GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU CHỊU LỬA & CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ NGUYỄN VĂN DŨNG by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

GIÁO TRÌNH

U Y

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA

H Ư

VẬT LIỆU CHỊU LỬA TR ẦN

(Dùng cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật hóa học silicat)

10 00

Tác giả: KS. NGUYỄN THỊ HUYỀN

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

PGS.TS. NGUYỄN VĂN DŨNG

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VLCL

U Y

VLCL là vật liệu dùng để xây dựng các lò công nghiệp, các ghi đốt, các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao (>10000C), ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối với các tác dụng khác nhau về mặt cơ học và hoá lí. Chúng khác với các vật liệu xây dựng khác về những yêu cầu sau:

I/Khái niệm

ẠO

Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động trong khoảng 1000-1800oC. Vì vậy VLCL phải có độ chịu lửa, nghĩa là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao không bị nóng chảy.

Thường đa số vật liệu chịu lửa nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn 16501750 C nhưng ở nhiệt độ thấp hơn nhiều các VLCL bắt đầu mềm và mất cường độ xây dựng. Vì thế tác dụng của nhiệt độ cao lên VLCL không phải giới hạn ở nhiệt độ nóng chảy của chúng mà chất lượng của VLCL được đánh giá bằng khả năng chống lại các tác dụng của tải trọng xây dựng ở nhiệt độ xác định.

TR ẦN

H Ư

10 00

Khi chịu tác dụng bởi nhiệt độ cao, phần lớn các VLCL đều giảm thể tích do hiện tượng kết khối phụ. Một số khác lại tăng thể tích như Dinas. Sự biến đổi thể tích của VLCL có thể gây nên hư hỏng và phá huỷ vỏ lò. Vì vậy VLCL phải có thể tích ổn định ở nhiệt độ dùng của chúng.

-L

Í-

Sự thay đổi nhiệt độ của lò khi đốt nóng và làm nguôị cũng như khi đốt nóng vỏ lò không đồng đều cũng gây nên nứt vở VLCL. Do vậy cần phải có độ bền nhiệt.

ÁN

Lớp gạch lót trong lò công nghiệp hay các ghi đốt dễ bị huỷ hoại do tác dụng hoá học với tro xỉ nhiên liệu hay với các vật liệu nấu hay nung trong đó, vì vậy một yêu cầu nữa là cần có độ bền hoá.

IỄ N

ÀN

Hiện nay vẫn chưa có loại VLCL nào tập hợp đầy đủ các tính chất làm việc cần thiết để sử dụng một cách chắc chắn trong các điều kiện bất kì. Mỗi dạng VLCL được đặc trưng bởi những tính chất nào đó của nó, trên cơ sở đó người ta xác định phạm vi sử dụng thích hợp. Ví dụ: Dinas ở nhiệt độ cao có cường độ xây dựng lớn, có thể dùng rất tốt để xây vòm lò làm việc ở nhiệt độ cao. Trong khi đó gạch manhêdi thường có độ chịu lửa cao và bền xỉ nhưng độ bền nhiệt thấp, nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng thấp không thể dùng ở vòm lò có lực xiên ngang.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

II/ Phân loại: Có nhiều cách phân loại 1. Theo bản chất hoá lí của nguyên vật liệu ban đầu có thể chia VLCL làm 8 nhóm chính:

1/ Nhóm silic: Gồm 2 nhóm nhỏ là dinas và thạch anh

U Y

3/ Nhóm Manhêdi: Gồm 4 nhóm nhỏ: Đôlômit, Forsterit, Spinen, manhêdi

2/ Nhóm Aluminôsilicat: Gồm 3 nhóm nhỏ: Bán axit, samôt, cao alumin

4/ Nhóm crômit: Gồm 2 nhóm nhỏ: Crômit, crôm manhêdi

ẠO

5/ Nhóm Zircôn: Gồm 2 nhóm nhỏ: Silicat Zircôn (ZrSiO4) và Zircôn (ZrO2)

6/ Nhóm cácbon: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cốc và Grafit

8/ Nhóm oxyt: Các oxyt tinh khiết

TR ẦN

2. Theo độ chịu lửa: Chia làm 3 loại:

H Ư

7/ Nhóm Cacbua Nitrua: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cacborun và các loại khác.

