MỞ ĐẦU Ở nước ta trong một vài năm lại đây đã có một số cơ sở sản xuất và sử dụng sản phẩm thuỷ tỉnh lỏng có môdul - silic thấp vào các ngành công nghiệp khác nhau như công nghiệp bột giặt tổng hợp,công nghệ giấy,tuyển nổi ,vật liệu xây dựng,làm chất xúc tác cho que hàn,vữa và bê tông chịu axít. Nhưng để sử dụng tốt sản phẩm của silicát kiểm vào trong các ngành như đã nêu ở trên,đặc biệt trong công nghệ giấy,vật liệu xây dựng,keo dán vô cơ thì cần phải sử dụng loại sản phẩm thuỷ tỉnh lỏng có môdul cao.Nguyên liệu để sản xuất silicat kiểm là SiO; và kiểm cacbonat.Trong đó SiO; là nguồn nguyên liệu mà nước ta có đồi dào với chất lượng và trữ lượng cao,được tập trung chủ yếu ở các vùng cửa sông cửa biển suốt từ Bắc vào Nam,đặc biệt là các tỉnh miền Trung. Để khai thác và sử dụng tài nguyên của đất nước một cách có hiệu quả.Đồng thời góp phần vào công tác khảo sát và nghiên cứu quá trình phản ứng giữa SIO; với hợp chất kiểm cacbonat. Chúng tôi đề ra nhiệm vụ của luận án này như sau: - Xác định thành phần hoá,thành phần cấp hạt của vùng cát Thạch Vĩnh -Thạch Hà -Hà Tĩnh.
- Nghiên cứu phản ứng giữa SiO; với kiểm cacbonát để sản xuất silicat kiểm dạng ran. - Nghiên cứu quá trình sản xuất silicát kiểm lỏng. - Xây dựng qui trình công nghệ sản xuất thuỷ tinh lỏng và hạch toán kinh tế cho một đơn vị sản phẩm. t© CHUONG | TONG QUAN LY THUYET Silicat 14 hop chat gitta silicdioxit (SiO,) va 6xit kiém(M,O, M ở đây là Na hoặc K).Có 2 dạng sản phẩm của silicát kiểm : là dạng rắn ( dạng thuỷ tỉnh ) và dung dịch silicát kiềm trong nước ( thường gọi là thuỷ tình lỏng ).
Nguyên liệu để sản xuất silicát kiểm gồm cát thạch anh ( SiO,) và cacbonat kiềm ( Na;COa hoặc K;CO2). Silicát kiểm rắn có cấu trúc như hình 1. ay ¿ œ-© > @ ¢ " OY :f or noe OL Wg 2 Dm we. xg ĐA sự ( J re oH 5 Oo’ _ IO ( ) | * JL dl Z7 TT (0) O (IM) hy > € TS —Q q ¢ 7 9%; (} œ - CY ä (} Q - ca >> Đ fs (Ip Na(Hode kK) OO os Hinh 1.1 : C@u tric silicatnatri hodc Kali [.
1: Cấu trac SiO, [.1 : Các dạng tỉnh thể và quá trình biến hoá thù hinh [1.Quá trình biến hoá giữa các dạng đó được trình bay trong so dé 1.2 y Tridimit [ li 8 Thachanh BTridimit_ — BCristobalit || 573°c || 163% [| a5a° Oo md anh ——> q Tridimit —~« Cristobalit —+ndng chay 870°c 1470°c 1728°c 1050°c Hình1.2 : Sơ đô biến đổi thù hình Trong sơ đồ đó cho biết quá trình biến hoá thù hình từ thạch anh œ sang œ-triđimit và từ œ -triđimit sang œ-cristobalit là quá trình độc biến,còn quá trình biến hoá giữa các dạng thù hình của thạch anh, triđimit và của cristobalit là quá trình hổ biến. Khi làm lạnh nhanh dạng SiO; lỏng thì thu được chất rắn vô định hình thường gọi là thuỷ tính thạch anh. Tất cả các dạng thù hình của SiO; đều được cấu tạo bằng cách nối các tứ diện (Si0,)” .3 trình bày sự khác nhau giữa 3 dạng thù hình là thạch anh œ, triđimit œ và cristobalit œ. ý B etTe 8 C\ a Ow, =p A x q“T pe | PX@ 04 \` ed ⁄ \ \e / \ AE / DS JJ 150 NNG+o pw \ D \ / 7 of ⁄_ J WW/ |\>~x // / /W\ \ ⁄ ` ÁN /⁄ \ / \ / © \ / e@ ` | % A ON XD A ss | „2E ie.
te Cc B B ~B a- Thachanha, b- Cristobalit a. c- Triđimit œ Hình 1.3: So dé té hop hai tit dién SiO,” Sự khác nhau của các dạng thù hình thứ cấp œ, , y chỉ do mức độ khác nhau của góc liên kết Sĩ - O - Š¡,ví dụ đối với thạch anh œ, B, như trên hình 1. cvSi02 BSi02 Ot eo _ Oh 3) £ x h H on 8 / g—b_—ø—ầ—#ø—à \ / \ ` / \‘ / oo of “wf \ / N / \ d\ 3 / \ YH} ⁄ /\ fy \ ẤN @ “ \ ds pe 9 4 \ 2 \ © —®—®9—g—»—® \ \ # \ SN ⁄ YS D @ 9 6 ‘a rae / 0-6 eo Hình 1.4: sự phân bố tương hỗ các nguyên tử Si va O trong thạch anh.5[28] trình bày giản đồ trạng thái hệ một cấu tử SiO; Ap suat : (atm) | / | | | / | 3 / Ị | / Thach anh / 1500 _ | J | | | 1000 + 5 | | | | +3 Ị | /\ \ | Ss nA £ | \ = | « œ | \ 5 = 500+| || í “ÔN \\ 3¬ | = > | / & \ sô.5: Giản đồ trạng thái hé 1 cau tu SiO. Truc hoanh cua gian d6 biéu thi nhiét do (°c) cdn truc tung 1a biéu thi áp suất (atm).Trên giản đồ này cho biết quá trình biến hoá giữa các dạng thù hình phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ.
Sự biến hoá giữa thạch anh œ và B_ không phụ thuộc vào áp suất và đây là hai dạng bền vững nhất.Khu vực tồn tại của dạng triđimit œ bị giới hạn ở áp suất cao.Khi tăng áp suất lên khoảng 900 atm thì dạng thù hình triđimit mất hẳn,còn ở áp suất trên 1600 atm dạng cristobalit cũng không còn nữa. Kết quả nghiên cứu còn cho biết ở áp suất rất cao(20000-40000atm) Si0s còn có dạng thù hình gọi là côezIt và ở áp suất khoảng(90000- 120000 atm) S0; lại biến thành dạng thù hình ctisôvit.Sự khác nhau giữa các dạng thù hình đó được thể hiện ở giá trị tỷ trọng như ở bảng 1.1: Ty trọng của cdc dang thit hinh [28]. TT Các dạng thà hình Ty trong glcom dp sudt (atm). l Tridimit 2,298 Z Cristdbalit 2,334 3 Thach anh 2,647 + Céezit 2,9 20000-40000 5 Ctisévit 4,28 90000- 120000 [.1: Thach anh: Thạch anh có hai dạng thù hình: œ-thạch anh và B-thạch anh.
* œ-Thạch anh : ổn định trong khoảng nhiệt độ tir 573-870°c,6 nhiệt độ 870c với sự có mặt của chất khoáng hoá mạnh(như các vonframat Na,w0, ,K,W0, ,Li;WO0,.)thì œ-thạch anh chuyển hoá rất chậm thành œơ-triđimit .Nếu không có mặt chất khoáng hoá khi đốt nóng đến 1050fc_ thì œ -thạch anh sẽ chuyển hoá thành œ-cristobalit cham qua pha trung gian métacristobalit. * 8-Thach anh: Thuong gap trong tự nhiên on định ở nhiệt độ thường,khi nung nóng đến nhiệt độ 573”c thì -thạch anh sẽ chuyển thành œ -thạch anh.Trong trường hợp thạch anh co chtta Li’ Na’, K”. nhiệt độ biến đổi thù hình có thể hạ xuống 536. Nguyên nhân cua sự thay đối đó là do các ion trên tham gia vào việc tạo thành dung dịch rắn làm thay đổi các thông số mạng lưới tỉnh thể.2: Tridimit: Tridimit co 3 dạng thù hình : œ -triđimit, B -triđimit va y -tridimit * œ-Triđimit: Ổn định ở nhiệt độ 870 - 1470c.Khi nung nóng trên 1470c œ- triđimit sẽ chuyển thành œ-cristobalit.Nếu nung nóng đến 1670c nó chuyển thành thuỷ tỉnh thạch anh.Khi làm nguội đến 163”c thì nó chuyển thành 8-triđimit và nếu tiếp tục làm lạnh đến nhiệt độ 117c nó chuyển thành y -triđimit.
* 3-Tridimit: Là dạng trung gian do sự biến đổi rất nhanh từ œ sang y-tridimit .Pham vi tồn tại của của nó rất nhỏ từ 117 - 163”. * y-Triđimit : Là dạng không ồn định nhưng luôn tồn tại ở nhiệt độ thấp.3: Cristobalit: Cristobalit có 2 dạng thù hình: œ-crIstobalit và B-crIstobalit * œ-Cristobalit ổn định ở nhiệt độ từ 1470 - 1713”c còn ở trên nhiệt độ 1713”c nó chuyển hoá thành thuỷ tỉnh thạch anh.Khi làm nguội đến nhiệt độ 180 - 270”c nó chuyển thành B-cristobalit. * -Cristobalit : Là dạng ồn định,trong thực tế nó tồn tại ở nhiệt -_ độ thường.Khi đốt nóng nhanh từ nhiệt độ 180-270c thì có sự biến đổi nhanh từ B sang œ-cristobalit kèm theo sự thay đổi thẻ tích mạnh.2: Các dạng vô định hình [4.5] SiO, v6 định hình là khoáng sản quí.Trong tự nhiên nó tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau,ta có thể phân thành 3 loại như sau: - Loại không hoạt tính - Loại hoạt tính - Các nguồn SIO; khác [.1: SIO; vô định hình không hoạt tính: SiO, v6 dinh hinh không hoạt tính gồm có thuỷ tính thạch anh ôpan,mã não. * Thuy tinh thạch anh có rất ít trong tự nhiên.Tuỳ điều kiện đốt nóng mà các dạng thà hình thạch anh sẽ chuyển thành SiO; nóng chảy,khi làm nguội không kịp kết tỉnh mà chuyển thành pha thuỷ tinh.Thuỷ tỉnh thạch anh khi đốt nóng đến nhiệt độ 1200 - 1400°c sẽ chuyển thành œ-cristobalit.
Nếu đốt nóng chậm đến 800-850 với sự có mặt của chất khoáng hoá(Na;W0,)thì nó chuyển thành tỉnh thể triđimit rồi biến đổi chậm thành thạch anh. * Ôpan: là khoáng vật vô định hình màu sữa phớt lam hoặc trắng phớt vàng thường có sắc cầu vồng.Là silícđiôxít ngậm nước rất phổ biến trong tự nhiên và là loại khoáng sản quí. * Mã não:(agát) nó thuộc loại đá quí cấu tạo từng lớp có sọc màu sắc sặc số.Nó được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật và dùng để làm đồ trang sức.2: SiO; vô định hình có hoạt tính: SIO» vô định hình có hoạt tính là chất có ái lực hoá học mạnh với các chất kiểm .Độ hoạt tính được đánh giá bằng độ hút vôI(mg€CaO/1gam chất hoạt tính).SIO„ vô định hình có hoạt tính có nhiều loại như phún trào a xít ,puzơlan,tơrêpen,tờraxơ,điatômít. Trong đó điatômít là một loại đặc trưng có nguồn gốc từ bộ khung xương silíc của loài tảo điatôme có cách dây khoảng 200 triệu năm.
Điatômft có màu tráng,ta thường gặp các mỏ địatömft ở những nơi có nguồn gốc đại dương. Đá điatômít thường có màu tráng xám ,vàng xám hoặc vàng nhạt,xốp,nhẹ dễ bẻ gãy.Nó có tỉ trọng khối khô là 0,43 - 1,25 g/cm .Đá được cấu tạo từ các tiêu thẻ hình câu,hình trụ rất nhó(Icem ` chứa 6-30 At ` Z cA ^? ` x ` a’ ” 3 ⁄ triệu tiêu thể ).Hình dạng của nó được thế hiện ở trên hình 1.6: cac dang vo cua vac tao diattéme Ở nước ta hiện nay đã phát hiện dược nhiều mỏ khoáng san SiO, vo định hình có giá trị trong công nghiệp nhưng trong d6 chủ yếu van là mỏ điatômit.Được thể hiện qua bang |.2: Cac mo diatémit TT Địa diểm Địa Đặc điểm khoáng sản | Trữ lượng Ghi chu tang I Vinh quy-Kon Tum Ny kt | SiO,: 50,7+ 60.10 mỶ Tìm kiếm sơ bộ 2 Phương quý--Kon Tum N SIO.10”n ‘ 3 laly-Chưa phanh-Gia lai N SIO,: 62.