CHƯƠNG 1 TONG QUAN 1. Mỏ cao lanh Bình Phước [12] — Bình Phước là một tỉnh miền núi ở phía Tây của vùng Đông Nam Bộ có địa hình là cao nguyên ở phía Bắc và Đông Bắc, dạng địa hình đồi núi, thấp dần vẻ phía Tây và Tây Nam và vùng trũng này là nơi tập trung nhiều mỏ khoáng sản. — Bình Phước có nhiều tiềm năng trong việc khai thác cao lanh bao gồm 6 khu mỏ. Đặc biệt là khu vực mỏ Minh Long với điện tích lên đến 41,34 ha với công suất sản phẩm đầu ra 100.000 tấn cao lanh tính lọc khô mỗi năm.
Quá trình hình thành [4] — Cao lanh hình thành do quá trình phân huỷ khoáng vat feldspar và các khoáng vật aluminosilicat giàu nhôm, có trong thành phần của nhiều loại đá sét nguồn gốc khác nhau. Khi một vai cation của tinh thé feldspar bị rửa trôi thì các đá này bị bào mòn làm cấu trúc vỡ vụn thành sét, đó là thành phần chính của bụi. Trang| 10 GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến — Sự bào mòn feldspar do CO- và nước có thể mô tả như sau: 2KAISiO, + CO, + 2H:O — K;CO; + SiO; + Al;(Si;O¿)\(OH), (kaolinite) 1.
Phân loại Có nhiều kiểu phân loại cao lanh khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh, mục đích sử đụng, độ chịu lửa. độ déo, hàm lượng các oxit nhuộm mau,,. + Theo nguồn gốc phát sinh ®© Phát sinh từ các nguồn sơ cấp: Cao lanh so cấp sinh ra từ quá trình phong hóa hóa học hay thủy nhiệt của các loại đá có chứa feldspar. © Phát sinh từ các nguồn thứ cấp: Cao lanh thứ cấp được tạo ra từ sự chuyển đời của cao lanh sơ cắp từ nơi nó sinh ra vì xói mòn và được vận chuyển cùng các vật liệu khác tới vị trí tái trằm lắng.
© Bên cạnh đó, cao lanh cũng được sinh ra tại nơi tái trầm lắng do biến đổi thủy nhiệt hay phong hóa một dang đá trim tích mảnh vụn với hàm lượng feldspar trên 25 %. Theo nhiệt độ chịu lửa © Chịu lửa rất cao (trên 1750°C) © Chịu lửa cao (trên 1730°C) © Chịu lửa vừa (trên 1650°C) © Chiu lửa thấp (trên 1580°C) * Theo thành phần Al;O,: SiO, © Theo tỉ lệ giữa oxit của nhôm và silic, có thé chia cao lanh thành nhiều loại với ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. © Đa phan các công ty khai thác và chế biến khoáng sản cao lanh của nước ta thường nhân loại theo tí lệ giữa Al;O, SiO;. Đầu tiên, cao Trang | 11 GVHD: TS.
Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến lanh sẽ được phân chia thành 3 loại: loại 1, loại 2, loại 3 ứng với phần trăm Al;O; và độ âm giảm dan. ® Sau đó, cao lanh lại tiếp tục được phân loại phù hợp với các lĩnh vực công nghiệp với mục đích sử dụng khác nhau. © KLT-70 là loại cao lanh đã qua tuyển lọc với độ mịn cao và độ trắng lớn để đạt được mục đích sử đụng trong ngành sơn, bột trét tường. Tính chất vật lý — Cao lanh có màu tring.
trang xám, dạng đặc sft hoặc là những khối dang đất sáng mau, tập vảy nhỏ. ~ Khi ngắm nước, nó có tính dẻo, nhưng không có hiện tượng co giãn. Đây là tính chất được biết đến sớm nhất của cao lanh, người 1a ding nó ở dạng hd quánh để định hình và nung thiêu kết để tạo ra các đồ gốm sứ. ~_ Khả năng trương nở thê tích va hấp phụ trao đổi ion: xây ra ở các mặt cơ sở chứa SiO, bên ngoài của các cạnh tinh thé, đặc biệt là khi có sự thay thế đồng hình của Si* bằng Al`" hay Fe”.
