Đồ án Máy khuấy trộn tinh bột cao lanh

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CAO LANH : 1.1.1 Nguồn gốc tạo thành cao lanh. Cao lanh là sản phẩm phong hóa tàn dư của các loại đá gốc chứa trường thạch như pegmatite, granit, gabro, banzan, ryolit hoặc các cuộn sỏi thềm biển đệ tứ hay đá phun trào axit như keratophyr, felsit. Ngoài kiểu hình thành phong hóa tàn dư, còn có sự hình thành do phong hóa biến chất trao đổi các đá gốc cộng sinh nhiệt dịch quarphophia, chính là quarzit thứ sinh như mỏ cao lanh Tấn mài Quảng Ninh. Kiểu phong hóa tàn dư và biến chất trao đổi hình thành các mỏ cao lanh tại mỏ đá góc – là cao lanh nguyên sinh (tức cao lanh thô). Nếu sản phẩm phong hóa tàn dư, nhưng bị nước băng hà, gió cuốn đi rồi lắng đọng lại chổ trũng hình thành nên các mỏ cao lanh hay đất sét trầm tích - còn gọi là cao lanh thứ sinh. Sự hình thành các mỏ cao lanh ngoài yếu tố cơ bản là có đá gốc chứa trường thạch phải kể tới yếu tố địa mạo, cấu tạo nên vùng chứa đá gốc và yếu tố môi trường (độ ẩm, nhiệt độ). Qua nhiều tài liệu đều thống nhất phần lớn các mỏ cao lanh nằm ở vùng đồi núi dốc thoải hay thung lủng giữa các núi.Qúa trình nghiên cứu sự hình thành trái đất người ta cho rằng sự thành tạo các mỏ cao lanh xảy ra ở thời kỳ đầu đệ tứ và mạnh nhất ở thời kỳ đệ tứ muộn. Giai đoạn này khí hậu rất ẩm và mưa nhiều, thảm thực vật phát triển mạnh tạo môi trường thuận lợi cho sự phong hóa đá gốc bằng các quá trình hóa học. Mặt khác cũng chính thời kỳ này sự vận động của trái đất xãy ra rất mạnh bao gồm sự nâng lên hay tụt xuống của vỏ trái đất phần tiếp xúc với khí quyển (còn gọi là lớp silicat) tạo nên nhiều nếp uốn và khe nứt (lớp silicat có chiếu sâu từ 36 – 50 km). Như vậy sự hình thành các mỏ cao lanh là do chịu sự tác dụng tương hổ của các quá trình hóa học, cơ học (kể cả sinh vật học) bao gồm các hiện tượng phong hóa, rửa trôi và lắng đọng trong thời gian dài. Về mặt hóa học, bản chất của nó rất phức tạp nhưng để đơn giản hơn, ta coi đá gốc trực tiếp phong hóa thành cao lanh là trường thạch.Lấy trường thạch kali làm thí dụ thì cơ chế phản ứng có thể như sau: Nếu môi trường co độ pH = 3 – 4: 2KAlSi3O8 + 8 H2O ----- > 2KOH + 2 Al(0H)3 + 2 H4Si3O8 ----- > Al2(OH4)Si2O5 + K2O + 4SiO2 + 6H2O Khi môi trường có độ pH = 8 – 9 thì khoáng chính hình thành không phải do caolimit mà là momorilonit: Al1.67Mg0.33((OH)2/Si4O10)0.33Na0.33(H2O)4. Rõ ràng: H2CO3 , H2O và một số axit hữu cơ khác đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình phong hóa đá góc thành cao lanh. Quá trình tạo thành cao lanh có thể còn qua mức độ trung gian. Thí dụ trường thạch bị cerusit hóa tức là chuyển thành mica ngâm nước mà dạng phổ biến là: K2O3 Al2O3.6Si02.2H2O rồi mới chuyển thành caolinit. Trong nhiều trường hợp xảy ra sự thay thế đồng hình của Fe3+ thay Al3+ thì cơ chế còn phức tạp hơn. 1.1.2 Thành phần hóa và khoáng vật: Theo thành phần hóa và khoáng vật cũng như cấu trúc của nó thì cao lanh bao gồm rất nhiều loại khác nhau, trong đó có 28 loại đơn khoáng phổ biến. Trong