NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT NỀN AUGITE TỪ CAO LANH LÂM ĐỒNG<br />
TRẦN DƯƠNG<br />
Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế<br />
PHẠM NGỌC HUỆ<br />
Trường THPT Bán công Lê Hữu Trác, Đăk Lăk<br />
Tóm tắt: Chất màu dưới men thường được điều chế từ chất nền tinh thể. Các<br />
kiểu mạng lưới tinh thể được dùng để tổng hợp chất màu gốm sứ là spinel,<br />
diopside, augite,... Trong nghiên cứu này chất nền augite đã được tổng hợp<br />
và phân tích đặc tính bằng TGA, DTA and XRD. Sử dụng cao lanh Lâm<br />
Đồng làm nguyên liệu thô cho kết quả tốt nhất.<br />
<br />
1. MỞ ĐẦU<br />
Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng gạch ốp lát ceramic và granit của thế giới<br />
nói chung và Việt Nam nói riêng là rất lớn. Ngành sản xuất vật liệu xây dựng của Việt<br />
Nam đã có nhiều bước phát triển mạnh mẽ. Nhiều nhà máy sản xuất gốm sứ chịu nhiệt<br />
ceramic và granit được xây dựng.<br />
Sở dĩ có sự phát triển mạnh mẽ như vậy là do chúng có những đặc tính quý đáp ứng<br />
được yêu cầu khắc khe của người tiêu dùng: Sản phẩm bền nhiệt tốt, đa dạng về mẫu<br />
mã, màu sắc phong phú và giá thành phù hợp [2, 3].<br />
Trong lĩnh vực gốm sứ chất màu đóng vai trò quan trọng. Đối với ngành sản xuất gốm<br />
sứ ở nước ta, chi phí cho tổng hợp màu cho gốm sứ là rất lớn, chiếm hơn 20% chi phí về<br />
nguyên liệu và đa số chúng vẫn nhập ngoại với giá thành cao.<br />
Chất màu cho gốm sứ có thể được tổng hợp bằng nhiều cách, có nhiều hệ màu cho gốm,<br />
trong đó hệ màu với cấu trúc Augite rất được quan tâm. Ở Việt Nam có hàng trăm mỏ<br />
đất sét - cao lanh có chất lượng cao và trữ lượng lớn, là điều kiện tốt cho sản xuất chất<br />
màu. Chính vì vậy việc so sánh ảnh hưởng của nguyên liệu cao lanh ở các mỏ khác<br />
nhau và các yếu tố khác đến quá trình hình thành chất nền Augite để từ đó xác định<br />
nguồn nguyên liệu tốt hơn là cần thiết [1, 4, 6, 7].<br />
2. THỰC NGHIỆM<br />
- Nguyên liệu tổng hợp chất nền augite là CaCO3, SiO2,<br />
Mg(OH)2.4MgCO3.6H2O (chứa 40% MgO) và cao lanh Lâm Đồng.<br />
Bảng 1. Thành phần hóa học của cao lanh Lâm Đồng 1<br />
Tên chỉ tiêu<br />
1. Hàm lượng mất khi nung<br />
2. Hàm lượng oxit silic (SiO2 )<br />
3. Hàm lượng oxit nhôm (Al2O3)<br />
1<br />
<br />
Phương pháp thử<br />
<br />
Kết quả thử nghiệm<br />
<br />
TCVN 7131: 2002<br />
TCVN 7131: 2002<br />
TCVN 7131: 2002<br />
<br />
Số liệu được cung cấp bởi Xí nghiệp xuất khẩu cao lanh Hiệp Tiến, Lâm Đồng.<br />
<br />
Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế<br />
ISSN 1859-1612, Số 03(11)/2009: tr. 38-44<br />
<br />
14,5%<br />
37,0%<br />
35,6%<br />
<br />
TiO2,<br />
<br />
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT NỀN AUGITE TỪ CAO LANH LÂM ĐỒNG<br />
<br />
4. Hàm lượng oxit sắt (Fe2O3)<br />
5. Hàm lượng oxit kali (K2O)<br />
6. Hàm lượng oxit titan ( TiO2)<br />
7. Hàm lượng oxit natri ( Na2O)<br />
8. Hàm lượng oxit canxi (CaO )<br />
9. Hàm lượng oxit magie ( MgO )<br />
10. Hạt lớn hơn 0,045<br />
<br />
TCVN 7131: 2002<br />
TCVN 7131: 2002<br />
TCVN 7131: 2002<br />