Loại chịu lửa thường: Độ chịu lửa từ 1580-17700C

Loại cao lửa: Độ chịu lửa 1770-20000C

Loại rất cao lửa : độ chịu lửa >20000C

10 00

3. Theo hình dạng và kích thước: Chia làm 4 loại: Gạch tiêu chuẩn thường: Gạch hình chữ nhật và gạch hình chêm

Gạch dị hình đơn giản

Loại phức tạp

Loại rất phức tạp và khối lớn

ÁN

-L

Í-

IỄ N

ÀN

4. Theo đặc tính gia công nhiệt: 3 loại -

Loại không nung

Loại nung

Loại đúc từ chất nóng chảy

5. Theo phương pháp sản xuất: 3 loại

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Sản phẩm nén dẻo, nén bán khô hoặc nén dập từ phối liệu dạng bột không dẻo

Sản phẩm đúc từ hồ và chất nóng chảy

Sản phẩm cưa từ quặng

Loại đặc: Có độ xốp từ 10-30 %

Loại kết khối : Có độ xốp nhỏ hơn 1 %

U Y

6. Theo độ xốp: 3 loại

ẠO

- Loại ít kết khối : Có độ xốp lớn hơn 50 % III/ Các tính chất cơ bản

1. Độ chịu lửa: Là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao không bị nóng chảy

TR ẦN

H Ư

Độ chịu lửa là một hằng số kỹ thuật, nó khác với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu là một hằng số lí học. Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ ứng với trạng thái cân bằng giữa pha tinh thể và pha lỏng. Điểm nóng chảy cũng là nhiệt độ kết tinh của vật chất bị nóng chảy, vì ở nhiệt độ đó trạng thái cân bằng của quá trình nóng chảy và kết tinh là thuận nghịch.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Để xác định độ chịu lửa của vật liệu người ta dùng côn để đo

Côn này là 1 khối chóp cụt, 2 đáy là 2 tam giác đều có cạnh là 8 mm và 2mm, cao 30mm. Vật liệu làm côn phải nghiền nhỏ lọt sàng 900 lỗ/cm2. Côn này được đặt trong lò nung. Lò nung có thể dùng lò điện, lò dùng khí hay các loại lò khác miễn là các lò này đảm bảo nhiệt độ đồng đều trong toàn thể tích. Khi tăng nhiệt độ, pha lỏng xuất hiện và tăng theo nhiệt độ, độ nhớt giảm làm khối chóp mềm và cong lại. Khi đầu côn chạm tới mặt đế thì nhiệt độ đó là nhiệt độ gục của côn hay nhiệt độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy có điều kiện của vật liệu. Trong công nghiệp thường gọi độ chịu lửa bằng 1/10 nhiệt độ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Côn

1250

1500

1280

1520

1300

1530

1320

21-25

1530

1350

1380

1410

1430

1460

1480

1580

1790

1610

1825

1630

1850

1650

1870

1670

1910

1690

1960

H Ư

1770

Ơ H

1750

TR ẦN

1730

10 00

1710

Nhiệt độ (0C)

U Y

Nhiệt độ (0C)

Côn

Nhiệt độ (0C)

ẠO

Côn

Để xác định độ gục của côn, không thể đo trực tiếp bằng nhiệt kế quang học mà bằng cách so sánh với nhiệt độ gục của côn tiêu chuẩn. Các côn tiêu chuẩn này được sản xuất từ hỗn hợp cao lanh, oxyt nhôm, quắc. Côn nhiệt độ thấp người ta còn thêm một số chất trợ dung như trường thạch. Bảng 1: Các côn tiêu chuẩn

chịu lửa. Ví dụ: Nhiệt độ chịu lửa của dinas là 17100C thì độ chịu lửa của nó là 171.

ÁN

-L

Í-

Độ chịu lửa của vật liệu thí nghiệm phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và điều kiện thí nghiệm như: Thành phần hoá, thành phần khoáng, thành phần hạt, tốc độ nâng nhiệt, hình dạng kích thước mẫu thí nghiệm, môi trường thí nghiệm...

IỄ N

ÀN

- Các vật liệu có thành phần hoá và thành phần khoáng khác nhau sẽ có nhiệt độ chịu lửa khác nhau. Bảng 2: Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCL Loại vật liệu

Độ chịu lửa (0C)

Loại vật liệu

Độ chịu lửa (0C)

Quắc

1730-1750

Cao Alumin

1780-2000

Dinas

1710-1720

Manhêdi

>2300

Đất sét chịu lửa

1580-1750

Crôm-manhêdi

>2000

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1740-1770

Đôlômit

>2000

Samôt

1610-1750

Forsterit (2MgO.SiO2 85%+MgO.Fe2O3 15%)

1800-1850

Bán Axit

1610-1710

Cao lanh

U Y

- Thành phần cỡ hạt: Nếu hạt vật liệu càng lớn, nhiệt độ gục của côn càng cao.

ẠO

Nguyên nhân: Nếu kích thước hạt lớn, bề mặt tiếp xúc với nhau bé, điều kiện tạo thành điểm ơtecti kém đi, lượng pha lỏng tăng chậm, nhiệt độ gục côn tăng lên.

