HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ SILICAT Hồ Thị Ngọc Sương NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH Chương • Silicat trạng thái tinh thể Chương • Các silicat trạng thái vô định hình Chương • Các silicat trạng thái phân tán cao Chương • Cơ sở lý thuyết trình nhiệt độ cao Chương • Biểu đồ pha hệ cấu tử Chương • Biểu đồ pha hệ hai cấu tử Chương ( tiết) CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘ CAO 4.1 HIỆN TƯỢNG KHUẾCH TÁN 4.2 KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG PHA RẮN 4.3 KẾT KHỐI 4.4 KẾT KHỐI TRONG HỆ THỰC 4.1 HIỆN TƯỢNG KHUẾCH TÁN 4.1.1 4.1.2 • Các loại sai sót điểm cấu trúc tinh thể • Dung dịch rắn hợp chất hóa học • Sự thay đồng hình dung dịch rắn 4.1.3 hợp chất silicat 4.1 HIỆN TƯỢNG KHUẾCH TÁN  Đặc trưng biến đổi hệ silicat xảy nhiệt độ ? nhiệt độ cao  Nhiệt độ nung sản phẩm silicat? 10000C – 17000C  Các biến đổi hóa lý bao gồm: - Phản ứng pha rắn: Gồm phản ứng nào? phân hủy muối, biến đổi thù hình, tạo silicat - Tạo pha lỏng với độ nhớt cao - Sự kết khối  Cơ chế chuyển chất khuếch tán ( pha rắn pha lỏng), sản phẩm khuếch tán dung dịch rắn hợp chất hóa học 4.1.1 Các loại sai sót điểm cấu trúc tinh thể  Tinh thể lý tưởng ? phần tử cấu tạo vị trí cân nút mạng  Tinh thể thực: Phần tử cấu tạo vị trí nào? cân nút mạng, xen nút mạng, vị trí nút mạng ( ô trống)  Các sai sót mức nguyên tử (ion)  Sai Sai sót điểm sót gì? 4.1.1 Các loại sai sót điểm cấu trúc tinh thể  Sai sót Frenkel: Nguyên tử dời khỏi vị trí nút mạng, xen vào ô mạng, để lại ô trống vị trí nút mạng  Sai sót Schottky: Nguyên tử dời khỏi tinh thể, để lại ô trống nút mạng 4.1.2 Cơ chế khuếch tán chất rắn  Sai sót cấu trúc  khuếch tán tinh thể  Gồm: Khuếch tán phần tử cấu tạo, khuếch tán ô trống  Tinh thể thực: tồn ô trống, phần tử cấu tạo có xu hướng tự chuyển vào lấp đầy ô trống đó tạo ô trống mới chuyển dịch ô trống ngược chiều chuyển dịch nguyên tử  trình tự khuếch tán 4.1.3 Dung dịch rắn hợp chất hóa học Dung dịch rắn Có ba loại: DD rắn lẫn, rắn thế, rắn thiếu - DD rắn ? Các phần tử cấu tử khác loại thay vào vị trí nút mạng cấu tử xét - DD rắn lẫn ? Các phần tử khác xen lẫn vào vị trí nút mạng - DD rắn thiếu ? Vị trí nút mạng ô trống 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế Kết khối sản phẩm đất sét nung  Phân hủy nước liên kết hóa học biến đổi thù hình xảy nhiệt độ nào?? - Nhiệt độ : 400 - 6000C - Phân hủy lượng nước liên kết hóa học khoáng sét (Phản ứng nước viết theo kaolinite Al2O3.2SiO2.2H2O  Al2O3.2SiO2 + 2H2O) - Ở 5730C biến đổi thù hình SiO2 β_quartz α_quartz 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế  Tạo khối ceramic Kết khối sản phẩm đất sét nung - Mất nước hóa học ĐS trạng thái vô định hình - 950 – 10000C, tạo cấu trúc tinh thể (ban đầu tinh thể nhỏ) - Khi hàm lượng Fe2O3 cao nung 1100 – 11500C, pha lỏng nhiều lấp kín lỗ xốp, độ xốp sản phẩm nhỏ, không hút nước - Khoảng 12500C, pha lỏng đủ lớn để tinh thể kết tinh hình kim ( mullite) - Nhiệt độ cao quá, pha lỏng nhiều  biến dạng sản phẩm 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế Kết khối sản phẩm sứ Hàm lượng pha lỏng sản phẩm sứ lớn ( 70 – 80%) Nhiệt độ nung cao tinh thể mullit kết tinh nhiều Năm giai đoạn: Quá trình pha rắn ( 30 – 11500C) Tạo pha lỏng tràng thạch chảy(1150 – 12000C) Phản ứng pha lỏng (1250 – 13000C) Quá trình kết tinh (1250 – 14000C) Quá trình lưu nhiệt(1350 – 14500C) 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế Kết khối sản phẩm sứ Quá trình pha rắn ( 30 – 11500C): • Từ lúc bắt đầu  tràng thạch chảy • Biến đổi lý hóa SP đất sét nung • Có thêm phản ứng phụ: oxh –khử, phân hủy muối cacbonat, sunfat… 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế Kết khối sản phẩm sứ Tạo pha lỏng tràng thạch chảy(1150 – 12000C) • Tràng thạch chảy  lượng pha lỏng tăng • Phản ứng pha lỏng pha rắn • Pha lỏng thấm ướt hạt chảy tràn lấp kín lỗ xốp hệ 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế Kết khối sản phẩm sứ Phản ứng pha lỏng (1250 – 13000C) • Phản ứng hòa tan pha rắn vào pha lỏng • Sản phẩm phân hủy khoáng sét phản ứng nhanh • Hạt cát hòa tan chậm vòng giàu pha lỏng bao quanh hạt cát (nhẫn silic) • Mullit hình kim tạo thành rõ • Vật co ngót mạnh, độ xốp giảm, bền tăng 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế Kết khối sản phẩm sứ Quá trình kết tinh (1250 – 14000C): • SiO2 tan tăng tính axit pha lỏng, tinh thể mullit nguyên sinh tan nhiều • Khi bão hòa Al3+ pha lỏng tinh thể mullit thứ sinh kết tinh nhiều • Độ nhớt pha lỏng giảm, độ xốp vật nung giảm, mật độ vật nung tăng 4.4.1 Kết khối sản phẩm silicat thực tế Quá trình lưu nhiệt(1350 14500C): • Quá trình khuếch tán tăng mạnh Kết khối sản phẩm sứ – • Phân bố pha tinh thể đồng đều, tính đồng vật liệu tăng • Mullit hình kim kết tinh nhiều • Tinh thể quartz giảm kích thước mạnh tan vào pha lỏng • Không hình thành pha tinh thể • Hàm lượng pha lỏng tăng, khoảng nhiệt độ nung giới hạn sp sứ • Nhiệt độ nung cao nữa Sản phẩm bị méo 4.4.2 Kết khối clinker xi măng Pooc lăng Bạn biết xi măng pooc lăng? Quá trình nung kết khối clinker tạo khoáng cần thiết với hàm lượng thích hợp Hai giai đoạn: Giai đoạn đầu biến đổi pha rắn, sau biến đổi pha lỏng 4.4.2 Kết khối clinker xi măng Pooc lăng Khi phân hủy Các giai đoạn trình kết khối hợp chất có hoạt tính cao, trình clinker: khuếch tán lẫn vào - Sấy ô trống mạng - nước hóa học (tại vị trí trước - Biến đổi thù hình H2O, OH-, CO2) quartz Sắp xếp lại mạng tinh - CaCO3 phân hủy thể, tạo hợp chất 4.4.2 Kết khối clinker xi măng Pooc lăng - Lượng pha lỏng cần thiết 20 -30%  chế kết khối pha lỏng - Pha khí đóng vai trò quan trọng nhiệt độ 1400 -15000C Nhiệt độ giảm mức bão hòa pha lỏng tăng các tinh thể kết tinh Pha lỏng bão hòa phần không kết tinh  tạo tâm kết tinh tạo pha thủy tinh  phát triển tinh thể từ sản phẩm clinker nguội pha lỏng 4.4.3 Kết khối oxit nguyên chất - Là kết khối pha rắn - Nhóm sứ không chứa thủy tinh - Ít thấy gốm dân dụng Sản phẩm gồm: - Gạch chịu lửa silic (SiO2 >95%) - Các vật liệu từ oxit tinh khiết như: Al2O3 , ZrO2, TiO2… - Các sản phẩm từ bột kim loại - Gốm không oxy… CÔNG NGHỆ CHUNG  BỘT TẠO HÌNH NUNG KẾT KHỐI SẢN PHẨM  Đặc trưng oxit nhôm kết khối α - Al2O3 4.4.3 Kết khối oxit nguyên chất Oxit nhôm kết khối α Al2O3 Tính chất thể nhiệt độ cao: - Độ cứng (9) - Độ bền - Cách điện - Hệ số dẫn nhiệt cao Thuyết Griffit Cơ chế phá hủy vật liệu? 1- Hình thành vết nứt 2- Vết nứt phát triển: kích thước vết nứt tăng dần tác dụng ngoại lực 3- Phá hủy vật liệu: vết nứt liên thông, vật liệu bị phá hủy [...]... các sản phẩm silicat trong thực tế Kết khối sản phẩm đất sét nung Sản phẩm đất sét khi nung sẽ xảy ra những giai đoạn nào? - Sấy - Đốt nóng - Phân hủy nước liên kết hóa học và biến đổi thù hình - Tạo khối ceramic 4.4.1 Kết khối các sản phẩm silicat trong thực tế Kết khối sản phẩm đất sét nung  Giai đoạn sấy: Q trình nào sẽ xảy ra? - Q trình thốt nước vật lý,