nghiên cứu công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng phú thọ làm nguyên liệu cho ngành sản xuất ceramic, sơn, dược phẩm và hoá mỹ phẩm

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN
Đề án: “đổi mới và hiện đại hóa công nghệ trong ngành công
nghiệp khai khoáng đến năm 2015, tầm nhèn đến năm 2025”



BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHOÁNG CHẤT TAN
VÙNG PHÚ THỌ LÀM NGUYÊN LIỆU CHO NGÀNH SẢN
XUẤT CERAMIC, SƠN, DƯỢC PHẨM VÀ HÓA MỸ PHẨM”
Mã số: ĐT.08.10/ĐMCNKK

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài



PGS. TS. Ngô Kế Thế

Ban điều hành đề án Bộ Công Thương

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

MỤC LỤC

Mục Nội dung Trang
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA i
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ NGỮ VIẾT TẮT ii
DANH MỤC CÁC BẢNG iii
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
Mở đầu 1
Phần I ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN 3
Chương 1 TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN TAN, KHAI THÁC, CHẾ
BIẾN VÀ SỬ DỤNG
3
1.1 Khoáng chất tan và các đặc điểm cơ bản 3
1.2 Đặc điểm nguồn gốc khoáng chất tan 5
1.3 Phân loại khoáng chất tan 6
1.4 các ứng dụng của khoáng chất tan 8
1.5
Tiềm năng khoáng chất tan
8
1.5.1 Tiềm năng khoáng chất tan trên Thế giới 8
1.5.2 Tiềm năng khoáng chất tan ở Việt Nam 9
1.6 Khai thác, sản xuất và tiêu thụ tan trên thế giới 9
1.7 Chất lượng thương phẩm tan các lĩnh vực sử dụng trên thế giới 11
1.8 Tài nguyên khoáng sản tan Việt Nam và sơ lược về mỏ tan Thu
Ngạc, Phú Thọ
14
Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU TUYỂN, CHẾ BIẾN VÀ

BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG TAN
16
2.1 Công nghệ tuyển, chế biến tan 16
2.1.1 Tình hình nghiên cứu tuyển khoáng chất tan 17
2.1.2 Tình hình nghiên cứu biến tính và ứng dụng bột khoáng tan 18
2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình biến đổi bề mặt 18
2.2.1 Các đặc tính của khoáng tan liên quan đến quá trình biến đổi bề
mặt
18
2.2.2 Biến đổi bề mặt bột khoáng bằng các hợp chất silan 19
2.2.3 Biến đổi bề mặt bột tan
24
Chương 3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC
26
3.1 Nghiên cứu tuyển và chế biến khoáng tan 26
N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

3.1.1 Tình hình nghiên cứu tuyển khoáng tan trên thế giới 26
3.1.2
Tình hình nghiên cứu tuyển khoáng tan trong nước
30
3.2 Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng tan 30
3.3 Nghiên cứu ứng dụng khoáng tan trong ceramic
31
3.4 Nghiên cứu ứng dụng khoáng tan trong sơn
33
3.5
Nghiên cứu ứng dụng khoáng tan trong dược phẩm và hóa mỹ phẩm

34
Phần II NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TUYỂN 39
Chương 4 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT QUẶNG TAN MỎ
THU NGẠC, PHÚ THỌ
39
4.1 Mẫu nghiên cứu 39
4.1.1 Phương án lấy mẫu 39
4.1.2 Thi công lấy mẫu 41
4.2 Phương pháp nghiên cứu 42
4.2.1 Thành phần vật chất 42
4.2.2 Công nghệ chế biến 43
4.3 Thiết bị dùng cho nghiên cứu 43
4.3.1 Thiết bị phân tích mẫu 43
4.3.2 Thiết bị nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm 44
4.3.3 Thiết bị nghiên cứu quy mô mở rộng (pilot) 44
4.4 Công tác phân tích 45
Chương 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM
46
5.1 Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu 46
5.1.1 Gia công chuẩn bị mẫu 46
5.1.2 Thiết bị và phương pháp phân tích mẫu 47
5.1.3 Kết quả phân tích đặc điểm cấu trúc và thànhphần khoáng vật 47
5.1.4 Kết quả phân tích thành phần độ hạt và thành phần hóa học 51
5.2 Nghiên cứu nghiền chọn lọc và tuyển phân cấp 58
5.2.1 Lựa chọn phương pháp và thiết bị nghiền 58
5.2.2 Nghiên cứu điều kiện, chế độ nghiền và tuyển phân cấp 62
5.2.3 Thí nghiệm nghiền với các mẫu quặng tan nguyên khai 68
5.2.4
Thí nghiệm tuyển tách tan bằng xyclon thủy lực

72
5.3 Nghiên cứu tuyển nổi tan 78
N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

5.3.1 Thiết bị và mẫu nghiên cứu 78
5.3.2 Nghiên cứu điều kiện và chế độ tuyển nổi 80
5.4 Thí nghiệm tuyển từ 86
5.4.1 Mẫu thí nghiệm
86
5.4.2 Thiết bị thí nghiệm
87
5.4.3
Kết quả thí nghiệm
88
5.5
Thí nghiệm tuyển thu hồi thạch anh bằng tuyển nổi
90
5.6 Thí nghiệm sơ đồ công nghệ tuyển 95
5.6.1 Lựa chọn sơ đồ thí nghiệm tuyển 95
5.6.2
Kết quả thí nghiệm sơ đồ tuyển
96
5.6.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ tuyển quặng tan Thu Ngạc, Phú Thọ 101
Chương 6 NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ TUYỂN TRÊN
QUY MÔ PILOT
104
6.1 Lựa chọn hệ thiết bị thí nghiệm 104
6.2 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm 108
6.2.1 Thí nghiệm tuyển với mẫu quặng TQ(3+5) 108

6.2.2 Thí nghiệm tuyển với mẫu quặng TQ2 110
6.2.3 Thí nghiệm tuyển với mẫu quặng TQ1 và TQ4 113
Chương 7 NGHIÊN CỨU TUYỂN TÁCH KIM LOẠI NẶNG TRONG
SẢN PHẨM QUẶNG TINH TAN
117
7.1 Ảnh hưởng của các kim loại nặng tới sức khỏe con người 117
7.2 Thành phần vật chất tinh quặng tan sau tuyển cơ học 118
7.3 Thí nghiệm tuyển tách Pb và As trong tinh quặng tan 120
7.3.1 Lựa chọn phương pháp tuyển tách 120
7.3.2 Thiết bị, hóa chất và trình tự thí nghiệm 123
7.3.3 Nghiên cứu các điều kiện và chế độ tuyển tách Pb, và As ra khỏi bột
khoáng tan
124
7.4 Nghiên cứu tách kim loại Fe và nâng cao độ trắng tinh quặng tan 125
Chương 8 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG TAN THU
NGẠC, PHÚ THỌ
129
8.1 Quy trình công nghệ tuyển cơ học quặng tan Thu Ngạc 129
8.2 Quy trình công nghệ xử lý hoá tuyển bột khoáng tan Thu Ngạc 132
8.3 Quy trình công nghệ khử sắt làm trắng bột khoáng tan Thu Ngạc 133
N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

Phần III NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI BỀ MẶT VÀ ỨNG DỤNG BỘT TAN
CHO CERAMIC, SƠN, DƯỢC PHẨM VÀ HÓA MỸ PHẨM
138
Chương 9 NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI BỀ MẶT BỘT TAN 138
9.1 Thực nghiệm 138
9.1.1 Nguyên vật liệu
138