® Các thông số vật lý 1. Chu trúc [4] ~ VỀ mặt cấu trúc mạng tinh thé. kaolinite gồm 2 lớp: lớp tứ diện chứa cation Si** ở tâm, lớp bát diện chứa cation AI” ở tâm. Hai lớp này tạo thành có chiều day 7,21 - 7.
— Tinh thé cao lanh có dang tắm hay dạng vảy 6 cạnh, đường kính hạt cao lanh từ 0,1- 0,3 pm. Trang| 12 GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến Hình 2: Cấu trúc kaolinite 1. Các tính chất đặc biệt của cao lanh 1.
Độ déo — Độ déo của cao lanh khi trộn với nước là khả năng giữ nguyên hình dang mới khi chịu tác dụng của lực bên ngoài mà không bị nứt. ~ Nguyên nhân: © Kha năng trượt lên nhau của các hạt sét. e _ Hiện tượng dính kết các hạt sét với nhau thành một khói. ~ _ Yếu tế ảnh hưởng đến độ dẻo: © Thanh phần, kích thước và hình dạng của hạt sét.
© Cấu trúc của khoáng sét (ảnh hưởng đến chiều day màng nước hydrat hoá). Đánh giá chất lượng cao lanh — Để đánh giá chất lượng của cao lanh cho một ngành công nghiệp sản xuất đồ gốm, nhất thiết phải dựa theo yêu cầu hoặc điều kiện kỹ thuật của ngành đó. ~ Chất lượng cao lanh đòi hỏi rit cao và phải khống chế các oxit tạo màu. Các giá trị hàm lượng cần lưu ý được thé hiện trong bảng sau: Trang| 13 GVHD: TS.
Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến — Để đánh giá tính hữu dụng của cao lanh, cần chú ý đến độ chịu lửa và sự có mặt của các oxit, vì chúng ảnh hưởng đến chất lượng của cao lanh. Khi hàm lượng Al;O; tăng thì độ chịu lửa cũng tăng, nếu có SiO, tự do đưới dạng hạt cát sẽ làm giảm tính dẻo, tăng độ hao khô, độ co ngót và giảm khả năng đính kết của cao lanh. Ứng dụng [9] — Cao lanh được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: công nghiệp gốm sứ, giấy. som, cao su, sợi thuỷ tinh, chất dẻo, vật liệu xây dựng, gạch chịu lửa, làm xúc tác cho công nghệ lọc dau.
Nhờ có khả năng hấp phụ đặc biệt không chỉ các chất béo, chất đạm mà còn có khả năng hip phụ cả các loại vi rút và vi khuẩn, vì vậy, cao lanh được ứng dụng cả trong các lĩnh vực y tế, được nhắm, mỹ phẩm,. Ngành công nghiệp giấy — Cao lanh sử đụng như một chất độn trong các khe hở của giấy, dùng để phủ lên bề mặt của tờ giấy Các đặc tính quan trọng của cao lanh có giá trị lớn nhất đối với ngành công nghiệp giấy là do độ trắng cao, độ nhớt thấp, không có tính mài mòn và bằng phẳng. Loại giấy thông thường chứa 20% cao lanh. có loại chứa tới 40% Thông thường, một tấn giấy đò: hỏi 250-300 kg cao lanh.
Trang| 14 GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến 1. Công nghiệp sản xuất đồ gốm ~ Công nghiệp sản xuất sứ, gốm sứ dân dụng, sứ mỹ nghệ, dụng cụ thí nghiệm, sứ cách điện, sứ vệ sinh,. đều sử dụng chất liệu chính là cao lanh, chất liệu kết đính là sét chịu lửa déo.
Sản xuất vật liệu chịu lứa — Trong ngành sản xuất vật liệu chịu lửa, người ta dùng cao lanh để sản xuất gạch chịu lửa và các đỏ chịu lửa khác. ~ Trong ngành luyện kim đen. gạch chịu lửa làm bằng cao lanh chủ yếu được dùng để lót lò cao, lò luyện gang, lò gió nóng. - Các ngành công nghiệp khác cần gạch chịu lửa với khối lượng ít hơn, chủ yếu để lót lò đốt, ndi hơi trong luyện kim màu và công nghiệp hóa học, ở nhà máy lọc dau, trong công nghiệp thủy tinh và sứ, ở nhà máy xi măng và lò nung vôi.
