Khảo sát thạch anh bằng phương pháp nung.

10 811 2
Khảo sát thạch anh bằng phương pháp nung.

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

SV: Lê Quốc Cường LỜI MỞ ĐẦU Thạch anh khoáng vật phổ biến vỏ trái đất thành phần đá trầm tích sử dụng nhiều lĩnh vực khác điện tử, mỹ nghệ, quang học, … ngọc học Với nhiều màu sắc, hình dáng cấu trúc khác nhau, thạch anh ngày ưa chuộng trang sức mà lĩnh vực trưng bày phong thủy Thạch anh thành phần nhiều loại đá khoáng sản quặng Thạch anh thường gặp dạng thành phần nhiều loại đá magma acid xâm nhập phun trào dạng hạnh nhân mã não onix, số đá trầm tích học cát kết thạch anh, đá biến chất từ loại đá quartzit Trong trình biến chất thạch anh hình thành khử nước đá trầm tích chứa opal để tạo thành ngọc bích Trong trình ngoại sinh thạch anh conxedon tạo thành khử nước kết tinh keo silic Trang SV: Lê Quốc Cường Mục lục Khái quát chung ………………………………………………………3 Các tính chất vật lý quang học thạch anh ………………………4 2.1 Tính chất vật lý ………………………………………………… 2.2 Các hiệu ứng quang đặc biệt …………………………………….5 Thành phần hóa học cấu trúc tinh thể ………………………………6 3.1 Thành phần hóa học ……………………………………………….6 3.2 Cấu trúc tinh thể ……………………………………………………6 3.3 Đặc điểm bao thể ………………………………………………… 3.4 Phận loại đá thạch anh …………………………………………… Phương pháp xử lý tổng hợp ……………………………………… Phương pháp sản xuất tinh thể thạch anh phương pháp nung … 5.1 Quy trình công nghê ……………………………………………… 5.2 Thuyết minh quy trình công nghệ …………………………………8 5.3 Cơ sở lý thuyết trình nung ……………………………… 5.4 Nhiệt độ nung ………………………………………………… 5.5 Thời gian lưu sản phẩm ……………………………………………9 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………11 Khái quát chung Trang SV: Lê Quốc Cường - - Thạch anh tên gọi theo phiên âm Hán-Việt Trong tiếng Anh gọi Quartz Theo giả thuyết, từ Quartz tiếng Đức xuất phát từ từ Queretz gần với từ Querkluftertz tiếng Sachsen-Đức, nghĩa “vân ngang”, quan sát bề mặt tinh thể thạch anh người ta thấy có nhiều sọc nằm mặt phẳng ngang vuông góc với phương dài tinh thể từ Quartz sử dụng rộng rãi vài kỷ 16 Màu sắc thạch anh đa dạng phổ biến thứ không màu, màu trắng sữa màu xám theo màu sắc thạch anh mang tên khác Các tinh thể thạch anh suốt có màu sắc đa dạng: tím, hồng, đen, vàng… sử dụng làm đồ trang sức từ xa xưa Ametit loại biến thể màu tím thạch anh coi đá quý tháng hai loại ưa chuộng họ thạch anh Bảng đặc điểm kỹ thuật thạch anh Thể loại Công thức hóa học Màu Dạng thường tinh thể Hệ tinh thể Song tinh Cát khai Vết vỡ Độ cứng Mohs Anhs Màu vết vạch Tính mờ Tỷ trọng riêng Thuộc tính quang Chiết suất Khúc xạ kép Đa sắc Điểm nóng chảy Các đặc điểm khác Khoáng vật Đioxit silic (SiO2) Trong suốt Lăng trụ sáu mặt kết thúc chóp sáu mặt Hộp sáu mặt thoi lớp 32 Quy luật Dauphine, Brasil Nhật Bản Không Vỏ sò (concoit) 7- Nhỏ lẫn tạp chất Thủy tinh Trắng Trong