Nhôm sunfat có công d ngụ chủ y uế trong công nghi pệ gi y,ấ nhu m,ộ thu cộ da và làm ch tấ keo tụ để làm

trong n c.ướ Nh ngữ công d ngụ này đ uề xu tấ phát từ chỗ mu iố nhôm thuỷ phân khá m nhạ ở trong n cướ

t oạ thành nhôm hydroxit. Khi nhu mộ v i,ả hyđroxit đó đ cượ s iợ v iả h pấ phụ và giữ ch tặ trên s iợ sẽ k tế

h pợ v iớ ph mẩ nhu mộ t oạ thành màu b n,ề cho nên có tác d ngụ là ch tấ c nắ màu. Tác d ngụ keo tụ làm

trong n cướ là do hyđroxit đó, v iớ bề m tặ r tấ phát tri n,ể h pấ phụ các ch tấ lơ l ngử ở trong n cướ kéo

chúng cùng l ngắ xu ngố d i.ướ Trong công nghi pệ gi yấ nhôm sunfat đ cượ cho vào b tộ gi yấ cùng v iớ mu iố

ăn. Nhôm clorua đ cượ t oạ nên do ph nả ngứ trao đ i,ổ bị thuỷ phân m nhạ h nơ t oạ nên hyđroxit.

Hydroxit này sẽ k tế dính nh ngữ s iợ xenlulo v iớ nhau làm cho gi yấ không bị nhoè m cự khi vi t.ế Các mu iố

c aủ nhôm nói chung và sunfat nhôm nói riêng đ cượ sử d ngụ khá r ngộ rãi đ cặ bi tệ là trong các vi cệ sử lý

n c.ướ

Trong th cự tế có nhi uề công trình nghiên c uứ về các h pợ ch tấ c aủ nhôm và các lo iạ khoáng

ch tấ thiên nhiên c aủ nhôm. Chúng ta có thể th yấ các h pợ ch tấ c aủ nhôm có ở kh pắ m iọ n i,ơ ph nầ l nớ

nó t nồ t iạ trong tự nhiên d iướ d ngạ ôxit. Có ý nghĩa nh tấ trong công nghệ s nả xu tấ các h pợ ch tấ c aủ

nhôm là ôxit nhôm t nồ t iạ d iướ d ngạ khoáng boxit và các khoáng c aủ nhôm như cao lanh, đ tấ sét … có

thể nói đây là qu ngặ quan tr ngọ nh tấ do là s nả ph mẩ c aủ quá trình phân huỷ đ cặ bi tệ phổ bi nế c aủ các

nham th chạ do aluminosilicat t oạ nên. Bên c nhạ đó trữ l ngượ qu ngặ boxit và cao lanh ở n cướ ta tuy

không nhi uề nh ngư đủ để s nả xu tấ dùng trong n cướ v iớ th iờ gian dài.( Theo báo cáo khoa h cọ c aủ vi nệ

hoá h cọ – T ngổ công ty Hoá ch tấ Vi tệ Nam năm 2000)

Trữ l ngượ qu ngặ bôxit đã đ cượ thăm dò là 2,7 tỷ t n.ấ Dự báo qu ngặ boxit nguyên khai kho ngả

6,7 tỷ t n.ấ Qu ngặ boxit ở tụ khoáng B oả L cộ - Lâm Đ ngồ đang đ cượ khai thác để s nả xu tấ 7000

t n/năm,ấ nhôm hydroxit vào kho ngả 30.000 t n/nămấ phèn nhôm. Còn các mỏ khác h uầ như ch aư đ cượ

khai thác. Trong khi đó chúng ta ph iả chở nhôm hydroxit từ mi nề Nam ra B cắ để s nả xu tấ phèn nhôm.

M tặ khác, ngu nồ hydroxit nhôm c aủ nhà máy hoá ch tấ Tân Bình khó đ mả b oả cả về s nả l ngượ và giá

c .ả Đ ngứ tr cướ tình hình đó chúng tôi đề xu tấ ph ngươ án nghiên c uứ chế t oạ sunfat nhôm đi từ ngu nồ

nguyên li uệ là các qu ngặ thiên nhiên có s nẵ t iạ đ aị ph ngươ v iớ m cụ tiêu gi mả giá thành s nả ph mẩ và

tăng s cứ c nhạ tranh. Tuy nhiên, sau khi kh oả sát chúng tôi nh nậ th yấ r ng:ằ qu ngặ boxit ở các t nhỉ phía

B cắ do t nồ t iạ ở d ngạ diaxpo r tấ khó hoà tan, vì v yậ v nẫ ch aư có công nghệ phù h pợ để đi từ trong

nguyên liêu này. Vì v y,ậ chúng tôi t pậ trung nghiên c uứ qu ngặ cao lanh.

Xu tấ phát từ tình hình đó chúng tôi xác đ nhị nhi mệ vụ c aủ b nả lu nậ văn là:

- Kh oả sát m tộ cách chi ti tế b ngằ th cự nghi mệ quá trình hoà tan qu ngặ cao lanh (mỏ cao lanh

Thanh S nơ – Phú Th )ọ trong axit sufuric để chế t oạ nhôm sunfat.

- Nghiên c uứ nhả h ngưở c aủ n ngồ đ ,ộ nhi tệ đ ,ộ kích th cướ h tạ đ iố v iớ quá trình hoà tan. Xác

đ nhị sự phụ thu cộ c aủ t cố độ hoà tan cao lanh trong axit sunfuric vào các đi uề ki nệ để thi tế l pậ đ cượ

mô hình toán c aủ quá trình.

Mong r ngằ các k tế quả nghiên c uứ sẽ có ý nghĩa đ iố v iớ quá trình s nả xu tấ sunfat nhôm trong

th cự t .ế

PHẦN I. TỔNG QUAN

I.1. Tính ch tấ hoá - lý c aủ sunfat nhôm

Sunfat nhôm khô là ch tấ b tộ màu tr ngắ v iớ tỷ tr ngọ 2710kg/m3, vasilev, Gitis và seitlin đã do tỷ

tr ngọ và độ nh tớ c aủ dung d chị (dung d chị là n c)ướ sunfat nhôm trong kho ngả nhi tệ độ 100C ≤ t ≤ 950C

và kho ngả n ngồ độ 0,049 ≤ C ≤ 0,305kg/kg. Tỷ tr ngọ c aủ dung d chị thay đ iổ t ngươ đ iố theo hàm số

ρ = 1001,7 + 1271,60C – 0,663t

Sai số trung bình bình ph ngươ b tấ kỳ: SOP = ±1,5 kg/m3.

Trong dung d ch,ị trong kho ngả nhi tệ độ từ -12 đ nế 112,20C k tế tinh ở d ngạ Al2(S)4)3.16H2O. V iớ

nhi tệ độ -120C trong thành ph nầ sunfat nhôm 27,2% hình thành đi mể tecti.ơ

Trong môi tr ngườ oxy hóa, môi tr ngườ khử và môi tr ngườ trung hòa khi đ tố nóng,

Al2(S)4)3.16H2O phân huỷ theo c pấ đ .ộ Trong kho ngả 50-600C quan sát th yấ 16 hydrat sunfat nhôm,

trong kho ngả 80-900C ph nầ đó chuy nể hoá thành 12 hydrat. Sự chuy nể hoá thành Hecxanhydrat k tế

thúc t iạ nhi tệ độ 1300C.

Khi đ tố nóng nhanh t iớ 1500C Al2(SO4)316H2O tan thành n cướ tinh th .ể Sự nóng ch yả c aủ tinh

thể hydrat trong bình kín x yả ra ở nhi tệ độ th pấ h nơ 860C. Tinh thể hydrat v iớ 12 mol n cướ khi đ tố nóng

trong không khí không bị nóng ch y.ả Cao h nơ 1500C hecxanhydrat sunfat nhôm bị phân huỷ vì hình

thành pha r nghenơ vô đ nhị hình. Trong kho ngả 200-3000C quá trình lo iạ n cướ x yả ra m nhạ v iớ sự hình

thành tinh thể hydrat t ngướ cùng lo i.ạ

Sự phân huỷ c aủ sunfat nhôm khô v iớ sự lo iạ bỏ oxit l uư huỳnh b tắ đ uầ từ 6500C và di nễ ra

m nhạ trong kho ngả nhi tệ độ 700-8000C. Khi đó trong pha c ngứ hình thành γ Al2O3. Tăng nhi tệ độ t iớ

10000C, SO3 bị lo iạ bỏ hoàn toàn.Trong môi tr ngườ kh ,ử quá trình lo iạ n cướ c aủ Al2(SO4)316H2O cũng

hoàn thành v iớ nhi tệ độ 4500C.