9.1.2 Phương pháp nghiên cứu 139
9.2 Khảo sát tính chất bột tan và các ảnh hưởng của nó đến quá trình
biến đổi bề mặt khoáng
140
9.2.1 Khảo sát thành phần và tính chất tinh thể khoáng tan 140
9.2.2 Khảo sát cấu trúc hạt khoáng tan 142
9.2.3 Khảo sát độ bền nhiệt của khoáng tan 143
9.2.4 Độ hấp thụ dầu của khoáng tan 144
9.3 Ảnh hưởng của nồng độ hợp chất silan đến quá trình biến đổi bề
mặt bột tan
145
9.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hợp chất biến đổi bề mặt bằng
phổ hồng ngoại
145
9.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hợp chất biến đổi bề mặt bằng
phân tích nhiệt
148
9.3.3 Khảo sát độ hấp thụ dầu 149
9.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình biến đổi bề mặt bột
tan
149
9.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng biến đổi bề mặt khoáng
tan bằng phương pháp phổ hồng ngoại
149
9.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng biến đổi bề mặt khoáng
tan bằng phương pháp phân tích nhiệt
151
9.4.3 Độ hấp thụ dầu của khoáng tan biến đổi bề mặt 151
9.5
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình biến đổi bề mặt

bột tan
152
9.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình biến đổi
bề mặt bằng phương pháp phổ
152
9.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình biến đổi
bề mặt bằng phân tích nhiệt
154
9.5.3 Độ hấp thụ dầu của khoáng tan biến đổi bề mặt 155
9.6 Ảnh hưởng của môi trường phản ứng đến quá trình biến đổi bề mặt
bột tan
155
9.6.1 Ảnh hưởng của môi trường phản ứng đến quá trình biến đổi bề mặt
khoáng tan
156
N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

9.6.2 Ảnh hưởng của quá trình polyme hóa đến độ bền của lớp phủ silan 157
9.7 Ảnh hưởng của các hợp chất silan khác nhau đến quá trình biến đổi
bề mặt khoáng tan
159
9.7.1 Biến đổi bề mặt bột tan bằng các hợp chất silan khác nhau 159
9.7.2 Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột tan biến đổi bề mặt 162
9.8 Quy trình biến đổi bề mặt bột tan 163
9.8.1 Quy trình tiền xử lý bề mặt tan 163
9.8.2 Quy trình biến đổi bề mặt tan bằng các hợp chất silan 164
Chương 10 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘT TAN TRONG CHẾ TẠO
CERAMIC KỸ THUẬT
167

10.1 Thực nghiệm 168
10.1.1 Nguyên vật liệu 168
10.1.2 Thiết bị và phương pháp nghiên cứu 168
10.2 Nghiên cứu công nghệ chế tạo ceramic có sử dụng bột tan Phú Thọ 172
10.2.1 Xác định vùng nhiệt độ tạo ceramic bậc 3 diopzit 172
10.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng bột tan đến quá trình hình thành diopzit 173
10.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung thiêu kết đến quá trình hình thành
diopzit
175
10.2.4 Ảnh hưởng của chất khoáng hóa đến quá trình hình thành diopzit 177
10.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bột tan đến độ bền sốc nhiệt và độ chịu
lửa của vật liệu ceramic
180
10.3.1 Độ bền sốc nhiệt 180
10.3.2 Hệ số giãn nở nhiệt 180
10.3.3 Độ chịu lửa 181
10.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của bột tan đến độ co ngót và độ cách điện
của vật liệu ceramic
181
10.4.1 Ảnh hưởng của bột tan đến độ co ngót của gốm diopzit 181
10.4.2 Ảnh hưởng của bột tan đến tính chất điện của gốm diopzit 183
10.5 Qui trình công nghệ chế tạo ceramic kỹ thuật 188
10.5.1 Qui trình sản xuất ceramic diopzit kỹ thụât từ khoáng tan 188
10.5.2 Tính chất cơ học của vật liệu ceramic diopzit 189
10.6 Triển khai chế thử 191
Chương 11 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘT TAN GIA CƯỜNG CHO SƠN 194
11.1 Thực nghiệm 194
11.1.1 Nguyên vật liệu 194
N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

11.1.2 Thiết bị và phương pháp nghiên cứu 195
11.2 Nghiên cứu ứng dụng bột tan để chế tạo sơn lót bền hóa chất 196
11.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tác nhân biến đổi bề mặt đến tính chất
điện hóa màng sơn lót
196
11.2.2 Nghiên cứu khả năng bảo vệ và cấu trúc hình thái của màng sơn lót 197
11.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bột tan đến tính chất cơ lý và độ bền
hóa chất của màng sơn lót
202
11.3 Nghiên cứu ứng dụng bột tan để chế tạo sơn phủ bền hóa chất 204
11.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tác nhân biến đổi bề mặt đến tính chất
điện hóa màng sơn phủ
204
11.3.2 Nghiên cứu khả năng bảo vệ và cấu trúc hình thái của màng sơn
phủ
205
11.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bột tan đến tính chất cơ lý và độ bền
hóa chất của màng sơn phủ
208
11.4 Nghiên cứu thành phần chế tạo và tính chất của hệ sơn có sử dụng
bột tan
210
11.4.1 Nghiên cứu thành phần chế tạo và tính chất hệ sơn lót có các hàm
lượng bột tan khác nhau
211
11.4.2 Nghiên cứu thành phần chế tạo và tính chất hệ sơn phủ có các hàm
lượng bột tan khác nhau
214
11.5 Nghiên cứu chế thử hệ sơn bền hóa chất có sử dụng bột tan 218

11.5.1 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hệ sơn bền hóa chất 218
11.5.2 Triển khai chế thử 220
Chương 12 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘT TAN CHO DƯỢC PHẨM 224
12.1 Thực nghiệm 224
12.1.1 Nguyên vật liệu 224
12.1.2 Thiết bị và phương pháp nghiên cứu 224
12.2 Nghiên cứu hoạt hóa bề mặt bột tan để làm phụ gia cho thuốc viên 225
12.2.1 Nghiên cứu hoạt hóa khoáng tan 225
12.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của hoạt hóa khoáng tan đến độ bền màng bao
viên thuốc
227
12.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bột tan đến độ linh động của bột thuốc 230
12.3.1 Ảnh hưởng của bột tan lên độ linh động của cốm B 230
12.3.2 Ảnh hưởng của bột tan lên độ linh động của cốm Aspirin 232
12.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của bột tan đến quá trình ép tạo viên thuốc 233
12.4.1 Ảnh hưởng của bột tan đến quá trình dập viên trên công thức cốm B 233
N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

12.4.2 Ảnh hưởng của bột tan đến quá trình dập viên trên công thức cốm
thuốc Aspirin
234
12.5 Phân tích mẫu bột tan dùng cho dược phẩm 236
12.5.1 Phân tích đánh giá thành phần hóa học bột tan 236
12.5.2 Phân tích mẫu bột tan theo tiêu chuẩn dùng cho dược phẩm 240
Chương 13 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘT TAN TRONG HÓA MỸ
PHẨM
243
13.1 Thực nghiệm 243
13.1.1 Nguyên vật liệu 243

