Đồ án chuyên ngành I

MỤC LỤC

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN..........................................................................................4
1.1.

Nhôm hidroxit.......................................................................................................4

1.1.2.Nhôm hidroxid dạng Bayerit..............................................................................5
1.1.1.3. Nhôm tri hidroxit dạng Nordstrandit..............................................................6
1.2. Động học q trình hịa tan nhơm hidroxit...............................................................7
1.3. Các phương pháp điều chế nhôm hydroxit...............................................................8
1.3.1. Phương pháp kết tủa..........................................................................................8
1.3.2. Phương pháp điều chế thủy nhiệt theo chu trình Bayer.....................................8
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........................................................10
2.1. Hóa chất và dụng cụ...............................................................................................10
2.1.1. Hóa chất...........................................................................................................10
2.1.2. Dụng cụ...........................................................................................................10
2.1.3 Pha hóa chất......................................................................................................10
2.2. Các phương pháp phân tích đặc trưng cấu trúc của vật liệu...................................10
2.2.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM...........................................................11
2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).................................................................12
2.2.3. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng EDX......................................................14
2.2.4. Phương pháp phân tích nhiệt TG....................................................................15
2.2.5.Phân tích xác định nồng độ nhơm trong dung dịch sau hịa tách nhơm hydroxit
...................................................................................................................................15
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.....................................18
3.1. Thành phần của bột nhôm hydroxit ban đầu..........................................................18

3.2. Nghiên cứu làm sạch Al(OH)3...............................................................................18
3.3. Nghiên cứu q trình hịa tách Al(OH)3.................................................................18
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng...................................................................18
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách..........................................19
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 1


Đồ án chuyên ngành I

Hình 3.1. Quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất hòa tách................................................20
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit............................................................................20
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất hịa tách....................................20
Hình 3.2. Quan hệ giữa nồng độ axit và hiệu suất hòa tách.........................................21
3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng..................................................................21
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất hịa tách....................................22
Hình 3.3. Quan hệ giữa nồng độ axit và hiệu suất hòa tách.........................................22
KẾT LUẬN.................................................................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................24

MỞ ĐẦU
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 2


Đồ án chuyên ngành I


Nhôm là nguyên tố phổ biến nhất trên vỏ trái đất, chiếm 8% khối lượng rắn của vỏ
trái đất, chủ yếu trong quặng boxit và được sản xuất ra dưới dạng Al(OH)3 .Nhơm là
dịng kim loại phổ biến thứ 4 trên thế giới ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống
thường nhật cũng như trong sản xuất công nghiệp.Từ xa xưa, các hợp chất của nhôm
luôn được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực sản xuất vật liệu, nhưng chỉ sử dụng ở
những vật liệu tầm trung mà không sử dụng hết các ưu thế của vật liệu nhôm. Thời kỳ
4.0 lên ngôi mọi thứ được chuyên nghiệp hóa hiện đại hóa mạnh mẽ kéo theo vai trị
của nhơm cũng được nâng cao hơn nữa và đòi hỏi những vật liệu mới ra đời cao cấp
hơn, tinh khiết hơn… Tận dụng từ nguồn nguyên liệu dồi dào Al(OH)3 thơ sẵn có, từ đó
chúng ta có thể nghiên cứu tinh chế ra nhơm sạch hơn. Vì vậy nên em chọn đề tài “
Nghiên cứu tinh chế hydroxit nhôm ”.
Nôi dung nghiên cứu của em gồm:
- Tinh chế bột nhơm hydroxit thơ
- Hịa tách bột nhơm hydroxit tạo dung dịch muối
Để hoàn thành được đề tài nghiên cứu này, em xin gửi lời cảm ơn và biết ơn sâu
sắc tới thầy TS.Nguyễn Quang Bắc, người đã giao đề tài, trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi
điều kiện giúp đỡ em hồn thành đề tài.
Trong q trình nghiên cứu khơng tránh khỏi những bế tắc và thiếu sót của bản
thân em, em mong thầy có thể cho em thêm những ý kiến để giúp đề tài nghiên cứu của
em hoàn thiện hơn và định hướng nghiên cứu tiếp trong tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 3