Trong hệ th ngố Al2(SO4)3. - H2SO4 - H2O v iớ nhi tệ độ 25-800C hình thành 4 lo iạ hydrat sunfat

nhôm v iớ thành ph nầ 18, 16, 14, 12 mol n cướ và ba lo iạ mu iố chua:

2Al2(SO4)3.H2SO4.24H2O;Al2(SO4)3.H2SO4.12H2 và Al2(SO4)3.3H2SO4 .12H2O.

Trong dung d chị 0-65% H2SO4 v iớ nhi tệ độ 850C hình thành 16,14,9 hydrat sunfat nhôm,hình thành

Al2(SO4)3.H2SO4 .8H2O và pha b nề giả

2Al2(SO4)3. H2SO4 .24H2O. Trong kho ngả nhi tệ độ 40-1000C nh nậ th yấ sự k tế tinh c aủ các mu iố sau:

Al2(SO4)3.18H2O; Al2(SO4)316H2O; Al2(SO4)3.H2SO4 . 24H2O;Al2(SO4)3.H2SO4.12H2O;Al2(SO4)3và pha b nề giả

Al2(SO4)3.H2SO4.24H2O.

Độ tan c aủ sunfat nhôm phụ thu cộ khá l nớ vào n ngồ độ axit sunfuric. Trong dung d chị axit

loãng, độ tan c aủ Al2(SO4)3 l nớ h nơ so v iớ trong n cướ c tấ nh ngư khi tăng n ngồ độ H2SO4 độ tan gi mả đ tộ

ng tộ t iớ 1% trong dung d chị H2SO4 60%. Khi tăng n ngồ độ axit lên cao h nơ n aữ thì độ tan c aủ sunfat

nhôm tăng trở l i.ạ

Trong dung d chị v iớ dung môi là n cướ sunfat nhôm bị thuỷ phân v iớ sự hình thành ion hydroxit

nhôm và ion hydro. Quá trình thuỷ phân c aủ sunfat nhôm phụ thu cộ vào n ngồ độ mu iố trong dung d ch,ị

độ pH c aủ môi tr ngườ nhi tệ độ và nh ngữ y uế tố khác. Trong dung d chị sunfat quá trình thuỷ phân v iớ

sự hi nệ di nệ c aủ ion −24SO di nễ ra sự hình thành thể ph cứ c aủ hydroxit nhôm.

T tấ cả các mu iố sunfat nhôm cơ b nả tan nhi uề trong ki mề đ cặ bi tệ là đun nóng t iớ nhi tệ độ

sôi.V iớ axit sunfuric, axit clohydric và axit nitric có n ngồ độ th pấ và trung bình, các mu iố này không

t ngươ tác.T iạ nhi tệ độ sôi c aủ các axit này có thể quan sát th yấ sự t ngươ tác đáng k .Trongể axit đ cặ t tấ

cả các mu iố trên nhìn chung tan hoàn toàn.

I.2. Các ph ngươ pháp chế t oạ sunfat nhôm.

Sunfat nhôm có thể đ cượ s nả xu tấ d iướ d ngạ mi ngế không xác đ nhị kích th cướ v iớ kh iố l ngượ

t iớ 10kg ho cặ d iướ d ngạ v yẩ v iớ thành ph nầ 14 ÷ 16,3% Al2O3. Sunfat nhôm có thể đ cượ s nả xu tấ d iướ

d ngạ dung d chị theo yêu c uầ c aủ ng iườ mua trong kh iố l ngượ nhỏ v iớ thành ph nầ 6,7 ÷ 7,7% Al2O3 ho cặ

có thể d iướ d ngạ s nả ph mẩ không bão hoà - là h pợ ch tấ c aủ sunfat nhôm và ph nầ bã không tan, đi nể

hình là dioxitsilic.

I.2.1. Đi uề chế sunfat nhôm từ hydroxit nhôm.

Ph ngươ pháp cơ b nả trong công nghi pệ s nả xu tấ sunfat nhôm s chạ hi nệ nay là đi uề chế sunfat

nhôm từ hydroxit nhôm. Ph ngươ pháp này đ cượ sử d ngụ r ngộ rãi nhờ có nh ngữ uư đi mể nh :đ nư ơ gi n,ả

có thể cho s nả ph mẩ có ch tấ l ngượ cao v iớ hàm l ngượ oxit s tắ nh ,ỏ chi phí v nậ chuy nể th p.ấ

Hydroxit nhôm là bán s nả ph mẩ trong s nả xu tấ đ tấ nhôm oxit. Đi uề chế hydroxit nhôm từ

qu ngặ bauxit b ngằ ki mề theo ph ngươ pháp baier đ cượ sử d ngụ r ngộ rãi. Trong ph mạ vi nhỏ h n,ơ đ tấ

nhôm oxit đ cượ s nả xu tấ b ngằ ph ngươ pháp dung k tế nephelin v iớ vôi ho cặ s nả xu tấ từ alunit b ngằ

ph ngươ pháp ki mề kh .ử

Hàm l ngượ n cướ trong s nả ph mẩ không đ cượ v tượ quá 12% độ hao khi nung không tính n cướ là 34-

38%. Trong s nả xu tấ sunfat nhôm, hàm l ngượ Na2O và K2O c nầ ở m cứ th pấ vì n uế hàm l ngượ này cao,

m cứ tiêu thụ axit sunfuric và hydroxit nhôm sẽ tăng do sự hình thành mu iố khó tan

Na2[Al6(SO4)5(OH)10].4H2O làm tăng l ngượ bã khó tan trong dung d ch.ị

I.2.2. Đi uề chế sunfat nhôm từ cao lanh.

Cao lanh đ cượ phân bố r ngộ rãi trên nhi uề mi nề khác nhau. Thành ph nầ c aủ cao lanh g mồ oxit

nhôm, oxitsilic và m tộ số các t pạ ch tấ khác. Oxitsilic SiO2 không ph nả ngứ v iớ axit H2SO4 vì v yậ b cướ

công nghệ đ uầ tiên là sunfat hoá. Hoà tan ch nọ l cọ Al2O3 ra kh iỏ SiO2, chế bi nế Al2(SO4)3 vào các s nả

ph mẩ khác.

Cao lanh đ cượ x pế vào nhóm đ tấ sét đ nơ khoáng. Đ tấ sét đ cượ g iọ là cao lanh n uế trong nó

ch aứ l nớ h nơ 50% khoáng caolinnhit (Al2SiO5(OH)4).

Đ tấ sét đ cượ phân bi tệ v iớ cao lanh b iở độ m nị h tạ cao lanh, tính d oẻ và khả năng thiêu k tế t iạ

nhi tệ độ cao. Trong đ tấ sét h tạ < 2m, h tạ cao lanh < 5m. Thành ph nầ cao lanh có các khoáng sét khác:

dikit, galuazit, nakerit và gitroluda … trong thành ph nầ g iọ là t pạ ch tấ có cả silic d ngạ cát,opan, hiêm

h nơ là hanxedon.T pạ ch tấ có ch aứ Fe: hematit, xiderit… m tộ vài cao lanh có ch aứ khoáng gibbxit

Al(OH)3, AlOOH mà nhờ đó hàm l ngượ Al2O3 r tấ cao.Thành ph nầ hoá h cọ c aủ cao lanh thay đ iổ trong

di nệ r ngộ nên tr cướ khi đ aư vào s nả xu tấ th ngườ sử d ngụ cao lanh đã qua tuy n.ể

I.2.2.1. Phân huỷ cao lanh b ngằ axit sunfuric.