Chế tạo sợi thuỷ tinh ~ Trong thành phần của cao lanh có chứa cả silic và nhôm, đây là thành phần chủ yếu của sợi thuỷ tinh. Cao lanh được sử dụng đồng thời với một lượng nhỏ sắt và titan. ~ Nguyên nhân ting nhu cầu sử dụng cao lanh trong lĩnh vực này bởi vì sự hạn chế khi sử dụng nguyên liệu đầu vào là amiăng, loại chất gây hại cho sức khoẻ. Lĩnh vực chất độn ~ Cao lanh được sử dụng rộng rải trong lĩnh vực làm chất độn giấy, nhựa, cao su, hương liệu.Cao lanh có tác dụng làm tăng độ rắn, tính đàn hỏi, cách điện, độ bền của cao su.
tăng độ cứng và giảm giá thành sản phẩm của các chất dẻo như PE, PP. Tổng hợp zeolite — Cao lanh là nguyên liệu chính để tổng hợp zeolite, loại chất được ứng dụng nhiễu trong công nghiệp như hap phụ, làm chất xúc tác. Các sản phẩm chính của quá trình nung cao lanh | I5 Trang GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến 1.
Metakaolinite [8] ~ Metakaolinite sản xuất bảng cách xử lý nhiệt từ việc nung cao lanh nung trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Chu trae ~ Khi nung kaolinite ở nhiệt độ thích hợp sẽ xảy ra quá trình giải phóng nước tạo thành aluminosilicate vô định hình (Al;O;.2SiO;) là metakaolinite. Quá trình này được mô tả bởi phương trình sau: Al:O.2SiO-2HO — Al:O¿2§iO; + 2H,0 — Metakaolinite duy trì thông sé mạng a và b của kaolinite, nhưng tham sé trục c biến mắt, dẫn đến khuếch tán của các mô hình nhiễu xạ tia X. — Lớp bát điện có thé được thay đổi nhiều hơn các lớp silicat tứ diện trong quá trình mẮt nước.
~_ Một mô hình cấu trúc của metakaolinite được dé xuất bởi MacKenzie bằng cách mô phỏng máy !ính và cộng hưởng từ hạt nhân nghiên cứu [II]. MacKenzie giả định rằng nước bị thất thoát sẽ để lại những lỗ trống nhỏ, và cấu trúc đó được bảo toàn đẻ trở thành metakaolinite. Tính chất ~_ Metakaolinite là một chất kết dính tốt và là vật liệu khá hoạt động. ~ _ Cải thiện hằu hết tính cơ học và độ bền của bê tông.
Ứng dụng ~ Sử dụng như chất kết dinh. — Bé sung hoặc thay thé xi măng trong vữa hoặc bê tông. — Metakaolinite từ lâu đã được sử dụng như một nguyên liệu ban đầu để tổng hợp zeolite. Chu trúc — Cấu trúc tinh thé của mullite (công thức phd biến 3A1,0;.2Si0,) là trực thoi với nhóm không gian v3 kịch thước tế bào đơn vị a = 0,7540 nm, b = 0.2885 nm Trang| 16 GVHD: TS.
Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến Hình 3: Cấu trúc của mullite — Cấu trúc tiêu biểu của mullite là 3AlzO;.2SiO; và 2Al;O;. ~_ Mullite bao gdm các lớp bát điện của Al ở các cạnh và trung tâm của tế bào đơn vị và các chuỗi tứ diện của Al (Si). — Mullite sở hữu một cấu trúc tinh thể khiếm khuyết bao gồm các chuỗi Al-O bị bóp méo. Các chuỗi được liên kết bởi đây chuyền đôi liên tục của các tứ diện có liên kết cúa Al-O và Si-O phối hợp ngẫu nhiên với nhôm và silic.
~ Sự thay đổi thành phan trong mullite (tăng Al’*) được thực hiện bằng cách thay thế một Si** và leại bỏ một O (3) từ tứ điện AI (Si) để lại một vị trí trống.