TÌM HIỂU về KHOÁNG KAOLINIT

Từ xưa đến nay, đất sét luôn gắn bó mật thiết với đời sống con người. Từ những sản phẩm thông dụng như gốm, sứ,… cho đến những sản phẩm ứng dụng nhiều trong công nghiệp như: nguyên liệu xi măng, chất đệm trong công nghiệp giấy, pha chế màu, mực, tẩy dầu thô,… Do có hàng loạt các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đa dạng trong đời sống mà đất sét đã được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm, nghiên cứu nhiều hơn. Trong đó thành phần khoáng trong đất sét được chia thành nhiều loại khoáng sét khác nhau, Kaolinit là một trong các khoáng vật phổ biến nhất. Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng lớn về kaolinit, phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ.

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA KHỌC

KHOA HÓA HỌC



TIỂU LUẬN TÌM HIỂU VỀ KHOÁNG KAOLINIT

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Trần Ngọc Tuyền Phạm Thị Hoài Thương

Lớp: Hóa K36

Huế, tháng 12/2015

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xưa đến nay, đất sét luôn gắn bó mật thiết với đời sống con người Từ những sản phẩm thông dụng như gốm, sứ,… cho đến những sản phẩm ứng dụng nhiều trong công nghiệp như: nguyên liệu xi măng, chất đệm trong công nghiệp giấy, pha chế màu, mực, tẩy dầu thô,… Do có hàng loạt các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đa dạng trong đời sống mà đất sét

đã được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm, nghiên cứu nhiều hơn Trong đó thành phần khoáng trong đất sét được chia thành nhiều loại khoáng sét khác nhau, Kaolinit là một trong các khoáng vật phổ biến nhất

Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng lớn về kaolinit, phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ

Bài tiểu luận sau sẽ tiều hiểu về khoáng kaolinit

1 Giới thiệu

Kaolin đất sét là sản phẩm phong hóa tàn dư của các loại đá gốc chứa tràng thạch như pegmatit, granit, garbo, bazan, rhyolit Ngoài ra nó còn có thể được hình thành do quá trình biến chất trao đổi các đá gốc như quăcphophia

Kaolin là khoáng sản không kim loại được loài người biết đến và sử dụng từ lâu, ngày nay chúng vẫn được đánh giá là khoáng chất công nghiệp quan trọng và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất đồ gốm, sứ, vật liệu chịu lửa, sản xuất xi măng…

Kaolin đất sét xét theo thành phần hóa, thành phần khoáng cũng như cấu trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng

Mỗi nhóm khoáng bao gồm các đơn khoáng có cấu trúc hoặc tính chất gần giống nhau Ba nhóm khoáng quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp gốm sứ là: nhóm kaolinit, nhóm môntmôrilônit (Al2O3.4SiO2.H2O +

nH2O), nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica)

Trong đó, đặc trưng của nhóm kaolinit là khoáng kaolinit(tên khoáng này được lấy làm tên cho cả nhóm Kaolinit), là khoáng chủ yếu trong các

mỏ cao lanh và đất sét, có công thức phân tử: Al2Si2O5(OH)4 hay

Al2O3.2SiO2.2H2O (Aluminum silicate Hydroxide)

Vì vậy kiến trúc, cấu tạo cũng như các tính chất của kaolin do khoáng kaolinit quyết định

Mỏ kaolin đang khai thác Kaolinit

2 Tính chất

2.1.Tính chất vật lý

Khoáng kaolinit có màu trắng, đôi khi có vết đỏ, lam hay nâu do tạp chất

Kaolinit hầu như không trương nở trong nước, độ dẻo kém, khả năng hấp phụ trao đổi ion yếu( thường từ 5-10 mili đương lượng gam đối với 100g cao lanh khô), khối lượng riêng của khoáng kaolinit khoảng 2.41 – 2.60 g/cm3

2.2 Thành phần hóa học

Kaolinit có hàm lượng Al2O3 thường từ 36,83 – 40,44%; SiO2 có hàm lượng từ 43,64 – 46,90; các oxit khác chiếm từ 0,76 – 3,93%; lượng nước hấp phụ bề mặt và lượng mất khi nung từ 12,79 – 15,37%, đôi khi bằng 10% Tỷ số mol SiO2/Al2O3 thay đổi từ 1,75 – 2,94% nhưng thường khoảng 2,1 -2,4%

2.3 Tính chất đặc trưng cơ bản

Do bề mặt của kaolinit không lớn, thường dao động từ 15 – 20 m2/g tương ứng với khả năng hấp phụ kém của kaolinit Với khả năng trương nở kém nên không sử dụng kaolinit làm chất xúc tác mà chỉ sử dụng nó với vai trò chất nền

a) Tính chất trao đổi ion

Kaolinit có tính chất trao đổi anion và cation vào trong mạng tinh thể của mình Sự trao đổi cation thường được nghiên cứu nhiều hơn và khả năng ứng dụng rộng hơn so với anion Các cation trao đổi thường là Ca2+,