Cao lanh khó tan trong H2SO4, có r tấ nhi uề công trình đã nghiên c uứ quá trình nhi tệ hoá cao

lanh nh ngư ch aư có sự th ngố nh tấ về cơ chế c aủ quá trình này. B ngằ ph ngươ pháp nghiên c uứ t ngổ

h p,ợ hoá lý, r nghen,ơ quang phổ h ngồ ngo iạ có thể bi uể di nễ quá trình nhi tệ hoá theo sơ đồ sau:

Al2SiO5(OH)4 → − C550450 0 Al2O3 . 2SiO2 + 2H2O↑ (1)

Al2O3 . 2SiO2 → C830 0850 - γ.Al2O3 + 2SiO2 (2)

3.( γAl2O3) + 2 SiO2 → C9000 Al2O3 . 2SiO2 (3)

Năng l ngượ phá huỷ m ngạ tinh thể c aủ cao lanh theo ph nả ngứ (1) là 280kJ/mol. Đ nế 4500C cao lanh

không có sự chuy nể hoá hoá h cọ nào nên khó phân huỷ b ngằ axit H2SO4 n ngồ độ loãng trung bình. Khi

tăng nhi tệ độ nung t oạ ra d ngạ meta dễ dàng ph nả ngứ v iớ H2SO4. M cứ độ tách Al2O3 có thể đ tạ 90%.

N uế nhi tệ độ tăng 850 ÷ 9000C thì có khả năng hoà tách vào dung d chị gi mả là do t oạ thành d ngạ

γ.Al2O3 và mulitta (ph nả ngứ 3) khó tan trong axit H2SO4.

Trong dung d chị H2SO4 oxit SiO2 hoà tan không đáng k .ể N ngồ độ silic trong dung d chị Al2(SO4)3

không l nớ từ (0,1 ÷ 0,2g/l).

N uế tăng th iờ gian nung 0,5 giờ t iạ 6000C d nẫ đ nế độ hoà tách c aủ Al2O3 trong cao lanh đ nế

84,7% b ngằ H2SO4 20% trong th iờ gian 0,5 giờ t iạ 1040C.

N uế nhi tệ độ hoà tách Al2O3 trong cao lanh kho ngả 60 ÷ 1040C thì m cứ độ tách Al2O3 vào dung

d chị sẽ tăng từ 14,8 ÷ 92%

N uế tăng nhi tệ độ l nớ h nơ 1040C thì không h pợ lý vì thi tế bị hoà tách ph iả làm thi tế bị ch uị áp

l c.ự

I.2.2.2. Phân huỷ cao lanh b ngằ cách thiêu k tế cùng v iớ H2SO4 ở 2000C.

Trong tr ngườ h pợ này không đòi h iỏ ph iả nung phân huỷ cao lanh tr cướ làm đ nơ gi nả quá trình

sunfat hoá các b cướ chuy nể hoá hoá h cọ bi uể di nễ theo sơ đ :ồ

Al2SiO5(OH)4 + H2O → C1000 Al2(SO4)3.nH2O + 2SiO2 → C3000 Al2(SO4)3 + 2SiO2 + nH2O↑

Khi có l ngượ axit H2SO4 dư t oạ ra mu iố nhôm sunfat chua.

Như v y,ậ cả hai ph ngươ pháp sunfat hoá cao lanh có m tộ lo tạ các nh cượ đi mể sau:

- C nầ ph iả có m tộ sự chu nẩ bị kỹ đ iố v iớ cao lanh tr cướ khi nung.

- M tộ l ngượ b iụ l nớ trong quá trình nghi nề cao lanh đã nung cũng như khó khăn xu tấ hi nệ khi

phân huỷ trong axit H2SO4 và vi cệ tách sunfat nhôm ra kh iỏ bã SiO2.

- N uế thiêu k tế sẽ t nổ th tấ m tộ l ngượ H2SO4 theo ngố khói gây ra ô nhi m.ễ

I.2.2.3. ph ngươ pháp sunfat hoá hai b cậ cao lanh (CCCP - 223804).

Ph ngươ pháp này cho phép nh nậ đ cượ s nả ph mẩ sau thiêu k tế có độ x pố l n,ớ có độ b nề cơ cao, cho

phép dễ dàng tách dung d chị sunfat ra kh iỏ bã SiO2, gi mả đ cượ t nổ th tấ H2SO4.

B cướ 1: Từ cao lanh và dung d chị H2SO4 n ngồ độ 10 ÷15% theo hệ số tỷ l ng,ho cượ ặ dung d chị

Al2(SO4)3 làm ra bùn.V iớ hàm mẩ 50 ÷ 55% thiêu k tế t oạ h tạ ở trên đĩa t oạ h tạ 200 ÷ 300oC, sau đó

h tạ này đ cượ nung ở 560 ÷ 580oC.

B cướ 2: H tạ sau khi thiêu k tế đ cượ nung ở 560 ÷ 580oC và đ cượ phân huỷ ti pế 80 ÷ 90% b ngằ

axit theo tỷ l ng.ượ N ngồ độ axit đ cượ tính toán từ đi uề ki nệ để thu đ cượ d ngụ d chị sunfat nhôm v iớ

hàm l ngượ 12 ÷ 13.5% Al2(SO4)3 .Từ ph ngươ trình (3) ta th yấ m cứ độ hoà tách Al2O3 t iạ nhi tệ độ nung

300 ÷ 400oC là không đáng k .ể Khi tăng nhi tệ độ lên làm tăng r tấ nhanh m cứ độ chuy nể hoá Al2O3.

Ph ngươ pháp chế t oạ cụ thể như sau: Cao lanh sau khi khai thác từ mỏ đ cượ c tắ thành kh i,ố

ph iơ khô và đ aư vào lò nung ở nhi tệ độ 600 ÷ 650oC trong 0.5 đ nế 1 gi .ờ Sau đó để ngu i,ộ đ pậ vỡ b ngằ

máy nghi nề thô, sau đó nghi nề tinh đ nế kích th cướ 1÷ 2mm. Cao lanh sau khi đ cượ ho tạ hoá sẽ chuy nể

vào thùng ph nả ngứ v iớ axit sunfuric n ngồ độ 40 ÷ 45% t iạ nhi tệ độ 110 ÷ 1150C (thi tế bị ph nả ngứ

đ cượ b oả ôn và có hệ th ngố gia nhi tệ b ngằ h iơ nóng khi c nầ thi t).ế Th iờ gian ph nả ngứ kho ngả 1-2 gi ,ờ

sau đó đ cượ pha loãng b ngằ n cướ r aử đ nế n ngồ độ 60 ÷ 65 g/lít theo Al2O3, hoà tr nộ v iớ ch tấ trợ l ng,ắ

l cọ và r aử qua thi tế bị l cọ chân không, sau đó đ aư vào máy v tắ ly tâm. Bã th iả SiO2 đ cượ đ aư đi xử lý.

Dung d chị sunfat nhôm đ cượ đ aư sang công đo nạ chế t oạ ti pế theo.

I.3. Đ ngộ h cọ c aủ quá trình hoà tan

Quá trình v iớ sự tham gia c aủ ch tấ hoà tan hoàn toàn trong m tộ dung môi nào đó g iọ là quá

trình hoà tan, khác v iớ quá trình chi tế có thành ph nầ chính ch aứ trong ch tấ hoà tan không hoà tan h t.ế

Quá trình hoà tan ch tấ r nắ trong dung môi l ngỏ di nễ ra trong nh ngữ tr ngườ h pợ n ngồ độ ch tấ hoà tan

nhỏ h nơ n ngồ độ bão hoà.

Quá trình hoà tan ch tấ r nắ là m tộ trong nh ngữ quá trình quan tr ngọ c aủ công nghệ hoá h c.ọ

K tế quả tr cự ti pế c aủ quá trình hoà tan chính là vi cệ thu h iồ đ cượ dung d chị t ngươ đ iố đ ngồ nh tấ c aủ

hai hay nhi uề ch t.ấ Thông th ngườ sự k tế h pợ c aủ dung môi v iớ pha r nắ di nễ ra trên bề m tặ c aủ h t,ạ

trong m tộ số tr ngườ h pợ sự t ngươ tác này có thể l iạ c nả trở b iở c uấ trúc x pố trong lòng h tạ r n.ắ

Có thể chia ra hai d ngạ cơ b nả c aủ ph nả ngứ hoà tan. M tộ là hoà tan thu nậ ngh ch,ị hai là hoà

tan không thu nậ ngh ch.ị Quá trình hoà tan thu nậ ngh chị d nẫ t iớ sự t oạ thành các mu i,ố n cướ trên bề

m tặ c aủ pha r nắ và sau đó di chuy nể chúng vào trong lòng l ng.ỏ Tính thu nậ ngh chị c aủ quá trình này

n mằ ở chỗ dung d chị nh nậ đ cượ có thể k tế tinh và chia ra thành nh ngữ ch tấ ph nả ngứ ban đ u.ầ Ví dụ

c aủ quá trình này là quá trình hoà tan các c uấ trúc tinh thể d ngạ ion trong n cướ v iớ sự t oạ thành dung

d chị quá bão hoà và k tế tinh chúng.

Hoà tan thu nậ ngh chị có thể chia ra thành ba lo iạ ph nả ng:ứ

a. Ph nả ngứ d iướ sự t oạ thành solvat trên bề m tặ và sự di chuy nể chúng ti pế theo vào trong

lòng ch tấ l ng.ỏ Theo tính ch tấ c aủ nó thì nh ngữ ph nả ngứ này có thể d nẫ t iớ vi cệ m tộ số lo iạ trong đó

có thể hoà tan thu nậ ngh ch.ị Tuy nhiên dung d chị thu đ cượ không thể k tế tinh l iạ thành các h pợ ch tấ

ban đ u.ầ Ví dụ cho quá trình này có thể là quá trình hoà tan m tộ số lo iạ h nỗ h pợ các tinh thể hình

thành từ các phân tử có c uấ trúc ion ho cặ là thuỷ tinh trong các ch tấ l ngỏ phân c cự và không phân c c.ự

b. Ph nả ngứ ôxy hoá khử d nẫ đ nế sự t oạ thành nh ngữ ion solvat và nh ngữ s nả ph mẩ c aủ vi cệ

khử các ch tấ oxi hoá. Nh ngữ lo iạ ph nả ngứ này có thể là d ngạ t ngươ tác c aủ các ion kim lo iạ và h pợ kim

c aủ chúng v iớ ch tấ oxy hoá ho cặ ch tấ oxy hoá khử trong dung d chị n c.ướ

c. Ph nả ngứ lo iạ thêm vào, thay thế ho cặ trung hoà. Trong lo iạ này ph iả kể đ nế ph nả ngứ

t ngươ tác c aủ các phân tử có c uấ trúc tinh thể ho cặ ion v iớ dung d chị phân c cự và không phân c c,ự d nẫ

đ nế sự t oạ thành ion phân tử solvat.

Trong m tộ số tr ngườ h pợ quá trình hoà tan có thể d nẫ t iớ t oạ thành m tộ số ch tấ r n.ắ N uế như

nó đ cượ phân rã trong quá trình hoà tan ti pế theo thì nó cũng sẽ thể hi nệ m tộ l cự khuy chế tán thêm

vào cho quá trình hoà tan. Giá trị c aủ trở l cự này sẽ tăng và tỷ lệ v iớ căn b cậ hai c aủ th iờ gian hoà tan.

Như v yậ quá trình hoà tan là quá trình dị thể trong ph nả ngứ hệ không đ ngồ nh tấ r nắ l ng.ỏ

Khái quát nh tấ coi thể r nắ có c uấ trúc x p.ố Thể r nắ d iướ d ngạ tinh thể đ cượ nén đ nhị hình thành các

d ngạ m nh,ả d ngạ tr ,ụ d ngạ c uầ … nh mằ kh ngố chế trở l cự dòng ch yả trong mi nề cho phép. Gi aữ h tạ

tinh thể r nắ có kho ngả không gian tự do, coi như kho ngả không gian này đ cượ hình thành d iướ d ngạ

các mao qu n.ả Như v y,ậ t ngổ bề m tặ mao qu nả th cự ch tấ là bề m tặ ti pế xúc gi aữ thể r nắ v iớ d ngạ

l ng.ỏ Nói chung bề m tặ ti pế xúc mao qu nả l nớ h nơ r tấ nhi uề bề m tặ ngoài c aủ h t,ạ th mậ chí có thể bỏ

qua không tính đ nế bề m tặ ngoài c aủ h t.ạ Đi uề này cũng có nghĩa ph nả ngứ hoà tan ti nế hành trên

toàn bộ di nệ tích ti pế xúc pha.

Trong quá trình hoà tan thể r nắ tr cự ti pế tham gia ph nả ngứ hoá h c,ọ kh iố l ngượ thể r nắ sẽ

thay đ iổ trong quá trình ph nả ng.ứ Quá trình này cũng bao g mồ nh ngữ b cướ n iố ti pế như sau:

1. L ngỏ khuy chế tán đ nế bề m tặ ngoài thể r n.ắ

2. L ngỏ khuy chế tán từ bề m tặ ngoài vào bề m tặ bên trong c aủ mao qu nả thể r nắ

3. Ph nả ngứ trên bề m tặ thể r nắ

4. Khuy hế tán s nả ph mẩ từ trong mao qu nả ra bề m tặ ngoài h tạ r n.ắ

5. Khuy chế tán từ bề m tặ ngoài h tạ r nắ vào trong pha l ng.ỏ

T cố độ quá trình đ cượ quy tế đ nhị b iở t cố độ c aủ b cướ ch mậ nh t.ấ D aự vào đó có thể kh ngẳ

đ nhị ph nả ngứ n mằ ở mi nề khuy chế tán ngoài, mi nề khuy chế tán trong hay mi nề đ ngộ h c,vàọ t cố độ

ph nả ngứ đ cượ tính b ngằ t cố độ c aủ b cướ kh ngố chế đó.

I.3.1. Ph ngươ pháp nghiên c uứ đ ngộ h cọ quá trình hoà tan.

Đ ngộ h cọ quá trình hoà tan ph nả ánh nh ngữ thông tin về v nậ t cố quá trình,

các y uế tố nhả h ngưở đ nế v nậ t cố quá trình, cơ ch ,ế các b cướ ti nế hành c aủ ph nả ngứ hoá h c.ọ Như

v y,ậ nghiên c uứ đ ngộ h cọ quá trình là nghiên c uứ khả năng chuy nể hóa c aủ t ngừ c uấ tử trong h nỗ h pợ

ph nả ngứ , để xác đ nhị l ngượ v tậ ch tấ đã đ cượ chuy nể hóa theo đ nơ vị th iờ gian, t cứ là tính v nậ t cố

ph nả ngứ c aủ các c uấ tử trong h nỗ h pợ ph nả ngứ . Đó chính là vi cệ mô tả công nghệ c aủ quá trình hoà

tan. Mô tả này đ cượ thể hi nệ qua nh ngữ quan hệ hàm số … thể hi nệ đ cượ ch tấ l ngượ và hi uệ quả c aủ

quá trình.

Ph nả ngứ hòa tan là ph nả ngứ trong đó ch tấ l ngỏ ti pế xúc tr cự ti pế và ph nả ngứ v iớ ch tấ r nắ

để t oạ thành s nả ph m.ẩ Cơ chế c aủ ph nả ngứ l ng-r nỏ ắ có d ng:ạ

A(l ng)ỏ + B(r n)ắ → s nả ph mẩ (r nắ ho cặ l ng)ỏ

Thông th ngườ ph nả ngứ hòa tan x yả ra theo mô hình Shrinking Core Model, t cứ là mô hình chuy nể hóa

từ ngoài vào làm cho nhân h tạ thu h pẹ d n.Theoầ mô hình này, lúc đ uầ ph nả ngứ x yả ra ở bề m tặ ngoài

c aủ h tạ để t oạ thành m tộ l pớ s nả ph mẩ bao quanh nhân h tạ ch aư ph nả ng.ứ Nhân ti pế t cụ đ cượ ph nả

ng,ứ l pớ s nả ph mẩ dày d n,ầ đ nế m tộ lúc nào đó toàn bộ h tạ đ cượ ph nả ngứ hoàn toàn và không còn

nhân n a.ữ

Cơ chế c aủ mô hình chuy nể hóa cũng g mồ năm b cướ n iố ti pế nhau và có trở l cự khác

nhau, b cướ nào ch mậ nh tấ sẽ quy tế đ nhị v nậ t cố quá trình. Như v yậ , ph nả ngứ hoà tan có thể x yả ra

trong b tấ cứ mi nề nào trong nh ngữ mi nề nêu trên. Vì th ,ế khi nghiên c uứ đ ngộ h cọ c aủ quá trình hoà

tan ph iả xem xét t ngừ quá trình cụ th .ể Cũng có nghĩa là khi ti nế hành nghiên c uứ ph iả quan tâm đ nế

đi uề ki nệ lý t ngưở c aủ thí nghi mệ để đánh giá đúng đ cượ cơ chế pu

Ph nả ngứ hoà tan có d ngạ ph ngươ trình t ngổ quát như sau:

Aν Al ngỏ + Bν Br nắ = Rν Rl ngỏ ( r n)ắ + Sν Sl ngỏ

Trong tr ngườ h pợ này thể r nắ có kh iố l ngượ thay đ iổ trong quá trình ph nả ngứ

Mô hình lý t ngưở đ cượ mô tả như sau.