thiên nhiên do thành phần khoáng vật của đá gốc khác nhau, điều kiện tạo thành cao lanh cũng không giống nhau (độ pH, độ ẩm, nhiệt độ) nên sản phẩm phong hóa cũng khác nhau. Trong thực tế, các khoáng vật của mỗi mỏ cao lanh ít khi là một đơn khoáng. Mặc dù có nhiều đơn khoáng song nếu cấu trúc hoặc tính chất của chúng gần giống nhau thì người ta xếp chúng vào một nhóm. Sau đây là một số nhóm khoáng quan trọng đối với ngành gốm sứ: - Nhóm CAOLINIT: Phần lớn các mỏ cao lanh chứa khoáng chủ yếu là caolinit. Khoáng caolinit có công thức là: Al2O3.2SiO2.2H2O thành phần hóa của khoáng này là: Al2O3: 39,48%; SiO2 : 46,60%; H2O : 13,92%. Thành phần hóa học của hầu hết các mỏ cao lanh ít khi vượt qua giới hạn trên. Nếu mỏ cao lanh nào chứa chủ yếu là khoáng caolinit thì chất lượng nó rất cao. - Nhóm MONMORILONIT : Công thức hoá học là: Al2O3.4SiO2. H2O + nH2O. Mạng lưới tinh thể khoáng này gồm 3 lớp (hai tứ diện SiO4 và một bát diện AlO6). So với caolinit thì khoáng này có lực liên kết yếu hơn, ở đây các lớp OH nằm bên trong, 3 lớp trên tạo thành gói kiểu kín. - Nhóm khoáng chứa ALKALI: Công thức hóa học: K2O.3AL2O3.6SiO2.2H2O Về mặt cấu trúc các khoáng này có mạng lưới tinh thể tương tự như các silicat 3 lớp nên các tính chất của chúng rất giống nhau: độ phân tán cao, độ trương nở trong nước lớn, khả năng hấp thụ trao đổi ion cũng lớn. Trong nhóm này có một số khoáng khác có cấu trúc và tính chất tương tự illit đó là khoáng hyddrophylit, vermiculite và các dạng thủy mica khác. 1.1.3 Tính chất kỹ thuật: -Thành phần hạt: Nhiều tính chất kỹ thuật của cao lanh phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và tỉ lệ các cỡ hạt. Nhìn chung kích thước các hạt cao lanh nằm trong giới hạn phân tán keo (60µm). Kích thước các loại tạp chất bao gồm thạch anh, trường thạch, mica thường khá lớn. Thành phần và kích thước hạt có tác dụng rất lớn đến khả năng hấp thụ và trao đổi ion, tính dẻo, độ co khi sấy, cường độ cũng như diển biến tính chất của khoáng đó theo nhiệt độ nung. Có nhiều phương pháp xác định thành phần hạt nhưng phương pháp thông thường nhất là phương pháp lắng trong pipet kiểu Adereasen. Với dụng cụ này cho phép xác định hàm lượng cỡ hạt 1-2 µm một cách chính xác. - Khả năng trương nỡ thể tích và hấp thụ trao đổi ion: Nhiều tính chất của cao lanh chủ yếu là do cấu trúc tinh thể nó quyết định. Như chúng ta đã biết cấu trúc của các đơn khoáng rất khác nhau. Sự khác nhau về cấu trúc của các đơn khoáng dẩn đến sự liên kết giữa các nguyên tố nhất là mối liên kết giữa Al-OH hoặc liên kết O-H ở các đơn khoáng sẽ khác nhau. Điều này chứng minh rỏ nhất là khi nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc lúc đốt nóng bằng phương pháp nhiệt vi sai. Caolinit mất nước hóa học trong khoảng 550o-600oC, monmorionit với cấu trúc 3 lớp lại mất nước liên kết hóa học ở nhiệt độ cao hơn khoảng 650 – 700oC. Trong thiên nhiên cấu trúc của các silicat rất phức tạp, do có sự thay thế đồng hình của các cation trong các lớp nên đã làm thay đổi lực liên kết giữa các nguyên