TCVN 7131: 2002<br />
TCVN 7131: 2002<br />
TCVN 7131: 2002<br />
ASTMC 42 - 99<br />
<br />
39<br />
<br />
0,9%<br />
0,3%<br />
0,2%<br />
0,03%<br />
Nhỏ hơn 0,1%<br />
Nhỏ hơn 0,1%<br />
0,04<br />
<br />
Chất nền augite được tổng hợp theo sơ đồ ở hình 1.<br />
Chuẩn bị<br />
phối liệu<br />
<br />
Nghiền bi<br />
ướt<br />
<br />
Nung ở to<br />
khác nhau<br />
<br />
Ép viên lực<br />
ép 7 tấn<br />
<br />
Sản phẩm<br />
<br />
Hình 1. Sơ đồ tổng hợp mạng augite<br />
<br />
- Mẫu phối liệu được đem phân tích nhiệt TGA và DTA nhằm khảo sát sự biến đổi<br />
về thành phần và các quá trình xảy ra trong mẫu nghiên cứu khi tăng nhiệt độ.<br />
- Sản phẩm tạo thành được ghi giản đồ nhiễu xạ Rơnghen trên máy VNU-HNSIEMENS D5005 và máy Faculty of Chemistry-VNU-D8 ADVANCE-Bruker<br />
nhằm xác định thành phần pha của chất nền.<br />
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
3.1. Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu<br />
Mẫu phối liệu đem phân tích nhiệt, kết quả được ghi ở hình 2.<br />
Labsys TG<br />
<br />
Figure:<br />
<br />
Experiment:<br />
<br />
AU4<br />
<br />
03/12/2009<br />
<br />
Procedure:<br />
<br />
30 ----> 1200C (10C.min-1) (Zone 2)<br />
<br />
Crucible:<br />
<br />
TG/%<br />
<br />
PT 100 µl<br />
<br />
Atmosphere:<br />
<br />
Air<br />
<br />
Mass (mg):<br />
<br />
34.52<br />
<br />
HeatFlow/µV<br />
<br />
dTG/% /min<br />
<br />
Exo<br />
30<br />
<br />
30<br />
<br />
-1<br />
<br />
Peak :285.59 °C<br />
<br />
Peak :89.01 °C<br />
<br />
Peak :526.12 °C<br />
<br />
20<br />
20<br />
-4<br />
10<br />
<br />
Peak :865.37 °C<br />
<br />
10<br />
<br />
0<br />
-7<br />
0<br />
Mass variation: -6.59 %<br />
<br />
-10<br />
<br />
-10<br />
Mass variation: -10.10 %<br />
<br />
-10<br />
<br />
-20<br />
<br />
-20<br />
-30<br />
Mass variation: -13.71 %<br />
<br />
-30<br />
<br />
-13<br />
<br />
-40<br />
<br />
0<br />
<br />
200<br />
<br />
400<br />
<br />
600<br />
<br />
800<br />
<br />
1000<br />
<br />
Furnace temperature /°C<br />
<br />
Hình 2. Giản đồ DTA, TGA của mẫu phối liệu tổng hợp augite<br />
<br />
40<br />
<br />
TRẦN DƯƠNG - PHẠM NGỌC HUỆ<br />
<br />
Từ giản đồ DTA, TGA của mẫu phối liệu có thể nhận thấy:<br />
- Hiệu ứng thu nhiệt ở khoảng 89oC: hiệu ứng này xuất hiện trên giản đồ là do bắt<br />
đầu xảy ra quá trình mất nước vật lý, bởi mẫu sau khi nghiền có kích thước hạt rất<br />
bé nên có khả năng hút một lượng hơi nước nhỏ trong không khí.<br />
- Hiệu ứng thu nhiệt ở khoảng 285oC: khi nhiệt độ được tiếp tục nâng từ 89oC lên<br />
285oC, đường cong TGA đi xuống, ứng với khối lượng giảm 6,59%. Đây cũng là<br />
một quá trình vật lý, bởi trong cao lanh Lâm Đồng, thành phần chính là khoáng<br />
halloysite - một loại khoáng hút và giữ nước mạnh, lượng nước này chỉ được tách<br />
hoàn toàn khỏi khoáng ở nhiệt độ khoảng 400oC.<br />
- Hiệu ứng xuất hiện là do sự mất nước ở một số phân tử ngậm nước:<br />
Mg(OH)2.4MgCO3.6H2O<br />
<br />
Mg(OH)2.4MgCO3 + 6H2O<br />
<br />
o<br />
<br />
- Hiệu ứng thu nhiệt ở 865,37 C: đây cũng là một quá trình mà các phân tử tiếp tục<br />