suốt đến mờ 2.65 – Thay đổi lẫn tạp chất nicol (+) nω=1.543-1.545 nε =1.552-1.554 +0.009 (khoảng B-G) Không 1.650±75oC Áp điện Trang SV: Lê Quốc Cường Các tính chất vật lý quang học thạch anh 2.1 Tính chất vật lý + Tính đa sắc: phù thuộc vào máu viên đá + Tính phát quang: loại rose quartz phát quang màu tím lam nhạt, biến thể thạch anh trơ tia cực tím Màu sắc thạch anh đa dạng phổ biến loại không màu, màu trắng sữa màu xám theo màu sắc thạch anh mang tên khác : pha lê không màu suốt, amethyst, màu tím, Citrin màu vàng, Smoky quarzt màu ám khói, tối gọi “morion”, Rose quarzt màu đỏ, Aventurin quarzt màu lục … + Độ rắn Độ rắn thạch anh tỷ lệ độ rắn từ đến 10 Do rắn khoáng sản có độ rắn feldspath mà rạch rắn loại có độ rắn 8, hoàng ngọc làm trầy Thử nghiệm độ rắn cách để nhận khoáng sản + Thớ nứt (Cassure) Thớ nứt conchoidale có mãnh Dạng thủy tinh nhầy Chính vết nứt tạo việc thu phát lượng thach anh + Mật độ Mật độ 2.65 nghĩa 1m3 tinh thể đá nặng 650 kg 1m nước nặng có + Thể chẻ Không hoàn hảo mối liên lạc nguyên tử thuộc loại covalent Những nguyên tử xếp chồng lên Một nguyên tử có lõi quanh treo hay nhiều electron giống hành tinh có vòng tròn xoay cách xa lõi khoảng cách nhiều hay Khi nguyên tử, giống loại silic có lớp điện bên không hoàn hảo làm cho cân điện thiếu ổn định tìm cách san thiếu sót việc kết hợp vỏ với nguyên tử bổ sung khác Do silicum cần nguyên tử oxy để tạo ổn định cho Ngược lại, với sức hút ion có lực đối kháng, cần xê dịch cấu trúc nguyên tử để toàn khối sụp đổ theo kế hoạch xếp nguyên tử Lúc ta có chẻ theo thể hoàn hảo cho chất liệu Các đặc tính đặc biệt tinh thể với ánh sáng, điện năng, nóng va chạm + Phản ứng với ánh sáng Tinh thể hấp thụ toàn thể quang phổ vang lên toàn tần số, màu sắc khác cầu vồng Lưỡng khoảng cách số khúc xạ tia chiếu mà người ta hướng đến nhiều trục khác tinh thể + Phản ứng với sức nóng Trang SV: Lê Quốc Cường Đặc tính gọi dự hòa điệu Một tinh thể đặt lửa trước tiên lôi kéo tro tàn, sau đẩy tích tụ điện bề mặt Khi bị lạnh, trở lại trạng thái ban đầu Nếu ta cho nhiệt độ tăng cao, nổ lớp đớp không cháy Người ta thay đổi màu sắc tinh thể nhiệt độ 450oC Ví dụ thạch anh amethyste ngả vàng sang chanh, nguyên tử sắt vẩy cá kết tinh bị biến dạng nóng tạo thay đổi nhỏ phần cấu trúc bước sóng ánh sáng bị tinh thể hấp thụ phần màu vàng thay cho màu tím, làm cho tinh thể lên màu vàng + Phản ứng với va chạm: xét điều xảy ta làm biến dạng tinh thể hay tinh thể nhờ xoắn, cắt hay va chạm Nó phát ánh sang điện Đó phản ứng áp điện (từ Hy Lạp piezein :ép) Đặc tính Pierre Jacques Curie phát vào năm 1880 Nó quan sát từ tích điện xuất dấu hiệu đối nghịch nhay mặt đối tinh thể ta ép học Trong SiO2 nguyên tử silic electron ngoại biên chúng cho nguyên tử oxy Cấu trúc xếp theo thứ tự hoàn hảo ổn định điện Tinh thể thạch anh trung tính, trọng tâm phân