công thức hóa học của đất sét | Dương Lê

Các loại cao lanh và đất sét khác nhau được gọi chung là nguyên vật liệu sét, chúng được hình thành do quy trình phong hóa và bị rửa trôi khỏi mỏ đá gốc trong suốt nhiều kỷ nguyên địa chất, và lắng đọng lại ở những vùng trũng .
Đất sét là loại nguyên vật liệu đa khoáng, có chứa 1 số ít khoáng sét như caolinit, monmorilonit, thủy mica theo những tỷ suất khác nhau .
Dựa theo cấu trúc và thành phần hóa học mà những khoáng sét được phân thành những nhóm chính sau đây :

1. Nhóm khoáng hóa caolinit

Tên gọi Caolinit bắt nguồn từ “Kau – ling” có nghĩa là “ngọn đồi cao” trong tiếng Trung, ám chỉ tỉnh Jianxgi là địa điểm khai thác đầu tiên cho mục đích sản xuất gốm.

Công thức hoá học : Al2O3. 2S iO2. 2H2 O
Cấu trúc : 2 lớp .
Các khoáng khác trong nhóm gồm : dickit, nacrit, haloyzit .
Thành phần hóa học : Al2O3 = 39.5 % ; 2S iO2 = 46.54 % ; H2O = 13.96 %
Cấu trúc của caolinit gồm một lớp những tứ diện [ SiO4 ] và một lớp gồm những bát diện [ AlO6 ]. Hai lớp tạo nên một tập hở với chiều dày 7,21 – 7,25 Å và những nhóm hydroxyl phân bổ về một phía của tập. Ở phần giữa của tập có những nhóm – OH cùng với những ion oxy làm trách nhiệm link hai lớp tứ diện và bát diện ( hình 1 )
Hình 1. Cấu trúc hai lớp của khoáng caolinitHình 1. Cấu trúc hai lớp của khoáng caolinit
Hình 1. Cấu trúc hai lớp của khoáng caolinitHình 1. Cấu trúc hai lớp của khoáng caolinit
Tinh thể caolinit có dạng tấm mỏng dính lục giác, góc giữa những cạnh 106 – 140 o, size tấm 0,1 – 3 µm ( hình 2 ). Tinh thể caolinit dạng lục giác chiếm phần nhiều trong những loại cao lanh nguyên sinh. Trong cao lanh thứ sinh và trong những loại đất sét giàu caolinit, tinh thể caolinit có hình dạng không cân đối, những rìa góc bị sứt vỡ và size nhỏ hơn loại lục giác .
Hình 2. Tinh thể caolinit quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM)Hình 2. Tinh thể caolinit quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Cao lanh phần đông không trương nở trong nước, năng lực hấp phụ ion không lớn và dung tích trao đổi ion nhỏ, 6-15 mili đương lượng gam / 100 gram cao lanh khô. Khối lượng riêng của cao lanh 2,41 – 2,65 g / cm3 .
Khoáng haloyzit có công thức hoá học Al2O3. 2S iO2. 4H2 O. Haloyzit thường đi kèm khoáng caolinit trong cao lanh. Tinh thể haloyzit có dạng hình que, hình ống với đường kính 0,05 – 0,2 µm và chiều dài 0,1 – 1 µm ( hình 3 ) .
Đôi khi những tinh thể haloyzit tạo nên những kết thể lộn xộn. So với caolinit, haloyzit có độ mịn và năng lực hấp phụ, trao đổi ion lớn hơn. Khối lượng riêng 2 – 2,2 g / cm3 .
Hình 3. Tinh thể haloyzitHình 3. Tinh thể haloyzit
Cao lanh có hàm lượng khoáng caonilit cao ( 90 % ) được dùng trong ngành sản xuất gốm sứ, chúng đa phần dùng để làm nguyên vật liệu trong bài phối liệu men. Cao lanh có hàm lượng khoáng caonilit thấp hơn được dùng cho xương .