13.1.2 Phương pháp nghiên cứu 243
13.1.3 Thiết bị nghiên cứu 244
13.2 Nghiên cứu hoạt hóa bề mặt bột tan để làm phụ gia cho mỹ phẩm 245
13.2.1 Xác định Xác định quá trình biến tính bề mặt bột tan qua phổ hồng
ngoại FT-IR
245
13.2.2 Độ hấp thụ dầu của các mẫu khoáng tan biến tính 245
13.2.3 Xác định quá trình biến tính bề mặt bột tan bằng phân tích nhiệt
TGA
246
13.2.4 Ảnh hưởng của quá trình biến tính đến khả năng kỵ nước của bột
tan
247
13.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bột tan đến độ ổn định của hóa mỹ phẩm 249
13.3.1 Mẫu thử Creamy Foundation 249
13.3.2 Đánh giá tính chất của Creamy foundation có thành phần bột tan 249
13.3.3 Đánh giá tính ổn định của Creamy foundation có thành phần bột
tan
251
13.4 Phân tích mẫu bột tan theo tiêu chuẩn dùng cho hóa mỹ phẩm 252
13.4.1 Phân tích tiêu chuẩn nguyên liệu đầu vào 252
13.4.2 Đánh giá tính an toàn của sản phẩm 254
CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 257

SƠ BỘ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI ÁP DỤNG
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO SẢN XUẤT

261
Phần IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 263
TÀI LIỆU THAM KHẢO 267

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
i
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

TT Họ và tên Học vị Cơ quan công tác
1 Ngô Kế Thế PGS.TS Viện Khoa học Vật liệu, VAST
2 Nguyễn Văn Hạnh TS Viện Khoa học Vật liệu, VAST
3 Nghiêm Xuân Thung PGS.TS Trường Đại học KH Tự nhiên, VNU
4 Tô Xuân Hằng PGS.TS Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, VAST
5 Trần Quang Lục ThS Công ty CP TRAPHACO
6 Nguyễn Tất Vịnh KS Công ty TNHH Tân Hoàng Minh
7 Nguyễn Việt Dũng CN Viện Khoa học Vật liệu, VAST
8 Nguyễn Văn Thủy KS Viện Khoa học Vật liệu, VAST
9 Nguyễn Văn Trọng ThS Viện Khoa học Vật liệu, VAST
10 Thái Thị Thu Thủy CN Viện Khoa học Vật liệu, VAST
Và các công sự
11 Đỗ Văn Năm KS Đoàn Địa chất 302
12 Đào Duy Anh TS Viện KHCN Mỏ - luyện kim
13 Trịnh Anh Trúc TS Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, VAST
14 Nguyễn Xuân Cương KS Công ty CP Sơn Tổng hợp Hà Nội
15 Vũ Văn Ân DS Công ty CP Sao Thái Dương
16 Tạ Quốc Hùng ThS Viện Khoa học Vật liệu, VAST
17 Hồ Ngọc Hùng KS Viện Khoa học Vật liệu, VAST
18 Dương Mạnh Hùng KS Viện Khoa học Vật liệu, VAST
19 Trần Thu Trang CN Viện Khoa học Vật liệu, VAST
20 Nguyễn Thi Ngọc Tú CN Viện Khoa học Vật liệu, VAST
21 Đào Anh Tuấn KS Công ty TNHH Tân Hoàng Minh
22 Hoàng Duy Ninh KS Công ty TNHH Tân Hoàng Minh

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
ii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ NGỮ VIẾT TẮT


AAS Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
ASTM Tiêu chuẩn đo lường vật liệu Mỹ
EDTA Etylendiamintetraaxetic
DSC Nhiệt lượng vi sai quét
F Tần số
FT-IR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
G Độ dẫn điện
GPS Hệ thống định vi toàn cầu
HPMC Hydropropyl metylxenlulo
IMS Viện Khoa học Vật liệu
ICP-MS Phương pháp phổ khối lượng plasma cảm ứng
KV Khoáng vật
MKN Mất khi nung
MIBK Metylisobutylkentone
PVA Polyvinyl alcol
PE Polyetylen
PP Polypropylen
PEG Polyethylene glycol
ppm Phần triệu
R
f
Giá trị điện trở màng
SEM Kính hiển vi điện tử quét

XRD Nhiễu xạ tia X
TQ Thân quặng
TGA Phân tích nhiệt trọng lượng
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TMA Phương pháp phân tích cơ nhiệt
VLSV Vật liệu sơn và vécni
USP Dược điển Mỹ
Z
10mHz
Modun tổng trở tại 10 mHz
σ Sức căng bề mặt
γ-MPTMS γ-metacryloxypropyltrimetoxysilan
γ-APTMS γ-aminopropyltrimetoxysilan

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
iii
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Nội dung Trang
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn chất lượng tan theo ISO 3262 7
Bảng 1.2 Sản lượng khai thác tan trên Thế giới 9
Bảng 1.3 Tiêu chuẩn một số thương phẩm tan trên thị trường thế giới 11
Bảng 1.4 Tiêu chuẩn chất lượng theo ISO 3262 12
Bảng 1.5 Các lĩnh vực sử dụng quặng Tan được sản xuất tại Mỹ 12
Bảng 1.6 Giá của khoáng chất tan 14
Bảng 2.1 Cải thiện tính chất điện với tác nhân phân tán silan xử lý thạch anh
gia cường cho nhựa epoxy
23
Bảng 3.1 Hàm lượng bột tan có trong một số ứng dụng 35

Bảng 3.2 Các yêu cầu của tan USP trong dược phẩm 38
Bảng 4.1 Thống kê hàm lượng trung bình một số thành phần chính của mẫu
công nghệ tan Thanh Sơn
40
Bảng 5.1 Kết quả phân tích thành phần khoáng vật mẫu quặng nguyên khai tan
vùng Phú Thọ bằng phương pháp nhiệt vi sai và nhiễu xạ Rơnghen
49
Bảng 5.2 Thành phần khoáng vật các cấp hạt mẫu quặng gốc TQ1 51
Bảng 5.3 Thành phần khoáng vật các cấp hạt mẫu quặng gốc TQ4 52
Bảng 5.4 Thành phần khoáng vật các cấp hạt mẫu quặng phong hóa TQ2 53
Bảng 5.5 Thành phần khoáng vật các cấp hạt mẫu quặng gốc số TQ(3+5) 54
Bảng 5.6 Kết quả phân tích hóa các cấp hạt mẫu quặng nguyên khai 55
Bảng 5.7 Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại nặng trong quặng tan
Thanh Sơn, Phú Thọ
56
Bảng 5.8 Kết quả thí nghiệm nghiền chọn lọc quặng phong hóa bằng các
thiết bị khác nhau
60
Bảng 5.9 Kết quả thí nghiệm nghiền chọn lọc quặng gốc bằng các thiết bị khác
nhau
61
Bảng 5.10 Kết quả thí nghiệm nghiền theo tỉ lệ bi/quặng khác nhau 64
Bảng 5.11 Kết quả thí nghiệm thời gian nghiền chọn lọc khác nhau 67
Bảng 5.12 Kết quả thí nghiệm nghiền mẫu quặng TQ2 69
Bảng 5.13 Kết quả thí nghiệm nghiền mẫu quặng TQ(3+5) 70
Bảng 5.14 Kết quả thí nghiệm nghiền mẫu quặng TQ4 71
Bảng 5.15 Các thông số kỹ thuật của xyclon thí nghiệm 73
Bảng 5.16 Kết quả thí nghiệm phân cấp mẫu quặng TQ(3+5) bằng xyclon thủy lực 76
Bảng 5.17 Kết quả thí nghiệm phân cấp mẫu quặng TQ2 bằng xyclon thủy lực 76

