Hóa lý silicat: Tổng quan về khoáng sét

Tiểu luận

khống sét
 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thực Phẩm
 MƠN HĨA LÝ SILICAT
 Thành viên nhóm
Trần Huỳnh Thanh Lam
Lê Huỳnh Thanh Trúc
Lê Huỳnh Minh Hoàng
Nguyễn Thị Xuân Thùy


Khống sét là gì?


Khống sét là gì?

•
•

Khống vật sét là các khống vật thuộc nhóm Silicat lớp và các khống vật quyết
định tính dẻo của sét, đồng thời cũng làm cho sét trở nên cứng khi bị khơ, sấy
hoặc nung.
Khống vật được hình thành trong tự nhiên từ các q trình phong hóa tại chỗ
các khống vật Silicat và nhơm silicat của đã mác ma và đá biến chất hoặc được
hình thành từ sản phẩm phong hóa trơi dạt đến các khu vực lắng đọng để tạo
trầm tích. Tên gọi cụ thể của khoáng vật sét là đất sét. 


KHOÁNG SÉT


I. CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CẤU TẠO
II. TỒN TẠI
III.TÍNH CHẤT
IV.ỨNG DỤNG


I. Cấu trúc và thành phần cấu tạo khoáng vật sét.

•
•

Các phương pháp phân tích hiện đại đã tìm ra cấu trúc tinh thể và kết tinh dạng
phiến của khoáng sét.
Các đơn vị cấu trúc tinh thể của khoáng sét là các phiến silic ơxít (khối 4 mặt) và
phiến gipxit (khối 8 mặt). 

•
•

Mỗi vi phiến silic ơxít bao gồm 1 ion Si+4 nằm giữa và 4 ion O−2bao quanh

•

Các khối đơn vị này liên kết với nhau tạo thành dạng phiến mỏng (vi phiến) theo
cấu trúc mạng 2 chiều. 

Mỗi phiến gipxit gồm 1 ion Al+3 hoặc ion Mg+2 (ở cầu bruxit-Mg(OH)2) và 6 ion
âm bao quanh O−2 và/hoặc nhóm OH-.

I. Cấu trúc và thành phần cấu tạo khoáng vật sét.

•

Mạng vi phiến của các khối tứ diện
SiO4 liên kết với nhau thông qua
nguyên tử oxy và được gọi là vi phiến
tứ diện (tetrahedral sheet) và mạng
vi phiến của các khối bát diện MO6
gọi là vi phiến bát diện.

•

Khống vật sét có những đặc tính vật
lý nổi trội là khả năng thay thế cation
ở lớp xen giữa bằng các cation và các
phân tử khác và có khả năng tương
tác với nước. Do đó diện tích bề mặt
lớp và diện tích bề mặt hạt được liên
kết bởi lực tnh điện. 


Một số loại khống sét đặc trưng

•
•
•
•

Caolinit: Al2O3.2SiO2.2H2O
Hầu như khơng trương nở
Độ dẻo kém
Khả năng trao đổi ion yếu


Nhóm Montmorillonit: (Na;Ca)0.33(Al;Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O
Hấp thụ nước mạnh dễ trương nở
Độ phân tán cao, hạt mịn, độ dẻo lớn


Nhóm mơntmơrilơnit:
Al2O3.4SiO2.H2O+nH2O
Do có sự thay thế đồng hình nên mơntmơrilơnit
thường chứa các cation Fe
Mg

2+

, Fe

3+

, Ca

2+

2+

với hàm lượng khá lớn

Hấp thụ nước mạnh, dễ trương nở
Độ phân tán cao, hạt mịn, độ dẻo rất lớn

,


Nhóm khống chứa alkali (cịn gọi là illit hay mica)
Illit hay mica ngậm nước là những khống chính trong nhiều loại đất sét. Các dạng mica
ngậm nước thường gặp là:
Muscôvit: K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O
Biôtit: K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2.H2O


II. Tồn tại
Khống sét có thể tồn tại ở những nơi khác nhau như: phong hóa, trầm tích lục địa, trầm tích biển, nhiệt dịch,
nủi lửa và biến chất.