2. Nhóm khoáng monmorilonit

Montmorillonit được phát hiện năm 1847 tại Montmorillon thuộc tỉnh Vienne của Pháp, nhưng nó cũng được tìm thấy ở nhiều nơi khác trên quốc tế và có những tên gọi khác nhau. Các phát hiện khác còn gồm có cả bentonit vào khoảng chừng năm 1890 và được một nhà địa chất Hoa Kỳ đặt tên theo Fort Benton ( trong địa tầng địa chất thành hệ Fort Benton ) ở miền đông khu vực Rock Creek ( bang Wyoming ) .
Nhóm này gồm những khoáng monmorilonit, bentonite … Cấu trúc những khoáng thuộc loại ba lớp. Hiện tượng sửa chữa thay thế đồng hình trong nhóm khoáng này khá tăng trưởng .

Công thức hoá học : duongleteach.com2O.

Thành phần hóa học : Al2O3 = 28.3 % ; SiO2. = 66.7 % ; H2O = 5 %
Cấu trúc khoáng được miêu tả trên hình 4. Trong mạng lưới của monmorilonit, những ion Al3 + ở lớp bát diện thường được sửa chữa thay thế đồng hình bởi Mg2 +, Ca2 +, những ion Si4 + ở lớp tứ diện được sửa chữa thay thế đồng hình bởi Al3 +, chèn giữa những tập là một số lượng lớn những cation và H2O .
Hình 4. Cấu trúc ba lớp của khoáng monmorilonitHình 4. Cấu trúc ba lớp của khoáng monmorilonit
Đất sét monmorilonit có độ mịn rất cao, cỡ hạt nhỏ hơn 0,06 µm chiếm hơn 40 %, trong đất sét thường cỡ hạt nhỏ hơn 0,06 µm chỉ chiếm 5 – 20 %, còn trong caolanh cỡ hạt nhỏ hơn 0,06 µm chỉ khoảng chừng 0,5 – 1,5 %. Các tinh thể monmorilonit không những rất bé và mỏng dính mà còn có hình dạng không rõ nét ( hình5 ) .
Hình 5. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của tinh thể montmorilonitHình 5. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của tinh thể montmorilonit
Do đặc thù cấu trúc của mình mà khoáng có độ dẻo cao, dung tích hấp phụ ion lớn ( đến 150 mili đương lượng gam / 100 gam nguyên vật liệu khô ). Monmorilonit có độ trương nở trong nước lớn, khi khô khoáng hút nước hoàn toàn có thể tăng thể tích đến 16 lần. Khối lượng riêng của khoáng 2 – 2,6 g / cm3 .
Đất sét monmorilonit được đưa vào phối liệu gốm sứ với một lượng nhỏ để tăng độ dẻo cho phối liệu, tuy nhiên khi sử dụng cần quan tâm đến sự co ngót, tách nước do đất sét monmorilonit gây ra .
Các mỏ trầm tích montmorilonit thường có đặc thù là sự xuất hiện của khá nhiều những nhóm hạt mịn nên có tính dẻo cao. Các mẫu sản phẩm làm từ nguyên vật liệu chứa đáng kể montmorilonit có những đặc tính sau :

  • Độ giãn nở sau khi ép thấp (<0.5 %).
  • Cường độ mộc cao
  • Độ co sau khi sấy lớn.
  • Các sản phẩm nung ở nhiệt độ khoảng 1020 0C có độ co ngót 5 – 10 %, độ xốp tương ứng dao động từ 0 – 5% ( phụ thuộc vào độ co ngót sau nung )
  • Cường độ uốn sau nung ở 1020 0C thay đổi khá lớn từ 150 – 250 Kg/cm2 tùy thuộc vào độ co ngót