Mg2+, NH4+, Na+, K+, H+ các anion trao đổi thường là SO42-, Cl-, PO43-, NO3-

Đại lượng đặc trưng cho dung lượng trao đổi được tính bằng mili đương lượng trao đổi trên 100g mẫu dung lượng trao đổi cation (CEC) và anion (AEC) của kaolinit rất nhỏ, thông thường CEC chỉ khoảng 3 – 15 meq/100g và AEC khoảng 20,3meq/100g

Hình 1.1: Các vị trí trao đổi ion khác nhau đối với hạt kaolinit

Bề mặt của kaolinit được chia thành bề mặt trong và bề mặt ngoài CEC ở bề mặt ngoài phụ thuộc nhiều vào sự gãy liên kết và sự tăng khuyết

tật bề mặt hay sự giảm kích thước hạt CEC ở bề mặt trong phản ánh toàn

bộ điện tích âm chưa cân bằng trong mạng lưới cấu trúc Dung lượng trao đổi ion nói chung và CEC nói riêng là tính hiệu cho biết số ion hoặc cation hấp phụ giữa các lớp trong cấu trúc và số ion hoặc cation hấp phụ giữa các lớp trong cấu trúc và số ion hoặc cation hấp phụ lên bề mặt ngoài của kaolinit

Hình 1.2 cho thấy rõ vị trí trao đổi ion ở bên ngoài hay bên trong hạt kaolinit

b) Tính chất hấp phụ

Kaolinit có khả năng hấp phụ kém Độ hấp phụ của nó khoảng từ 1 -3% và chủ yếu là hấp phụ bề mặt do vậy kaolinit ít có giá trị sử dụng làm chất hấp phụ

3 Cấu trúc mạng lưới

Khoáng kaolinit được cấu tạo thành từng lớp, mỗi lớp gồm một tấm

tứ diện chứa cation Si4+ ở tâm ứng với SiO44-, tấm bát diện chứa cation

Al3+ ở tâm ứng với Al(OH)63- Hai lớp này tạo thành gói hở có chiều dày 7.21 – 7.25 Ao trong đó các nhóm OH phân bố về một phía Tinh thể kalinit có dạng miếng hay dạnh vảy 6 cạnh, dường kính hạt kaolinit từ 0,1 – 0,3 um

Ở vị trí đỉnh chung thì ion OH- của bát diện được thay thế bằng ion

O2- của tứ diện do cấu tạo như vậy nên bề mặt cạnh nhau của 2 lớp gồm

OH- Giữa hai mặt có liên kết hydro giữ chặt các lớp lại

Hình 1.2: Sơ đồ không gian mạng lưới cấu trúc kaolinit

Các lớp kế tiếp liên kết với lớp cơ bản bằng mối liên kết hydro giữa các hydroxyn (-OH) của các khối bát diện và các oxi(-O-) của các khối tứ diện do mối liên kết hydro rất chặt chẽ, nó làm giảm quá trình hydrat hóa

và cho các lớp này gắn kết nhau để tạo thành tinh thể lớp hơn Một tinh thể kaolinit thông thường gồm 70-100 lớp cơ bản tạo thành

Hình 1.3: Cấu trúc mạng lưới kaolinit

Như vậy, trong mạng lưới kaolinit có thể thấy các oxit Al2O3 và SiO2

phân bố một cách hoàn toàn có trật tự ở mức độ phân tử khi nung nóng ở khoảng 600oC thì kaolinit bắt đầu bị phân hủy, mỗi tế bào mạng kaolinit mất đi 4 phân tử nước tạo thành meta- kaolinit mất đi 4 phân tử nước tạo thành meta- kaolinit theo phản ứng:

O6Si4O4(OH)2Al4(OH)6  O6Si4O6Al4O2 + 4H2O

Sản phẩm vừa mới phân hủy ở trạng thái rất hoạt động do đó phản ứng hình thành mầm tinh thể sản phẩm có thể xảy ra một cách nhanh chóng Phản ứng xảy ra trong vùng động học

Hình 1.4: Cấu trúc mạng lưới meta-kaolinite

Pha meta-kaolinit trở nên không bền, tự thải ra 1 phân tử SiO2 để tạo thành spinel Si-Al:

O8Si4O6Al4  SiO2 + O6Si3O6Al4 ( hay Si3Al4O12)

4 Ứng dụng

Kaolinit được sử dụng trong gốm sứ, y tế, giấy hồ, cũng như phụ gia thực phẩm (E559), trong thuốc đánh răng, cũng như vật liệu khuếch tán ánh sáng trong một số loại đèn nóng sáng cho ánh sáng trắng và trong mỹ phẩm Nó nói chung là thành phần chính trong sản xuất đồ sứ

Nó cũng được sử dụng trong sơn để khuếch tán rộng điôxít titan (TiO2) và biến đổi mức độ bóng; trong cao su cho các tính chất bán-tăng cường và trong các chất kết dính để biến đổi tính chất lưu biến học[6]

Ứng dụng lớn nhất có lẽ là trong sản xuất giấy, bao gồm các việc tạo

độ bóng trên một số chủng loại giấy Các dạng kaolin phẩm cấp thương mại được cung cấp và vận chuyển ở dạng bột khô, các viên nửa khô hay hồ nhão