TR ẦN

H Ư

Ví dụ: hỗn hợp 50% đất sét và 50% quắc có cỡ hạt 0,5mm có nhiệt độ gục là 17100C. Nếu hạt nhỏ hơn 0,06mm có nhiệt độ gục 16400C. Tuy nhiên, nếu tăng tốc nhiệt độ chậm khoảng 2-30C /phút thì cỡ hạt ít ảnh hưởng đến nhiệt độ gục côn.

10 00

- Tốc độ nâng nhiệt: Thay đổi tốc độ nâng nhiệt trước giai đoạn kết khối sản phẩm thì không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Tăng tốc độ nâng nhiệt ở giai đoạn vật liệu đã mềm sẽ tăng nhiệt độ gục côn. Tuy nhiên nếu cùng tăng tốc độ nâng nhiệt như nhau thì độ tăng nhiệt độ gục côn khác nhau không giống nhau. Nguyên nhân chính: ảnh hưởng tốc độ nâng nhiệt lên tốc độ phản ứng hoá học tạo thành pha lỏng ở các vật liệu khác nhau không giống nhau. Vì thế qui định: Tốc độ nâng nhiệt 4-60C/phút bắt đầu từ nhiệt độ kết khối sản phẩm.

ÁN

-L

Í-

- Môi trường khí: VLCL thường chứa sắt. Sắt tồn tại dưới 2 dạng Fe2+ và Fe3+, chúng biến đổi thuận nghịch tuỳ theo môi trường. Hợp chất của Fe2+ dễ chảy hơn nên nhiệt độ gục côn thấp hơn. Qua nhiều thực nghiệm thấy rằng: VLCL chứa sắt thì nên xác định trong môi trường trung tính hay oxi hoá. 2. Cường độ xây dựng ở nhiệt độ cao

IỄ N

ÀN

Là khả năng chống lại đồng thời tác dụng của nhiệt độ và tải trọng cơ học. Tính chất này được đặc trưng bởi nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng tĩnh 2 kG/cm2, biểu thị khoảng mềm khi đó sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo. Tải trọng thực tế thường nhỏ hơn tải trọng kiểm tra nhiều lần. Cao nhất 0,5-1kg/cm2.

Để xác định nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2kg/cm2 theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST 4070-48) người ta cắt sản phẩm ra thành hình trụ có đường kính 36 mm, cao 50 mm. Mẫu này đặt trong lò điện và luôn chịu một tải

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

trọng không đổi 2 kG/cm2. Cạnh lò có một hệ thống cơ học ghi sự biến dạng của sản phẩm. Tốc độ nâng nhịêt: đến 8000C không qúa 100C /phút. >8000C 450C/phút. Quá trình xác định sẽ tìm ra 3 nhiệt độ: Nhiệt độ bắt đầu biến dạng: Ứng với độ lún của mẫu 0,3 mm

Nhiệt độ biến dạng 4%: Ứng với độ lún của mẫu 2 mm

Nhiệt độ kết thúc biến dạng hay là nhiệt độ phá huỷ: Ứng với độ lún của mẫu 40% chiều cao ban đầu

U Y

ẠO

Ta có bảng nhiệt độ biến biến dạng dưới tải trọng 2kg./cm2 của VLCL:

Bảng 3:

Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 2 kg/cm2 [0C]

Dinas

1650

Bán Axit

1400

Samôt B

1250

TR ẦN

H Ư

VLCL

40% 1670 1500

1320

1500

1470

1600

1550

1650

Mullit kết khối 1600 (Al2O3 70%)

1660

1800

Côrun 99%)

1900

10 00

A(Al2O3 1400

Samôt 40%)

1430

(Al2O3 1870

Manhêdi (99%Mg0)

1550

1580

Crôm-manhêdi

1450-1550

1480-1600

Forsterit

1550-1650

1650-1710

Đôlômit

1550-1610

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Cao lanh (Al2O3 1450 42%)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

1630-1680

1650-1690

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Ơ H

ẠO

U Y

Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của VLCL đi từ các oxyt tinh khiết thường gần với nhiệt độ nóng chảy của nó, vì trong thành phần pha của sản phẩm lượng pha thuỷ tinh hầu như không có hoặc có chỉ rất ít. Khi các pha tinh thể chủ yếu bắt đầu hoá mềm và biến dạng dẻo (sắp nóng chảy) thì sản phẩm mới bắt đầu bị biến dạng. Nhưng VLCL thường chứa một lượng tạp chất nên ở nhiệt độ cao chúng tạo một lượng pha lỏng làm hạ thấp nhiệt độ biến dạng của sản phẩm so với độ chịu lửa càng lớn. Lúc này đặc tính cấu trúc phần tinh thể có giá trị lớn. Các tinh thể chủ yếu đủ lớn tạo được một khung xương vững chắc, khắc phục được ảnh hưởng có hại của pha lỏng sẽ làm tăng nhiệt độ biến dạng. Thể hiện rõ nhất ở dinas.