tố. Điều này dẫn đến sự thay đổi tỉ lệ giữa chúng nên diện tích của các cation trung tâm trong từng lớp và giữa các lớp bị thay đổi đó chính là nguyên nhân gây nên sự khác nhau về khả năng hấp thụ trao đổi, độ trương nở thể tích của các đơn khoáng. - Đặc tính của cao lanh khi có nước: Cao lanh là tổ hợp của nhiều hạt mịn với kích thước hạt rất khác nhau, bề mặt riêng của chúng lớn, hệ thống ống mao quản trong chúng vừa lớn vừa phức tạp do đó có khả năng tự hút ẩm khi để trong không khí. Khi trộn thêm nước vào cao lanh, tùy thuộc hàm lượng nước thêm vào mà tính chất hỗn hợp sẽ rất khác nhau (ít dẻo, rất dẻo, chảy dẻo, chảy thành dòng liên tục). Đặc tính đó gọi là độ dẻo. Theo phân loại của lưu biến học, cao lanh là vật liệu biến dạng dẻo, độ dẻo của cao lanh khi trộn với nước là khả năng giữ nguyên hình dạng khi chịu tác dụng của lực bên ngoài mà không bị nứt. Độ dẻo của hỗn hợp là do ảnh hưởng của nhiều quá trình hóa lý phức tạp dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau xảy ra đồng thời, tuy nhiên chúng ta có thể thừa nhận tính dẻo do các hiện tượng chính sau đây gây nên: + Hiên tượng (khả năng) trượt lên nhau của các hạt có hình dạng và kích thước khác nhau. Khả năng trượt lên nhau càng dễ dàng khi các hạt hấp thụ đủ nước và các cation hấp thụ trao đổi (ion lạ). + Hiện tượng dính kết các hạt với nhau thành một khối. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ dẻo: + Độ lớn và đặt biệt là hình dạng các hạt + Cấu trúc của khoáng đặc biệt là yếu tố điện tích của các ion trung tâm và khả năng thay thế đồng hình của các cation trong các lớp cũng là yếu tố cơ bản quyết định tính dẻo. Khi nghiên cứu đồng thời ảnh hưởng của hàm ẩm và lực tác động bên ngoài đến tính chất của hệ chúng ta sẽ thu được kết quả: Ứng với một hàm ẩm nhất định khi lực bên ngoài đạt đến một giá trị tới hạn thì hệ cũng sẽ có hiện tượng chảy, lưu biến học gọi lực tới hạn đó là giới hạn chảy. Đối với cao lanh nói riêng và phôi liệu gốm sứ nói chung thì lực tới hạn cần đủ lớn để khi có lực bên ngoài xuất hiện ứng suất cắt song không xuất hiện dòng chảy. Nói cách khác là lực tới hạn phải lớn hơn ứng suất cắt. Khi lượng nước đủ lớn thì hồ cao lanh lại chảy thành dòng lien tục. Có thể xác định giới hạn chảy trực tiếp bằng nhiều cách khác nhau, nhưng trong công nghiệp gốm sứ để đơn giản hơn, chúng ta chỉ xác định gián tiếp giới hạn chảy thông qua chỉ số dẻo. Có nhiều phương pháp xác định chỉ số dẻo, trong thực tế sản xuất thường xác định chỉ số dẻo theo vica chuẩn (hay côn chuẩn Ribinde) để xác định giới hạn chảy và xác định giới hạn lăn theo phương pháp cổ điển (trộn cao lanh với nước rồi lăn trên kính bằng tay thành sợi có ø = 2 – 3 mm, để nó tự đứt thành đoạn nhỏ cỡ 1 – 3 mm. Chỉ số dẻo là hiệu số độ ẩm của giới hạn chảy và giới hạn lăn. Phương pháp này nhanh, đơn giản nhưng kết quả phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm người làm. Ngoài ra con có thể xác định chỉ số dẻo bằng các phương pháp sử dụng dụng cụ của Perfferkorn. - Cường độ mộc: Độ bền của mộc ở