bị mất nước, do đó khối lượng giảm không nhiều (10,10%):<br />
Al2O3.2SiO2.4H2O<br />
<br />
Al2O3.2SiO2.2H2O + 2H2O<br />
<br />
halloysite<br />
<br />
caolinite<br />
<br />
- Điều này được lý giải là do quá trình các phân tử mất nước hoàn toàn:<br />
Al2O3.2SiO2.2H2O<br />
<br />
Al2O3.2SiO2 + 2H2O<br />
<br />
caolinite<br />
<br />
meta caolinite<br />
<br />
Mg(OH)2.4MgCO3<br />
<br />
MgO + 4MgCO3 + H2O<br />
o<br />
<br />
Khi nâng nhiệt độ lớn hơn 865,37 C ứng với khối lượng giảm 13,71%, ở giai<br />
đoạn này xảy ra quá trình phân hủy nội phân tử:<br />
MgCO3<br />
<br />
MgO + CO2<br />
<br />
CaCO3<br />
<br />
CaO<br />
<br />
Al2O3.2SiO2<br />
meta caolinite<br />
<br />
+<br />
<br />
CO2<br />
<br />
Al2O3.SiO2 + SiO2<br />
mullite<br />
<br />
o<br />
<br />
- Hiệu ứng tỏa nhiệt ở 1000 C: đến nhiệt độ này thì các chất bị phân hủy gần như<br />
hoàn toàn, khối lượng không đổi. Ở nhiệt độ này bắt đầu hình thành tinh thể<br />
augite, chất có cấu trúc ổn định và rất bền.<br />
Như vậy, với việc phân tích các hiệu ứng nhiệt giúp ta có một số dự đoán rất quan trọng<br />
về chế độ nung trong quá trình tổng hợp chất nền augite:<br />
* Nhiệt độ nung sơ bộ khoảng 700oC: làm mất hết nước và bọt khí.<br />
* Nhiệt độ nung thiêu kết lớn hơn 1000oC: hình thành tinh thể augite.<br />
<br />
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT NỀN AUGITE TỪ CAO LANH LÂM ĐỒNG<br />
<br />
41<br />
<br />
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nguyên liệu và nhiệt độ nung<br />
Việc chọn nguyên liệu đầu là một yếu tố rất quan trọng vì nó quyết định đến chất lượng<br />
sản phẩm. Phối liệu được chuẩn bị theo đúng thành phần mol của các nguyên tố trong<br />
augite theo bảng 2.<br />
Bảng 2. Thành phần phối liệu tổng hợp chất nền augit<br />
Nguyên liệu<br />
<br />
Khối lượng<br />
<br />
% khối lượng<br />
<br />
CaCO3<br />
Mg(OH)2.4MgCO3.6H2O(40%MgO)<br />
TiO2<br />
Cao lanh Lâm Đồng (35,6% Al2O3;<br />
47,0% SiO2)<br />
SiO2<br />
Tổng<br />
<br />
22.89<br />
18.33<br />
1.83<br />
<br />
31.21<br />
24.99<br />
2.49<br />
<br />
Khối lượng/50g<br />
mẫu<br />
15.61<br />
12.5<br />
1.25<br />
<br />
13.12<br />
<br />
17.89<br />
<br />
8.95<br />
<br />
17.18<br />
73.35<br />
<br />
23.42<br />
100<br />
<br />
11.71<br />
50.02<br />
<br />
Từ thành phần phối liệu trên chúng tôi khảo sát 3 mẫu M1, M2 và M3 với thời gian<br />
nghiền, nhiệt độ nung và thời gian lưu khác nhau.<br />
Trong đó:<br />
- Mẫu M1: Nghiền 1h, lực ép viên 5 tấn, nung 11000C, lưu 30 phút<br />
- Mẫu M2: Nghiền 2h, lực ép viên 5 tấn, nung 11500C, lưu 60 phút<br />
- Mẫu M3 : Nghiền 3h, lực ép viên 5tấn, nung 12000C, lưu 60 phút<br />
Nhiệt độ tổng hợp chất nền augite được tiến hành từ 1100oC đến 12000C. Sản phẩm<br />
được ghi giản đồ nhiễu xạ Rơnghen, kết quả được trình bày ở các hình 3, 4, 5.<br />
F a culty <br />
of <br />
C hemistry, <br />
V NU , <br />
D8 <br />
A DV AN C E -‐B ruker <br />
-‐ <br />
M1<br />
<br />
300<br />
290<br />
280<br />
270<br />
260<br />
250<br />
240<br />
<br />
d=2.855<br />