Đồ án chuyên ngành I


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.Nhôm hidroxit
Nhôm hidroxit là một sản phẩm cơng nghiệp, từ nhơm hidroxit có thể sản xuất ra
kim loại ở dạng siêu tinh khiết, sản xuất gốm sứ cao cấp, các loại thuốc, các chất hấp phụ
và xúc tác.
Theo cấu trúc, nhôm hidroxit được phân ra thành hai loại: nhôm trihidroxit
Al(OH)3 và nhôm mônô hidroxit AlO(OH).
Nhơm hidroxit có ba dạng thù hình:
- Gibbsit******
- Bayerit
- Nordstrandit.
1.1.1.Nhôm hidroxit dạng Gibbsit
Gibbsit là một dạng nhôm hidroxid quan trọng nhất trong thành phần cơ bản của
bôxit, đồng thời cũng là sản phẩm trung gian của quá trình sản xuất nhôm từ bôxit.
Sục CO2 vào dung dịch natri aluminat ở điều kiện nhiệt độ và pH thích hợp ( ngun
liệu ban đầu có thể là phèn nhơm Al2(SO4)3.18H2O và nhơm kim loại) sẽ thu được
gibbsit.
Gibbsit có cơng thức: Al2O3.3H2O = 2Al(OH)3
Tinh thể Gibbsit có cấu trúc lớp, trong đó mỗi một lớp bao gồm 2 phiến từ các ion OHnằm trên mặt phẳng song song (001), ở giữa chúng là các phiến của ion nhơm. Do có sự
bố trí trên cùng một mặt phẳng (001) nên hình thành mạng lưới lục giác, tạo thành bởi
các nhóm OH-. Ion nhơm nằm ở trung tâm hình lục giác.
Trong mạng tinh thể của Gibbsit các ion nhơm chỉ có trong 2/3 số thể tích lục giác. Mỗi
một sự lấp đầy hình lục giác trong khơng gian có một số sai lệch so với cấu trúc bát diện
hoàn hảo. Các bát diện nối với nhau bằng các đỉnh chung vào một vòng gồm 6 mặt với
thành phần [Al(OH)6 ]3-. Cấu trúc mạng tinh thể Gibbsit gồm 3 lớp từ tập hợp các vòng và
các nhóm hiđrơxit. Trong 3 lớp, ion OH- của lớp này nằm đối diện với lớp kia. Giữa các
lớp được nối với nhau bằng liên kết OH. Trong mạng lƣới tinh thể của Gibbsit xuất hiện
các tinh thể bó chặt trong các vòng từ các bát diện [Al(OH)6 ]3- .


Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 4


Đồ án chuyên ngành I

1.1.2.Nhôm hidroxid dạng Bayerit
Bayerit là một khoáng chất chủ yếu được điều chế nhân tạo. Các phương pháp
điều chế Bayerit: Từ dung dịch muối nhôm khi pH= 10,0- 11,5. Sục CO2 vào dung dịch
aluminat có nồng độ đến 200g/lít Al2O3 trong điều kiện nhiệt độ phịng.
Tự phân hủy dung dịch aluminat khơng có mầm tinh thể trong điều kiện nhiệt độ phịng.
Khi thủy phân nhơm hỗn hống hóa trong nước dẫn điện ở điều kiện nhiệt độ phòng.
Chế biến thủy nhiệt Gibbisit trong nồi áp lực, dưới áp lực của khơng khí hoặc CO2 ở nhiệt
độ 100-105oC.
Thành phần hóa học của Bayerit cũng giống như Gibbsit: Al(OH)3.
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 5


Đồ án chuyên ngành I

Bayerit cũng như Gibbsit, có cấu trúc với 3 lớp và kết tinh ở hệ lục giác.
Trong cấu trúc Bayerit, các nguyên tử của lớp thứ ba phân bố trên các nguyên tử của lớp
thứ nhất giống như trong mạng tinh thể của oxit titan.
Một số tài liệu khẳng định rằng, Bayerit có đồng thời nhiều mối liên hệ với cấu tạo
Gibbsit. Tuy vậy lớp bát diện trong cấu trúc tinh thể của Bayerit phân bố khác trong

Gibbsit. Trong cấu trúc Bayerit 1/3 thể tích của bát diện do cation Al3+ chiếm, cịn lại 1/3
là ơ trống.

1.1.1.3. Nhôm tri hidroxit dạng Nordstrandit
Nordstrandit được Van Nordstrandit cùng với một số tác giả khác phát hiện ra.
Ngày nay, có rất nhiều phương pháp điều chế Nordstrandit tinh khiết. Trong mọi phương
pháp điều chế Nordstrandit đều thu được nhôm hiđrơxit dạng gel, bằng cách bão hịa với
sự có mặt của các tác nhân tạo chelat như: etylen diamin, etylenglycol,…
Trộn NH3 vào dung dịch nitrat nhôm thu được sản phẩm ở dạng huyền phù bằng
etylendiamin 70% ở 58oC trong 60 ngày. Sau đó, đem sản phẩm đi lọc rửa bằng nước cất,
sấy ở 50oC thu được Nordstrandit tinh khiết hoặc cho dung dịch amoniac có pH= 7- 9 tác
dụng với muối nhơm ở nhiệt độ phịng. Sau phản ứng thu lấy kết tủa, rửa bằng nước cất
và tẩm bằng diamin alkilen. Sản phẩm đem đi ủ ở 60o C trong 10-60 ngày. Hoặc cho NH3

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 6


Đồ án chuyên ngành I

tác dụng với nitrat nhôm, thu được thể gel. Đem hỗn hợp tạo thành đi ngâm trong dung
dịch EDTA ở nhiệt độ phòng trong 49 ngày.
Nordstrandit có cơng thức: Al(OH)3
Nordstrandit có nhiều dạng tinh thể khác nhau: dạng phiến, dạng vẩy. Tinh thể
Nordstrandit khác biệt so với tinh thể Gibbsit là do sự vắng mặt của ion kim loại trong
mạng lưới tinh thể.
Nordstrandit cũng như Bayerit và Gibbsit có cấu trúc lớp. Cấu trúc tinh thể của
Nordstrandit chiếu trên mặt phẳng( Hình 1.7).