trạng thái sấy khô cũng như cường độ kéo dẻo là những chỉ tiêu kỹ thuật rất quan trọng và biểu thị gián tiếp đặc tính dẻo của cao lanh. Cường độ kéo dẻo lớn tức là lực liên kết lớn điều đó có nghĩa là nguyên liệu có độ dẻo cao. 1.1.4 Sự biến đổi của cao lanh khi nung: Mặc dù thành phần khoáng vật của cao lanh rất phức tạp, song khoáng chính và phổ biến nhất trong chúng là: laolinit. Lúc bị nung nóng ở các khoáng sẽ xãy ra diển biến rất phức tạp bao gồm các quá trình lý hóa, thường xãy ra kế tiếp nhau hay xãy ra cùng lúc và chúng có lực tác dụng tương hỗ lẩn nhau. Có thể xãy ra các hiện tượng chính sau: - Biến đổi thể tích kèm theo mất nước lý học. - Biến đổi thành phần khoáng bao gồm mất nước hóa học, biến đổi cấu trúc tinh thể khoáng cũ. - Các cấu tử phản ứng với nhau để tạo ra pha mới. - Hiện tượng kết khối. Để khảo sát diển biến lúc nung của các khoáng chúng ta có thể sử dụng nhiều phương pháp riêng biệt hay kết hợp các phương pháp để thu được kết quả với độ tin cậy cao hơn. Các phương pháp thường dùng là: - Phương pháp nhiệt vi sai (DTA – DTG). - Phương pháp nhiểm xạ Rontgen. - Phương pháp xác định đường cong co và giãn nở liên tục qua kính hiển vi nhiệt độ cao hoặc bằng đilatomet. - Phương pháp thạch học dùng các loại kính hiển vi để quan sát sự thay đổi cấu trúc của mẩu nung. Các phản ứng xãy ra trong quá trình nung cao lanh không những phụ thuộc vào nhiệt độ nung cực đại mà còn phụ thuộc vào tốc độ nâng nhiệt độ và cả thời gian lưu ở nhiệt độ cực đại. Mặt khác lượng tạp chất cũng giữ vai trò quan trọng. Như vậy sự diễn biến lúc nung và các tính chất của sản phẩm nung đều phụ thuộc vào các dự kiến đã nói trên.Các phản ứng xãy ra lúc đầu là ở trạng thái rắn song rất nhiều trường hợp có thể có mặt pha lỏng. Phản ứng thường không thực hiện đến cùng vì ít khi đạt được sự cân bằng pha. Tính chất kỹ thuật của cao lanh quyết định khả năng và phạm vi sử dụng chúng. Để sử dụng nó hợp lí cần nghiên cứu các tính chất đó một cách chính xác để từ đó xây dựng các tiêu chuẩn nhà nước thuộc các khâu khai thác, bảo quản và sử dụng chúng trong lĩnh vực công nghiệp gốm sứ, vật liệu chịu lửa, công nghiệp giấy, chất độn cho công nghiệp nhựa, sơn, phân bón phức hợp,v.v… 1.1.5 Cao lanh Việt Nam và thực trạng khai thác cao lanh ở nước ta. Cao lanh Việt Nam hình thành theo kiểu tàn dư, là cao lanh nguyên sinh nên hạt thô, thành phần hóa học khá thuần khiết (rất gần với thành phần đá gốc), đặc biệt có mỏ có độ trắng cao như Hữu Khánh đạt độ trắng gần 90% so với BaSO4 thích hợp cho công nghiệp gốm sứ. Cao lanh của ta khá nhiều kiềm (Na2O, K2O) không dùng được cho công nghiệp vật liệu dầu lửa. Riêng mỏ cao lanh Tấn Mùi hình thành theo kiểu biến chất trao đổi (quarzit thứ sinh). Những vĩa sạch có thành phần caolinit, hàm lượng Al2O3 đạt 38% sử dụng cho vật liệu chịu lửa samot A rất tốt. Cao lanh của ta có độ min kém, ít dẻo, không thích hợp cho công nghiệp giấy cao cấp, trừ một số vĩa đặc biệt của mỏ cao lanh Tân Dương. Những năm gần đây, ở nước ta, nhu cầu sử dụng cao lanh trong lĩnh