Canxi sunphat – Ảnh hưởng của chất xúc tiến tới quá trình chuyển pha thạch cao thành α hemihyđrat.
Tiếp theo ý tưởng thực hiện chuyển pha thạch cao thành hemihyđrat trong môi trường dung dịch chứa các chất điện ly. Khi đã thực hiện chuyển pha được ở áp suất thường, các tác giả tiếp tục tìm những chất xúc tiến có tác dụng tốt hơn. Nồng độ chất xúc tiến cũng được nâng cao hơn.
Và kết quả đã rất khả thi khi thực hiện chuyển pha thạch cao thành hemihyđrat ở nhiệt độ thấp tới 70oC. Hơn nữa sản phẩm là α hemihyđrat hình kim mảnh, khi hyđrat hóa thạch cao chịu lực có thể đạt tới 50 MPa. Các chất xúc tiến đã đưa ra nghiên cứu có tác dụng khác nhau tới sự chuyển pha thạch cao thành hemihyđrat. Có thể đánh giá khả năng xúc tiến theo dãy:
MgCl2 ≈ CaCl2 > NaCl > KCl > Mg(NO3)2 ≈ Ca(NO3)2 > NaNO3
Các nghiên cứu cũng chỉ ra khi tăng nồng độ chất xúc tiến cũng làm quá trình chuyển pha diễn ra nhanh hơn. Tuy nhiên giới hạn của việc tăng nồng độ dừng lại ở độ bão hoà của chất xúc tiến. Mặt khác thực hiện chuyển pha ở nồng độ chất xúc tiến bão hoà, khi thời gian chuyển pha kéo dài một phần dung môi bay hơi làm kết tinh chất xúc tiến cộng kết hoặc bám bẩn làm thay đổi tính chất sản phẩm. Một số chất cũng có thể cộng kết với các pha của canxi sunphat hình thành những hỗn hợp ít tan như NaCl, KCl… do vậy cần lựa chọn những chất xúc tiến phù hợp. Các axit vô cơ: HCl, H2SO4, H3PO4… cũng có tác dụng xúc tiến đáng kể. Tuy nhiên khi thực hiện chuyển pha các axit ăn mòn thiết bị rất mạnh nhất là khi thực hiện chuyển pha ở nhiệt độ cao. Do vậy các axit không được sử dụng làm chất xúc tiến.
Trong bài báo này tôi đưa ra kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các loại chất xúc tiến và nồng độ một số chất xúc tiến tới quá trình chuyển pha thạch cao thành α hemihyđrat khi thực hiện chuyển pha thời gian 3h, nhiệt độ chuyển pha 100oC.
Tiến hành thí nghiệm như sau:
Dung dịch chất xúc tiến được đun đến nhiệt độ khảo sát, khi nhiệt độ ổn định cho các mẫu thạch cao khảo sát vào. Kết thúc quá trình huyền phù được lấy ra, lọc qua bộ lọc chân không, rửa bằng nước sôi cho hết ion chất xúc tiến, sau đó rửa lại bằng những dung môi không nước như cồn tuyệt đối hoặc axeton. Sản phẩm được sấy và phân tích hàm lượng nước kết tinh còn lại. Hiệu suất chuyển hoá được đánh giá qua hàm lượng nước kết tinh trong sản phẩm.
Kết quả khi thực hiện chuyển hoá được chỉ ra ở bảng dưới đây:
Chất xúc tiến
|
Nồng độ, M
|
Hàm lượng nước kết tinh, w%
|
Hiệu suất chuyển hoá, x%
|
Zn(CH3COO)2
|
1,5
|
20,01
|
7,30
|
MgCl2
|
3 |
5,67
|
103,45()
|
| 2 |
6,15
|
100,34
|
| 1 |
14,19
|
50,02
|
ZnCl2
|
3
|
6,00
|
101,17
|
2
|
6,26
|
99,67
|
1
|
6,56
|
97,96
|
CaCl2
|
3
|
5,86
|
101,88
|
2
|
6,26
|
99,66
|
1
|
20,08
|
6,74
|
Zn(NO3)2
|
3
|
9,73
|
79,03
|
KNO3
|
3
|
12,22
|
63,20
|
NH4Cl
|
3
|
7,67
|
91,48
|
2
|
17,50
|
26,47
|
NaCl
|
3
|
6,50
|
98,31
|
2
|
6,62
|
97,62
|
1
|
16,41
|
34,43
|
| MgSO4 |
3
|
18,29
|
20,56
|
2
|
19,77
|
9,19
|
(*) Khi hiệu suất > 100% tức là một lượng hêmihyđrát đã chuyển về anhyđrit
Kết quả trên cũng chỉ ra khi tăng nồng độ chất xúc tiến quá trình chuyển pha thạch cao thành hemihyđrat diễn ra nhanh hơn. Đồng thời thấy rằng MgCl2, CaCl2, ZnCl2 là những chất có khả năng xúc tiến tốt cho quá trình chuyển pha thạch cao thành hemihyđrat.
Hình trên là ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) của tinh thể hemihyđrat hình thành dạng hình kim mảnh độ phóng đại 300

Click để xem hình lớn
Đồ thị trên chỉ ra ảnh hưởng của nồng độ chất xúc tiến ảnh hưởng rất đáng kể tới quá trình chuyển pha thạch cao thành α hemihyđrat . Việc lựa chọn nồng độ chất xúc tiến còn ảnh hưởng tới cả kích thước và tính chất tinh thể nữa. Ở nồng độ thấp khi thực hiện quá trình chuyển pha kéo dài, tinh thể α hemihyđrat còn có thể kéo dài dạng sợi.
Khi thực hiện phân tích bằng phổ nhiệt DSC hoặc nhiễu xạ tia X cho kết quả sản phẩm của quá trình chuyển pha thạch cao trong dung dịch hoặc trong nồi hơi là dạng α hemihyđrat có nhiều tính chất tốt như đã đề cập.
Để việc sản xuất α hemihyđrat được ứng dụng rộng rãi trên thực tế cần rất nhiều nghiên cứu nữa. Nhất là với Việt Nam hiện nay, chúng ta có những mỏ thạch cao lớn tuy nhiên khai thác để thu những hiệu quả lớn còn chưa có. Chúng ta vẫn phải nhập những nguồn nguyên liệu α hemihyđrat để sử dụng trong những nhu cầu đặc biệt với giá khá cao.
Nguyễn Văn Phương - Th.S. Nguyễn Quang Bắc
(NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA THẠCH CAO
THÀNH CANXI SUNPHAT HEMIHYDRAT
ĐHBK HÀ NỘI 2007)
hoahocvietnam.com