PPT NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA HÀM LƯỢNG HÓA CHẤT TẨY TRẮNG CAO LANH LÀO CAI DÙNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT SỨ DÂN DỤNG VÀ SỨ VỆ SINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA HÀM LƯỢNG HÓA CHẤT
TẨY TRẮNG CAO LANH LÀO CAI DÙNG LÀM NGUYÊN
LIỆU SẢN XUẤT SỨ DÂN DỤNG VÀ SỨ VỆ SINH
Sinh viên thực hiện:
• Nguyễn Quang Huy - 20180766
• Nguyễn Thị Hồng Nhung - 20180892
Giảng viên hướng dẫn:
• TS. Nguyễn Thành Đơng - Bộ mơn CNVL Silicat
• KS. Nguyễn Văn Duy – Viện Nghiên cứu SSTT CN


ĐẶT VẤN ĐỀ
Về cao lanh:
• Độ trắng của cao lanh là một chỉ số quan trọng trong sản xuất gốm
sứ, nó phụ thuộc vào mức độ tinh khiết và chất lượng của cao lanh.
• Cao lanh trắng hơn thường có xu hướng làm cho sứ trắng hơn và
màu sắc của lớp men phủ trở nên tươi sáng hơn.
• Lượng và loại tạp sắt lẫn gây màu, ảnh hưởng lớn đến độ trắng của
cao lanh cũng như giá trị kinh tế của nó.
• Hydroxit sắt thường kết tủa hoặc hấp phụ trên bề mặt khoáng
kaolinite hoặc được trộn lẫn dưới dạng một pha riêng biệt làm suy
giảm mạnh độ trắng của cao lanh.
 Vì vậy, cần tìm giải pháp phù hợp để làm giảm hàm lượng sắt có
trong cao lanh, từ đó cải thiện độ trắng cho cao lanh phục vụ cho từng
nhu cầu sản xuất.

2


NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

01

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

03

02

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN

04

NGHỊ
3


1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Nguồn gốc hình thành và cấu trúc
cao lanh:

• Cao lanh hình thành do q trình phân huỷ khoáng vật felspat và các khoáng vật alumosilicat
giàu nhơm.
• Cao lanh có màu trắng, dạng đặc sít hoặc là những khối dạng đất sáng màu, tập vảy nhỏ.
• Cao lanh là loại đá sét cấu thành bởi khoáng vật caolinit và một số ít khống vật illit,

montmorillonit, thạch anh,... trong đó caolinit quyết định kiểu cấu tạo và cấu trúc của cao lanh.

Mỏ cao lanh trong tự nhiên

Mẫu cao lanh

Mạng lưới cấu trúc caolinit - Al2O3.2SiO2.2H2O (AS2H2)

4


1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tính chất hố - lý của cao lanh
• Cao lanh nguyên khai sau khi lọc có hàm
lượng Al2O3 tương đối cao, hàm lượng Fe2O3
tùy thuộc vào từng mỏ.

• Sơ đồ các phản ứng hố học xảy ra khi nung:

• Kích thước hạt của cao lanh có ý nghĩa quan
trọng trong cơng nghệ gớm sứ vì ảnh hưởng
đến tính chất kỹ thuật như độ dẻo, khả năng
liên kết, đợ co sấy, đợ co nung, ...
• Tính dẻo của cao lanh liên quan chặt chẽ với
khả năng liên kết của nó. Độ dẻo càng cao,
khả năng liên kết càng lớn. Độ dẻo phụ thuộc
vào độ mịn và hình dạng hạt, độ bền của
màng nước hấp phụ, sức căng bề mặt, …

5

1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Ứng dụng của cao lanh
• Công nghiệp sản xuất đồ gốm: các sản phẩm
gốm sứ dân dụng, mỹ nghệ, sứ cách điện, sứ
vệ sinh… đều sử dụng cao lanh.
• Chế tạo sợi thuỷ tinh: Trong cao lanh có chứa
cả silica và alumina, là chất có trong thành
phần của sợi thuỷ tinh

Sứ dân dụng và sứ vệ sinh

Sợi thuỷ tinh

• Sản xuất vật liệu chịu lửa: sản xuất gạch chịu
lửa, gạch chịu axit và các đồ chịu lửa khác.
• Trong sản xuất xi măng: nguyên liệu sản xuất
xi măng trắng.