vực sản xuất vật liệu rất lớn, khoảng 400000 tấn/năm. Ngoài ra các ngành sản xuất gốm sứ, thủy tinh cũng đòi hỏi phải đầu tư vào hàng nghìn tấn nguyên liệu cao lanh chất lượng cao. Lần đầu tiên các nhà khoa học Viện khoa học vật liệu (Viện khoa học và công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu chế tạo thành công quy trình công nghệ và thiết bị tuyển lọc cao lanh phù hợp với đặc điểm của từng mỏ cao lanh trong nước. Công nghệ này đã được ứng dụng ở mỏ A Lưới (Thừa Thiên Huế), mỏ Ngọt (Phú Thọ) mang lại hiệu quả cao, không có sản phẩm thải, tận thu tối đa nguyên liệu khoáng sản. Sản phẩm cao lanh sản xuất trên công nghệ dây chuyền này có chất lượng cao, ổn định, phù hợp với tiêu chuẩn nguyên liệu trong nước và quốc tế, không phải phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nhập ngoại với giá thành cao. Hiện nay nước ta có nhiều cơ sở sản xuất gạch ceramic, granit, sứ vệ sinh có công nghệ tiên tiến, công suất lớn, hằng năm cần hàng ngàn tấn nguyên liệu cao lanh. Nhưng đáng tiếc là các cơ sở khai thác, chế biến cao lanh trong nước không đáp ứng được nguồn nguyên liệu chất lượng cao, nên các cơ sở sản xuất gốm sứ phải nhập khẩu hàng chục nghìn tấn cao lanh mổi năm từ Pháp với giá 200 USD/tấn. Nguyên nhân cơ bản của nghịch lý này là ở nước ta chưa có một cơ sở khai thác và tuyển lọc cao lanh theo quy trình công nghệ tiên tiến, chủ yếu là làm thủ công, quy mô nhỏ lẻ. Tình trạng trên đã không đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu sản xuất trong nước mà còn gây lãng khí, tổn thất lớn nguồn cao lanh của đất nước. Theo dự báo của ngành xây dựng: Vào năm 2005 – 2010 nhu cầu tiêu thụ cao lanh cho sản xuất gốm sứ xây dựng cao cấp sẽ tăng gấp hai nhu cầu hiện nay, do đó vấn đề khai thác và tuyển lọc cao lanh nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, hiệu suất thu hồi và sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên càng trở nên cấp bách.. Việt Nam có nguồn nguyên liệu cao lanh phong phú, hiện nay có 123 mỏ và điểm quặng cao lanh với trữ lượng khoảng 397,5 triệu tấn, trong đó một số mỏ đã được đưa vào khai thác 150000 tấn/năm sau khi tuyển tách là khoáng chất công nghiệp được sử dụng rộng rải trong nhiều ngành công nghiệp như giấy, vật liệu chịu lữa, thủy tinh, gốm sứ, xi măng, cao su, chất dẻo,…. Trong tương lai, cao lanh còn được sử dụng trong xử lý nước, sinh hóa, vật liệu tổ hợp bền nhiệt cho sản xuất ô tô, bê tông nhẹ. Cao lanh trong tự nhiên lẫn nhiều đá mẹ, các tạp chất hữu cơ và oxit kim loại, vì vậy cần tuyển tách mới có các sản phẩm cao lanh đáp ứng yêu cầu sử dụng. Không chịu bó tay trước thực tế, các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học vật liệu đã tập trung nhiều công sức nghiên cứu tìm hiểu và thiết kế công nghệ thích hợp cho từng mỏ cao lanh ở nước ta. Để xây dựng quy trình công nghệ tuyển lọc cao lanh phù hợp với đặc điểm cao lanh Việt nam nói chung và các mỏ nói riêng, nhóm nghiên cứu đã phối hợp với Hội tuyển khoáng Việt Nam đi đến các vùng Quảng Ninh, Hải Dương, Lào