tử dương âm trộn lẫn Khi ta đặt tinh thể vào va chạm hay cắt, gấp lại trọng tâm biến dạng bề mặt bị phân cực cách khác vớ thay đổi lớn tiềm Đó điều thấy nơi tia lửa lò gaz + Phản ứng với điện Dưới tác động điện năng, thạch anh biến dạng … Các phân tử nạp điện âm chuyển sang cực dương ngược lại Tinh thể dãn nở co lại tùy vào trục định hướng kiểu cắt (bởi thực hành cảm xạ không sử dụng thạch anh qua đun luyện nấu mà phải dùng thạch anh thiên nhiên Tinh thể thạch anh dùng rộng rãi kỹ thuật điện tử để thực cộng hưởng áp điện, máy siêu âm, ổn áp máy phát tần số rung động tinh thể áp đặt tần số ổn định nguồn trường điện Ở người ta chèn đồng hồ tần số ổn định thạch anh giây, phút hay Người ta dùng silicum nguyên chất, có từ SiO2 để tạo vật liệu bán dẫn, transitor, diode hay mạch tích phân với trí nhớ chúng 2.2 Các hiệu ứng quang đặc biệt + Hiệu ứng mắt hổ (tiger’s eye): hiệu ứng đặc biệt thường thấy biến thể thạch anh đặc trưng biến thể có màu từ vàng nâu nhạt tới nâu đỏ nhạt, lam nhạt chí màu đỏ loại bán Nguyên nhân tượng xếp có định hướng bao Trang SV: Lê Quốc Cường thể dạng sợi bên viên đá Khi viên đá mài cabocbon phản xạ ánh sáng bề mặt cho ta hiệu ứng “mắt hổ” đẹp + Hiệu ứng mắt mèo (Cat’s eye) : Cũng giống hiệu ứng mắt hổ chúng thể rõ đẹp thường gặp biến thể bán có màu trắng tới màu xám nâu vàng lục nhạt, đen màu lục oliu tối + Hiệu ứng : Thạch anh hồng số biến thể màu xám màu sữa thường có tượng cánh giống hiệu ứng ruby saphia Thành phần hóa học cấu trúc tinh thể 3.1 Thành phần hóa học + Thạch anh loại đá mà thành phần có tinh thể quarzt hình tròn acid silic vô định hình quarzt khác thành phần hóa học không khác nhiều Có thể tồn quarzt tinh thể quarzt vô định hình + Trong thành phần thạch anh thành phần chứa số chất hơi, chất lỏng: CO2, H2O, NaCl, CaCO3…Các khoáng vật nhóm thạch anh có công thức đơn giản SiO2 loạy biến thể đa hình gồm biến thể độc lập : thạch anh, tridimit cristobalit tùy thuộc vào nhiệt độ, chúng tồn dạng định 3.2 Cấu trúc tinh thể + Tinh hệ: Biến thể nhiệt độ cao thạch anh kết tinh hệ sáu phương, biến thể thạch anh vững bền nhiệt độ 573 oC kết tinh hệ ba phương + Dạng tinh thể : thường hay gặp dạng lưỡng tháp sáu phương với mặt lăng trụ ngắn Thạch anh thành tinh thể đẹp hỗng môi trường hở, có trường hợp gặp tinh thể nặng tới vài có tới 40 Dạng tinh thể thạch anh đa dạng đặc trưng thường gặp mặt m [0111], có vết khía ngang mặt, mặt khối thoi r [1011] z [0111], lưỡng tháp phức tam phương s [1121], khối mặt thang x [5161] … Ngoài hai biến thể kết tinh thạch anh có loại ẩn tinh có kiến trúc tóc: canxedon thạch anh khác quang tính Dạng tinh thể lý tường thạch anh dạng tinh thể lăng trụ sáu phương với mặt lưỡng tháp hai đầu Tuy nhiên tạo thành môi trường địa chất chúng thường gắn đầu vào đá vây quanh thường gặp lăng trụ sáu phương với mặt tháp phía Các hệ tinh thể thường gặp thạch anh : hệ tinh thể sáu phương, hệ tinh thể ba phương… 3.3 Đặc điểm bao thể + Các bao thể hay gặp thạch anh bao thể khí lỏng tạo thành bao thể hai pha Các bao thể rắn thường gặp bao thể kim que rutin tạo thành đám bao thể dạng búi tóc loại thạch anh gọi rutillated quarzt Trang SV: Lê Quốc Cường + Ngoài ta hay gặp bao thể kim, que số khoáng vật khác tuamalin, actinolit dạng sợi, clorit màu lục, gotit, hemtit màu nâu đỏ màu cam với số bao thể khác Khi chúng gọi thạch anh tóc xanh, thạch anh tóc nâu, thạch anh tóc đỏ… theo màu tương ứng Các bao thể rutil, anatas, broolit 3.4 Phân loại đá thạch anh + Có nhiều loại đá thạch anh khác như: thạch anh đen, thạch anh vàng, thạch anh trắng, thạch anh tóc, thạch anh tím, Ametrin, thạch anh pha lê, thạch anh hồng, thạch anh ám khói… Phương pháp - Xử lý nhiệt - xử lý tổng hợp + Dưới tác dụng nhiệt độ cao ametit, citrin, thạch anh ám khói thạch anh hồng có khuynh hướng chuyển sang không màu Bằng phương pháp xử lý nhiệt chuyển loại thạch anh có chất lượng thấp màu tím ám khói sang loại màu vàng nhạt cam đỏ nhạt với chất lượng cao thị trường ưa chuộng + Ametit xử lý nhiệt nhiệt độ 878-1382 oC cho màu vàng sáng, nâu đỏ màu lục không màu Một số loại ametit bị màu ánh sáng bình thường màu khôi phục chiếu xạ tia X Thạch anh ám khói nung nhiệt độ 572-752oC màu bị nhạt Citrin tự nhiên thương trường lượng chủ yếu citrin ametit thạch anh ám khói bị xử lý nhiệt Ametit chuyển sang vàng nhạt nhiệt độ 470 oC màu vàng tối tới màu vàng nâu nhạt nhiệt độ 550-560 oC Thạch anh ám khói chuyển sang màu vàng sớm nhiệt độ khoảng 300-400oC Đa số citrin tự nhiên có màu vàng nhạt bị xử lý không tính đa sắc, citrin tự nhiên có tính đa sắc yếu Chiếu xạ : Bằng phương pháp chiếu xạ chuyển loại thạch anh không màu sang có màu Tổng hợp : Thạch anh tổng hợp công nghiệp với tinh thể lớn dùng công nghiệp Mài cắt: Thạch anh mài cắt dạng khác từ dạng nguyên thủy dạng Citrin ametit thường mài dạng bậc, kiểu kim cương hay kiểu hỗn hợp màu viên đá có xu hướng trở nên đậm Kiểu cabocbon thường dùng cho aventurin rose quartz, mắt hổ mắt mèo Thạch anh mắt hổ thường chạm khắc dạng “cameo” Đối với ametit màu chúng thường không di trình mài ta phải ý định hướng cho phần màu đẹp nằm pavilion gần culet Phương pháp sản xuất tinh thể thạch anh phương pháp nung Trang SV: Lê Quốc Cường 5.1 Quy trình công nghệ Nguyên liệu Cân Oxit tạo Phối trộn Nung Lưu sản phẩm Kiểm tra Sản phẩm Sơ đồ quy trình công nghệ nung thạch anh 5.2 Thuyết minh quy trình công nghệ Sau lựa chọn nguyên liệu dùng để chế tạo tinh thể thạch anh với nguồn nguyên liệu ban đầu FT5 FT9 Sau tính toán tỷ lệ cân theo thành phần phối liệu, tiến hành phối trộn nguyên liệu với số oxit kim loại tạo màu khác : coban oxit, đồng (I) oxit, sắt (III) oxit… cho oxit kim loại không vượt 5% khối lượng nguyên