•

Các tích tụ tro núi lửa hoặc sản phẩm phong
hóa từ đá núi lửa có thể cho các mỏ bentonit
(với thành phần chủ yếu là khống vật
montmorillonit) lớn. Trong khi đó các quá
trình nhiệt dịch lại dẫn đến sự hình thành
nhiều mỏ kaolin (như ở Trung Quốc) và
palygorskit - sepiolit.


Q trình phong hóa ở điểu kiện khí hậu nóng với độ ẩm cao rất thuận lợi để hình thành kaolinit
(đi kèm với goethit). Điểu này giải thích tại sao Việt Nam rất phong phú các thành tạo kaolin,

nhưng phần lớn đều chứa hàm lượng sắt cao.


Ngồi ra, một số khống vật sét khác có nguồn gốc phong hóa là illit và chlorit (khí hậu lạnh
hoặc nóng và khơ); tri-vermiculit và smectit (beidelit trong đất, montmorillonit) (khí hậu ơn
đới); montmorillonit-Fe và palygorskit (khí hậu khơ hạn).

 
 
Chlorit


Khoáng sét ở Việt Nam
Kaolin, sét chịu lửa, sét gốm sứ, bentonit, pyrophylit là các khống sán sét điển hình đã được khai thác ở
Việt Nam

•
•
•
•
•

Các mỏ kaolin này có thể chia thành 5 nhóm :
Có nguồn gốc phong hóa tử các thân pegmatit, chủ yếu phân bố ở khu vực Sơng
Hồng.
Sản phẩm phong hóa từ đá núi lửa, chủ yếu phân bố ở Đơng Bắc Bộ.
Sản phẩm phong hóa từ các đá granit và gabroid, chủ yếu phân bố ở Trung Trung
Bộ, Tây Nguyên và Tây Bắc Bộ.
Sản phẩm phong hóa từ đá trầm tích, chủ yếu phân bố ở tỉnh Quảng Bình.
Hình thành trong quá trình tái trầm tích, chủ yếu tập trung ở Nam Bộ, đặc biệt là ở

tỉnh Bình Dương.


•
•
•
•

Sét chịu lửa (bao gồm sét chịu lửa, sét gạch ngói và sét xi măng) chủ yếu được khai thác ở các mỏ có nguồn
gốc trầm tích và phong hóa, tập trung nhiều nhất ở các vùng đồng bằng Bắc Bộ, Nam Bộ và Trung Bộ
(khoảng 540 triệu m3/ 230 mỏ). Mỏ sét chịu lửa điển hình nhất ở Việt Nam là mỏ Giếng Đáy (Q uảng Ninh).
Sét gốm sứ chủ yếu nằm trong vỏ phong hóa các đá gabro và trầm tích lục địa. Mỏ sét gốm sứ điển hình ở
Việt Nam là mỏ Tân Uyên (Bình Dương).
Bentonit ở Việt Nam chủ yếu tập trưng ở Nam Trung Bộ và Nam Bộ. Mỏ sét bentonit điển hình là mỏ Di Linh
(Lâm Đồng).
Pyrophylit chủ yếu tập trung ở tỉnh Quảng Ninh. Các mỏ pyrophylit này có nguồn gốc nhiệt dịch. Mỏ
pyrophylit được biết đến nhiều nhất là mỏ Tân Mài.


III. Tính chất
1.Thành phần hạt
Thành phần và kích thước hạt có tác dụng rất lớn đến khả năng hấp phụ trao đổi
ion, tính dẻo, độ co khi sấy, cường độ mộc cũng như diễn biến tính chất của
khống đó theo nhiệt độ nung.


2.Khả năng trương nở thể tích và hấp phụ trao đổi ion

•
•

Các silicat 2 lớp ( caolinit ) : sự hấp phụ trao đổi cation trước hết và chủ yếu xảy
ra ở các mặt cơ sở chứa SiO2 bên ngoài của các cạnh tinh thể , đặc biệt là khi có
sự thay thế đồng hình Si4+ bằng Al3+ hay Fe3+
Các silicat 3 lớp (mônmôrilônit): đại lượng hấp phụ trao đổi ion lớn do sự thay
thế đồng hình xảy ra đồng thời cả trong lớp tứ diện và bát diện.