<br />
230<br />
220<br />
210<br />
200<br />
190<br />
170<br />
160<br />
150<br />
140<br />
130<br />
<br />
d=1.352<br />
<br />
d=1.428<br />
<br />
d=1.510<br />
<br />
d=1.556<br />
<br />
20<br />
<br />
d=1.487<br />
<br />
d=1.754<br />
<br />
d=1.910<br />
<br />
d=2.103<br />
<br />
d=2.034<br />
<br />
d=2.289<br />
<br />
d=1.877<br />
<br />
30<br />
<br />
d=3.190<br />
<br />
40<br />
<br />
d=3.490<br />
<br />
50<br />
<br />
d=4.253<br />
<br />
60<br />
<br />
d=4.043<br />
d=3.890<br />
<br />
70<br />
<br />
d=2.215<br />
<br />
80<br />
<br />
d=2.750<br />
<br />
90<br />
<br />
d=2.673<br />
<br />
d=3.706<br />
<br />
100<br />
<br />
d=3.071<br />
d=2.979<br />
<br />
110<br />
<br />
d=2.515<br />
d=2.459<br />
d=2.396<br />
<br />
d=3.348<br />
<br />
120<br />
<br />
d=5.499<br />
<br />
Lin (Cps)<br />
<br />
180<br />
<br />
10<br />
0<br />
5<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
2-Theta - Scale<br />
File: HueHue M1-Augite.raw - Type: Locked Coupled - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° - Chi: 0.00 °<br />
01-076-0841 (C) - Akermanite - Ca2Mg(Si2O7) - Y: 90.80 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 7.78900 - b 7.78900 - c 5.01800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P-421m (113)<br />
01-089-5691 (C) - Augite, syn - (Ca0.742Fe0.087)(Mg0.016Al0.888Fe0.075)(Al0.5Si1.5)O6 - Y: 26.26 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.71900 - b 8.81400 - c 5.30500 - alpha 90.000 - beta 106.04<br />
00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 31.74 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91344 - b 4.91344 - c 5.40524 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitiv e - P3221 (154) - 3 - 113.0<br />
00-003-0807 (D) - Calcium Aluminum Oxide - Ca3Al2O6 - Y: 15.06 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 15.24000 - b 15.24000 - c 15.24000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 3539.61 - F16=<br />
<br />
Hình 3. Giản đồ XRD của mẫu M1<br />
<br />
70<br />
<br />
42<br />
<br />
TRẦN DƯƠNG - PHẠM NGỌC HUỆ<br />
<br />
F aculty <br />
o f <br />
C hemistry, <br />
V NU, <br />
D8 <br />
A DV ANC E -‐B ruker <br />
-‐ <br />
M2<br />
<br />
300<br />
290<br />
<br />
d=2.861<br />
<br />
280<br />
270<br />
260<br />
250<br />
240<br />
230<br />
220<br />
210<br />
200<br />
190<br />
170<br />
160<br />
150<br />
<br />
20<br />
<br />
d=1.352<br />
<br />
d=1.430<br />
<br />
d=2.036<br />
d=2.106<br />
<br />
d=1.505<br />
<br />
30<br />
<br />
d=1.911<br />
<br />
40<br />
<br />
d=2.296<br />
<br />
50<br />
<br />
d=2.697<br />
<br />
d=5.504<br />
<br />
60<br />
<br />
d=4.237<br />
<br />
70<br />
<br />
d=3.491<br />
<br />
d=4.070<br />
<br />
80<br />
<br />
d=3.888<br />
<br />
90<br />
<br />
d=2.759<br />
<br />
100<br />
<br />
d=3.077<br />
d=2.983<br />
<br />
d=3.714<br />
<br />
110<br />
<br />
d=2.515<br />
d=2.461<br />
<br />
120<br />
<br />
d=2.397<br />
<br />
130<br />
<br />
d=1.755<br />
<br />
d=3.350<br />
<br />
140<br />
<br />
d=3.228<br />
<br />
Lin (Cps)<br />