Cai, Phú Thọ, Yên Bái, Đà Lạt, Huế tìm nguồn gốc địa chất, lấy mẩu nghiên cứu. Hiện nay, quy trình công nghệ tuyển lọc cao lanh đã đưa vào vận hành với công suất từ 30000-90000 tấn quặng cao lanh thô/năm và có thể mở rộng theo yêu cầu sản xuất mỗi cơ sở. Từ cao lanh thô cho vào khoang chứa với nhiệm vị cung cấp cao lanh đều đặn cho dây chuyền đến thiết bị đánh tơi, chà sát, đưa đến thiết bị phân cấp từ xoắn để phân loại thạch anh.Các sản phẩm này được chuyển đến bộ phận tuyển xyclon dùng tách tạp chất loại hạt mịn ra khỏi cao lanh, đưa đến bộ phận lọc sắt ra khỏi cao lanh. Sau đó tất cả sản phẩm này đưa vào hệ thống lắng lọc và máy sấy khô chuyển ra ngoài. Công nghệ hoàn thiện có giá thành chi bằng 50% - 60% so với thiết bị nhập ngoại. Sản phẩm cao lanh qua công nghệ này, chất lượng sảm phẩm đạt chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cao, giá thành cao hơn từ 2-3 lần so với sản phẩm lọc bằng phương pháp thủ công, chỉ bằng 1/2 giá thành nhập ngoại. Việc mở rộng sản xuất đã làm tăng ngân sách cho địa phương, chủ động nguồn nguyên liệu cho sản xuất trong nước và góp phần thực hiện công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Bảng 1.2 Chất lượng một số Caolanh của nước ta       Loại  CaolanhMinh Tân  CaolanhHữu Khánh   Tính chất  Đã lọc  Đã lọc   Nguồn gốc  Đá mẹ là keratophyt phong hoá tàn dư  Pegmatit, granit phong hoá tàn dư   Thành phần khoáng và hoá chủ yếu  Caolinit ít thuỷ mica và thạch anh  Caolinit điển hình   SiO4  72,2  52,28   Al2O3  18,79  32,29   Fe2O3 + TiO2  1,51  0,6   Thành phần khoáng hợp lý %         T  39,9  8,2 3   Q  47,7  12,0 3   F  16,44  6,0 3   Các oxit khác  1,96      Tính chất cơ lý cường độ mộc         Kg/cm2  TLO  10,2   độ co sấy %  6,15  5,56   Độ chịu lửa C  1670  1730   Màu sắc sau khi nung  Màu vàng nhạt  Rất trắng   Phạm vi sử dụng  Sứ dân dụng và cách điện  Sứ dân dụng cao cấp, công nghiệp giấy (phải nghiền thêm)   Bảng 1.1 Tính chất, thành phần hoá học trung bình của caolanh và đất sét   Thành phầntính chất  Yên Bái  Sơn Mãn(Lào Cai)  Quảng Bình  Đèo Le(Quảng Nam)  Pren(Đà Lạt)  Sóc Sơn(Hà Nội)  Hương Châu(Hà Tĩnh)  Sơn Dương(Lâm Đồng)  Eo Gió(Đà Lạt)   SiO2, %  50,2 - 68,2  50,57  58,4  73,54  63,8  50 - 67  68 - 73  66,98  49,5   Al2O3, %  30,05  33,02  26,6  15,97  18,14  20 - 27  21,2  21,9  26,4   Fe2O3 + SiO2, %  0,72  0,67  15  0,69  0,9  1,12  1,24  1,5  5,6   Mất khí nung %  8,94  10,85     2,45  15,8  9,8            Độ co tổng ở 1350oC  18,0                 17,5         Cường độ mộc khí sấy Kg/cm2     5,0 - 10                                   1.1.6. Khái niệm và thành phần tinh bột cao lanh: Cao lanh (kaolin) là một khoáng sản phi kim được hình thành do quá trình phong hoá của phenpat, chủ yếu là octodaz và anbit. Quá trình phong hoá trên được gọi là quá trình cao lanh hoá. Thành phần hoá học cao lanh: Công thức hoá học Al2O3.2SiO2.2H2O Thành phần lý thuyết : Al2O3: 39,48% , SiO2 : 46,60%, H2O : 13,92% Tỷ trọng : 2,57 – 2,61 Độ cứng : 1 – 2,5 1.1.7 Tính chất tinh bột cao lanh : Kích thước