Nhiệt độ biến dạng của VLCL chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng hoá, vào đặc tính cấu trúc, vào tỉ lệ giữa pha tinh thể và pha thuỷ tinh, vào độ nhớt của pha lỏng tạo ra khi nóng chảy pha thuỷ tinh và tinh thể dễ chảy.

10 00

TR ẦN

H Ư

Dinas: có cấu trúc mạng lưới tinh thể trydimit rối loạn xen kẽ nhau chặt chẽ làm cho nhiệt độ mềm của dinas cao so với độ chịu lửa và đạt tới 16501670 0C. Khoảng cách giữa độ chịu lửa và độ biến dạng gần 50-70 0C mặc dù dinas ngoài SiO2 còn có 4-6% tạp chất tạo 10-15% pha lỏng. Độ nhớt của pha thuỷ tinh nóng chảy cao. Các tinh thể trong dinas là liên kết bền vững, nó hoà tan trong pha lỏng không đáng kể.Vì thế dinas chỉ bị phá huỷ khi tridimit bắt đầu nóng chảy ở 1650-1670 0C. Ở nhiệt độ này tốc độ phá huỷ sản phẩm rất nhanh (chênh lệch nhiệt độ giữa bắt đầu biến dạng và kết thúc biến dạng chỉ có 10-20 0C) đường cong biến dạng gần như dốc thẳng đứng.

ÁN

-L

Í-

Sản phẩm manhêdi: Chứa 91% MgO, gồm 90% tinh thể periclaz, 10% còn lại gồm MgO và các tinh thể dễ chảy chủ yếu là silicat và pha thuỷ tinh. Tinh thể periclaz khi tái kết tinh và lớn lên có dạng hạt không phải que hay trụ nên không tạo một mạng tinh thể chặt chẽ trong sản phẩm. Các hạt tinh thể liên kết nhau bằng một lớp chất dễ chảy mỏng. Nếu lớp này mềm ra, chảy ra sẽ làm sản phẩm mềm và biến dạng. Vì vậy nhiệt độ biến dạng của manhêdi xấp xỉ 1550 0C tức chính là nhiệt độ nóng chảy chất liên kết. Khoảng cách giữa nhiệt độ biến dạng và nhiệt độ chịu lửa khoảng 700 0C. Độ nhớt pha liên kết giảm khá nhanh khi tăng nhiệt độ nên sản phẩm manhêdi có khoảng biến dạng ngắn (20-50 0C), đường cong biến dạng ở giai đoạn cuối dốc gần như thẳng đứng.

IỄ N

ÀN

Samôt: Sản phẩm này bị biến dạng hơi khác khi tăng nhiệt độ. Samôt chứa gần 50% mullit (A3S2) chịu lửa cao nhưng tinh thể hình kim nhỏ không tạo thành liên tinh thể bền vững. Phần còn lại là pha thuỷ tinh silic có độ nhớt cao. Vì thế khi tăng nhiệt độ khối thuỷ tinh mềm ra, độ nhớt giảm dần, pha lỏng tăng lên làm samôt biến dạng từ từ. Mẫu thí nghiệm không bị phá huỷ ngay mà bị phình ra theo hình tang trống. Khoảng biến dạng dài 150-200 0C. Đường cong biến dạng của một số VLCL

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3. Độ bền nhiệt (bền xung nhiệt)

TR ẦN

H Ư

Sự thay đổi nhiệt độ ở các lò nung và thiết bị làm việc gián đoạn hay sự dao động nhiệt độ ở các lò và thiết bị làm việc liên tục có thể gây nứt vỡ gạch xây dựng. Tính chất của VLCL chống lại sự dao động nhiệt độ không bị phá huỷ gọi là độ bền nhiệt.

m2/h

ÁN

-L

Í-

10 00

Nguyên nhân làm vỡ gạch vì dao động nhiệt là do khi đốt nóng và làm nguội sản phẩm sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến xuất hiện ứng suất trong sản phẩm. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp song song với bề mặt đốt nóng và làm nguội sản phẩm phụ thuộc vào điều kiện đốt nóng và làm nguội, vào hệ số dẫn nhiệt độ a. Hệ số dẫn nhiệt độ a đặc trưng tốc độ phân phối nhiệt độ trong vật liệu và nó phụ thuộc vào các đại lượng vật lí sau:

 : hệ số dẫn nhiệt Kcal/mh.0C

IỄ N

ÀN

C: nhiệt dung riêng Kcal/kg.0C

: khối lượng thể tích của vật liệu kg/m3

Như vậy nếu điều kiện đốt nóng và làm nguội như nhau thì vật liệu sẽ có hệ số dẫn nhiệt lớn, gradient nhiệt độ trong vật liệu càng nhỏ. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ trong sản phẩm sẽ xuất hiện ứng suất do dãn nỡ nhiệt không đều, Như vậy muốn cho sản phẩm bền vững thì sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp phải nhỏ, nghĩa là hệ số dẫn nhiệt độ lớn hệ số dãn nở nhiệt nhỏ.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Ngoài ra người ta còn thấy rằng: -Sản phẩm càng bền nhiệt nếu tính chất đàn hồi của vật liệu càng cao.

Ơ H

U Y

- Thực tế đã chỉ ra rằng bằng cách làm tăng kích thước hạt trong phối liệu (gạch samốt, manhêdi, corund) sẽ làm tăng độ bền nhiệt của vật liệu. Nguyên nhân: với thành phần hạt như vậy cấu trúc của sản phẩm sẽ có những vết nứt li ti, các mối đứt gần quanh các hạt lớn làm tính linh động của các hạt tăng lên làm tăng độ bền nhiệt.

- Kích thước và hình dạng sản phẩm cũng ảnh hưởng đến độ bền nhiệt. sản phẩm có hình dạng nhiều góc cạnh, nhiều điểm uốn lượn thì kém bền nhiệt hơn so với sản phẩm dạng đơn giản.

ẠO

- Phương pháp gia công phôi liệu và đóng khuôn sản phẩm cũng có thể thay đổi độ bền nhiệt

H Ư

Phương pháp xác định độ bền nhiệt: Theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST 7875-56) gồm 4 bước:

TR ẦN

+ Mẫu thử được chọn là viên gạch có kích thước tiêu chuẩn: 230x113x65 mm + Đốt nóng 1 đẫu mẫu trong lò điện có nhiệt độ 850 0C hay 1300 0C

10 00

+ Nhúng đầu đã đốt nóng vào nước lạnh 20 0C đến khi mẫu thử rạn nứt và hao hụt đến 20 % khối lượng ban đầu

Số lần đốt nóng và làm nguội như vậy gọi là độ bền nhiệt của vật liệu

-L

Loại VLCL

Í-

Bảng 4: Độ bền nhiệt của vài loại VLCL

ÁN

Dinas

IỄ N

ÀN

Samôt: Loại hạt nhỏ sít đặc

Độ bền nhiệt (nung ở 850 0C) 1-2 5-8

Loại hạt vừa

10-15

Loại hạt thô

25-100

Mahêdit

2-3

Crôm-Mahêdi

2-3

Crôm-Mahêdi bên nhiệt

>30

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Khi làm nguội, bề mặt co lại chịu ứng suất kéo, vết nứt vuông góc bề mặt làm nguội. Khi đốt nóng bề mặt giãn nỡ chịu ứng suất nén, kẽ nứt xuất hiện dưới 1 góc 45 0 so với bề mặt bị đốt nóng. 4. Ổn định thể tích ở nhiệt độ cao

Tái kết tinh

Kết khối phụ

Ơ H

Biến đổi thành phần pha trong quá trình sử dụng ở nhiệt độ cao

U Y

VLCL thường khi dùng phải chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao. Vì vậy trong sản phẩm VLCL sẽ có thể xảy ra các hiện tượng sau:

ẠO

Do vậy sản phẩm sẽ bị nở phụ hay co phụ và hiện tương đó làm sản phẩm biến đổi không thuận nghịch kích thước dài của chúng.

TR ẦN

H Ư

Hiện tượng co phụ sẽ làm mối hàn giữa các viên gạch bị hở ra, bong vữa, làm hạ thấp mật độ, độ bền nhiệt, bền xỉ của mạch vữa. Tường và vòm lò sẽ bị lún xuống dẫn tới phá huỷ chúng. Sức co phụ quá lớn sẽ làm vòm lò võng và tụt gạch.

10 00

Hiện tượng nở phụ không lớn lắm lại làm tăng cường độ của mạch vữa đặc biệt là vòm lò. Nếu giãn quá nhiều làm vòm lò phồng lên, mất hình dạng hình học và phá huỷ sự phân phối ứng suất đồng đều ở vòm lò, có thể gây tụt vòm lò.