Gạch samot chịu lửa

Xi măng trắng
6


1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Phương pháp loại bỏ sắt khỏi cao lanh nhằm cải thiện độ
trắng
Phương pháp tuyển nổi

Cho vào hỗn hợp một số chất tuyển nổi

Phương pháp vật lý
Phương pháp vi sinh
Là phương pháp dùng các vi
sinh vật hòa tan kim loại nặng

Phương pháp hóa học

Phương pháp khử từ
Sử dụng nam châm điện hoặc nam
châm vĩnh cửu

Hoà tan bằng axit
Sử dụng axit như axit phosphoric

Phương pháp khử hoá
Sử dụng các chất có tính khử để khử
sắt về dạng sắt (II) dễ tan trong nước.
7


1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Phương pháp khử hoá
Chất khử là natri dithionite:

Khử với dithionite mới sinh:

Về bản chất cũng là một phương pháp tẩy trắng cao

lanh bằng natri dithionite nhưng do dithionite dạng
lỏng mới sinh nên khả năng phản ứng với sắt trong
cao lanh mạnh hơn

Khử với thiourea:

Khử với thiourea dioxide (TD):

8


1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Kết luận về phương pháp nghiên cứu:
Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau nhưng công nghệ khử thường được sử
dụng rộng rãi hơn. Và chất khử được sử dụng nhiều là natri dithionite tuy nhiên q trình xử lý này
cần mơi trường pH = 1 - 2 gây ô nhiễm môi trường. Do vậy hiện nay công nghệ tẩy trắng cao lanh xu
hướng sử dụng TD làm chất khử, là một phương án đơn giản, dễ thực hiện.
Lấy cơ sở nghiên cứu ban đầu theo các thông số được đưa ra như bảng 1 dưới đây:
Bảng 1. Thông số nghiên cứu ban đầu

pH hồ cao lanh điều chỉnh
ban đầu
9

Hàm lượng TD
1.2%

Thời gian lưu để
phản ứng
30 phút

Hàm lượng AlCl3

Nhiệt độ nung

2.6%

1200°C

Từ đó điều chỉnh hàm lượng hoá chất phù hợp để đạt được kết quả cao nhất thu được
9


2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu tẩy trắng:
Cao lanh Sơn Mãn – Lào Cai đã được lọc tách cát và khử từ sơ bộ,
được phân cấp theo kích thước hạt thành 2 loại:
• Cao lanh thơ thu từ Cyclon thủy lực C150  sản xuất sứ vệ sinh.
• Cao lanh mịn thu từ Cyclon thủy lực C75  sản xuất sứ dân dụng.

Hố chất tẩy trắng:

Cao lanh thơ (a) và cao lanh mịn (b) trước tẩy

• Dung dịch NaOH 10%: pha từ hóa chất cơng nghiệp NaOH 99% dạng vảy, màu trắng.
• Thioure dioxide (CH4N2O2S - TD): chất rắn dạng bột, đợ tinh khiết 99%.
• AlCl3.6H2O: tinh thể ngậm nước, màu trắng
• Dung dịch axit HCl 1M: pha từ hóa chất thí nghiệm HCl 36%.

Hố chất tẩy trắng cao lanh

10


2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Quy trình nghiên cứu tẩy trắng
Thí nghiệm tẩy trắng cao lanh:
• Thí nghiệm đợt thứ nhất: Chỉ thay đổi hàm lượng
hóa chất TD sử dụng
• Thí nghiệm đợt thứ hai: Chỉ thay đổi hàm lượng
hóa chất NaOH sử dụng
• Thí nghiệm đợt thứ ba: Chỉ thay đổi hàm lượng
hóa chất AlCl3.6H2O sử dụng

11


2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp khảo sát các tính chất của cao lanh:
Bảng 2. Phương pháp khảo sát các tính chất của cao lanh

Tính chất cao lanh khảo sát
Độ trắng sau nung
Thành phần khoáng vật
Thành phần hoá học

Phương pháp khảo sát

Độ dẻo

Sử dụng máy đo độ trắng

Phương pháp nhiễu xạ tia X – XRD
Phương pháp quang phổ so màu
Phân tích thành phần hạt bằng nhiễu xạ
laser
Phương pháp P. Fefferkorn

Độ co (co sấy, co nung, co toàn phần)

Khảo sát sự biến đổi kích thước

Cường độ uốn (mộc, sau nung)
Độ hút nước
Nhiệt độ
Độ xốp
kết khối
Khối lượng thể tích