Độ lớn các liên kết trong Nordstrandit.

1.2. Động học q trình hịa tan nhơm hidroxit
Q trình hịa tan nhơm hiđrơxit trong axit là q trình dị thể. Phản ứng hóa học
thường chỉ là một trong những giai đoạn của quá trình chuyển pha và được diễn ra trong
thể tích một pha cịn chất kia ở pha khác khuếch tán tới.
Khả năng phản ứng của Al(OH)3 với axit có liên quan tới cấu trúc và trạng thái
năng lượng của các hạt trong mạng tinh thể. Các chất có nhiều dạng thù hình khác nhau
thì khả năng phản ứng cũng khác nhau. Trong trạng thái kết tinh của hạt rắn có các chỗ
khuyết tật, ở vị trí khuyết tật thì khả năng phản ứng cao hơn so với vị trí khác, nếu nồng
độ khuyết tật tăng thì khả năng phản ứng tăng. Mật độ khuyết tật có thể tăng bằng cách
tăng nhiệt độ. Mặt khác, khi số hạt ở các cạnh và đỉnh tinh thể tăng thì khả năng phản ứng
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 7


Đồ án chuyên ngành I

cũng tăng vì vậy cần phải tăng độ mịn của tinh thể. Từ các cơng trình nghiên cứu động
học q trình hịa tan đã đưa ra một số mơ hình động học cho phản ứng. Đối với q trình
hịa tan Al(OH)3 hồn tồn có thể dựa vào các mơ hình đó để giải quyết các vấn đề về
động học.
Tốc độ hịa tan Al(OH)3 được tính bằng lượng chất chuyển vào dung dịch sau sau
một đơn vị thời gian
Các yếu tố ảnh hưởng đến động học quá trình là: độ mịn và bản chất hạt rắn, tốc
độ khuấy trộn, nhiệt độ phản ứng, tiêu chuẩn và nồng độ axit.
Q trình hịa tan gồm nhiều giai đoạn nối tiếp nhau. Nên các yếu tố trên ảnh
hưởng rất nhiều tới quá trình phân hủy.

-

Chuyển chất từ vùng khác đến vùng phản ứng

-

Biến đổi hóa học tại vùng phản ứng

-

Chuyển sản phẩm ra khỏi vùng phản ứng

1.3. Các phương pháp điều chế nhôm hydroxit
1.3.1. Phương pháp kết tủa
Gồm 2 phương pháp sau:
Phương pháp acid
Phương pháp này đi từ tác chất ban đầu là dung dịch acid và dung dịch aluminat theo tỉ lệ
phù hợp. Acid thường dùng là H2SO4 hay HNO3. Tùy theo pH của môi trường phản ứng
mà ta thu được nhơm hydroxid có các dạng thù hình khác nhau.
[Al(OH)4] - + H+ → Al(OH) ↓ + H O
3

2

[Al(OH)4] - + H+ → AlOOH↓ + 2 H2O
Phương pháp base
Phương pháp này đi từ tác chất ban đầu là dung dịch muối nhôm sulfat, nitrat, … và dung
dịch base theo tỉ lệ phù hợp. Tùy theo pH của môi trường phản ứng mà ta thu được nhơm
hydroxid có các dạng thù hình khác nhau.
Al3+ + 3OH - → Al(OH)3↓

Al3+ + 3OH - → AlOOH↓ + H2O
1.3.2. Phương pháp điều chế thủy nhiệt theo chu trình Bayer
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 8


Đồ án chuyên ngành I

Chu trình Bayer gồm 3 giai đoạn: nấu chảy, lọc gạn, kết tủa.
Giai đoạn nấu chảy
Quặng bauxite được nghiền và hòa tan bằng dung dịch NaOH, sau đó được bơm vào
thùng, sau đó đun nóng ở áp suất cao. Dung dịch NaOH phản ứng với khoáng nhơm
bauxite tạo thành dung dịch natri aluminat bão hịa, phần cặn không tan được gọi là bùn
đỏ, tồn tại dạng huyền phù và sẽ được lọc bỏ trong quá trình lọc gạn.
Giai đoạn lọc gạn
Sau khi nấu chảy, hỗn hợp được đưa qua một chuỗi các thùng giảm áp để đạt được áp
suất cân bằng với áp suất khí quyển. Sau khi loại bỏ bùn đỏ không tan khỏi dung dịch
aluminat, dung dịch lọc được làm lạnh để tăng độ quá bão hoà và được bơm vào thiết bị
kết tủa.
Giai đoạn kết tủa Một lượng mầm tinh thể gibbsite mịn được cho vào dung dịch để đẩy
nhanh quá trình kết tinh. Các tinh thể mầm có ái lực với những tinh thể khác và hình
thành nên những khối kết tụ. Sản phẩm được lọc và rửa sạch để loại bỏ hết kiềm.