Sự ổn định thể tích của VLCL ở nhiệt độ cao cùng với cường độ xây dựng của chúng là điều kiện cần thiết để đảm bảo sử dụng chúng trong những cấu trúc chịu tải trọng ở các lò nung và ghi đốt.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Phần lớn các sản phẩm chịu lửa ở nhiệt độ cao sẽ sít chặt lại do kết khối, làm co sản phẩm. Sự sít chặt này xảy ra đầu tiên do sức căng bề mặt của pha lỏng tạo ra, gây nên hiện tượng phân phối lại và làm gần các hạt trong sản phẩm. Khi duy trì ở nhiệt độ cao lâu dài, pha tinh thể lớn dẫn và làm sít chặt sản phẩm nếu tinh thể mới này tạo ra có mật độ lớn hơn so với nguyên liệu ban đầu. Ví dụ: Sản phẩm cao alumin, hiện tượng sít đặc lại do tái kết tinh  AL2O3 thành -AL2O3 và tinh thể corun lớn lên làm sản phẩm co phụ. Nhũng VLCL co phụ như samôt, Manhêdi, crôm Manhêdi.. Một số VLCL khác lại nở phụ do tái kết tinh thành vật chất có trọng lượng riêng nhỏ hơn điển hình là dinas. Trong dinas, một phần quắc chưa chuyển thành tridimit và cristobalit khi nung, đến khi dùng nó tiếp tục chuyển hoá từ quắc (=2,65) thành các tinh thể trên (=2,3 và 2,32) làm sản phẩm nở phụ. Nguyên nhân tương tự ở bán axit, silimanit. Biện pháp khắc phục:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Ơ H

U Y

Sự co phụ của sản phẩm có thể hạn chế bằng cách cho thêm phụ gia giãn nở. ví dụ: Cho phụ gia quắc vào samôt sẽ bù trù sức co phụ của đất sét.

Sự co phụ hay nở phụ của VLCL ở nhiệt độ cao đều do các quá trình tiến hành trong sản phẩm khi nung chưa hoàn thiện. Vì vậy để đảm bảo tính ổn định thể tich ở nhiệt độ cao của VLCL ta nên nung lâu ở nhiệt độ ứng với điều kiện sử dụng sau này. Nếu nung ở nhiệt độ quá cao sản phẩm sẻ bị thuỷ tinh hoá, biến dạng làm giảm độ bền nhiệt và tăng phế phẩm do sai kích thước và hình dạng.

ẠO

Khi xác đinh nhiệt độ biến dạng dứơi tải trọng lưu ý: Nếu vật liệu nung chưa đạt yêu cầu thì nhiệt độ biến dạng sẽ thấp do trong thời gian thí nghiệm sản phẩm bị co phụ, hoặc sẽ cao nếu sản phẩm nở phụ. Ở nhiệt độ biến dạng 4% và 40% thì không bị ảnh hưởng.

TR ẦN

H Ư

Xác định độ co phụ hay nở phụ của VLCL người ta tiến hành nung lại ở nhiệt độ xác định, nhiệt độ này phụ thuộc điều kiện sử dụng sau này của tùng loại sản phẩm. Thời gian lưu ở nhiệt độ này 2-3 h. Sự biến đổi thể tích khi nung đựoc tính:

10 00

Sự biến đổi độ dài khi nung được tính gần đúng :

Trong đó V0, V1 là thể tích mẫu trước và sau khi nung

-L

Í-

5. Độ bền xỉ

Độ co phụ và nở phụ yêu cầu ≤ 0,5-1%. Nếu sản phẩm co phụ ngưòi ta dùng dấu (-) sản phẩm nở phụ dùng dấu (+)

ÁN

Đó là khả năng chống lại sự ăn mòn và phá huỷ bởi môi trường ở nhiệt độ cao của VLCL.

Môi trường tác dụng lên VLCL gồm có 3 dạng: Lỏng, khí, rắn.

IỄ N

ÀN

Vật thể lỏng tác dụng lên VLCL như xỉ nóng chảy ở lò luyện kim, kim loại nóng chảy, thuỷ tinh lỏng, tro xỉ nhiên liệu chảy lỏng ở các ghi đốt hay lò khí hoá. Vật thể rắn tác dụng lên VLCL như các bụi quặng , bụi phối liệu, bụi xỉ hoặc xỉ rắn, hay khi tiếp xúc giữa 2 VLCL với nhau. Môi trường khí tác dụng như sản phẩm cháy, nhiên liệu khí, sản phẩm hoá học như CO trong lò cao, cacbua hydro trong lò cốc..các khí này thấm sâu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

vào các lỗ xốp của gạch có thể gây phản ứng phá hoại làm hạ thấp cường độ gạch.

Xỉ ăn mòn phá hoại gạch chịu lửa là nguyên nhân làm hỏng công trình hoặc phải ngừng lò để sữa chữa, do đó bằng biện pháp nào tăng được thời hạn tiếp xúc của gạch với môi trường sử dụng đều tăng tuổi thọ lò.

