1. Tổng hợp gốm cordierite xốp sử
dụng trấu làm phụ gia tạo xốp
Sinh viên: Nguyễn Lương Thế Thịnh
GVHD: TS. Vũ Thị Ngọc Minh
Hà Nội, 06/2016

2. Mục tiêu
• Chế tạo gốm cordierite xốp sử dụng trấu làm phụ gia tạo xốp.
Đối tượng nghiên cứu
• Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến pha tinh thể và cấu trúc xốp
• Ảnh hưởng của hàm lượng than trấu đến cấu trúc xốp của gốm
cordierite.

3. 1. Giới thiệu
• 2MgO.2Al2O3.5SiO2 hay Mg2Al4Si5O18.
• % khối lượng các oxit: MgO=13,8%; Al2O3=34,8%;
SiO2=51,4%.
• thuộc hệ 3 cấu tử MgO-Al2O3-SiO2
• kết tinh ở dạng tinh thể trực thoi và có cấu trúc là
các vòng silicat 6 cạnh
• Mật độ: 2,61 (± 0.05) g / cm.
• Chỉ số khúc xạ: 1,542 ~ 1,551
• Hệ số lưỡng chiết: 0,008-0,012.
1. A.V., Chichagov. Information-calculating system on crystal structure data of minerals. 1990.
2. D.E.A, G., Synthesizing cordierite in ceramic bodies. 2003.
3. A., M., Effects of ionic size in the tetrahedral and octahedral sites on the thermal expansion of low-temperature cordierite.
2005.
Mg: nguyên tử magie
T1: tứ diện SiO4 và AlO4
T2: 4 nhóm SiO4 và 2 nhóm AlO4

4. 1. Giới thiệu
4. Rankin & Levin, American Journal of Science, (1918).

5. 1. Giới thiệu
Độ giãn nở nhiệt của
một số khoáng và hợp
chất
5. Imanaka et.al., Advanced Ceramic Technologies & Products, (2012)

6. 1. Giới thiệu
Gốm cordierite dang tổ ong để
mang xúc tác xử khí khí thải.
Giá đỡ, tấm kê trong lò nung bằng
composite mullite-cordierite
Một số ứng dụng của gốm cordierite xốp trong thực tế

7. Các kỹ thuật sản xuất gốm cordierite xốp
• Sol-gel.
• Sử dụng khung bọt polymer.
• Tạo bọt trực tiếp trong quá trình tạo hình.
• Nung kết khối phối liệu trộn lẫn phụ gia cháy và chất kết dính.
+ Nung kết khối cho phép kiểm soát hình dạng, kích thước và cấu
trúc sản phẩm tốt hơn các phương pháp khác.
1. Giới thiệu

8. Trấu
~ 20% thóc
Xốp
Chịu mài mòn
Cấu trúc sợi cellulose
Khó nghiền
Nhiệt trị cao
Khó đốt
Tro trấu
~ 10% trấu
Hàm lượng silica cao
Nhiệt độ chảy thấp
6. FAO (2011)
Việt Nam: 6,5 triệu tấn trấu (2011)
Chứa khoảng 90% chất hữu cơ dễ
bay hơi
10% còn lại chuyển thành tro

9. 2. Thực nghiệm
Hàm lượng oxit (phần khối lượng)
SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 FeO CaO MgO K2O Na2O MKN
Than trấu Tiền Hải 0,161 0,001 0,001 0,004 0,002 0,009 0,001 0,821
Talc YFA 0,594 0,033 0,002 0,016 0,001 0,319 0,001 0,001 0,034
Đất sét Trúc Thôn 0,591 0,269 0,009 0,013 0,004 0,006 0,031 0,004 0,072
Oxit nhôm Almatis
CT9FG
0,995
Phối liệu MC30 0,360 0,245 0,003 0,008 0,003 0,096 0,010 0,001 0,273
Phối liệu MC40 0,322 0,219 0,002 0,007 0,003 0,086 0,009 0,001 0,350
Phối liệu MC50 0,285 0,193 0,001 0,005 0,003 0,076 0,008 0,001 0,427
Thành phần hóa nguyên liệu và phối liệu

10. 2. Thực nghiệm
Quy trình thực nghiệm
Xác định tính
chất cơ lý
Xác định thành
phần khoáng XRD
Mài bóng và
chụp ảnh SEM
Tính toán phối liệu
Than hóa trấu
(240oC) và nghiền
Đập nhỏ,
sấy talc
Sấy đất sét
Định lượng và nghiền trộn phối liệu
Trộn ẩm và ủ trong 48h
Tạo hình dẻo
Sấy mẫu
Nung mẫu
Phân tích
nhiệt
Oxit nhôm
Pha chế
CMC

11. 3. Kết quả và thảo luận
Phân tích nhiệt của trấu 1mm

12. 3. Kết quả và thảo luận
Phân tích nhiệt của phối liệu MC30 Phân tích nhiệt của phối liệu MC50

13. Hàm lượng
than trấu
Nhiệt độ (ºC) Độ hút nước (%)
Khối lượng thể tích
(g/cm3)
Độ xốp biểu
kiến (%)
Cường độ nén
(MPa)
30%
1140 34,10 1,452 49,49 52,83
1160 30,58 1,462 44,74 51,42
1180 29,90 1,535 45,83 48,58
1200 31,03 1,500 46,51 56,91
1220 29,71 1,535 45,59 52,23
1240 28,22 1,512 42,69 50,40
40%
1140 49,51 1,183 58,54 14,45
1160 46,61 1,174 54,63 16,98
1180 44,34 1,264 55,91 17,40
1200 44,55 1,254 55,79 19,22
1220 44,05 1,254 55,23 25,61
1240 40,79 1,289 52,56 21,22
50%
1140 67,15 0,975 65,33 5,16
1160 61,17 1,025 62,63 5,82
1180 59,29 1,123 66,59 9,26
1200 60,60 1,036 62,72 7,50
1220 57,59 1,067 61,35 6,70
1240 54,92 1,095 60,00 7,25

14. 3. Kết quả và thảo luận

15. Các quá trình hóa lý xảy ra khi nung phối liệu:
Than trấu + O2
240ºC SiO2 + CO2
Si2O5(OH)4Al2
450ºC Al2O3.2SiO2 + 2H2O
(kaolinite trong đất sét) (metakaolinite)
Mg3Si4O11-m(OH)2m
840ºC 3MgO.SiO2 + SiO2 + mH2O (1≥m>0)
(talc) (enstatite) (silic vô định hình)
MgO.SiO2 + Al2O3.2SiO2 MgO.Al2O3 + 3SiO2
(enstatite) (metakaonite) (spinel) (cristobalite)
2(MgO.Al2O3) + 5SiO2
>1160ºC 2MgO.2Al2O3.5SiO2
(spinel) (cristobalite) (cordierite)
9. Ewell, R., et al. Thermal decomposition of talc. 1935.
10. Ilić, B.R., A.A. Mitrović, and L.R. Miličić, Thermal treatment of kaolin clay to obtain metakaolin, 2010.
11. Zirczy, G. N. Kinetics of cordierite formation. 1972.
3. Kết quả và thảo luận

16. Nhiệt độ (ºC)
Hàm lượng than
trấu
Độ hút nước (%)
Khối lượng thể
tích (g/cm3)
Độ xốp biểu kiến
(%)
Độ co
(%)
Cường độ nén
(MPa)
1140
30% 34,10 1,452 49,49 22,90 52,83
40% 49,51 1,183 58,54 20,73 14,45
50% 67,15 0,975 65,33 23,34 5,16
1160
30% 30,58 1,462 44,74 23,79 5,42
40% 46,61 1,174 54,63 22,13 16,98
50% 61,17 1,025 62,63 25,26 5,82
1180
30% 29,90 1,535 45,83 24,81 48,58
40% 44,34 1,264 55,91 17,40 17,40
50% 59,29 1,123 66,59 26,40 9,26
1200
30% 31,03 1,500 46,51 29,97 56,91
40% 44,55 1,254 55,79 27,81 19,22
50% 60,60 1,036 62,72 29,97 7,50
1220
30% 29,71 1,535 45,59 29,34 52,23
40% 44,05 1,254 55,23 27,93 25,61
50% 57,59 1,067 61,35 30,10 6,70
1240
30% 28,22 1,512 42,69 29,97 50,40
40% 40,79 1,289 52,56 24,59 21,22
50% 54,92 1,095 60,00 30,74 7,25

17. MC30 MC50

18. 4. Kết luận
• Gốm đa tinh thể chứa chủ yếu cordierite đã được chế tạo thành công từ trấu Tiền Hải,
talc YFA, đất sét Trúc Thôn với độ xốp biểu kiến lớn hơn 42%, cường độ chịu nén lớn hơn
5Mpa.
• Nhiệt độ nung quyết định thành phần pha tinh thể. Cordierite xuất hiện từ 1160ºC nhưng
cả lượng và cấu trúc đều phát triển chậm. Đến 1220oC cordierite mới bắt đầu hoàn thiện
cấu trúc tinh thể và ở 1240oC chiếm chủ yếu trong mẫu. Các tính chất cơ lý thay đổi không
rõ rệt theo chiều tăng nhiệt độ.
• Hàm lượng trấu ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc xốp. Khi tăng hàm lượng than trấu từ 30%
lên 50%, độ xốp biểu kiến tăng 30%, khối lượng thể tích giảm 30% và cường độ chịu nén
giảm 90%.

19. • Khảo sát mức độ chuyển hóa hoàn toàn thành cordierite ở các dải nhiệt độ nung
cao hơn.
• Khảo sát hàm lượng than trấu tối ưu đảm bảo cả độ xốp và cường độ chịu nén
của sản phẩm.
• Khảo sát khả năng mang chất xúc tác của sản phẩm gốm cordierite xốp chế tạo
bằng phương pháp này.
5. Kiến nghị

20. Em xin trân trọng cảm ơn!

21. Trấu Talc Đất sét
Oxit nhôm kỹ
thuật
30 30,368 21,775 17,857
40 27,175 15,891 16,933
50 23,982 10,008 16,010