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 9



Đồ án chuyên ngành I

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và dụng cụ
2.1.1. Hóa chất
- Bột nhơm hydroxit
- Axit H2SO4 90%
- NaOH tinh thể, 96%
- Dung dịch axit axetic CH3COOH, 99,5%
-Kẽm sunfat ZnSO4 tinh thể, 98%
-Tinh thể EDTA, tinh thể xylen da cam
2.1.2. Dụng cụ
- Cân phân tích
- Tủ sấy
- Bom thủy nhiệt
- Các dụng cụ thủy tinh: cốc chịu nhiệt, đũa khuấy, nhiệt kế,…
2.1.3 Pha hóa chất
Pha dung dịch EDTA từ EDTA tinh thể.
Cân 37,22g tinh thể EDTA (phân tử khối 372,2), rồi cho vào cốc đong 900 ml, thêm
nước cất và hòa tan sơ bộ. Đun cách thủy cho tan hết tinh thể cho đến khi dung dịch trong
suốt thì rót vào bình định mức 1000 ml, lắc đều. Cuối cùng bổ sung nước cất và định mức
đúng 1000 ml, ta thu được CEDTA = 0,1N.
Pha dung dịch Zn2+ 0,1N.
Cân 28.7g ZnSO4 sau đó thêm 1ml axit H2 SO4 nồng độ 98% rồi rót nước cất hịa tan sơ
bộ, đổ vào bình định mức 1000 ml. Cuối cùng bổ sung nước cất và định mức đúng 1000
ml. Ta thu được CZn2+ = 0,1N.
Pha dung dịch đệm axetat với pH 5-6.
Cân 40g NaOH tinh thể rồi hòa tan sơ bộ với nước cất. Sau khi đã hòa tan NaOH tinh
thể, tiếp tục cho 78ml axit CH3COOH tinh khiết rồi rót từ từ vào dung dịch NaOH ở trên.

Cuối cùng định mức dung dịch 1000 ml để thu được dung dịch đệm cần pha.
2.2. Các phương pháp phân tích đặc trưng cấu trúc của vật liệu
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 10


Đồ án chuyên ngành I

2.2.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM
Hiện nay, kính hiển vi điện tử quét đang được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên
cứu ảnh vi hình thái bề mặt mẫu. Độ khuếch đại của kính hiển vi điện tử qt thơng
thường từ vài chục ngàn lần đến vài trăm nghìn lần, năng suất phân giải phụ thuộc vào
đường kính của chùm tia chiếu hội tụ trên mẫu.
Nguyên lý hoạt động: một chùm tia điện tử đi qua các thấu kính điện tử từ hội tụ
tại một diện tích rất nhỏ chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu. Nhiều hiệu ứng xảy ra khi các
hạt điện tử của chùm tia va chạm với các nguyên tử ở bề mặt vật rắn. Từ điểm ở bề mặt
mà điện tử chiếu đến, có nhiều hạt và nhiều loại tia phát ra trong đó có điện tử thứ cấp.
Số điện tử thứ cấp phát ra phụ thuộc độ lồi lõm ở bề mặt mẫu, số điện tử tán xạ ngược
phát ra phụ thuộc nguyên tử Z, bước sóng tia X phát ra phụ thuộc nguyên tử ở mẫu là
nguyên tử nào... Cho chùm điện tử quét trên mẫu và quét một cách đồng bộ một tia điện
tử trên màn hình của đèn hình, thu và khuếch đại một loại tín hiệu nào đó từ mẫu phát ra
để làm thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình, ta có được ảnh.
Độ phóng đại của hiển vi điện tử quét thông thường là từ vài nghìn lần đến vài
trăm nghìn lần, năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kính của chùm tia điện tử tiêu
tụ chiếu lên mẫu. Với súng điện tử thông thường (sợi đốt là dây vônfram uốn chữ V)
năng suất phân giải là 5 nm đối với kiểu ảnh điện tử thứ cấp. Như vậy chỉ thấy được
những chi tiết thô trong công nghệ nano. Những hiển vi điện tử quét loại tốt có súng điện
từ chiếu vào mẫu nhỏ hơn 0,2nm, có thể lắp theo bộ nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược nhờ đó

quan sát được những hạt cỡ 1nm và theo dõi được các sắp xếp nguyên tử trong từng hạt
nano đó.
Kính hiển vi điện tử qt có ưu điểm nổi bật là mẫu nghiên cứu có thể đưa trực tiếp vào
thiết bị mà không cần qua bất cứ một sự gia cơng nào. Điều đó đảm bảo giữ ngun trạng
của mẫu. Nói cách khác là mẫu khơng bị phá hủy. Tuy nhiên kính hiển vi điện tử qt chỉ
là cơng cụ để nghiên cứu hình thái bề mặt của vật liệu. Hơn nữa độ phân giải bị hạn chế
bởi khả năng hội tụ chùm tia điện tử. Với các mẫu bột việc sử dụng SEM là rất khó khăn.
Lý thuyết cũng như thực nghiệm cho thấy độ phân giải của hiển vi điện tử quét kém thua
một bậc so với kính hiển vi điện tử quét truyền qua.
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 11