<br />
180<br />
<br />
10<br />
0<br />
5<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
2-Theta - Scale<br />
File: HueHue M2-Augite.raw - Type: Locked Coupled - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 20 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° - Chi: 0.00<br />
01-076-0841 (C) - Akermanite - Ca2Mg(Si2O7) - Y: 90.94 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 7.78900 - b 7.78900 - c 5.01800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P-421m (113)<br />
01-089-5691 (C) - Augite, syn - (Ca0.742Fe0.087)(Mg0.016Al0.888Fe0.075)(Al0.5Si1.5)O6 - Y: 29.40 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.71900 - b 8.81400 - c 5.30500 - alpha 90.000 - beta 106.04<br />
00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 40.26 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91344 - b 4.91344 - c 5.40524 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113.0<br />
00-003-0807 (D) - Calcium Aluminum Oxide - Ca3Al2O6 - Y: 17.91 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 15.24000 - b 15.24000 - c 15.24000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 3539.61 - F16=<br />
<br />
Hình 4. Giản đồ XRD của mẫu M2<br />
F a culty <br />
of <br />
C hemistry, <br />
V NU , <br />
D8 <br />
A DV ANC E -‐B ruker <br />
-‐ <br />
M3<br />
<br />
d=2.862<br />
<br />
400<br />
<br />
d=1.505<br />
<br />
d=1.556<br />
<br />
d=1.622<br />
<br />
d=1.668<br />
<br />
d=1.756<br />
<br />
d=1.833<br />
<br />
d=2.034<br />
d=2.104<br />
<br />
d=2.298<br />
d=2.204<br />
<br />
d=2.463<br />
<br />
d=2.761<br />
d=2.698<br />
<br />
d=3.213<br />
<br />
d=3.342<br />
<br />
d=3.486<br />
<br />
d=3.708<br />
<br />
d=4.214<br />
d=4.059<br />
d=3.892<br />
<br />
100<br />
<br />
d=3.073<br />
<br />
d=2.514<br />
<br />
200<br />
<br />
d=5.509<br />
<br />
Lin (Cps)<br />
<br />
d=2.983<br />
<br />
300<br />
<br />
0<br />
5<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
2-Theta - Scale<br />
File: HueHue M3-Augite.raw - Type: Locked Coupled - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° - Chi: 0.00<br />
01-076-0841 (C) - Akermanite - Ca2Mg(Si2O7) - Y: 87.50 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 7.78900 - b 7.78900 - c 5.01800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P-421m (113)<br />
01-089-5691 (C) - Augite, syn - (Ca0.742Fe0.087)(Mg0.016Al0.888Fe0.075)(Al0.5Si1.5)O6 - Y: 45.28 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.71900 - b 8.81400 - c 5.30500 - alpha 90.000 - beta 106.04<br />
00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 7.75 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91344 - b 4.91344 - c 5.40524 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113.01<br />
00-003-0807 (D) - Calcium Aluminum Oxide - Ca3Al2O6 - Y: 13.79 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 15.24000 - b 15.24000 - c 15.24000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 3539.61 - F16=<br />
<br />
Hình 5. Giản đồ XRD của mẫu M3<br />
<br />
70<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