3. Nhóm khoáng muscovite

Muscovit ( K2O. 3A l2O3. 6S iO2. 2H2 O ) là loại khoáng nằm trong đất sét và có cấu trúc ba lớp ( hình 6 ). Do mica bị thuỷ phân liên tục và lâu bền hơn nên giữa khoáng phân huỷ khởi đầu và khoáng tạo thành ở đầu cuối là caolinit có sống sót một loạt thuỷ mica trung gian trong đất sét. Cấu trúc của thủy mica có chứa ion Kali ( K + ) là một đặc thù quan trọng của khoáng sét này .
Hình 6. Cấu trúc ba lớp của khoáng muscovitHình 6. Cấu trúc ba lớp của khoáng muscovit

Một số loại thuỷ mica phát hiện dưới kính hiển vi điện tử bao gồm:

+ Loại thuỷ mica thứ nhất có dạng tấm mỏng mảnh dài, đầu cùng của tấm hơi nhọn hoặc tà, màu trong suốt. Loại này được gọi là glauconit ( hình 7 ) .
+ Loại thuỷ mica thứ hai được gọi là hydromuscovit, có dạng tấm mỏng dính hoặc vảy thường không có màu ( hình 8 ). Hydromuscovit thường gặp nhất trong đất sét .
+ Loại thuỷ mica thứ ba được gọi là illit, tinh thể này có dạng hạt, dạng vảy nằm riêng không liên quan gì đến nhau hoặc tập hợp. Màu sắc thường là xám, xanh lục sáng, nâu vàng ( hình 9 ) .
Hình 7. Tinh thể glauconitHình 7. Tinh thể glauconit
Hình 8. Tinh thể hyđromuscovitHình 8. Tinh thể hyđromuscovit
Hình 9. Ảnh SEM của tinh thể IllitHình 9. Ảnh SEM của tinh thể Illit
Tuỳ theo mức độ thuỷ phân của khoáng vật đầu và tuỳ theo mức độ thay thế sửa chữa đồng hình mà thành phần hoá học của những loại thuỷ mica có sự xê dịch lớn. Đặc biệt là hàm lượng K2O trong những khoáng thuỷ mica giảm ( 50 % ) xuống xấp xỉ một nửa so với lượng K2O trong khoáng muscovit, còn hàm lượng H2O lại tăng .

Các khoáng thuỷ mica là loại khoáng chính cấu thành đất sét dễ chảy như đất sét làm gạch, ngói và hàm lượng của nó nhiều khi đạt đến 60%.

Do độ mịn của những khoáng cao ( size hạt tinh thể khoảng chừng 0,01 – 0,5 µm ), có cấu trúc ba lớp và hiện tượng kỳ lạ sửa chữa thay thế đồng hình phổ cập nên năng lực trương nở trong nước và dung tích hấp phụ, trao đổi ion lớn ( những đặc thù này nằm trung gian giữa khoáng caolinit và monmorilonit ) .

Các sản phẩm làm từ nguyên liệu chứa đáng kể khoáng muscovit có các đặc tính sau:

  • Độ giãn nở sau khi ép : Trung bình.
  • Cường độ mộc : Tốt
  • Các sản phẩm nung trong khoảng 1100 0C : Có độ co ngót 5 – 8 % độ xốp tương ứng dao động từ 0 – 5% (phụ thuộc vào độ co ngót sau nung).Tuy nhiên nếu bổ sung thêm một lượng carbonate đáng kể (15 – 23 %) thì độ co có thể giảm thêm 1 – 1,2 %, độ xốp giảm xuống từ 22 – 15 % so với khi chưa bổ sung.
  • Cường độ uốn sau nung bị ảnh hưởng rõ rệt khi có sự hiện diện của carbonate. Khi có carbonate cường độ uốn thấp (100 – 200 KG/cm2), khi không có carbonate cường độ uốn > 200 KG/cm2
  • Hệ số giãn nở nhiệt ở nhiệt độ 1100 0C : 180 – 225.10-7

Một cách khái quát. Gạch được làm từ nguyên vật liệu chứa nhiều khoáng này thuận tiện kết khối .

Tham khảo: Hóa chất ceramic cho sản xuất gạch, gốm sứ.

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Hãy cùng bình luận và nêu quan điểm cho vui nhé!x
()
x