Đồ án chuyên ngành I

Nguyên lý phân tích SEM
2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Dùng phương pháp nhiễu xạ tia X người ta có thể xác định các khống có mặt
trong mẫu và nhận dạng pha tinh thể có trong mẫu, phân biệt được các dạng kết tinh khác
nhau của cùng một chất mà không phá hủy mẫu, chỉ cần lượng mẫu ít, phân tích nhanh,
q trình phân tích dễ thực hiện.
Nguyên tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các
nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy luật xác định. Khi
chùm tia Rơnghen tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng
lưới này đóng vai trị như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích
bởi chùm tia X tới sẽ tạo thành các tâm phát ra các tia phản xạ.

Nguyễn Thị Thu Uyễn

20164594

Page 12


Đồ án chuyên ngành I

Nguyên lý phân tích XRD
Theo điều kiện giao thoa, để các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng cùng pha thì hiệu
quang lộ phải bằng số nguyên lần độ dài bước sóng, do đó:
2dsinθ = n.λ
Trong đó:
λ - là bước sóng của tia X.
n =1, 2, 3...
Đây là hệ thức Vufl- Bragg, là phương trình cơ bản để nghiên cứu cấu trúc mạng
tinh thể. Căn cứ vào các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ, tìm được 2θ. Từ đó suy ra d theo
hệ thức Vufl- Bragg. So sánh giá trị d tìm được với d chuẩn sẽ xác định được thành phần
cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu. Vì vậy, phương pháp này được sử dụng
rộng rãi trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật chất.
Ngoài ra, phương pháp nhiễu xạ tia X cịn sử dụng để tính tốn kích thước gần
đúng của tinh thể. Dựa vào kết quả chỉ ra ở giản đồ nhiễu xạ tia X, ta có thể tính được
kích thước hạt tinh thể theo phương trình Scherrer:
D=

0,89× λ
β × cosθ

Trong đó:
D: kích thước tinh thể trung bình với họ mặt mạng (hkl)
λ: bước sóng, đo bằng cuvet đồng có λ = 0,154 nm

β: độ bán rộng pic cực đại
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 13


Đồ án chuyên ngành I

θ: góc nhiễu xạ
2.2.3. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng EDX
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử, ảnh ghi cấu
trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương
tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm
xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên
tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử
số Z của nguyên tử theo định luật Mosley.
Có nghĩa là tần số X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong
chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ có thơng tin về các ngun tố hóa
học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các ngun tố này.
Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu là được phát triển trong các kính
hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện tử có năng
lượng cao và được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện tử. Phổ tia X phát ra sẽ có tần số
(năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phân tích nhờ phổ kể tán sắc
năng lượng do đó ghi nhận thơng tin về các ngun tố cũng như thành phần. Kỹ thuật
EDX được phát triển từ những năm 1960 và thiết bị thương phẩm xuất hiện vào những
năm 1970 với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li hoặc Ge.
Kỹ thuật ghi nhận và độ chính xác của EDX:
Tia X phát ra từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) sẽ có năng lượng biến
thiên trong dải rộng, sẽ được đưa đến hệ tán sắc và ghi nhận (năng lượng) nhờ detector

dịch chuyển được làm lạnh bằng Nito lỏng, là một con chip nhỏ tạo ra điện tử thứ cấp do
tương tác với tia X, rồi được lái vào một anot nhỏ. Cường độ tia X tỉ lệ với phần nguyên
tố có mặt trong mẫu phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và
độ nhạy của detector (vùng hoạt động tích cực của detector).
Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm, thông thường ghi nhận được
sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên. Tuy nhiên EDX không hiệu quả
với các nguyên tố nhẹ như B, C, H,… và thường xuất hiện hiệu ứng chồng chập các đỉnh
tia X của các nguyên tố khác nhau.
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 14


Đồ án chuyên ngành I

Nguyên lý phân tích EDX
2.2.4. Phương pháp phân tích nhiệt TG
Phương pháp này sử dụng rất phổ biến trong nghiên cứu vật liệu. Các quá trình
xảy ra trong hệ hóa học bao gồm phản ứng hóa học, quá trình mất nước, quá trình kết
tinh, quá trình chuyển pha… đều xảy ra kèm theo hiệu ứng nhiệt (hiệu ứng thu nhiệt hay
tỏa nhiệt).
Nguyên lí chung: khi đốt nóng mẫu sẽ xảy ra những biến đổi về khối lượng, thành
phần, cấu trúc và có thể xảy ra một hay nhiều phản ứng hoá học giữa các thành phần, các
nguyên tố trong mẫu ở một nhiệt độ nào đó. Khi những biến đổi đó xảy ra thường kèm
theo các hiệu ứng thu nhiệt hay toả nhiệt. Tất cả những hiệu ứng trên được xác định và
ghi trên các giản đồ. Kết quả ghi trên giản đồ nhiệt cùng với các phương pháp phân tích,
khảo sát khác sẽ giúp ta rút ra được những kết luận bổ ích về sự biến đổi của mẫu theo
nhiệt độ đốt nóng chúng.
Ba kĩ thuật phân tích nhiệt được dùng phổ biến đó là:

TG: phân tích nhiệt khối lượng, cho biết sự biến đổi khối lượng của mẫu theo
nhiệt độ hoặc thời gian khảo sát.
DTA: phân tích nhiệt vi sai, đo sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu nghiên cứu và
mẫu so sánh theo nhiệt độ và thời gian, cho biết hiệu ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt xảy ra.
DSC: Phép đo nhiệt lượng quét vi sai, đo dòng nhiệt của mẫu theo thời gian hoặc
nhiệt độ, cho biết giá trị hiệu ứng nhiệt
2.2.5.Phân tích xác định nồng độ nhơm trong dung dịch sau hịa tách nhơm hydroxit
Để xác định hàm lượng nhơm có trong dung dịch dùng phương pháp chuẩn độ ngược
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 15


Đồ án chuyên ngành I

complexon.
Cơ sở phương pháp
Trong môi trường axit yếu việc định phân xác định nhôm bằng EDTA gặp khó khăn
do phức hydroxit của nhơm tác dụng với EDTA rất chậm. Nên chuẩn độ nhôm bằng
EDTA dùng phép chuẩn độ lượng dư (phương pháp chuẩn độ ngược).
Cho một lượng dư EDTA có nồng độ xác định vào dung dịch sau khi hịa tách tách nhơm
hydroxit . Đun nóng dung dịch đến nhiệt độ 80 -90°C để phản ứng xảy ra hồn tồn, sau
đó lượng EDTA dư được chuẩn bằng dung dịch muối Zn2+ có nồng độ xác định ở pH = 5
- 6, chỉ thị là xylen da cam, màuchuyển từ vàng chanh sang hồng .
Các phản ứng xảy ra khi chuẩn độ:
Al3+ + H2Y2- = A1Y- + 2H+
Zn2+ + H2Y2- dư = ZnY2- + 2H+
Zn+2 dư + xylen da cam → phức màu đỏ.
Cách tiến hành:

Cân 5g nhôm hydroxit đã rửa sạch, sấy khô và lượng axit đã tính tốn cho vào bom thủy
nhiệt. Đặt bom thủy nhiệt chứa mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ xác định. Đạt thời gian yêu cầu,
lấy mẫu ra lọc rửa thu được dung dịch, đem toàn bộ dung dịch định mức trong bình định
mức 1 lít bằng nước cất. Dùng pipet hút chính xác 5 ml dung dịch từ bình định mức cho
vào bình tam giác 100ml. Cho chính xác 10ml dung dịch EDTA 0.1N vào bình tam giác.
Lắc đều và đun sôi nhẹ dung dịch đến 80-90°C để quá trình phản ứng xảy ra hồn tồn.
Sau đó làm nguội, thêm dung dịch đệm axetatcó pH= 5-6 và 1-2 giọt chỉ thị xylen da
cam. Chuẩn độ bằng dung dịch Zn2+cho đến khi dung dịch trên chuyển từ màu vàng
chanh sang màu hồng tím. Ghi lại thể tích V Zn2+ tiêu tốn.
Tính tốn kết quả theo cơng thức:
C

=(VEDTA*CEDTA-VZn2+*CZn2+) / Vmẫu

Al3+

mAl(OH)3=CAl3+×78
%

=mAl(OH)3 bị hịa tách / mAl(OH)3 ban đầu

hịa tách

Trong đó:

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 16



Đồ án chuyên ngành I

CAl3+: Nồng độ mol Al3+ có trong mẫu, M.
VEDTA: Thể tích EDTA, ml.
CEDTA: Nồng độ EDTA, M.
VZn2+: Thể tích Zn2+ tiêu tốn, ml.
Vmẫu : Thể tích mẫu hút, ml.

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 17


Đồ án chuyên ngành I

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần của bột nhôm hydroxit ban đầu
Mẫu nhơm hydroxit có chứa tạp chất kiềm, sắt, silic.
Kiềm có trong bột nhơm có thể ở dạng bazo hoặc muối và tan trong nước nên có thể sử
dụng nước cất hoặc axit rất loãng để rửa sạch loại bỏ kiềm.
3.2. Nghiên cứu làm sạch Al(OH)3
Trong nghiên cứu này lựa chọn phương án nghiên cứu là dùng nước để rửa trước,
sau đó sử dụng axit lỗng để rửa.
Sử dụng axit H 2SO4 loãng nồng độ 10% để rửa. Ngâm bột nhôm hydroxit trong
axit sunfuric 10% , thi thoảng khuấy đều. Sau 24h gạn bỏ phần dung dịch, sau lại thực
hiện quá trình trên 3 đến 4 lần.
3.3. Nghiên cứu quá trình hịa tách Al(OH)3
Bột nhơm hydroxit sau khi làm sạch tiến hành hịa trong axit tạo muối nhơm.