Quá trình xỉ ăn mòn VLCL phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

U Y

- Nhiệt độ tác dụng của xỉ với gạch. Nếu nhiệt độ tăng tác dụng phá hoại tăng lên rất nhiều do độ nhớt giảm tốc độ phản ứng tăng.

ẠO

- Thành phần khoáng, hoá của xỉ và gạch: Cũng như VLCL xỉ chia làm 3 loại: xỉ bazơ, xỉ axit và xỉ trung tính. Gạch axit chống xỉ axit tốt hơn xỉ bazơ, và ngược lại. Gạch trung tính chống được đồng thời cả 2 loại xỉ,

TR ẦN

H Ư

Ví dụ: Xỉ luyện kim bazơ thường chứa 50-75% oxyt kiềm thổ (CaO, MgO, FeO, MnO) phá huỷ mạnh gạch dinas và aluminôsilicat. Phản ứng hoá học giữa Al2O3 và SiO2 với xỉ tạo thành hợp chất mới dễ chảy nhưng nó ăn mòn nhỏ đối với gạch đôlômi, manhêdi, và crôm manhêdi. Do đó việc lựa chọn gạch để xây lò phải căn cứ vào nhóm sản phẩm có thành phần khoáng hoá tương ứng.

10 00

- Độ nhớt của xỉ ở nhiệt độ tác dụng phá hoại: Độ nhớt của môi trường có ảnh hưởng đến tốc độ hoà tan của gạch. Độ nhớt càng nhỏ tốc độ hoà tan càng tăng. Xỉ lỏng dễ thấm sâu vào các lỗ xốp của gạch, càng phá hoại sâu bên trong.

-L

Í-

- Cấu trúc của VLCL, kích thước lỗ xốp: Độ bền xỉ tăng lên nếu giảm độ xốp, giảm kích thước lỗ xốp. Nếu độ xốp cao, kích thước lỗ xốp lớn càng dễ thấm sâu vào gạch và tác dụng với gạch trên một diện tích lớn, nên cần chọn loại gạch có mật độ cao và ít tạp chất.

IỄ N

ÀN

ÁN

- Thành phần môi trường khí: Môi trường khí ảnh hưởng đến mức độ phá hoại gạch CL. Ví dụ: Sắt 3 trong môi trường khử biến thành sắt 2 là loại ăn mòn mạnh hơn so với sắt 3. Cũng có trường hợp chúng phá hoại trực tiếp gạch như khí CO ở nhiệt độ thấp phá huỷ gạch samôt. Nguyên nhân do phản ứng : 2CO →CO2 +C tạo thành than mồ hóng. Than này chui vào lỗ xốp của gạch và do trọng lượng thể tích của nó lớn nên gây ứng suất làm vỡ gạch. - Sự phá huỷ VLCL ở nhiệt độ cao còn do tiếp xúc giữa 2 loại gạch có bản chất hoá học khác nhau. Nguyên nhân là do phản ứng hoá học xảy ra giữa 2 loại gạch ở chỗ tiếp xúc tạo nên hợp chất dễ nóng chảy. Ví dụ: Gạch manhêdi khi tiếp xúc với samôt ở nhiệt độ cao tạo hợp chất cordierit (2MgO.2 AL2O3.5 SiO2) có nhiệt độ nóng chảy thấp 1425 0C vì vậy muốn tránh sự phá hoại này, khi xây lò giữa 2 loại gạch khác nhau như dinas và manhêdi phải xử dụng gạch trung tính Crôm manhêdi ỡ giữa.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Ơ H

- Người ta so sánh mức độ bền xỉ của nhiều loại chén từ VLCL khác nhau chịu tác dụng 1 loại xỉ nóng chảy trong nó hoặc 1 loại VLCL tác dụng bởi nhiều loại xỉ khác nhau.

- Quá trình xỉ ăn mòn VLCL thường xảy ra đồng thời với nhiều yếu tố tác động, cho nên tìm 1 chỉ tiêu nào để đánh giá độ bền xỉ của VLCL rất khó khăn. Lí tưởng nhất là nghiên cứu các sản phẩm chịu lửa trong điều kiện sử dụng thực tế.