Cơ chế ph nả ngứ

Giả thi tế ban đ uầ h tạ r nắ có bán kính R, sau khi ph nả ngứ còn l iạ nhân trơ ch aư ph nả ngứ có

bán kính rm. H tạ ban đ uầ có thể tích là V. Thể tích h tạ còn l iạ là Vm.

Rr

m

L p biênớ

Vì trong quá trình hoà tan l ngượ l ngỏ A và r nắ B đ uề thay đ iổ nên có thể tính hi uệ su tấ chuy nể

hoá theo A ho cặ B.

N uế tính hi uệ su tấ chuy nể hoá theo B, ta có

(I-1)

I.3.1.1 .N uế ph nả ngứ n mằ ở mi nề khuy chế tán ngoài.

ở đây chủ y uế là khuy chế tán phân t ,ử quá trình khuy chế tán c aủ phân tử l ngỏ đ nế bề m tặ ch tấ

r nắ ch m,ậ nên kh ngố chế toàn bộ t cố độ quá trình ph nả ng.ứ Sự bi nế thiên n ngồ độ c uấ tử A theo

ph ngươ h ngướ kính do quá trình khu chế tán ngoài ch mậ qua l pớ biên n ngồ độ gi mả từ CAg xu ngố n ngồ

độ bề m tặ h tạ CAS. N uế ph nả ngứ là m tộ chi uề do t cố độ ph nả ngứ hoá h cọ nhanh h nơ so v iớ quá trình

khu chế tán nên CAS = 0. N uế ph nả ngứ là hai chi u,ề ph nả ngứ k tế thúc ở tr ngạ thái cân b ngằ CAS = C *A

(n ngồ độ cân b ng)ằ

T cố độ ph nả ngứ tính theo r nắ B:

dvdtSdt

dN

Sr BB

B

ρ1.

1 −=−= (I – 2)

Trong đó:

S: là đi nệ tích bề m tặ h tạ r nắ ban đ uầ

Bρ : là kh iố l ngượ riêng c aủ h tạ r nắ (coi như không đ i)ổ

V: là thể tích h tạ r nắ

dT

dN B : Bi nế thiên l ngượ ch tấ B theo th iờ gian

T cố độ ph nả ngứ tính theo l ngỏ A là

3

3

3

111

−=−=−=R

r

R

r

V

VX mmm

B

dvdtSdt

dN

Sr AA

A

ρ1.

1 −=−= (I – 3)

M tặ khác, l ngượ l ngỏ A di chuy nể do khu chế tán đ iố l uư qua m tộ đ nơ vị di nệ tích dòng khu chế tán, tỷ

lệ v iớ đ ngộ l cự quá trình chuy nể kh i.ố

rA = KAg(CAg – CAs) (I – 4)

Trong đó:

KAg: là hệ số c pấ kh iố

CAg: là n ngồ độ c uấ tử A trong dòng

CAS: là n ngồ độ c uấ tử A trên bề m tặ pha r nắ

Aρ : Kh iố l ngượ riêng c aủ A

Từ các ph ngươ trình( I-2),(I-3),(I-4),tính đ cượ .Th iờ gian c nầ thi tế để ph nả ngứ làm thay đ iổ kích th cướ

h tạ từ R → rm là:

mτ =AgAgB

B

CK

R

...3

.

υρ

.

−

3

1R

rm (I-5)

Th iờ gian c nầ thi tế để ph nả ngứ làm thay đ iổ kích th cướ h tạ từ R → 0 là:

AgAgB

B

CK

R

...3

.

υρτ = (I-6)

V iớ K là h ngằ số t cố độ c aủ ph nả ngứ

K = )(. AsAgAgB

B

CCK −νρ

Từ (I-5) và (I-6) tính đ cượ th iờ gian ph nả ngứ v iớ t ngừ lo iạ hình d ngạ hình h cọ c aủ h tạ r nắ s và

dv t ngươ ng.(b ngứ ả 1)

I.3.1.2. Ph nả ngứ n mằ trong mi nề khu chế tán trong .

N uế b cướ khuy chế tán c aủ A trong mao qu nả ch mậ ph nả ngứ sẽ n mằ ở mi nkhu chề ế tán

trong. Ở đây do quá trình khu chế tán ngoài nhanh nên về cơ b nả n ngồ độ c uấ tử A trong pha l ngỏ b ngằ

n ngồ độ bề m tặ CAs.

Trong tr ngườ h pợ t cố độ nổ đ nh,ị t cố độ ph nả ngứ hoá h cọ bên trong h tạ b ngằ l ngượ c uấ tử A

đi qua ph nầ di nệ tích b cọ c aủ h tạ này, quá trình khuy chế tán trong là khuy chế tán phân tử tuân theo

đ nhị lu tậ Fick I.

T cố độ ph nả ngứ tính theo c uấ tử A là:

=−=

drdC

D.Sdt

dN AA

AAr (I –7)

Trong đó:

DA là hệ số khu chế tán trong

S là di nệ tích mà c uấ tử A đi qua

drdCA gradien n ngồ độ c aủ c uấ tử A đi qua l pớ s nả ph mẩ tính t iạ bề m tặ l i.ồ

T cố độ ph nả ngứ tính theo c uấ tử B là:

dt

dv

S

1

dt

dN

S

1r BB

B

ρ−=−= (I –8)

Trong đó:

S: là di nệ tích bề m tặ h tạ r nắ ban đ uầ

ρB: kh iố l ngượ riêng c aủ h tạ r nắ (coi như không đ i)ổ

V: thể tích h tạ r nắ

Th iờ gian ph nả ngứ để gi mả kích th cướ h tạ từ R → rm là:

AgAB

Bm CD

R

...6

. 2

υρτ = .

+

−

32

.231R

r

R

r mm (I-9)

Th iờ gian ph nả ngứ để gi mả kích th cướ h tạ r nắ từ R → h tế là :

AgAB

B

CD

R

...6

. 2

υρτ = (I-10)

Từ đây cũng tính đ cượ th iờ gian ph nả ngứ v iớ t ngừ lo iạ hình d ngạ hình h cọ c aủ h tạ v iớ S và dv t ngươ

ng.ứ

I.3.1.3. Ph nả ngứ n mằ trong mi nề đ ngộ h c.ọ

Khi ph nả ngứ n mằ trong mi nề đ ngộ h c,ọ n ngồ độ trên toàn h tạ là CAg.

Ph nả ngứ di nễ ra trên toàn bộ bề m tặ phân chia h tạ r n.ắ

T cố độ ph nả ngứ tính theo c uấ tử B là:

dt

dv

S

1

dt

dN

S

1r BB

B

ρ−=−= (I – 11)

Trong đó

S: di nệ tích bề m tặ h tạ r nắ t iạ th iờ đi mể kh oả sát

ẹB: kh iố l ngượ riêng (coi như không đ i)ổ c aủ h tạ r nắ

V: thể tích h tạ r nắ

T cố độ ph nả ngứ theo c uấ tử A

( ) AgCAgCA

A CKCfKdt

dNr ==−= (I – 12)

Th iờ gian ph nả ngứ để gi mả kích th cướ h tạ từ R → rm là:

( )mAgcB

Bm rR

CK−= .