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
i
v
Bảng 5.18 Kết quả thí nghiệm phân cấp mẫu quặng TQ4 bằng xyclon thủy lực 76
Bảng 5.19 Kết quả thí nghiệm phân cấp mẫu quặng TQ1 bằng xyclon thủy lực 76
Bảng 5.20 Thành phần hóa học chính trong môt số sản phẩm tan sau nghiền
và phân cấp
87
Bảng 5.21 Kết quả thí nghiệm tuyển từ sản phẩm bùn tràn xyclon D25 theo sơ
đồ hình 5.35
89
Bảng 5.22 Kết quả thí nghiệm tuyển từ sản phẩm cát xyclon D25 theo sơ đồ
hình 5.35
89
Bảng 5.23 Kết quả tuyển tách thạch anh trong quặng đuôi tuyển nổi (cấp hạt –
0,50 mm) theo sơ đồ hình 5.36
92
Bảng 5.24 Kết quả thí nghiệm tuyển mẫu TQ1, TQ4 theo sơ đồ 5.38 99
Bảng 5.25 Kết quả thí nghiệm mẫu TQ(3+5) theo sơ đồ 5.39 100
Bảng 5.26 Kết quả thí nghiệm mẫu TQ2 theo sơ đồ 5.38 100
Bảng 6.1 Kết quả phân tích các sản phẩm thí nghiệm theo sơ đồ 6.3 110
Bảng 6.2 Kết quả phân tích các sản phẩm thí nghiệm theo sơ đồ 6.4 với mẫu
quặng TQ2
113
Bảng 6.3 Kết quả phân tích các sản phẩm thí nghiệm theo sơ đồ 6.5 114
Bảng 7.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học bột tan sau tuyển 118
Bảng 7.2 Kết quả phân tích thành phần hóa học bột tan sau xử lý hóa tuyển 124
Bảng 7.3 So sánh chất lượng sản phẩm bột tan Thanh Sơn sau chế biến với sản
phẩm tan thương mại trên thị trường dùng cho ceramic và sơn

127
Bảng 7.4 So sánh chất lượng sản phẩm bột tan Thanh Sơn sau chế biến với sản
phẩm tan thương mại trên thị trường dùng cho dược và mỹ phẩm
128
Bảng 7.5 Đánh giá một số tính chất dược lý sản phẩm bột tan Thanh Sơn sau xử
lý hóa học theo quy trình sản xuất dược và mỹ phẩm
128
Bảng 8.1 Các chỉ tiêu công nghệ dự kiến tuyển quặng tan Thanh Sơn 130
Bảng 8.2 Môt số tiêu chuẩn hàm lượng kim loại nặng trong sản phảm tan
Thanh Sơn sau khi xử lý hóa học
133
Bảng 9.1 Thành phần hóa học một số mẫu bột tan Thanh Sơn, Phú Thọ 140
Bảng 9.2 Thành phần khoáng vật và khoảng hàm lượng các mẫu bột tan 141
Bảng 9.3 Độ hấp thụ dầu của một số mẫu vật liệu 144
Bảng 9.4 Lựa chọn nồng độ silan thích hợp cho các kích thước hạt khác nhau 145
Bảng 9.5 Hàm lượng silan trên bề mặt khoáng tan 148
Bảng 9.6 Hàm lượng silan trên bề mặt bột tan biến đổi ở các nhiệt độ khác nhau 151
Bảng 9.7 Hàm lượng silan trên bề mặt các mẫu bột tan biến đổi bề mặt 154
Bảng 10.1 Thành phần khoáng tan 168

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
v
Bảng 10.2 Thành phần các khoáng trong các mẫu 168
Bảng 10.3 Các pic đặc trưng của các pha tinh thể trong hỗn hợp
MgO/CaO/SiO
2

173
Bảng 10.4 Cường độ pic đặc trưng của các pha tinh thể ở các nhiệt độ nung 176

Bảng 10.5 Các pic đặc trưng của các pha tinh thể trong các mẫu có chất
khoáng hóa và không có chất khoáng hóa
179
Bảng 10.6 Độ bền sốc nhiệt của mẫu gốm diopzit có hàm lượng tan khác nhau 180
Bảng 10.7 Hệ số giản nở nhiệt của các mẫu có hàm lượng tan khác nhau 181
Bảng 10.8 Độ chịu lửa của mẫu gốm có hàm lượng tan khác nhau 181
Bảng 10.9 Độ co ngót của các mẫu ở nhiệt độ thiêu kết khác nhau 182
Bảng 10.10 Độ co ngót của các mẫu với hàm lượng bột tan khác nhau 182
Bảng 10.11 Điện dung của các mẫu với hàm lượng bột tan khác nhau 184
Bảng 10.12 Độ dẫn điện cực đại của các mẫu với hàm lượng bột tan khác nhau 185
Bảng 10.13 Kết quả đo độ hút nước 189
Bảng 10.14 Độ xốp và tỉ khối của các mẫu nung thiêu kết ở nhiệt độ khác nhau 190
Bảng 10.15 Độ xốp và tỉ khối của các mẫu với hàm lượng bột tan khác nhau 190
Bảng 10.16 Kết quả đo cường độ nén 190
Bảng 10.17 Kết quả chế thử mẫu gốm kỹ thuật từ bột tan Phú Thọ 192
Bảng 11.1 Tính chất của nhựa epoxy YD-011X75 194
Bảng 11.2 Tính chất của chất đóng rắn KINGMIDE 315-L 194
Bảng 11.3 Tính năng kỹ thuật nhựa AK02-59D 195
Bảng 11.4 Hàm lượng bột tan trong các mẫu sơn 198
Bảng 11.5 Kết quả đo độ bám dính của các màng sơn 202
Bảng 11.6 Kết quả đo độ bền va đập của các màng sơn 203
Bảng 11.7 Kết quả đo độ bền uốn và độ cứng của các màng sơn 203
Bảng 11.8 Kết quả quan sát bề mặt các mẫu sau 48 giờ thử nghiệm 204
Bảng 11.9 Hàm lượng bột tan trong các mẫu sơn 205
Bảng 11.10 Kết quả đo độ bám dính của các màng sơn ankyt 209
Bảng 11.11 Kết quả đo độ bền va đập của các màng sơn 209
Bảng 11.12 Kết quả đo độ bền uốn và độ cứng của các màng sơn 210
Bảng 11.13 Kết quả đánh giá bề mặt các mẫu sơn sau 48 giờ thử nghiệm 210
Bảng 11.14 Tính chất công nghệ của bột tan 210
Bảng 11.15 Độ bền hóa chất T2A-1 và T2A-2 211

Bảng 11.16 Thành phần các loại sơn lót có chứa bột tan 211

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
vi
Bảng 11.17 Độ mịn của mẫu sơn theo thời gian nghiền 212
Bảng 11.18 Tính chất dung dịch sơn lót epoxy 213
Bảng 11.19 Thời gian khô màng sơn lót epoxy 213
Bảng 11.20 Tính chất màng sơn lót epoxy 214
Bảng 11.21 Thành phần sơn màng sơn lót epoxy 214
Bảng 11.22 Thành phần các mẫu sơn phủ có chứa bột tan 215
Bảng 11.23 Độ mịn của mẫu sơn theo thời gian nghiền 215
Bảng 11.24 Tính chất dung dịch sơn 216
Bảng 11.25 Khảo sát thời gian khô màng sơn 216
Bảng 11.26 Tính chất màng sơn phủ ankyt 217
Bảng 11.27 Thành phần sơn phủ AK-02 217
Bảng 11.28 Tính chất hệ sơn lót EPT 218
Bảng 11.29 Tính chất sơn phủ AK-02 218
Bảng 11.30 Thành phần hệ sơn lót epoxy 220
Bảng 11.31 Tính chất hệ sơn lót 221
Bảng 11.32 Thành phần sơn phủ 221
Bảng 11.33 Tính chất hệ sơn phủ 221
Bảng 11.34 Tính chất bột tan biến tính 223
Bảng 12.1 Các sản phẩm bột tan 224
Bảng 12.2 Cấu trúc hình học khoáng tan hoạt hóa nhiệt bằng BET 226
Bảng 12.3 Khả năng hòa tan của khoáng tan trong axit HCl 226
Bảng 12.4 Cấu trúc hình học khoáng tan hoạt hóa trong HCl bằng BET 226
Bảng 12.5 Khả năng hòa tan của khoáng tan trong NaOH 227
Bảng 12.6 Cấu trúc hình học khoáng tan hoạt hóa trong NaOH bằng BET 227
Bảng 12.7 Công thức cho 100 kg cốm Aspirin 228

Bảng 12.8 Công thức dịch bao bảo vệ cho 100 kg viên trần Aspirin 228
Bảng 12.9 Công thức dịch bao tan trong ruột cho 20 kg viên Aspirin 228
Bảng 12.10 Khả năng kháng axit trong môi trường HCl 0.1N sau 120 phút của
màng bao với các loại bột tan
229
Bảng 12.11 Kết quả đo độ trơn chảy của cốm B có và không trộn bột tan 230
Bảng 12.12 Kết quả đo độ trơn chảy của cốm Aspirin có và không trộn bột tan 232
Bảng 12.13 Phân tích dữ liệu sơ cấp quá trình dập viên trên công thức cốm B 233
Bảng 12.14 Phân tích dữ liệu sơ cấp quá trình dập viên trên công thức cốm
Aspirin
235

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
vii
Bảng 12.15 Thành phần hóa học quặng tan gốc 236
Bảng 12.16 Thành phần hóa học sản phẩm khoáng tan tinh chế 238
Bảng 12.17 Hàm lượng kim loại nặng sản phẩm khoáng tan tinh chế 239
Bảng 12.18 Kết quả phân tích mẫu khoáng tan theo tiêu chuẩn dược điển Việt
Nam
242
Bảng 13.1 Công thức thành phần của chế phẩm Creamy foundation 244
Bảng 13.2 Khối lượng suy giảm của các mẫu tan biến tính 246
Bảng 13.3 Ba mẫu cream foundation 249
Bảng 13.4 Chỉ tiêu giới hạn kim loại nặng bột tan 249
Bảng 13.5 Đánh giá các tiêu chí của creamm foundation 250
Bảng 13.6 Đánh giá độ an toàn sinh học của creamm foundation 250
Bảng 13.7 Đánh giá mẫu sản phẩm CF 1201 251
Bảng 13.8 Đánh giá mẫu sản phẩm CF 1202 251
Bảng 13.9 Đánh giá mẫu sản phẩm CF 1203 251

Bảng 13.10 Tiêu chuẩn bột tan sử dụng trong hóa mỹ phẩm 252
Bảng 13.11 Chỉ tiêu thành phần kim loại nặng trong sản phẩm CREAMY
FOUNDATION
252
Bảng 13.12 Thành phần oxit trong mẫu bột tan 253
Bảng 13.13 Thành phần các nguyên tố mẫu bột tan 253
Bảng 13.14 Phân bố theo tuổi (n= 40) 254
Bảng 13.15 Mức độ gây ban đỏ, phù nề trên da người thử nghiệm (n= 40) 255
Bảng 13.16 Phân loại mức độ phản ứng da người thử nghiệm 255

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình Nội dung Trang
Hình 1.1 Cấu trúc khoáng vật tan 4
Hình 1.2 Tan dưới kính hiển vi điện tử quét 4
Hình 1.3 Một số quặng tan có màu khác nhau 4
Hình 1.4 Sự phân bố các mỏ tan trên thế giới 6
Hình 1.5 Ứng dụng tan trong các ngành công nghiệp ở Hoa Kỳ các năm 2003
và 2011
8
Hình 2.1 Nguyên lý phân cấp trong xyclon thủy lực 18
Hình 2.2 Cơ chế phản ứng silan hóa trên bề mặt chất độn 20
Hình 2.3 Bề mặt chất độn sau khi được biến đổi bằng hợp chất silan 20
Hình 2.4 Chất độn được xử lý bề mặt bằng silan phân tán dễ dàng hơn trong
chất nền polyme
21
Hình 2.5 Cơ chế bảo vệ tái kết tụ các hạt chất độn của hợp chất silan 21

Hình 2.6 Sử dụng TiO
2
xử lý bề mặt bằng silan làm giảm % momen xoắn và
nồng độ chất đưa vào cao hơn
23
Hình 2.7 Các chất silan cho độ giảm giãn nở nhiệt lớn nhất và là tác nhân phân
tán tốt nhất
23
Hình 2.8 Cơ chế proton hóa phân tử silan 25
Hình 2.9 Cơ chế silan hóa bề mặt bột tan với sự có mặt của tác nhân axit 25
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ chế biến quặng tan của Hoa kỳ 27
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ nhà máy tuyển quặng tan mỏ Mimossa 28
Hình 3.3 Bề mặt tan được biến đổi với aminsilan 31
Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu PP chứa tan (a) và tan được biến đổi bề mặt (b) 31
Hình 4.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu công nghệ tan Thanh Sơn 41
Hình 4.2 Xác định vị trí lấy mẫu bằng GPS 42
Hình 4.3 Thi công lấy mẫu 42
Hình 4.4 Mẫu được đóng bao 42
Hình 4.5 Vận chuyển mẫu về IMS 42
Hình 5.1 Sơ đồ gia công mẫu nghiên cứu 46
Hình 5.2 Giản đồ phổ Rơnghen mẫu quặng nguyên khai 48
Hình 5.3 Gân mạch Limonit (Li), rutin hạt nhỏ trên nền tan dạng vảy (A) và
Limonit lấp nhét trong khe hở của tan (tan) dạng tấm vảy (B)
50
Hình 5.4 Hạt Rutin nằm trong tan dạng tấm (A), Limonit và hạt thạch anh trên
nền khoáng vật tan hạt nhỏ (B)
50

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012

ix
Hình 5.5 Limonit dạng hạt giả hình 51
Hình 5.6 Đồ thị đặc tính mẫu quặng tan TQ1 52
Hình 5.7 Đồ thị đặc tính mẫu quặng tan TQ4 53
Hình 5.8 Đồ thị đặc tính mẫu quặng tan TQ2 54
Hình 5.9 Đồ thị đặc tính mẫu quặng tan TQ(3+5) 55
Hình 5.10 Sự biến đổi của hàm lượng MgO và SiO
2
theo cấp hạt trong mẫu
quặng nguyên khai TQ1
56
Hình 5.11 Sự biến đổi của hàm lượng MgO và SiO
2
theo cấp hạt trong mẫu
quặng nguyên khai TQ4
57
Hình 5.12 Máy khuấy chà xát 59
Hình 5.13 Máy nghiền bi sứ 59
Hình 5.14 So sánh kết quả nghiền chọn lọc quặng phong hóa với các thiết bị
khác nhau
60
Hình 5.15 So sánh kết quả nghiền chọn lọc quặng gốc với các thiết bị khác nhau 61
Hình 5.16 Sơ đồ thí nghiệm nghiền chọn lọc tan 63
Hình 5.17 Sự biến đổi các chỉ tiêu của cấp hạt mịn 65
Hình 5.18 Sự biến đổi các chỉ tiêu của cấp hạt mịn theo tỉ lệ Bi/quặng khi nghiền
quặng gốc
65
Hình 5.19 Sơ đồ thí nghiệm thời gian nghiền chọn lọc 66
Hình 5.20 Mối tương quan giữa thu hoạch, hàm lượng tan, hàm lượng 67
Hình 5.21 Sơ đồ thí nghiệm nghiền mẫu quặng TQ2 69

Hình 5.22 Sơ đồ thí nghiệm nghiền mẫu quặng TQ (3+5) 70
Hình 5.23 Sơ đồ thí nghiệm nghiền mẫu quặng TQ4 71
Hình 5.24 Sơ đồ thí nghiệm phân cấp xyclon thủy lực mẫu TQ2, TQ(3+5) 74
Hình 5.25 Sơ đồ thí nghiệm phân cấp xyclon thủy lực mẫu TQ1 và TQ4 75
Hình 5.26 Thí nghiệm tuyển nổi 79
Hình 5.27 Sơ đồ nguyên tắc thí nghiệm tuyển nổi tan Thanh Sơn 79
Hình 5.28 Ảnh hưởng của pH môi trường tới hiệu quả tuyển nổi tan 80
Hình 5.29 Ảnh hưởng của nồng độ bùn tới kết quả tuyển nổi tan 81
Hình 5.30 Ảnh hưởng của mức chi phí DT tới kết quả tuyển nổi tan 82
Hình 5.31 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy của rotor tới hiệu quả tuyển nổi tan 83
Hình 5.32 Ảnh hưởng của thời gian tuyển nổi đến thực thu tan 85
Hình 5.33 Máy tuyển từ ướt model L – 4 – 20 WHIMS 88
Hình 5.34 Đường đặc tính từ trường của máy tuyển từ L – 4 – 20 WHIMS 88
Hình 5.35 Sơ đồ thí nghiệm tuyển từ sản phẩm bột tan 89

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
x
Hình 5.36 Sơ đồ thí nghiệm tuyển tách thạch anh trong quặng đuôi tuyển nổi tan 91
Hình 5.37 Đồ thị biểu diến tương quan chỉ tiêu tuyển với mức chi phí Armax T 93
Hình 5.38 Sơ đồ thí nghiệm tuyển mẫu quặng gốc TQ1, TQ4 và TQ2 97
Hình 5.39 Sơ đồ thí nghiệm tuyển mẫu quặng phong hóa TQ(3+5) 98
Hình 5.40 Sơ đồ đề xuất công nghệ tuyển quặng Thanh Sơn, Phú Thọ 103
Hình 6.1 Sơ đồ thí nghiệm tuyển tan Thanh Sơn bằng công nghệ phối hợp
nghiền chọn lọc, phân cấp xyclon thủy lực và tuyển nổi
106
Hình 6.2 Sơ đồ định tính, định lượng, bùn nước 107
Hình 6.3 Sơ đồ thí nghiệm quy mô lớn tuyển mẫu quặng TQ(3+5) 109
Hình 6.4 Sơ đồ thí nghiệm tuyển mẫu quặng TQ2 112
Hình 6.5 Sơ đồ thí nghiệm quy mô lớn tuyển mẫu quặng TQ1 và TQ4 115

Hình 7.1 So sánh giản đồ phổ Rơnghen mẫu tinh quặng tan Thanh Sơn với mẫu
khoáng vật tan của trang Web Mindata
119
Hình 7.2 Sơ đồ tuyển tách Pb và As ra khỏi bột khoáng tan 122
Hình 7.3 Sơ đồ thiết bị cho thí nghiệm hòa tách Pb, As và Cd 122
Hình 8.1 Sơ đồ đề xuất công nghệ tuyển quặng Thanh Sơn, Phú Thọ 131
Hình 8.2 Sơ đồ quy trình xử lý hóa tuyển bột khoáng tan Thanh Sơn, Phú Thọ 132
Hình 8.3 Sơ đồ quy trình khử sắt làm trắng bột khoáng tan Thanh Sơn, Phú
Thọ
134
Hình 9.1 Tan dưới kính hiển vi điện tử quét 142
Hình 9.2 Độ cứng của một số loại khoáng, tính theo cấp độ Mohs 143
Hình 9.3 Phân bố kích thước khoáng tan 143
Hình 9.4 Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu tan Phú Thọ 144
Hình 9.5 Phổ FT-IR của γ-metacryloxypropyltrimetoxysilan 146
Hình 9.6 Phổ FT-IR của mẫu bột tan ban đầu 146
Hình 9.7 Phổ FT-IR của mẫu bột tan biến đổi với 1% , 2%, 4% và 6% γ- MPTMS 147
Hình 9.8 Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột tan 149
Hình 9.9 Phổ FT-IR của mẫu bột tan biến đổi bề mặt với nhiệt độ phản ứng
30°C, 40°C, 60°C và 90°C
150
Hình 9.10 Biểu đồ độ hấp thụ dầu của các mẫu bột tan biến đổi bề mặt 152
Hình 9.11 Phổ FT-IR mẫu bột tan biến đổi bề mặt trong thời gian 0,5 giờ, 1 giờ,
2 giờ, 4 giờ và 8 giờ
153
Hình 9.12 Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột tan 155
Hình 9.13 Phổ FT-IR của mẫu bột tan biến đổi trong dung dịch được điều chỉnh pH
và không được điều chỉnh pH
156

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
xi
Hình 9.14 Giản độ phân tích nhiệt mẫu bột tan biến đổi bề mặt trong dung dịch
được điều chỉnh pH và không được điều chỉnh pH
156
Hình 9.15 Độ hấp thụ dầu của các mẫu khoáng tan 157
Hình 9.16 Phổ FT-IR của mẫu bột tan biến đổi bề mặt được rửa giải sau quá
trình polyme hóa và trước quá trình polyme hóa
158
Hình 9.17 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu bột tan được rửa giải sau quá trình
polyme hóa và trước quá trình polyme hóa
159
Hình 9.18 Phổ FT-IR của tan biến đổi bề mặt với
aminoetylaminopropyltrietoxysilantriol
159
Hình 9.19 Phổ FT-IR của tan biến đổi bề mặt với γ-APTMS 160
Hình 9.20 Phổ FT-IR của tan biến đổi bề mặt với γ-MTPMS 160
Hình 9.21 Phổ FT-IR của tan biến đổi bề mặt với vinyltriethoxysilan 161
Hình 9.22 Phổ FT-IR của tan biến đổi bề mặt với
Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan
162
Hình 9.23 Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột tan 162
Hình 9.24 Quy trình xử lý bề mặt tan bằng hợp chất silan 165
Hình 10.1 Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO
2
167
Hình 10.2 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp MgO.CaO.2SiO
2
172

Hình 10.3 Cường độ pha diopzit của các mẫu có hàm lượng bột tan khác nhau 174
Hình 10.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1050 175
Hình 10.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1100 175
Hình 10.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1150 176
Hình 10.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1200 176
Hình 10.8 Cường độ pha diopzit ở nhiệt độ thiêu kết khác nhau 177
Hình 10.9 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu khoáng hóa Na
2
O 178
Hình 10.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu khoáng hóa B
2
O
3
178
Hình 10.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu khoáng hóa CaF
2
178
Hình 10.12 Giản đồ TMA xác định hệ số giãn nở nhiệt mẫu M9 180
Hình 10.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến độ co ngót 182
Hình 10.14 Ảnh hưởng của hàm lượng bột tan đến độ co ngót của gốm 183
Hình 10.15 Sự phụ thuộc của điện dung và độ dẫn điện của các mẫu với hàm
lượng tan khác nhau vào tần số
184
Hình 10.16 Sự phụ thuộc phần thực và phần ảo của hằng số điện môi vào tần số
của các mẫu D-1, D-2, D-3, D-4
186
Hình 10.17
Sự phụ thuộc của hệ số tổn hao điện môi tgδ vào tần số của các mẫu
D1, D2, D3, D4
187

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
xii
Hình.10.18 Sơ đồ quy trình điều chế gốm diopzit từ khoáng tan 188
Hình 10.19 Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng tan 189
Hình 10.20 Ảnh SEM của mẫu M4 191
Hình 10.21 Ảnh SEM của mẫu M7 191
Hình 10.22 Ảnh SEM của mẫu M9 191
Hình 10.23 Ảnh SEM của mẫu M10 191
Hình 11.1 Điện trở màng của các mẫu sơn epoxy có các bột tan biến đổi và
không biến đổi bề mặt ngâm trong dung dịch NaCl 3%
197
Hình 11.2 Phổ tổng trở của màng sơn sau 1 giờ ngâm trong dung dịch NaCl 3% 198
Hình 11.3 Phổ tổng trở của màng sơn sau 2 ngày ngâm trong dung dịch NaCl
3%
199
Hình 11.4 Phổ tổng trở của màng sơn sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl
3%
199
Hình 11.5
Sự biến đổi điện trở màng (a) và giá trị Z
10mHz
(b)của các mẫu
theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3%
200
Hình 11.6 Ảnh SEM bề mặt gẫy màng sơn M2 201
Hình 11.7 Phổ FT-IR của mẫu epoxy trắng (M0) 201
Hình 11.8 Phổ hồng ngoại của màng sơn epoxy chứa 30 % bột tan (M3) 202
Hình 11.9 Độ bám dính của các màng sơn 202

Hình 11.10 Điện trở màng của các mẫu sơn ankyt có các bột tan biến đổi và
không biến đổi bề mặt ngâm trong dung dịch NaCl 3%
204
Hình 11.11 Phổ tổng trở của màng sơn sau 1 giờ ngâm trong dung dịch NaCl 3% 205
Hình 11.12 Phổ tổng trở của màng sơn sau 2 ngày ngâm trong dung dịch NaCl
3%
206
Hình 11.13 Phổ tổng trở của màng sơn sau 14 ngày ngâm trong dung dịch NaCl
3%
206
Hình 11.14 Sự biến đổi điện trở màng và trị Z
10mHz
của các mẫu theo thời gian
ngâm trong dung dịch NaCl 3%
207
Hình 11.15 Ảnh SEM bề mặt gẫy màng sơn AK3 208
Hình 11.16 Phổ hồng ngoại của mẫu ankyt chứa 30 % bột tan (AK3) 208
Hình 11.17 Độ bám dính vào hàm lượng bột tan trong màng sơn ankyt 209
Hình 11.18 Máy trộn 2 trục Z 222
Hình 12.1 Giản đồ phân tích nhiệt khoáng tan 225
Hình 12.2 Ảnh SEM khoáng tan hoạt hóa bằng nhiệt 226
Hình 12.3 Ảnh SEM khoáng tan hoạt hóa bằng HCl 226
Hình 12.4 Ảnh SEM khoáng tan hoạt hóa bằng NaOH 227

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
xiii
Hình 12.5 Ảnh hưởng của bột tan đến độ trơn chảy cốm B 231
Hình 12.6 Ảnh hưởng của bột tan đến độ trơn chảy cốm Aspirin 232
Hình 12.7 Phổ hồng ngoại quặng tan gốc 237

Hình 12.8 Giản đồ XRD quặng tan gốc 238
Hình 12.9 Phổ hồng ngoại sản phẩm khoáng tan tinh chế 240
Hình 12.10 Giản đồ XRD sản phẩm khoáng tan tinh chế 240
Hình 13.1 Phổ FT-IR của tan biến đổi bề mặt với
aminoetylaminopropyltrietoxysilantriol và metacryl silan
245
Hình 13.2 Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột tan 246
Hình 13.3 Mẫu bột tan ban đầu trong môi trường nước 247
Hình 13.4 Mẫu bột tan biến tính với Dimethylpolysiloxan trong môi trường
nước
248
Hình 13.5 Mẫu bột tan biến tính với Alkyl silan trong môi trường nước 248
Hình 13.6 Mẫu bột tan biến tính với Amin silan trong môi trường nước 248
Hình 13.7 Mẫu bột tan biến tính với Metacryl silan trong môi trường nước 248







N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
1
MỞ ĐẦU

Tan (Mg
3
Si
4

O
10
(OH)
2
) là khoáng vật thuộc nhóm khoáng silicat. Với cấu trúc
tinh thể, các đặc tính lý học và hóa học đặc thù, khoáng vật tan đã được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: gốm sứ, thủy tinh, chất dẻo, cao su,
sơn và vật liệu phủ, giấy, nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, và hóa mỹ phẩm.
Ngoài ra, bột tan còn được sử dụng dụng làm chất ngăn ngừa tạo bấc trong sơn lót ô
tô, trong sản xuất ch
ất kết dính và chất trám Ở Việt Nam đã phát hiện 16 tụ
khoáng và điểm quặng tan, tập trung chủ yếu ở Tây Bắc Bộ với quy mô từ lớn đến
nhỏ, trong đó có 4 tụ khoáng đã được thăm dò với trữ lượng các cấp 121+122+333
là trên 6 triệu tấn, các mỏ khoáng tan có trữ lượng lớn nhất đã phát hiện nằm trên
vòng cung vùng tụ khoáng Ngọc Lập-Tà Phù.
Do chưa có công nghệ chế biến nên khoáng ch
ất tan hiện được khai thác để sử
dụng chủ yếu cho nhu cầu nguyên liệu của ngành sản xuất ceramic với giá trị kinh
tế thấp, gây lãng phí nguồn tài nguyên khoáng chất tan với trữ lượng không lớn của
chúng ta. Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế biến khoáng chất tan
Phú Thọ làm nguyên liệu cho ngành sản xuất ceramic, sơn, dược phẩm và hóa mỹ
phẩm” thuộc đề án “Đổi mới và hiện đại hóa công ngh
ệ trong ngành công nghiệp
khai khoáng đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025” đã được Lãnh đạo Bộ Công
Thương cho phép triển khai nhằm nghiên cứu công nghệ tuyển, nâng cao chất lượng
khoáng chất tan đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho các ngành công nghiệp ceramic,
sơn, dược và hóa mỹ phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế khai thác, chế biến khoáng
sản, sử dụng tiết kiệm tài nguyên và phát triển bền vững.
Đề tài được thực hiện tại Viện Khoa học V
ật liệu- thuộc Viện Khoa học và

Công nghệ Việt Nam với sự hợp tác của Đoàn địa chất 302 thuộc Liên Đoàn Địa
Chất Tây Bắc, Công ty TNHH Tân Thành Minh và các đơn vị phối hợp nghiên cứu
triển khai khác.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ tuyển và chế biến hợp lý khoáng sản
tan Thanh Sơn, Phú Thọ để tạo ra sản phẩm bột khoáng tan đạt chất lượng tươ
ng
đương với một số chủng loại bột khoáng tan trên thị trường thế giới:
+ Dùng trong ceramic và sơn.

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
2
+ Dùng trong dược phẩm và hóa mỹ phẩm.
- Nghiên cứu ứng dụng bột tan vào các lĩnh vực ceramic, sơn, dược phẩm và hóa
mỹ phẩm.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm 2 phần: Phần 1 là nghiên cứu công nghệ
chế biến khoáng sản tan Thanh Sơn, Phú Thọ để nhận được các sản phẩm tinh
quặng đủ chất lượng sử dụng cho các lĩnh vực sản xuất ceramic, sơn, d
ược phẩm và
hóa mỹ phẩm; phần 2 là các nghiên cứu biến đổi bề mặt và ứng dụng thử nghiệm
vào một số sản phẩm nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của các sản phẩm tan nhận
được sau quá trình chế biến nói trên.
Công tác thí nghiệm được thực hiện chính tại các phòng nghiên cứu vật liệu
khoáng và phòng nghiên cứu vật liệu polyme của Viện Khoa học Vật liệu, phối kế
t
hợp với các phòng thí nghiệm và phòng kỹ thuật của các cơ sở nghiên cứu và sản
xuất khác như Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Công ty
CP TRAPHACO, Công ty CP Sao Thái dương, Công ty CP Sơn TH Hà nội và Công ty

CP Hóa chất sơn Hà Nội Công tác phân tích hóa học được thực hiện tại Viện Hóa
học, Viện Khoa học Vật liệu và được kiểm tra tại Trung tâm phân tích thí nghiệm
Địa chất, Bộ Tài nguyên và Môi trường và Việ
n Vật liệu Xây dựng, Bộ Công
thương. Các phân tích khoáng tướng thạch học, phân tích Rơnghen và phân tích ICP
được thực hiện tại Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Trung tâm phân tích thí
nghiệm Địa chất, Bộ Tài nguyên và Môi trường và Viện Công nghệ Môi trường,
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Một số phân tích đánh giá thành phần
khoáng chất được thực hiện tại Phòng thí nghiệm KH Địa chất môi trường,
Toulouse, CH Pháp
Kết quả nghiên cứu củ
a đề tài đã khẳng định về mặt khoa học đặc điểm thành
phần vật chất của quặng tan Thanh Sơn, Phú Thọ và công nghệ chế biến (tuyển
khoáng) hợp lý để thu hồi các sản phẩm quặng tinh tan có chất lượng cao đáp ứng
yêu cầu làm nguyên liệu trong các lĩnh vực sản xuất ceramic, sơn và polyme. Các
sản phẩm bột khoáng tan nhận được trong quá trình công nghệ chế biến đã được
nghiên cứu biến đổi bề mặt và thử nghiệm làm chất gia cường cho sơn, cũng như
cho hóa mỹ phẩm và dược phẩm đạt kết quả tốt. Sơ đồ công nghệ đã được nghiên
cứu đề xuất không phức tạp, có mức thực thu cao, chi phí sản xuất thấp so với các
sản phẩm cùng loại trên thị trường, do vậy có tính khả thi cao.

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
3
Phần I
ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN

Chương 1. TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN TAN, KHAI THÁC, CHẾ BIẾN
VÀ SỬ DỤNG

1.1. Khoáng chất tan và các đặc điểm cơ bản
Tan là một khoáng vật silicat lớp của magie hydrat, có công thức là
Mg
3
Si
4
O
10
(OH)
2
. Cấu trúc của tan bao gồm lớp bát diện magie liên kết kẹp giữa hai
lớp tứ diện silic (Hình 1.1). Các lớp đơn vị cấu trúc này liên kết với nhau bằng lực
liên kết yếu Van Der Waals, do vậy mà chúng rất dễ tách ra khỏi nhau [1]. Tinh thể
tan kết tinh trong hệ ba nghiêng hoặc đơn nghiêng có hình thái dạng tấm, dạng hạt,
dạng sợi (Hình 1.2) [2].
Tan rất đặc trưng bởi độ mềm của nó. Trên thang độ cứng Mohs tan có độ
cứng là 1, th
ấp nhất so với các khoáng chất khác trong tự nhiên và có thể vạch
móng tay lên được. Ngoài ra, tan rất mịn, nó cho cảm giác trơn bóng như xà phòng
(do đó “đá xà phòng” được dùng để gọi một loại đá biến chất có thành phần chính là
tan). Tan có tính chất cách điện, cách nhiệt, nhiệt độ nóng chảy cao, độ giãn nhiệt
thấp, bền hóa học, hấp thụ dầu, kị nước, ưu hợp chất hữu cơ và diện tích bề mặ
t lớn
[3,4].
Với công thức hóa học như trên, thành phần hóa học lý thuyết của tan là MgO
chiếm 31,7%, SiO
2
chiếm 63,5%, và H
2
O chiếm 4,8%. Tuy nhiên, thành phần hóa

học và khoáng vật của đá tan thường rất đa dạng, phụ thuộc vào tổ hợp đá mẹ và
lịch sử địa chất của vùng. Các khoáng vật đi cùng với tan thường là chlorit, tremolit
và các carbonat như magnesit, calcit và dolomit. Trong cấu trúc tinh thể khoáng vật
tan, một lượng nhỏ Fe
2+
và Fe
3+
có thể thay thế đồng hình cho Mg
2+
và một phần rất
nhỏ của Al
3+
có thể thay thế Si
4+
[27]. Sự đa dạng về thành phần do khoáng vật đi
kèm và thay thế đồng hình sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và kéo theo hạn chế hoặc
lợi thế trong ứng dụng tan [4].

N.c. công nghệ chế biến khoáng chất tan vùng Phú Thọ cho ceramic, sơn , dược phẩm và mỹ phẩm
Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN Việt Nam - 2012
4

Hình 1.1. Cấu trúc khoáng vật tan [1] Hình 1.2. Tan dưới kính hiển vi điện tử quét [5]


Hình 1.3. Một số quặng tan có màu khác nhau [5]
Tan có tỉ trọng thực tế khoảng 2,58 - 2,83 g/cm
3
(giá trị tỉ trọng theo tính toán
là 2,78 g/cm

3
). Tan có ánh mờ; màu xanh lá cây nhạt đến đậm, trắng, trắng phớt
xám, trắng phớt vàng, trắng phớt nâu và nâu (Hình 1.3), tan có thể không màu trong
lát mỏng thạch học [2].
Kích thước của các hạt tan riêng rẽ (gồm rất nhiều các lớp đơn vị cấu trúc cơ
sở) có thể thay đổi từ 1µm đến trên 100µm phụ thuộc vào quá trình hình thành. Tùy
từng mỏ, tan có thể có dạng tấm với các hạt riêng rẽ lớn, trong khi có những mỏ, tan
tồn tại
ở hạt riêng rẽ, kích thước rất nhỏ.