30 g/mol Tỷ trọng : 1,5 g/cm3 Điểm nóng chảy : 28520C Nguyễn Thu Hiền 5 Lớp cao học K20
  12. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 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 [17,18,20], 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) [4, 29] 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 1600-16700C 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 [3.,8,23] 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 Fe2O3, Cr2O3 1.2.2.1. Sắt (III) oxit ( Fe2O3)[29] Phân tử gam : 159,69 g/mol. Tỷ trọng : 5,242 g/cm3 Điểm nóng chảy : 15660C Bán kính nguyên tử Fe 0,124Å, bán kính ion Fe3+ 0,067Å Độ tan trong nước : không phản ứng với nước. Sắt (III) oxit là chất rắn màu đỏ nâu, dạng tam tà. Về mặt hóa học sắt (III) oxit là một oxit bazơ nên dễ dàng tan trong các dung dịch axit mạnh,bền nhiệt, không phản Nguyễn Thu Hiền 6 Lớp cao học K20
  13. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ ứng với nước, hidrat amoniac. Thể hiện lưỡng tính: phản ứng với axit, kiềm, bị hidro, cacbonmonoxit, sắt khử. Sắt (III) oxit có thể điều chế bằng phản ứng phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao. Sắt (III) oxit có trong tự nhiên dưới dạng quặng hematit. 1.2.2.2. Crom (III) oxit ( Cr2O3)[29] Phân tử gam : 151,99 g/mol Tỷ trọng : 5,21 g/cm3 Điểm nóng chảy : 23400C Điểm sôi : 30000C Bán kính nguyên tử crom 0,145Å, bán kính ion Cr3+ 0,057Å Crom (III) oxit là chất rắn, màu lục thẫm, không tan trong nước. Về mặt hóa học Crom (III) oxit là một oxit lưỡng tính, tan được trong dung dịch axit và dung dịch kiềm. Được dùng tạo màu lục cho đồ sứ, đồ thủy tinh. 1.2.3 Giới thiệu về talc 1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc Talc là một khoáng vật [2,5] 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. 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. Nguyễn Thu Hiền 7 Lớp cao học K20
  14. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 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… 1.2.3.3. Cấu trúc của talc [3, 17] 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. Nguyễn Thu Hiền 8 Lớp cao học K20
  15. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 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. 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. Nguyễn Thu Hiền 9 Lớp cao học K20
  16. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 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 [2, 3, 29] 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 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. Nguyễn Thu Hiền 10 Lớp cao học K20
  17. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 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 lƣợng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [29] 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 …[12, 29] 1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO2 [16] 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 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. Nguyễn Thu Hiền 11 Lớp cao học K20
  18. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ 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). Hợp chất ba cấu tử của hệ CaO. MgO.SiO2 điểm dễ nóng chảy nhất ứng với thành phần % về số mol như sau : 0,8 MgO; 61,4 SiO2; 30,6 CaO ở nhiệt độ 13200C. Trong hệ có bốn hợp chất 3 cấu tử: Diopside: CaO.MgO.2SiO2 Monticelite: CaO.MgO.SiO2 Merwinit: 3CaO.MgO.2SiO2 Nguyễn Thu Hiền 12 Lớp cao học K20
  19. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ Akermanite: 2CaO.MgO.2SiO2 Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu gốm Monticelite (CaO.MgO.SiO2). 1.3. GIỚI THIỆU VỀ GỐM MONTICELITE 1.3.1. Cấu trúc của Monticelite Monticelite có công thức CaO.MgO.SiO2 hay CaMgSiO4. Theo lý thuyết gồm có 25,64% MgO; 35,9% CaO và 38,46% SiO2 về khối lượng. Monticelite thuộc họ Olevin (Mg,Fe)2SiO4 xếp chặt theo luật 6 phương ABABAB, tinh thể hệ trực thoi, được thể hiện trên hình 1.4 Hình 1.4. cấu trúc Monticelite CaO.MgO.SiO2: (a) tế bào đơn vị chiếu xuống trục b; (b) tế bào đơn vị chiếu xuống trục c. Nguyễn Thu Hiền 13 Lớp cao học K20
  20. Luận văn tốt nghiệp bộ môn Hoá học vô cơ Monticelite thuộc hệ tinh thể hệ trực thoi, có thông số mạng a= 0,4815 nm, b= 1,108 nm, c= 0,637 nm, = 900, = 900, =900, Z = 4. Cấu trúc mạng lưới tinh thể Monticelite đều có ion Mg2+ nằm ở vị trí bát diện còn Ca2+ và Si4+ nằm ở vị trí tứ diện là chính. Vì vậy Monticelite có thể thay thế đồng hình các ion M2+, M3+, M4+ vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo nên các dung dịch rắn thay thế hay xâm nhập. Theo nguyên tắc thay thế đồng hình Goldsmit, với cấu trúc của Monticelite có thể thay thế Fe3+, Co2+ và Cr3+, bằng những cation có bán kính ion chênh lệch không quá 15% và điện tích chênh lệch không quá 1 đơn vị. Các dung dịch rắn thu được bằng các thay thế hay xâm nhập làm thay đổi cấu trúc mạng lưới, tạo ra lỗ trống làm cho vật liệu có những tính chất đặc biệt và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Theo các tác giả [4, 10, 11, 16]. Khi sử dụng nguyên liệu đầu để điều chế gốm, nếu có lẫn thêm các oxit Fe2O3, Al2O3, Cr2O3, các chất này sẽ phản ứng để tạo các khoáng khác nhau hay tạo màu. Trong môi trường oxi hóa magie oxit với các oxit trên sẽ tạo thành tinh thể ferit. Magie oxit và ferit sẽ hòa tan lẫn nhau để tạo thành dung dịch rắn ở nhiệt độ thấp. Khi sử dụng các phụ gia là oxit M2O3 sẽ làm tăng quá trình kết khối và tái kết tinh tinh thể trong gốm. 1.3.2. Tính chất của gốm Monticelite Các tính chất của gốm Monticelite được thể hiện trên bảng 1.3 Bảng 1.3 : Tính chất của Monticelite Độ cứng d Rn Bền nhiệt Hằng số điện Mẫu gốm α(10-6K-1) Morh g/cm3 Kg/cm2 T0c môi ε(50Hz) Monticelite 5,5 3,17 300 3,5 – 4,5 1100 6 1.3.3. Ứng dụng của gốm Monticelite Monticelite dựa trên nền gốm và gốm thủy tinh có nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau như y học, gốm phủ, gốm cách điện, bán dẫn, chịu nhiệt….Đặc biệt là trong lĩnh vực vật liệu sinh học. Nguyễn Thu Hiền 14 Lớp cao học K20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 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