..υρτ (I-13)

V iớ KCK AgCB

B =υ

ρ

Từ ph ngươ trình (I – 13) ta tính đ cượ th iờ gian ph nả ngứ v iớ t ngừ lo iạ hình d ngạ hình h cọ c aủ h tạ r nắ

có S và dv t ngươ ngứ ( theo b ngả 1).

Đã có nhi uề công trình nghiên c uứ về quan hệ τ

τ m và xB cho nhi uề lo iạ thể r nắ v iớ hình d ngạ khác

nhau. Octave Levelspiel t pậ h pợ k tế quả tính toán yấ qua b ngả d aự vào đó có thể tính đ cượ th iờ gian

ph nả ngứ c nầ thi tế để đ tạ đ cượ m tộ hi uệ su tấ chuy nể hóa nh tấ đ nh.ị

B ngả 1

Di nệ tích bề m tặ và thể tích c aủ m tộ số hình d ngạ h tạ r nắ

Hình d ngạ H tạ r nắ Di nệ tích xung quanh S Thể tích V

Hình c uầ S = 4πR2

V = 34 πR3

Hình trụ S = 2πR.L V = πR2.L

Thanh m nhả S = 1 V = 1.L

B ngả 2

Th iờ gian ph nả ngứ c nầ thi tế phụ thu cộ vào độ chuy nể hóa

tính cho m tộ mô tả đ ngộ h cọ th ngườ g pặ

Lo iạ h tạ Khu chế tán ngoài Khu chế tán trong Đ ngộ h cọ

Lo iạ m nhả

xB = 1- L

l

Bm x=

ττ

AgAgB

B

Ck

L

..

.

νρ

τ = AgAgB

B

Bm

CD

L

x

...2

. 2

2

νρ

τ

ττ

=

=

AgAgB

B

Bm

Ck

L

x

.

.

νρ

τ

ττ

=

=

Hình trụ

2

1

−=R

rx mB

AgAgB

B

Bm

Ck

R

x

...2

.

νρτ

ττ

=

= ( ) ( )

AgAB

B

BBBm

CD

R

xxx

...4

.

1ln1

2

νρ

τ

ττ

=

+++= ( )

AgcB

B

Bm

ck

R

x

..

.

11 2

1

νρτ

ττ

=

−−=

Hình c uầ

3

1

−=R

rx mB

AgAgB

B

Bm

ck

R

x

...3

.

νρ

τ

ττ

=

= ( ) ( )

AgAgB

B

BBm

ck

R

xx

...6

.

121.31

2

3

2

νρτ

ττ

=

−+−−= ( )

AgcB

B

Bm

Ck

R

x

.

.

11 3

1

νρ

τ

ττ

=

−−=

H tạ nhỏ r iơ tự do( )

AgAB

B

Bm

CDk

Ry

x

....2

..

11 3

2

νρ

τ

ττ

=

−−=Không x yả ra

( )

AgcB

B

Bm

Ck

R

x

.

.

11 3

1

νρ

τ

ττ

=

−−=

I.3.2. Đ ngộ h cọ c aủ quá trình hoà tan Al2O3 và Al(OH)3

Quá trình hòa tan sunfat nhôm trong axit sunfuric cũng là quá trình dị thể và trong hệ có bề m tặ

phân chia pha. Ph nả ngứ hóa h cọ th ngườ chỉ là m tộ trong nh ngữ giai đo nạ c aủ quá trình chuy nể pha,và

đ cượ di nễ ra trong thể tích m tộ pha còn ch tấ kia ở pha khác khu chế tán t i.ớ

Khả năng ph nả ngứ c aủ Al2O3 v iớ H2SO4 có liên quan t iớ c uấ trúc và tr ngạ thái năng l ngượ c aủ các h tạ

trong m ngạ tinh th .ể Các ch tấ có nhi uề d ngạ thù hình khác nhau thì khả năng ph nả ngứ cũng khác

nhau.Trong tr ngạ thái k tế tinh c aủ h tạ r nắ có các chỗ khuy tế t t,ậ ở vị trí khuy tế t tậ thì khả năng ph nả

ngứ cao h nơ so v iớ nh ngữ vị trí khác, n uế n ngồ độ khuy tế t tậ tăng thì khả năng ph nả ngứ tăng. M tậ độ

khuy tế t tậ có thể tăng b ngằ cách tăng nhi tệ độ .M tặ khác khi số h tạ ở các c nhạ và đ nhỉ tinh thể tăng

thì khả năng ph nả ngứ cũng tăng vì v yậ c nầ ph iả tăng tăng độ m nị c aủ tinh th .ể Từ các công trình

nghiên c uứ đ ngộ h cọ quá trình hòa tan đã đ aư ra m tộ số mô hình đ ngộ h cọ cho ph nả ng.ứ Đ iố v iớ quá

trình hoà tan Al2O3 hoàn toàn có thể d aự vào các mô hình đó để gi iả quy tế các v nấ đề về đ ngộ h c.ọ

T cố độ hòa tan Al2O3 đ cượ tính b ngằ l ngượ ch tấ chuy nể vào dung d chị sau m tộ đ nơ vị th iờ gian

r = dtS

dNAl

.

3+

trong đó

s là di nệ tích ti pế xúc pha

dNAl+3

là bi nế thiên về l ngượ c aủ Al2O3

Các y uế tố nhả h ngưở đ nế đ ngộ h cọ quá trình là; độ m nị và b nả ch tấ h tạ r n,ắ t cố độ khu yấ tr n,ộ nhi tệ

độ ph nả ngứ , tiêu ch nẩ và n ngồ độ axit. B iở vì quá trình mang tính ch tấ nhi uề giai đo nạ đó là nh ngữ

quá trình n iố ti pế nhau:

- Chuy nể ch tấ từ vùng khác t iớ vùng ph nả ngứ

- Bi nế đ iổ hóa h cọ t iạ vùng ph nả ngứ

- Chuy nể s nả ph mẩ ra kh iỏ vùng ph nả ngứ

Nên các y uế tố trên nhả h ngưở r tấ nhi uề t iớ quá trình phân h yủ

Đ ngộ h cọ quá trình (ph nả ngứ hòa tan oxit nhôm và hidroxit nhôm là g nầ như nhau)

Trong hệ lý t ngưở

Năng l ngượ ho tạ hoá E và b cậ n c aủ ph nả ngứ tính theo axit hoà tan.

T cố độ ph nả ng:ứ

))OH(Al(kf))OH(Al(fC'kr 33n

axit ==

H ngằ số t cố độ ph nả ngứ

naxitC'kk =

Trong đó: n là b cậ c aủ ph nả ngứ theo axit.

Năng l ngượ ho tạ hoá c aủ ph nả ngứ hoà tan phụ thu cộ vào n ngồ độ và b nả ch tấ c aủ ch tấ hoà tan. K tế

quả m tộ số công trình nghiên c uứ cho bi tế năng l ngượ ho tạ hóa c aủ ph nả ngứ hòa tan hiđroxit nhôm

trong HNO3 và NaOH

Ch tấ hoà

tanT,K k.10-4 k’.10-4 n E, KJ/mol

E,KJ/mol

Trung bình

1M HNO3 323 6.2 6.2 1.349 71,324

333 13.4 13.4 1.148 68,919

343 27.8 27.8 1.207 69,301

353 59 59 75,750

3M HNO3

313 98 21

70,240323 27.3 58 86,113

333 47.3 10.1 49,149

343 104.7 22.4 75,455

Ch tấ hoà tan T,K k.10-4 E, KJ/molE,KJ/mol

Trung bình

3M HNO3

313 2.5

71327323 7.3 90070

333 12.7 49516

343 27.8 74396

1N NaOH

313 9.5

113316323 33 104665

333 151.6 136349

343 429.7 98935

So sánh năng l ngượ ho tạ hoá c aủ quá trình hoà tan Al(OH)3 b ngằ axit HNO3 và NaOH. Nh nậ th yấ

3HNONaOH EE > ch ngứ tỏ liên k tế Al-OH dễ bị phá vỡ h nơ liên k tế AlO-H. Như v y,ậ theo mô hình lý

t ngưở này thì vi cệ hoà tan hydroxit nhôm trong axit sẽ thu nậ l iợ h nơ khi dùng NaOH. Tuy nhiên, để