hạt: dài rộng khoảng 0,1 – 1; dày khoảng 0,02 – 0,1, axit nhôm- silic có công thức: H2AlSiO8H2O trộn với nước, cao lanh biến thành một dạng bùn nhão, dẻo dạng hồ, hoà loãng để khuếch tán trong H2O. Dưới góc độ hoá học, phepat phân giải thành cao lanh theo phương trình phản ứng sau: K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + H2O ----- > Al2O3.2SiO2.2H2O + K2O3 + 4SiO2 CaO.Al2O3.6SiO2 + CO2 + H2O ----- > Al2O3.2SiO2.2H2O + CaCO3 + 4SiO2 Trong quá trình phong hoá, do tác động của CO2 và H2O liên kết giữa Al2O3 và SiO2 không bị bẻ gãy và rất bền vững, do đó phân tử cao lanh chịu thuỷ phân cao, không hòa tan trong H2O và trầm tích thành mỏ có lẫn SiO2. Đối với phenpat kiềm thổ, ngoài SiO2 còn lẫn CaCO3 (nếu pH của môi trường phong hoá nhỏ hơn 7 thì CaCO3 từ từ phân giải cho CaO và cho CO2. Chính CO2 này lại là tác nhân tiếp tục phong hoá phenpat). Ứng dụng cao lanh: được sử dụng trong các lĩnh vực sau Công nghiệp dược, mỹ phẩm, giấy, gốm sứ, vật liệu chịu lửa, luyện kim. Sản xuất gạch ceramic, chất tẩy trắng dầu mỡ, sứ cách điện, tổng hợp Zeolit….. 1.2. GIỚI THIỆU QUI TRÌNH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT CAO LANH: Việc tuyển khoáng là tổ hợp các quá trình gia công khoáng sản và phân tách khoáng vật. Quặng cao lanh là một khoáng vật, có nhiều phương pháp tuyển lọc cao lanh, một trong số đó là phương pháp thủy lực. Dây chuyền này đã tự động hóa đến 70%. Quy trình tuyển lọc cao lanh bằng thủy lực trải qua nhiều công đoạn khác nhau. Nguyên lý chung sử dụng lực của dòng nước chảy để loại bỏ tạp chất, trong đó phương pháp đánh tơi và chà xát và phân cấp xyclon thủy lực kết hợp với tuyển từ ướt là những bước cơ bản. Có thể chia quy trình này thành 3 công đoạn chính là : công đoạn đập nghiền sàn phân cấp, công đoạn tuyển phân tách và công đoạn phụ trợ, cụ thể ở đây là cô đặc và sấy khô sản phẩm. Đầu tiên quặng cao lanh được chà xát thủ công rồi qua băng tải cấp liệu 1 đổ vào phiễu cấp liệu đĩa, với tốc độ quay từ 20 - 30 v/p, dưới tác dụng của lực văng ly tâm vật liệu đựợc chuyển qua băng tải cấp liệu 2, từ đây dòng cao lanh tiếp tục được đưa vào đánh tơi, từ đó qua lưới của sàn quay, các hạt vật chất có đường kính > 3 mm bị thải ra ngoài. Hòa trộn với dòng nước các hạt mịn nhỏ hơn tiếp tục chảy vào vết xoắn phân cấp, thiết bị này gồm vết xoắn đặt trong lòng máng. Khi vít quay chúng thực hiện sự phân loại. Những hạt nhỏ dưới 0,25 mm cùng với nước tràn qua cuối máng, còn hạt to hơn được vít xoắn đẩy lên đầu máng ra ngoài theo máng thải cát. Từ vít xoắn phân cấp, dòng liệu được đổ vào bể chứa trung gian và từ đây nó được hút lên các xyclon thủy lực bằng hệ thống máy bơm. Hệ thống máy bơm và xyclon thủy lực là thiết bị phân cấp vật liệu dạng tinh lọc, cỡ hạt từ 5-150 μm, để làm đặc bùn cao lanh, tách cát trong quá trình tuyển lọc. Dòng liệu được chia làm 2 dòng, các hạt to hơn do chịu lực ly tâm văng vào dòng bùn ngoài, các hạt mịn ở dòng bên trong do đó sản phẩm trào ra ở các xyclon gồm hai dòng cát thô và chảy mịn. Dòng nước mịn này được đưa vào máy khử sắt để tuyển từ. Các tạp chất có từ tính bị giữ lại ở đế sắt, còn khối liệu sạch được đổ vào bể cô đặc. Tại bể các khối liệu cao lanh từ từ lắng xuống, và công nghệ tuyển cao lanh tinh chất cơ bản hoàn thành Công đoạn tiếp theo là loại bỏ nước ra khỏi khối liệu lắng ở bể chứa bằng hệ thống bơm bùn bơm hút khối liệu bằng áp lực cao đến máy ép khung bản nhằm ép nước ra khỏi cao lanh. Cao lanh được ép thành từng bánh có độ ẩm từ 22-27%, tùy theo yêu cầu sử dụng các bánh cao lanh thành phẩm tiếp tục giữ nguyên độ ẩm hay được sấy khô. 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHUẤY TRỘN CAO LANH 1.3.1. Lý thuyết khuấy trộn: 1.3.1.1. Khái niệm chung về khuấy trộn : Quá trình khuấy hệ lỏng là quá trình rất thường gặp trong công nghiệp (nhất là trong công nghiệp hoá chất và những ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thưc phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hoá dược, công nghiệp nhẹ...) và trong đời sống hằng ngày. Quá trình khuấy có thể được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy qua, trong các bơm vận chuyển, trên đĩa của các tháp tinh luyện,v.v..cũng như trong các thiết bị khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học đưa vào qua cơ cấu khuấy hoặc nhờ năng lượng của dòng khí nén. Quá trình khuấy nhằm mục đích: 1.Tạo ra các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng, khí rắn có tính chất thành phần khác nhau : dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt,… 2. Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt 3. Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm quá trình chuyển khối và quá trình hoá học. Thiết bị dùng để khuấy trộn vật liệu gọi là máy khuấy. Bộ phận để khuấy trộn vật liệu trong máy khuấy và trong các thiết bị phản ứng gọi là cánh khuấy. 1.3.1.2. Chỉ tiêu đánh giá quá trình khuấy: a. Mức độ khuấy (I): là sự phân bố tương hỗ của hai hay nhiều chất sau khi khuấy cả hệ. Mức độ khuấy trộn chính là một loại chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả khuấy và cũng có thể được sử dụng để đánh giá cường độ khuấy. Có thể dùng nhiều công thức khác nhau để tính mức độ khuấy trên cơ sở phân tích các mẩu thử lấy từ thể tích được khuấy, trong số đó công thức của Hixon và Tenny là thông dụng hơn cả:
(1.1) Trong đó: n - số mẩu thử Xi - nồng độ mẩu thử lần i Nồng độ mẩu lần thứ i xác đinh theo công thức: N ếu Φi <Φi
(1.2a) Nếu Φi >Φio:
(1.2b) Trong đó: Φi,Φio -phần thể tích của cấu tử i trong mẩu thử và trong toàn bộ thiết bị. Đối với các chất lỏng tan lảnh hoàn toàn, mức độ khuấy có thể được xác định theo công thức Hobler và Strek:
(1-3) Trong đó ΔS, ΔSm -lượng tăng entropi của chất lỏng được khuấy sau thời gian khuấy và sau khi kh ấy hoàn toàn
=∞ Dạng cụ thể của hàm (1-3) đối với cơ cấu khuấy tuabin được thiết lập nhờ khuấy thực nghiệm hai thể tích một chất lỏng có nhiệt độ khác nhau:
(1-4) Trong đó:
là thời gian khuấy K: là hệ số phụ thuộc vào chuẩn số Reynolds và đại lượng để đo cường độ khuấy (k càng lớn thời gian khuấy càng nhỏ).