3.Tính dẻo:

•
•

Khi nhào trộn với nước, đất sét sẽ tạo hỗn hợp dẻo có khả năng tạo hình.
Tính dẻo là do đất sét có cấu tạo dạng lớp, có khả năng trao đổi ion và hấp thụ nước.


4.Tính co ngót

•

Độ co là độ giảm kích thước và thể tích
của đất sét khi sấy khơ và nung.

•Hiện tượng co ngót thường đi đơi với các
hiện tượng nứt, tách, cong vênh.
Nền đất sét nứt


5. Sự biến đổi của đất sét khi nung 

Đất sét là hệ đa khoáng nên khi gia nhiệt sẽ xảy ra nhiều q trình hóa lý phức tạp. Khi
nung nóng xảy ra các hiên tượng chính sau đây:

•
•

Biến đổi thể tích kèm theo mất nước lý học.
Biến đổi thành phần khoáng bao gồm mất nước hoá học, biến đổi cấu trúc tinh thể khống cũ (kể cả biến đổi
thù hình).

• Các cấu tử phản ứng với nhau để tạo ra pha mới.
•Hiện tượng kết khối


Diễn biến hiện tượng xảy ra khi nung đất sét:

•
•
•

130oC nước bay hơi và đất sét co lại.
200÷450oC :Fe2O3 -> FeO tạo mơi trường khử
500÷550oC: nước hóa hợp chất, kaolinit chuyển thành metakaolinit (Al2O3.2SiO2 ) làm
đất sét mất tính dẻo

• 550÷880oC : metakaolinit bị phân hủy thành Al2O3và SiO2 .Làm gim cng
ã920ữ980oC Al2O3 + SiO2 -> Al2O3 . SiO2
CaCO3 -> CaO + CO2

ã1000ữ 1200oC: Chuyn khoỏng silimanit thnh khoáng mulit: Al2O3 + SiO2 ->

3Al2O3 .2 SiO2


6. Sự tương tác giữa các hạt sét:

•

Sự kết hợp các khoáng vật sét và các lớp nước hấp phụ
trên bề mặt hạt tạo nên đặc trưng vật lý cơ bản của cấu
trúc đất.

•

. Hạt sét có thể đẩy nhau, phụ thuộc vào nồng độ ion,
khoảng cách giữa các hạt và một số nhân tố khác.

•

Hình dán của đường cong điện thế phụ thuộc vào hóa
trị, nồng độ ion hịa tan và bản chất các lực liên kết.


IV. Ứng dụng

•

Với cấu trúc như đã trình bày trên, các
khống vật sét thường có độ cứng thấp,
diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ từ
thấp đến rất cao, độ lưu biến cao, độ dẻo

cao, v.v... Vì vậy, chúng được sử dụng
trong rất nhiều ngành công nghiệp khác
nhau.


Kaolinit có màu trắng hoặc gần trắng và diện tích bề mặt lớn (-10 m 2/g, trong khi diện tích bề mặt của thạch
anh chỉ là -200 mm 2/g)

•

Kaolin được sử dụng làm chất độn hoặc chất phủ trong công nghiệp giấy, chất độn cho sơn, nguyên liệu cho
ngành gốm sứ (bao gồm gốm sứ, sứ cách điện, đồ gia dụng, vật liệu chịu lửa), chất độn cho sản xuất cao su
trắng, phụ gia cho sản xuất chất dẻo, làm chất xúc tác.


Cao lanh dùng để làm chất độn sản xuất giấy

•

Cao lanh được sử dụng làm chất độn tạo cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang và
làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt nhất.

•

Loại giấy thơng thường chứa 20 % cao lanh, có loại chứa tới 40 %. Thơng thường, một tấn giấy địi hỏi 250-300 kg cao
lanh.

•

Chất lượng cao lanh dùng làm giấy được xác định bởi độ trắng, độ phân tán và mức độ đồng đều của các nhóm hạt.