đánh giá m tộ cách cụ thể ph iả nghiên c uứ trong hệ th c.ự

Đ ngộ h cọ trong hệ th cự ph nả ánh đ yầ đủ các đ cặ đi mể th cự tế c aủ hệ ph nả ngứ hoà tan hydroxit

nhôm nh :ư các lo iạ kích th cướ h tạ trong hydroxit nhôm nguyên li u,ệ hình d ngạ h tạ pha r nắ và ph ng,ươ

chi uề c aủ ph nả ngứ hoá h cọ trong thể r nắ kh oả sát. Quá trình hoà tan hydroxit nhôm trong axit là quá

trình dị pha nên v nậ t cố sẽ phụ thu cộ vào bề m tặ tham gia ph nả ng.ứ Để tăng t cố độ ph nả ngứ thì c nầ

tăng bề m tặ ti pế xúc pha r nắ nên ph iả nghi nề Al(OH)3. Ảnh h ngưở c aủ quá trình nghi nề đ nế quá trình

hoà tan đ cượ đánh giá qua số li uệ th cự t .ế

Ví d :ụ Không nghi nề → m cứ độ chuy nể hoá: 25,7%

Nghi nề bi 65,3%

Nghi nề đ pậ 54,2%

Nh nậ th yấ r ngằ m cứ độ chuy nể hoá tăng đáng kể khi nghi nề nguyên li u.ệ Như v y,kh ngậ ẳ đ nhị ch cắ

ch nắ r ngằ bề m tặ ti pế xúc pha có nhả h ngưở r tấ l nớ đ nế t cố độ và hi uệ su tấ chuy nể hoá c aủ ph nả

ng.ứ M tặ khác, ph ngươ pháp nghi nề cũng tác đ ngộ r tấ l n,ớ so sánh gi aữ nghi nề bi và nghi nề đ pậ thì

nghi nề bi cho k tế quả độ chuy nể hoá t tố h n.ơ Đi uề này có thể đ cượ lý gi iả lý do khi nghi nề bi, do quá

trình chà sát nên tăng đ cượ di nệ tích bề m tặ theo m iọ ph ngươ c aủ h tạ r n,ắ trong khi đó nghi nề đ pậ thì

chỉ tăng di nệ tích bề m tặ theo m tộ số l ngượ nh tấ đ nh.ị

PHẦN II: THỰC NGHIỆM

II.1 Hóa ch tấ và d ngụ cụ thí nghi mệ

II.1.1. Hóa ch tấ

H2SO4 98%

HCl 99%

CH3COOH

NaOH tinh thể

MgSO4 tinh thể

Na2C10H14N2O8 tinh thể (EDTA)

Xylen da cam

Phênolphtalein

KHC8H4O4 (KHP)

N cướ c tấ

II.1.2 D ngụ cụ và thi tế bị

Lò nung

Cân phân tích(± 10-4g)

C iố mã não nghi nề h tạ cao lanh

Sàng phân lo iạ h tạ : φ 0.12mm, φ 0.16mm, φ 0.25mm, φ 0.315 mm

Bình nổ nhi tệ

Tủ hút h iơ đ cộ

B pế đi nệ

C cố th yủ tinh ch uị nhi tệ 1000ml

Nhi tệ kế

Pipet 2ml,5ml,10 ml,25ml

Buret 25ml

Chén nung b ngằ sứ

Que khu yấ

Bình tam giác

Bình c uầ 100ml, 250ml, 1000ml

Đũa th yủ tinh

Bình tia n cướ c tấ

Gi yấ l cọ

II.1.3.Pha chế dung d chị chu nẩ

II.1.3.1.Pha chế dung d chị NaOH

Cân m tộ l ngượ NaOH vào kho ngả 4g, cho vào bình polietylen sau đó cho ch ngừ 1 lít n cướ c tấ

vào bình. Đ yậ kín nút.

Cân m tộ l ngượ chính xác 5g mu iố biphtalat kali KHC8H4O4 (KHP) cho vào c cố 250ml. cho 100ml

n cướ c tấ vào, đun nóng nhẹ đ nế tan h t.ế Để ngu i,ộ sau đó chuy nể dung d chị vào bình đi nhị m cứ 250ml.

Pha n cướ c tấ đ nế v chạ m c.ứ Căn cứ vào l ngượ cân tính n ngồ độ dung d ch.ị

L yấ 20ml dung d chị NaOH cho vào bình nón, cho thêm vài gi tọ phenolphtalein vào bình r iồ

chu nẩ độ dung d chị NaOH b ngằ dung d chị KHP cho đ nế h tế màu h ng.ồ Căn cứ vào thể tích đã l yấ và

n ngồ độ dung d chị KHP tính đ cượ n ngồ độ dung d chị NaOH

NNaOH = ( )

NaOH

KHP

V

VN.

II.1.3.2. Pha chế dung d chị Complexon III

Cân 9,3g complexon III cho vào bình m cứ 1 lít, cho n cướ vào bình, l cắ đ nế tan h tế ch tấ r n,ắ pha

n cướ đ nế v chạ m c.ứ

Cân chính xác 0,6g mu iố MgSO4 cho vào bình đ nhị m cứ 200ml. Cho n cướ vào bình, l cắ đ nế tan

h tế ch tấ r n.ắ Pha n cướ đ nế v chạ m cứ đ cượ dung d chị có n ngồ độ xác đ nh.ị

Dùng dung d chị MgSO4 để chu nẩ độ dung d chị complexon III để có đ cượ dung d chị complexon

III có n ngồ độ chính xác.

II.2 Ph ngươ pháp phân tích

II.2.1 Xác đ nhị n ngồ độ nhôm (Al3+) b ngằ ph ngươ pháp phân tích thể tích

II.2.1.1 Cơ sở ph ngươ pháp

Trong môi tr ngườ axit y uế vi cệ đ nhị phân xác đ nhị nhôm b ngằ EDTA g pặ khó khăn do ph cứ

hiđroxo c aủ nhôm tác d ngụ v iớ EDTA r tấ ch m.Nênậ chu nẩ độ nhôm b ngằ EDTA dùng phép chu nẩ độ dư

( ph ngươ pháp chu nẩ độ ng c).ượ

Cho m tộ l ngượ dư EDTA có n ngồ độ xác đ nhị vào dung d chị mu iố nhôm r iồ đem đun nóng để ph nả ngứ

x yả ra hoàn toàn.Sau đó l ngượ EDTA dư đ cượ chu nẩ ngằ dung d chị mu iố ZnCl2 có n ngồ độ xác đ nhị ở

PH = 5,2 – 5,5 v iớ ch tấ chỉ thị màu là xylen da cam. Màu c aủ dung d chị chuy nể từ vàng sang đ .ỏ

Các ph nả ngứ chính x yả ra :

Al3+ + H2Y2- = AlY- + 2H+

H2Y2- + Zn2+ = ZnY2- + 2H+

Zn2+(d )ư + xylen da cam → ph cứ màu đỏ

II.2.1.2.Các hóa ch tấ và d ngụ cụ c nầ dùng

Dung d chị ZnCl2 : 0,005M

Dung d chị EDTA : 0,005M

Dung d chị đ mệ axetatnatri CH=3 pH = 5,2 – 5,5

Axit Clohiđric đ mậ đ cặ

Dung d chị chỉ thị xylen da cam

Pipet 2ml, 5ml và 10ml

Buret 25ml

N cướ c tấ

II.2.1.3.Ph ngươ pháp ti nế hành

Xác đ nhị hàm l ngượ Al3+ hòa tan trong axit

L yấ 2ml dung d chị hòa tan cho vào bình đ nhị m cứ 100ml, thêm m tộ gi tọ dung d chị axit HCl để ch ngố

th yủ phân m u,ẫ sau đó đ nhị m cứ b ngằ n cướ c tấ và l cắ đ u.L yề ấ 5ml sau đ nhị m cứ cho vào bình tam

giác, thêm 10ml dung d chị EDTA 0,005M vào, đem đun nóng đ nế g nầ sôi sau đó để ngu iộ ;cho thêm

dung d chị đ mệ axetatnatri có pH = 5,2 – 5,5 ( t oạ môi tr ngườ axit y u),ế thêm 1 đ nế 2 gi tọ xylen da cam,

l cắ đ u,ề sau đó chu nẩ độ l ngượ EDTA 0,005M dư b ngằ dung d chị ZnCl2 0,005M tiêu hao.

