Hóa lý silicat: Tổng quan về khoáng sét

• Khoáng vật được hình thành trong tự nhiên từ các quá trình phong hóa tại chỗ các khoáng vật Silicat và nhôm silicat của đã mác ma và đá biến chất hoặc được hình thành từ sản phẩm phon

TIỂU LUẬN

KHOÁNG SÉT

 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm

 MÔN HÓA LÝ SILICAT

 Thành viên nhóm Trần Huỳnh Thanh Lam

Lê Huỳnh Thanh Trúc

Lê Huỳnh Minh Hoàng Nguyễn Thị Xuân Thùy

Khoáng sét là gì?

Khoáng sét là gì?

• Khoáng vật sét là các khoáng vật thuộc nhóm Silicat lớp và các khoáng vật quyết định tính dẻo của sét, đồng thời cũng làm cho sét trở nên cứng khi bị khô, sấy hoặc nung.

• Khoáng vật được hình thành trong tự nhiên từ các quá trình phong hóa tại chỗ các khoáng vật Silicat và nhôm silicat của đã mác ma và đá biến chất hoặc

được hình thành từ sản phẩm phong hóa trôi dạt

đến các khu vực lắng đọng để tạo trầm tích Tên gọi

cụ thể của khoáng vật sét là đất sét

I Cấu trúc và thành phần cấu tạo khoáng vật

• 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 -

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

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.

• Khoáng 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 tĩnh điện

Một số loại khoáng sét đặc trưng

Nhóm môntmôrilônit :

Al2O3.4SiO2.H2O+nH2O

Do có sự thay thế đồng hình nên môntmôrilônit thường chứa các cation

Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+

với hàm lượng khá lớn

Hấp thụ nước mạnh, dễ trương nở

Độ phân tán cao, hạt mịn,

độ dẻo rất lớn

Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica) Illit hay mica ngậm nước là những khoáng 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

Khoáng 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

Quá 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

Ngoài ra, một số khoáng vật sét khác có nguồn gốc

phong hóa là illit và chlorit (khí hậu lạnh hoặc nóng và khô); tri-vermiculit và smectit (beidelit trong đất,

montmorillonit) (khí hậu ôn đới); montmorillonit-Fe và palygorskit (khí hậu khô hạn).

Chlorit

Khoáng sét ở Việt Nam

Kaolin, sét chịu lửa, sét gốm sứ, bentonit, pyrophylit là các khoáng 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 Sông Hồng

• Sản phẩm phong hóa từ đá núi lửa, chủ yếu phân bố ở Đông 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 khoáng

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+

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.

thường đi đôi 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 quá 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 khoáng 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 môi 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 giảm cường độ

•920÷980oC α Al2O3 + SiO2 -> Al2O3 SiO2

CaCO3 -> CaO + CO2

•1000÷ 1200oC : Chuyển khoáng silimanit thành 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 hòa tan và bản chất các

lực liên kết

IV Ứng dụng

• Với cấu trúc như đã trình

bày trên, các khoáng 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

Cao lanh dùng làm chất tạo huyền phù cho sơn

• Trong công nghiệp sơn tường, người ta dùng cao lanh làm chất bột độn, chất huyền phù (thuộc nhóm chất phụ trợ)

• Cao lanh được sử dụng trong ngành sản xuất sơn dưới hai dạng: cao lanh sống và meta cao lanh

• Tính chất của từng loại được quy định theo tiêu chuẩn ISO 3262-8 và ISO 3262-9

bao gồm các thông số:

độ sót sàng; mất khi sấy;

mất khi nung; kích thước

hạt, độ pH

Cao lanh dùng làm phân bón trong nông nghiệp

• Trong nông nghiệp, cao lanh

cũng đóng góp vào làm

nguyên liệu để làm phân bón

gốc hoặc tạo dung dịch phun

lên lá

• Đối với cao lanh ứng dụng

trong lĩnh vực này cần yêu

cầu hàm lượng khoáng

caolinit cao và cỡ hạt đã

được nghiền mịn kèm sấy

khô đến độ ẩm

1-3%

Cao lanh dùng làm nguyên liệu sản xuất

gạch chịu lửa cho các lò nung

• Các chỉ tiêu cơ bản đòi hỏi đối với cao lanh sản xuất gạch

samôt là Al2O3 = 36-39 %; hàm lượng Fe2O3 < 1,5-2 %, độ chịu lửa 1730-1780oC

• Ngoài ra, kaolin còn được sử dụng cho các ngành công nghiệp sản xuất mực, sợi thủy tinh, xi măng portland và nhiều ngành công nghiệp khác

Smectit là nhóm khoáng vật có kích thước hạt rất nhỏ với diện

tích bề mặt cực kỳ lớn (thường trên 600 m 2/g)

• Khả năng trương nở rất cao, khá năng hấp thu rất lớn, khả

năng trao đổi ion từ trung bình đến lớn, độ dẻo cao, tính lưu biến cao, độ thấm cực thấp

• Với những tính chất đặc biệt này, bentonit (là đá chứa chủ yếu các khoáng vật thuộc nhóm smectit) được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau

Bentonite trong Nông nghiệp

• Bentonite là loại sét khoáng có tính trương nở và có độ nhớt cao chủ yếu được hình thành bởi sét montmorillonite Do cấu tạo đặc biệt và hàm lượng silic dioxit cao nên có khả năng hấp thu độc tố, diệt nấm mốc cao làm tăng hiệu quả sử dụng của thức ăn chăn nuôi

• Bentonite được các nước phát triển trên thế giới sử dụng làm chất độn, chất kết dính (binding), chất tạo viên trong ngành

công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi, sử dụng bentonite vừa

có tác dụng kết dính vừa nhằm bổ sung khả năng chống nấm mộc, khử độc tô và tăng cường khoáng chất cho vật nuôi

Bentonite trong Công nghiệp

• Dùng trong ngành xây dựng và thăm dò dầu khí với chức

năng: bôi trơn mũi khoan; giảm mômen xoắn; làm đông cứng

và đóng thành, lấp các hang khô, khe nứt trong lòng đất trong quá trình khoan cọc nhồi

Bentonite trong Môi trường

• Bentonite giúp cải tạo đất

và tăng khả năng giữ ẩm

cho đất vào mùa khô Ngoài

ra, còn làm tăng độ bền cơ

học, tăng tính dẻo và làm

cho cấu trúc đất tăng tính

trương và giữ được dưỡng

chất cần thiết trong đất;

hạn chế hoặc chống lại sự

rửa trôi các chất dinh

dưỡng về mùa mưa…

Phụ gia trong sản xuất gạch không nung

• Nhờ các đặc tính như trên mà Bentonite được ứng dụng làm chất kết dính trong công nghệ sản xuất gạch không nung từ các nguồn nguyên liệu đất đồi, đất nghèo v.v Trong quá

trình sản xuất,  Bentonite được xem là một phụ gia quan trọng nhằm tăng chất lượng của gạch không nung chúng được dùng

ở dạng vật liệu rời và được chứa trong silo bồn chứa liệu