Gần đây hơn và cũng hạn chế hơn, việc sử dụng nó dưới dạng bình xịt với công thức đặc biệt được áp dụng đặc biệt cho các loại hoa quả, rau

cỏ để xua đuổi hay ngăn chặn sâu bọ gây hại, và ít nhất đối với táo là để

ngăn ngừa cháy nắng Sử dụng truyền thống là để làm dịu rối loạn dạ dày, tương tự như cách mà các con vẹt (và sau này là con người) tại Nam

Mỹ nguyên thủy đã sử dụng nó Cho tới đầu thập niên 1990, nó là chất hoạt hóa trong thuốc chống tiêu chảy Kaopectate

Trong tháng 4 năm 2008, Trung tâm Nghiên cứu Y học của Hải quân

Mỹ thông báo việc sử dụng thành công các hạt aluminosilicat kích thước nano có nguồn gốc từ kaolinit trong các loại gạc truyền thống

5 Phân bố

Trữ lượng kaolin ở Việt Nam dự báo khoảng 15 triệu tấn

 Kaolin tàn tích được phân biệt trên các kiểu đá gốc khác nhau Có thể ước

tính khoảng 146 mỏ và điểm quặng kaolin nguồn gốc vỏ phong hóa ở Việt Nam, được thành tạo chủ yếu trong giai đoạn Kainozoi:

- Kaolin thành tạo trên đá pegmatit: Đá pegmatit xuyên cắt các phức hệ Sông Hồng và Sông Chảy (Phú Thọ, Yên Bái, Hà Giang) Đặc điểm chung là chất lượng kaolin khá tốt, biểu thị qua các thành phần hóa học trung bình như sau: Al2O3 = 15,82-33,78%; Fe2O3 = 0,1-3,1%; SiO2 = 50-68,3%; TiO2 = < 0,09%; MKN = 4,1-6,6% Độ trắng nguyên khai: 65-85%, độ thu hồi dưới rây 0,21 mm: 75-95% Nhiệt độ chịu lửa: 1300-14000C

- Kaolin thành tạo trên đá xâm nhập axit - trung tính phát triển trong giai đoạn Neogen trên các vùng Tây Nguyên, Quảng Nam, Thừa Thiên - Huế Kaolin có chất lượng tốt có: Al2O3 = 16,5-27,8%; Fe2O3 = 0,1-1,45%; SiO2 = 56-69,5%; TiO2 = <0,01-0,8%; MgO = 0,07-0,1%; MKN = 4,1-11,48% Nhiệt độ chịu lửa: 1580-17300C

- Kaolin thành tạo trên đá phun trào axit - trung tính: phát triển trên nhiều đá thuộc các hệ tầng tuổi Permi-Trias như: Sông Hiến, Khôn Làng, Đồng

Trầu, Mang Yang, Hòn Ngang, Đơn Dương, Tú Lệ Tuổi vỏ phong hoá chứa kaolin là từ Neogen đến Pleistocen muộn

Trong số các mỏ kaolin nói trên, phong hóa triệt để nhất và có chất lượng tốt nhất là kaolin Tấn Mài phát triển trên đá ryolit của hệ tầng Khôn Làng bị biến đổi nhiệt dịch Thành phần hóa học đặc trưng như sau:

Al2O3 = 37-38,5%; Fe2O3 = 0,01-0,7%; SiO2 = 45,7-53,5%; TiO2 =

0,04-0,13%; SO3: ít; nhiệt độ chịu lửa: 1580-17900C

Kaolin có chất lượng rất tốt, tiềm năng lớn là nguyên liệu quan trọng

để sản xuất gạch samôt chịu lửa

- Kaolin thành tạo trên đá lục nguyên giàu felspat Chất lượng kaolin tốt nhất

là phong hóa từ các hệ tầng Hà Cối, La Ngà, Thần Sa, Mẫu Sơn, Đồng Hới Thành phần hóa học đặc trưng như sau: Al2O3 = 15-24%; Fe2O3 = 0,47-1,87%; SiO2 = 64-82%

 Kaolin trầm tích: kaolin thuần khiết có nguồn gốc trầm tích chủ yếu được

thành tạo trong Đệ Tứ Các thực thể kaolin tạo thành mỏ có giá trị công nghiệp gặp ở Thanh Hoá, miền Đông Nam Bộ, Thành phố Hồ Chí Minh, Tây Ninh, Bình Dương Chất lượng kaolin kiểu này tương đối tốt, tỷ lệ thu hồi đạt 25-60% Thành phần hóa học như sau: Al2O3 = 16,69-27,33%; Fe2O3 = 0,57-1,17%; FeO = 0,12-0,21; SiO2 = 61,18-77,36%; MKN = 3,16-9,82

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bài giảng hóa học vật liệu, Trần Ngọc Tuyền

http://123doc.org/document/874687-tai-lieu-giao-trinh-cong-nghe-san-xuat-gom-su-pptx.htm?page=10

MỤC LỤC