Công th cứ tính toán :

CAl3+ = 2 2

( ).100.1000

1000. .EDTA EDTA ZnCl ZnCl

dm kt

V C V C

V V

−

Hàm l ngượ Al2O3 hòa tan là

% Al2O3 =10.2

102.3+AlC

(%)

Xác đ nhị hàm l ngượ Al2O3 trong cao lanh

L yấ t tấ cả dung d chị c aủ 2 l nầ l cọ r aử ( sau khi axit hóa) cho vào bình đ nhị m cứ 1000ml, sau đó

đ nhị m cứ b ngằ n cướ c tấ và l cắ đ u.ề

L yấ 5ml dung d chị sau đ nhị m cứ cho vào bình tam giác, cho thêm 20ml dung d chị EDTA 0,05M vào,

đun nóng đ nế g nầ sôi, để ngu i,ộ ti pế t cụ cho thêm 20ml dung d chị đ mệ axetatnatri pH = 5,2 – 5,5 ,

thêm 1- 2 gi tọ xylen da cam l cắ đ u,ề sau đó chu nẩ độ l ngượ EDTA 0,05M. Khi dung d chị chuy nể từ màu

vàng sang màu đỏ thì d ngừ chu nẩ đ ,ộ ghi thể tích ZnCl2 0,05M tiêu hao.

Công th cứ tính toán

CAl3+ =

5

..22 ZnClZnClEDTAEDTA CVCV −

(mol/l)

% Al2O3)( nhtrongcaola

= 100.10.2

102.)( 3+Al

C (%)

II.2.2 Xác đ nhị n ngồ độ H+

II.2.2.1 Các hóa ch tấ và d ngụ cụ c nầ dùng

Dung d chị NaOH 0.1N

Dung d chị chỉ thị metyl da cam

Dung d chị chỉ thị metyl đỏ

Bình tam giác 250ml

Bình đ nhị m cứ 250ml

Buret 25ml

Pipet 5,10ml

II.2.2.2 Ph ngươ pháp phân tích

L yấ 5ml ch tấ keo tụ cho vào bình đ nhị m cứ 250 ml,sau đó đ nhị m cứ b ngằ n cướ c tấ l cắ đ u.ề

L yấ 10ml ch tấ keo tụ sau đ nhị m cứ cho vào bình tam giác r iồ cho 1-2 gi tọ chỉ thị vào và l cắ đ uề (n uế xác

đ nhị n ngồ độ H2SO4 ban đ uầ dùng chỉ thị metyl đ ,n uỏ ế xác đ nhị n ngồ độ H2SO4 dư trong dung d chị

Al2(SO4)3 dùng chỉ thị metyl da cam).

Chu nẩ độ axit b ngằ dung d chị NaOH 0.1N .Khi dung d chị chuy nể từ màu đỏ sang màu vàng thì d ngừ

chu nẩ độ và ghi l iạ thể tích dung d chị NaOH 0.1N tiêu t nố

II.2.2.3 Công th cứ tính toán

C(H+

) = ckt

NaOHNaOH

V

NV . .

2

1 .

pipetV

V .1000 ( mol/l)

Trong đó

VNaOH là thể tích dung d chị NaoH tiêu t nố (ml)

NNaOH là n ngồ độ dung d chị NaOH (N)

Vpipet thể tích ch tấ keo tụ đem đ nhị m cứ (ml)

Vckt Thể tích ch tấ keo tụ sau đ nhị m cứ

II.3 Xây d ngự thí nghi mệ đ ngộ h cọ

II.3.1 Mô tả th cự nghi mệ

Nghiên c uứ đ ngộ h cọ c aủ quá trình hòa tan cao lanh trong axit sunfuric đ cượ th cự hi nệ như

sau :

Thi tế bị thí nghi mệ g mồ có : Máy đi uề nhi tệ v iớ tác nhân gia nhi tệ là n cướ ( thể tích 15 lít).

M cụ đích là để giữ cho nhi tệ nổ đ nh.ị Qu ngặ cao lanh và axit đ cượ cho vào bình ba c .ổ Để tăng t cố độ

ph nả ngứ ( tăng t cố độ chuy nể kh iố gi aữ hai pha) trong bình ph nả ngứ ba cổ có l pắ thêm cánh khu y.ấ

Tr cụ khu yấ đ cượ l pắ v iớ đ ngộ cơ có thể đi uề ch nhỉ để thay đ iổ đ cượ t cố độ khu y.Đấ ể đ mả b oả nhi tệ

độ môi tr ngườ nổ đ nh,ị trong máy đi uề nhi tệ có l pắ nhi tệ kế ti pế xúc và rơ le. Khi nhi tệ độ c aủ n cướ

trong máy đi uề nhi tệ lên cao ho cặ xu ngố th pấ h nơ nhi tệ độ yêu c uầ thì nhờ có rơ le và nhi tệ kế ti pế

xúc mà nó tự ng tắ ho cặ đóng m chạ để dòng đi nệ đi vào đi nệ trở Để ki mể tra nhi tệ độ ph nả ng,ứ có

đ tặ thêm nhi tệ kế th ngườ vào bình ph nả ngứ ba cổ v iớ độ chính xác là 0,10C. Máy đi uề nhi tệ này chỉ

dùng ti nế hành thí nghi mệ ở nhi tệ độ nhỏ h nơ 1000C.

II.3.2 Ti nế hành thí nghi mệ :

Sau khi nhi tệ độ c aủ n cướ trong máy đi uề nhi tệ đã đ tạ yêu c uầ thì l pắ bình ph nả ngứ ba cổ vào. Qu ngặ

cao lanh sau khi đem nung ở nhi tệ độ 7000C trong hai gi .ờ Đem sàng để phân lo iạ ch nọ l yấ h tạ có kích

th cướ 0,12mm- 0,16mm và 0,25mm – 0,315mm và đem cân. Sau đó l pắ cánh khu yấ vào cho ch yạ th ,ử

khi đã khu yấ t tố thì b tắ đ uầ cho axit H2SO4 vào bình. Cho cánh khu yấ ch yạ v iớ t cố độ không đ i.ổ Nhìn

nhi tệ độ ở nhi tệ kế đ tặ trong bình ph nả ngứ đã đ tạ nhi tệ độ yêu c uầ thì cho cao lanh vào và b tắ đ uầ

ghi th iờ gian ph nả ng.ứ Trong quá trình ti nế hành thí nghi mệ ba cổ c aủ bình ph nả ngứ ph iả dùng nút

cao su đ yậ kín tránh hi nệ t ngượ bay h iơ làm gi mả thể tích dung d chị trong bình. Sau th iờ gian ph nả ngứ

đã qui đ nhị dung d chị trong bình ph nả ngứ đ cượ đem l c.ọ Ph nầ bã trên ph uễ l cọ d iướ cũng đ cượ r aử kĩ

b ngằ n cướ c t.ấ Toàn bộ dung d chị sau l cọ r aử đ cượ chuy nể vào bình đ nhị m cứ đem phân tích để xác

đ nhị hàm l ngượ Al3+.Trong m iỗ thí nghi mệ l yấ 10g cao lanh đem hòa tan trong 1000ml axit H2SO4.Th iờ

gian th cự hi nệ m tộ thí nghi mệ là 4 gi .Ti nờ ế hành thí nghi mệ v iớ axit H2SO4 n ngồ độ 15%, 20% và

30%.V iớ m iỗ n ngồ độ axit th cự hi nệ thí nghi mệ ở các nhi tệ độ 650C, 750C, 850C và 950C. Để thi tế l pậ

đ cượ mô hình toán c aủ quá trình ngoài vi cệ nghiên c uứ nhả h ngưở c aủ nhi tệ đ ,ộ n ngồ đ ,ộ th iờ gian còn

ph iả kh oả sát sự nhả h ngưở c aủ t cố độ khu yấ và kích th cướ h tạ qu ngặ t iớ hi uệ su tấ phân h y.ủ Vì v yậ

qui trình thí nghi mệ trên đ cượ th cự hi nệ v iớ các cỡ h tạ qu ngặ 0,12 – 0,16mm và 0,25 – 0,315mm ở các

t cố độ khu yấ là 600v/phút và 800v/phút.