Trong nghiên cứu này sử dụng axit H2SO4 làm tác nhân hòa tách.
Các yếu tố khảo sát:
- Nhiệt độ phản ứng
- Nồng độ axit
- Thời gian hịa tách
Tính tốn lượng axit H2SO4 cần để phản ứng với Al(OH)

3

2Al(OH) + 3H SO = Al (SO ) + 6H O
3

2

4

2

4 3

2

Cần 9.42g H2SO4 để phản ứng hết với 5g Al(OH)
Thể tích dung dịch H2SO4 90% là 5.82ml

3

Do bột nhơm hydroxit thương mại khá trơ hóa học nên cần nghiền mịn, tăng bề
mặt riêng trước khi hòa tách.
Lấy dư 15% axit H2SO4.

3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Do bột nhôm hydroxit thương mại rất trơ trong axit và kiềm nên cần gia nhiệt để
có thể tan trong axit

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 18


Đồ án chuyên ngành I

Axit H2SO4 trên 26.12% phản ứng với nhơm hydroxit sẽ tạo dung dịch bão hịa
muối nhơm nên sử dụng axit nồng độ loãng để phản ứng, với 47.5ml H 2SO4 nồng độ 20%
như tính tốn.
Tiến hành khảo sát ở các nhiệt độ 110, 120, 130, 140 và 150 oC
Cân 5g bột nhôm hydroxit đã làm sạch, nghiền mịn vào bom thủy nhiệt, thêm
45.5ml H2SO4 20%. Đặt bom thủy nhiệt vào tủ sấy trong 1.5h. Kết thúc quá trình đem
lọc, rửa 2-3 lần thu được dung dịch muối (M) và bã rắn nhôm hydroxit chưa phản ứng
hết.
Phần dung dịch muối đem chuẩn độ lượng axit dư và xác định nồng độ Al3+ suy ra lượng
nhôm hydroxit đã bị hịa tách.
Kết quả hịa nhơm hydroxit thu được ở bảng sau:
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hịa tách
Nhiệt độ ( C)
110
120
130
140
Thể tích dung dịch

8.9
8.5
8.2
8

150
7.9

Zn2+ tiêu hao (ml)
Khối lượng Al(OH)3

1.72

2.34

2.81

3.12

3.28

(g)
Hiệu suất (%)

34.32

46.8

56.2


62.4

65.52

o

Từ bảng 3.1 xây dựng đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất hòa tách:

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 19


Đồ án chuyên ngành I

70

Nhiệt độ
62.2

60

65.52

56.2

50

46.8


40
30

34.32

20
10
0
110

120

130

140

150

Hình 3.1. Quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất hòa tách
Từ kết quả trên ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất hòa tách, khi nhiệt độ
tăng thì hiệu suất hịa tăng. Do nhiệt độ tăng độ linh động của H+ tăng dễ dàng phản ứng
hơn.
Lựa chọn nhiệt độ tối ưu là 140 do ở 150o
C hiệu suất không chênh lệc nhiều, nếu thực
hiện ở nhiệt độ cao vừa tốn kém năng lượng, hiệu suất cũng không cao hơn nhiều.
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit
Tiến hành khảo sát ở các nồng độ axit 15, 20, 25%.
Cân 5g bột nhôm hydroxit đã làm sạch, nghiền mịn vào bom thủy nhiệt, thêm
H2SO4 với các nồng độ khác nhau: 66.5ml H 2SO4 15%, 47.5ml H2SO4 20%, 38ml H2SO


4

25%. Đặt bom thủy nhiệt vào tủ sấy ở 140°C trong 1.5h . Kết thúc quá trình đem lọc, rửa
2-3 lần thu được dung dịch muối (M) và bã rắn nhôm hydroxit chưa phản ứng hết.
Phần dung dịch muối đem chuẩn độ lượng axit dư và xác định nồng độ Al 3+ suy ra lượng
nhơm hydroxit bị hịa tách và hiệu suất hịa tách.
Kết quả hịa nhơm hydroxit thu được ở bảng sau:
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất hòa tách
Nồng độ H2SO4 (%)
15
20
25
2+
Thể tích dung dịch Zn
8.5
8
7.8
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 20


Đồ án chuyên ngành I

tiêu hao (ml)
Khối lượng Al(OH)3 (g)
Hiệu suất (%)


2.34
46.8

3.12
62.2

3.43
68.64

Từ bảng 3.2 xây dựng đồ thị quan hệ giữa nồng độ axit và hiệu suất hịa tách
80

Nồng độ

70

68.64
62.2

60
50

46.8

40
30
20
10
0
15


20

25

Hình 3.2. Quan hệ giữa nồng độ axit và hiệu suất hòa tách
Qua kết quả trên ta thấy nồng độ axit lỗng q 15% thì hiệu suất hịa tách thấp,
nồng độ cao độ linh động của H+ tăng làm tăng hiệu suất, từ nồng độ 15-20% hiệu suất
tăng nhanh, từ 20 – 25% hiệu suất tăng chậm. Vì vậy lựa chọn nồng độ axit tối ưu là
20%.
3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Qua các khảo sát trên lựa chọn điều kiện tối ưu là tiến hành phản ứng ở nhiệt độ
140oC với nồng độ axit 20%. Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng:
Cân 5g bột nhôm hydroxit đã làm sạch, nghiền mịn vào bom thủy nhiệt, thêm
47.5ml H SO nồng độ 20%. Đặt bom thủy nhiệt vào tủ sấy ở 140°C trong thời gian 1h,
2

4

1.5h 2h và 2.5h. Kết thúc quá trình đem lọc, rửa 2-3 lần thu được dung dịch muối (M) và
bã rắn nhôm hydroxit chưa phản ứng hết.

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 21


Đồ án chuyên ngành I


Phần dung dịch muối đem chuẩn độ lượng axit dư và xác định nồng độ Al 3+ suỷa lượng
nhơm hydroxit dã hịa tách và hiệu suất hịa tách.
Kết quả hịa nhơm hydroxit thu được ở bảng sau:
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất hịa tách
Thời gian (h)
1
1.5
2
2.5
Thể tích dung dịch Zn2+
8.7
8
7.7
7.5
tiêu hao (ml)
Khối lượng Al(OH)3(g)
Hiệu suất (%)

2.03
40.56

3.12
62.2

3.59
71.76

3.9
78


Từ bảng 3.3 xây dựng đồ thị quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hòa tách:
Thời gian

90
80

78
71.76

70
62.2

60
50
40 40.56
30
20
10
0

105

1

2

2.5

Hình 3.3. Quan hệ giữa nồng độ axit và hiệu suất hòa tách
Từ kết quả trên ta thấy thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất hòa tách, trong giai đoạn

đầu hiệu suất tăng nhanh, về phía cuối hiệu suất hòa tách tăng rất chậm, do nồng độ Al3+
tăng H+ tiếp xúc kém với hạt nhôm hydroxit. Chọn thời gian tối ưu là 2h.
KẾT LUẬN
Từ kết quả nghiên cứu trên có thể rút ra kết luận sau:
- Đã làm sạch được bột nhôm hydroxit thô sản xuất từ quy trình bayer
Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 22


Đồ án chuyên ngành I

- Lựa chọn được điều kiện tối ưu để hòa tách axit với hiệu suất ~ 71.76%
Nhiệt độ phản ứng : 140oC
Nồng độ axit

: 20%

Thời gian phản ứng : 2 giờ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 23


Đồ án chuyên ngành I


1. Phạm Mai Hương (2007), Nghiên cứu động học q trình hịa tách cao lanh
Thanh Ba- Phú Thọ trong axit sunfuric, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Viện Kỹ Thuật
Hóa Học- Đại học Bách Khoa, Hà Nội.
2. Nguyễn Thành Trung (2016), Nghiên cứu sử dụng hidroxit nhơm Tân Rai hoạt hóa trong
q trình sản xuất PAC, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học khoa học tự nhiên – Đại học
quốc gia Hà Nội.

3. T.S Lê Thị Mai Hương, Taraxova T.V (2000), “Nghiên cứu ảnh hưởng của các
phương pháp nghiền đến q trình hịa tan nhơm hiđrơxit”, Tuyển tập báo cáo
khoa học- Viện hóa học cơng nghiệp Việt Nam.
4. TS. Vũ Minh Khôi (2016), Nghiên cứu quá trình chế biến cao lanh
Phú Thọ để sản xuất các hợp chất của nhơm, Luận văn tiến sĩ hóa học, Viện Kỹ
Thuật Hóa Học- Đại học Bách Khoa, Hà Nội.
5. Su Jin Kim, Kyu Sung Han, Tam Tran et al (2018), Recovery of Fine Alunminum
hydroxide with high whiteness index from low quality Bauxite using caustic
roasting and Water Leaching, Ressearch paper, vol.56, no1 (2018) pp.49-58.
6. No-kuk Park, Hee-young Choi et al (2013), Purificationof Al(OH)3 synthesized
by bayer process for preparation of high purity alumina as sapphire raw material,
Journal of Crystal Growth 373 (2013) 88-91.
7. ISSN 0036-0236, Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2019, Vol. 64, No. 4,
pp. 438–444. © Pleiades Publishing, Ltd., 2019. Russian Text © V.A. Matveev,
D.V. Maiorov, 2019, published in Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 2019, Vol.
64, No. 4, pp. 357–364.
8. Bull. Mater. Sci., Vol. 17, No. 2, April 1994, pp. 95-103. © Printed in India.
Alumina ceramics by sol-gel technique
9. U.P.B. Sci. Bull., Series B, Vol. 73, Iss. 2, 2011; SYNTHESIS AND
CHARACTERIZATION OF ALUMINA NANO-POWDER OBTAINED BY
SOL-GEL METHOD;


Nguyễn Thị Thu Uyễn
20164594

Page 24