liệu Sau tiến hành phối trộn xong, nguyên liệu sử dụng cốc làm đất sét với thành phần oxit kim loại khác chiếm tỷ lệ thấp không ảnh hưởng đến thành phần nguyên liệu Tiếp đến tiến hành nung lò nung Qúa trình nung Trang SV: Lê Quốc Cường Nung công đoạn quan trọng việc hình thành tạo tinh thể, định đến chất lượng sản phẩm giá thành sản phẩm Trong trình nung phải : Khảo sát tỷ lệ thành phần nguyên liệu Khảo sát nhiệt độ tối ưu Khảo sát thời gian lưu tối ưu cho sản phẩm tạo nhiều tinh thể nhất, tổn hao lượng o Khảo sát tạo màu oxit kim loại o o o 5.3 Cơ sở lý thuyết trình nung Nguyên liệu sau phối trộn nung nhiệt độ thời gian thích hợp tính chất nguyên liệu thay đổi nhiệt độ nóng chảy, mật độ tăng, độ hút nước giảm… hình thành sản phẩm đạt yêu cầu sản xuất Trong trình nung, nhiệt độ thời gian nung thời gian lưu sản phẩm khống chế chặt chẽ, phản ứng hóa lý vật liệu xảy theo với dự định công nghệ, kết thúc trình nung tính chất kỹ thuật sản phẩm đạt theo yêu cầu thiết kế 5.4 Nhiệt độ nung Là nhiệt độ cao cần thiết cho trình phản ứng kết khối đạt mức cần thiết để tạo thành sản phẩm có độ bong cần thiết, sản phẩm tạo thành đạt độ cứng định Nhiệt độ nung hợp lý (lý thuyết) để tính toán biết thành phần hóa tốt xác định thực nghiệm nghiên cứu mẫu nhỏ 5.5 Thời gian lưu sản phẩm Là toàn thời gian cần thiết chu kỳ nung Kể từ bắt đầu nâng nhiệt độ lấy thành phẩm Thời gian nung khác nhau, từ đến hàng chục giờ, chí nhiều ngày Xét hiệu kinh tế, để tiết kiệm lượng, tăng suất, chu kì nung ngắn tốt Tuy nhiên, điều kiện kỹ thuật khác (thời gian biến đổi hóa lý cần thiết phối liệu độ bền vật nung, độ bền lò nung, kết cấu lò…) nung nhanh Trong kỹ thuật nung, phải tính với tốc độ tăng giảm nhiệt độ (nghĩa thay đổi nhiệt độ đơn vị thời gian) cách thích hợp Thời gian lưu ảnh hưởng lớn đến việc hình thành tinh thể sản phẩm, thời gian lưu phải đủ dài để tinh thể phát triển từ mầm tinh thể ban đầu Nếu thời gian lưu ngắn tinh thể tạo thành không đủ thời gian phát triển, thời gian lưu dài vượt thời gian phát triển tinh thể ảnh hưởng đến chi phí sản xuất tổn hao lượng Kết thúc trình nung phải kiểm tra sản phẩm có tạo thành tinh thể hay không, sau tiến hành đo thông số kỹ thuật sản phẩm như: Trang SV: Lê Quốc Cường • • • Tỷ trọng (khối lượng riêng) Chiết xuất Đo độ cứng TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] Trần Trí Luân ,Bài giảng môn “Các phương pháp nghiên cứu phân tích vật liệu vô cơ” , Đại học Tôn Đức Thắng [2] Huỳnh Đức Minh, Khoáng vật học Silicat, NXB Khoa học – kỹ thuật [3] Nguyễn Văn Chiển, Trịnh Ích Phan Trường Thị, Thạch học, 1973, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội [4] La Vũ Thùy Linh, Bài giảng môn “Kỹ thuật tổng hợp vật liệu vô cơ”, Đaị học Tôn Đức Thắng Trang 10

Ngày đăng: 13/12/2016, 22:30

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan