Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM CORDIERITE TỪ CAO LANH LÂM ĐỒNG VÀ TALC PHÚ THỌ

Gốm cordierite được tổng hợp từ các nguyên liệu tự nhiên là cao lanh, talc và bột nhôm hidroxit thương mại. Phối liệu đúng tỷ lệ hợp thức cordierite (2MgO.2Al2O3.5SiO2) được chu n bị theo phương pháp gốm truyền thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM CORDIERITE TỪ CAO LANH LÂM ĐỒNG VÀ TALC PHÚ THỌ"TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 48, 2008 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM CORDIERITE TỪ CAO LANH LÂM ĐỒNG VÀ TALC PHÚ THỌ Trần Ngọc Tuyền Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế TÓM TẮT Gốm cordierite được tổng hợp từ các nguyên liệu tự nhiên là cao lanh, talc và bột nhômhidroxit thương mại. Phối liệu đúng tỷ lệ hợp thức cordierite (2MgO.2Al2O3.5SiO2) được chu nbị theo phương pháp gốm truyền thống. Sau khi nghiền bi ướt bằng máy nghiền hành tinh trongthời gian 3 giờ với tốc độ nghiền 180 vòng/phút, phối liệu có cấp hạt mịn (Φ < 10 µm chiếmhơn 50%), thành phần đồng nhất. Mẫu sau khi nung ở 1250oC có mức độ thiêu kết tốt, thànhphần pha tinh thể chủ yếu là α-cordierite, có hệ số giãn nở nhiệt thấp (α = 4,1×10-6/oC), đạt yêucầu làm vật liệu chịu lửa bền nhiệt. 1. Mở đầu Cordierite (2MgO.2Al2O3.5SiO2) là loại vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt rất bé, độbền nhiệt, bền cơ và bền hoá cao. Vì thế, nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khácnhau [3,4]. Trong các bài báo trước đây [1.2], chúng tôi đã giới thiệu kết quả nghiên cứutổng hợp cordierite bằng phương pháp phân tán rắn - lỏng trên nền khoáng alumosilicatetự nhiên. Ưu điểm của phương pháp này là các cấu tử phản ứng phân tán đồng đều, cấphạt phối liệu nhỏ đã làm giảm đáng kể nhiệt độ nung thiêu kết của gốm cordierite (<1200oC). Tuy nhiên, do quá trình chuNn bị phối liệu khá phức tạp, đặc biệt là giai đoạnđồng kết tủa để đảm bảo tỷ lệ hợp thức của gốm cordierite [3], nên phương pháp nàygặp khó khăn khi áp dụng trong thực tế. Để làm giảm nhiệt độ nung thiêu kết, thuận lợi trong việc chuNn bị phối liệu,trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu tổng hợp gốm cordierite theo phương pháp gốmtruyền thống đi từ các nguyên liệu tự nhiên: cao lanh và talc, khảo sát ảnh hưởng củacấp hạt phối liệu, chế độ nung đến quá trình tạo pha cordierite, đồng thời xác định mộtsố tính chất cơ lý quan trọng của gốm điều chế được để đánh giá khả năng ứng dụng củanó. 2. Thực nghiệm Thành phần hoá học của nguyên liệu cao lanh, talc và hidroxit nhôm được phântích theo TCVN 7131:2002. 177 Phối liệu cordierite hợp thức được chuNn bị theo phương pháp gốm truyền thốngđi từ nguyên liệu đầu là cao lanh Lâm Đồng, bột talc Phú Thọ và bột Al(OH)3 thươngmại. Để khảo sát ảnh hưởng của cấp hạt đến nhiệt độ tạo pha cordierite, phối liệuđược nghiền trong máy nghiền hành tinh (Planetary Ball Mills) với bi corundum, dungmôi nước, tốc độ nghiền 180 vòng/phút, thời gian nghiền tương ứng là 1, 2, 3 và 4 giờ.Mẫu sau khi nghiền được ký hiệu tương ứng là LP1, LP2, LP3 và LP4. Cấp hạt của phốiliệu sau khi nghiền được xác định trên thiết bị LS Particle Size Analyzer 3.00.40 (Mỹ). Các quá trình chuyển hoá xảy ra trong mẫu khi nung được xác định bằngphương pháp phân tích nhiệt (TG-DTA) trên thiết bị Labsys TG/DSC SETARAM(Pháp), nhiệt độ nung cực đại: 1200oC, tốc độ nâng nhiệt: 10oC/phút, môi trường: khôngkhí. Mẫu được nung ở các nhiệt độ: 1000oC, 1100oC, 1200oC, 1250oC và 1300oCtrong lò điện (LENTON, Mỹ), tốc độ nâng nhiệt: 10oC/phút, thời gian lưu: 3 giờ. Thànhphần pha của mẫu sau khi nung được khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trênthiết bị SIEMENS D5005 (Đức) với Cu Kα, λ = 1,5412 Å. Để xác định hệ số giãn nở nhiệt (α), mẫu gốm cordierite thiêu kết được cắt viênhình hộp với kích thước (2 cm × 0,4 cm × 0,4 cm). Giá trị α của mẫu được đo trên thiếtbị Dilatometer L75/N1 (LINSEIS, Đức) trong khoảng nhiệt độ từ 25oC ÷ 1000oC. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Thành phần khoáng, hoá của nguyên liệu Cao lanh Lâm Đồng và talc Phú Thọ được nghiền mịn qua rây 10.000 lỗ/cm2.Thành phần hoá học của các nguyên liệu được trình bày ở bảng 1. Bảng 1. Thành phần hóa học của các nguyên liệu Thành phần (%) khối lượng Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO MKN Cao lanh Lâm Đồng 46,02 31,66 0,75 0,12 0,11 19,54 Talc Phú Thọ 59,4 1,02 0,32 27,57 0,28 3,56 Al(OH)3 - 64,33 - - - 34,62 - Kết quả bảng 1 cho thấy cao lanh Lâm Đồng có hàm lượng Al2O3 khá cao(>31%), SiO2 nhỏ (46%), chứng tỏ hàm lượng khoáng sét của nó khá lớn và khoáng phisét (quartz, felspat, muscovite...) nhỏ. Kết quả này phù hợp với việc phân tích XRD(hình 1), thành phần khoáng của cao lanh Lâm Đồng chủ yếu là kaolinite(Al2O3.2SiO2.2H2O), ngoài ra chứa một lượng rất nhỏ SiO2 ở dạng tự do ...