Dùng áp lực làm gãy mẫu

Phân bố cỡ hạt

Độ bám khn
Tính lưu biến
Tỷ trọng của hồ

Khảo sát tỷ lệ, chênh lệch khối lượng

Máy đo đợ trắng YDZ-T

Máy D2 Phaser xác định

thành phần khống vật

Thiết bị phân tích thành

Thiết bị phân tích cỡ hạt

phần hố học GKF–10A

Horiba LA300

Khảo sát độ dày của hồ sau một thời
gian khi đổ rót vào khn thạch cao
Phương pháp đo độ nhớt chảy bằng
cốc Ford
Xác định bằng cốc đo tỷ trọng
Bộ dụng cụ đo xác định độ
dẻo

Dụng cụ đo độ nhớt
12


3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

• Ảnh hưởng của hàm lượng hố chất đến độ
trắng của cao lanh
• Kết quả khảo sát các tính chất và thơng số
kỹ thuật của cao lanh trước và sau tẩy trắng

13

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng hoá chất đến độ trắng
của cao lanh
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng TD:

Mẫu cao lanh thô sau nung khi thay đổi hàm lượng TD
Mẫu mộc (a) và sau nung (b) của cao lanh mịn sau nung khi thay đổi
hàm lượng TD
14


3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng hoá chất đến độ trắng
của cao lanh
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH:

Mẫu cao lanh thô sau nung khi thay đổi hàm lượng NaOH
Mẫu cao lanh mịn sau nung khi thay đổi hàm lượng NaOH
15


3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng hoá chất đến độ trắng
của cao lanh
3.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng AlCl .6H O:
3

2

Mẫu cao lanh thô sau nung khi thay đổi hàm lượng AlCl 3.6H2O
Mẫu cao lanh mịn sau nung khi thay đổi hàm lượng AlCl 3.6H2O
16


3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Nhận xét về hàm lượng hố chất tẩy trắng
NaOH: Do TD có tính khử nên khi đưa vào hồ cao lanh sẽ làm giảm pH của hồ ngay vì vậy sử dụng NaOH
nhằm điều chỉnh pH = 9 của hồ cao lanh, tạo môi trường thuận lợi cho TD tham gia vào phản ứng.

TD - Thiourea Dioxide: Khi hàm lượng TD cao thì nồng độ nhiều, dẫn đến có thể xảy ra phản ứng:
Sự hình thành lưu huỳnh ở dạng huyền phù trong phản ứng trên đã làm giảm đợ trắng của cao lanh.
=> Đó cũng là lý do khi hàm lượng TD tăng trên lượng tối ưu thì độ trắng lại giảm xuống.

AlCl3.6H2O: Khi dùng TD để tẩy trắng cao lanh, tạo ra , dễ dàng phản ứng với , trong điều kiện có oxy tạo thành
Fe(OH)3 màu nâu đỏ, ảnh hưởng đến kết quả độ trắng của cao lanh.
Vì vậy, AlCl3.6H2O có tác dụng phản ứng với gốc ngăn cản trường hợp trên xảy ra.

HCl: Điều chỉnh pH của hồ cao lanh về 5.0 bằng với giá trị pH của hồ cao lanh gốc ban đầu.
17


3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Kết quả khảo sát các tính chất, thơng số kỹ thuật
của cao lanh
Cao lanh thơ:
• pH = 9.0

01

Thành phần khống vật, hố học, cỡ hạt

02

Độ dẻo của cao lanh

03

Tốc độ bám khuôn và tỷ trọng

Cao lanh mịn:

04

Đ ộ c o ( c o s ấ y, c o n u n g , c o t o à n p h ầ n )

• pH = 9.0

05

Cường độ uốn mộc và sau nung

• TD - 1.8%

06

Độ hút nước, độ xốp và khối lượng thể tích

• TD - 1.6%

• AlCl3.6H2O - 2.6%

• AlCl3.6H2O - 2.6%

18


3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Kết quả khảo sát các thông số kỹ thuật của cao lanh
3.2.1. Thành phần khoáng vật, hoá học, phân bố cỡ hạt
Bảng 3. Thành phần khoáng vật của cao lanh

Thành phần khoáng của cao
lanh có sự thay đổi, đặc biệt
là Kaolinite và Halloysite.

19


3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Kết quả khảo sát các thông số kỹ thuật của cao lanh
3.2.1. Thành phần khoáng vật, hoá học, phân bố cỡ hạt
Bảng 4. Thành phần hố học của cao lanh

• Sự giảm hàm lượng Fe2O3 chính là hiệu
quả thấy được khi TD phản ứng với tạp
chất sắt trong cao lanh để khử về và sẽ
được rửa trôi ra khỏi cao lanh, làm tăng độ
trắng của cao lanh.
• Khi tẩy trắng, hàm lượng Fe2O3 giảm đi kéo

theo sự thay đổi về hàm lượng phần trăm
của các oxit khác.

20