ẠO

U Y

- Phương pháp xác định độ bền xỉ: Dùng 1 viên gạch có khoét lỗ hình trụ, đường kính 25-50 mm , sâu 20-40 mm, thành và đáy dày >3mm. Dùng xỉ nghiền mịn (<0,5mm) đổ đày vào lỗ viên gạch. Nung ở nhiệt độ 1400-1500 0C lưu 2h ở tmax . Làm nguội và cưa đôi lỗ chứa xỉ. Quan sát mức độ ăn mòn, xác định tổn thất trọng lượng và thể tích của mẫu. 6. Dãn nở nhiệt

TR ẦN

H Ư

Cũng như các vật liệu khác, VLCL khi bị đốt nóng sẽ có giản nở vì nhiệt. Hiện tượng dãn nở này có tính chất thuận nghịch. Nghĩa là khi đốt nóng thì nở ra và khi làm lạnh thì co lại thể tích ban đầu. Bản chất của hiện tượng này là: khi bị đốt nóng khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên do biên độ dao động của chúng tăng. Sự dãn nở do đốt nóng này khác với hiện tượng dãn nở phụ do sự biến đổi thành phần pha và cấu tạo của sản phẩm.

10 00

- Ứng suất xuất hiện trong sản phẩm khi đốt nóng hay làm nguội nhanh phụ thuộc vào độ dãn nở nhiệt . Vì vậy, dãn nở nhiệt ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của sản phẩm.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

- Dãn nỡ nhiệt chỉ phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa của sản phẩm và vào nhiệt độ. Cấu trúc sản phẩm, mật độ và cường độ không ảnh hưởng rõ rệt. - Hệ số dãn nỡ nhiệt của vật liệu đặc trưng bằng các chỉ số sau: Hệ số dãn nở nhiệt trung bình:

Hệ số dãn nỡ nhiệt thực:

Dãn nỡ nhiệt phần trăm:

Lo : chiều dài mẫu ở 00C hay nhiệt độ phòng; Lt chiều dài mẫu ở nhiệt độ đo dL/dt: tốc độ biến thiên của chiều dài theo nhiệt độ. (Để đặc trưng tính chất giãn nở của VLCL quan trọng không chỉ ở dãn nỡ trung bình hay dãn nở phần trăm mà còn ở tính đồng đều của quá trình giãn nở trong khoảng nhiệt độ riêng biệt. Để đặc trưng tính dãn nở đồng đều người ta dùng đại lượng hệ số dãn nở thực t trong khoảng nhiệt độ riêng biệt. Samôt, cao

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

.Q TP

H Ư

ẠO

a tb (20-1000 0C) (4,5-6).10-6 (4,5-5,5).10-6 (5,5-5,8).10-6 (7-7,5).10-6 (8-8,5).10-6 (14-15).10-6 (9-11).10-6 (7-9).10-6 (11,5-13).10-6 0,4.100-6

TR ẦN

Tên VLCL Samôt Cao lanh Mullit (70 % Al2O3) Mullit- corun (80-90% Al2O3) Corun (99% Al2O3) Manhêdi (90-92% MgO) Crômit bán axit Dinas Thủy tinh quắc

U Y

alumin, manhêdi dãn nở đồng đều còn bán axit, dinas dãn nở không đều. Nguyên nhân: Do sự biến đổi đa hình của các tinh thể riêng biệt có trong thành phần). Đại lượng giãn nở nhiệt % trong khoảng nhiệt độ từ 0 0C đến nhiệt độ cho có thể tính từ hệ số dãn nở trung bình bằng công thức sau: a%=atb x t x 100% Ví dụ : Samôt có a tb = 4,5 x 10 -6 tính dãn nở nhiệt ở 800 0C: 4,5 x 10 -6 x 800 x 100 = 0,36% Bảng 5: hệ số dãn nở nhiệt trung bình của 1 số VLCL ở 20-1000 0C

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

7. Độ dẫn nhiệt, tỷ nhiệt, độ dân nhiệt độ, độ dẫn điện a/ Độ dẫn nhiệt:  [kcal/mh 0C]. độ dẫn nhiệt có 1 giá trị lớn khi xác định nhiệt tổn thất qua tường, vòm lò.  và  là nguyên nhân gây ứng suất trong vl. Khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt tăng. Tuy nhiên cũng có loại VLCL mà pha tinh thể chứa nhiều, tạp chất ít thì khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt giảm. Đó là gạch manhêdi, carborun, corun. Khi tăng độ xốp thì độ dẫn nhiệt giảm. Nếu tăng kích thước lỗ xốp khi các điều kiện khác như nhau thì ở nhiệt độ cao độ dẫn nhiệt tăng lên rất nhiều. b/ Tỷ nhiệt C [kcal/kg độ] . Khi đốt nóng VLCL tức tăng nội năng của chúng phải tiêu tốn một lượng nhiệt. Lượng nhiệt để đốt nóng 1 đơn vị sản phẩm lên 1 0C gọi là tỷ nhiệt. Tỷ nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau không giống nhau. c/ Độ dẫn nhiệt độ a =  C [m2/h]  là trọng lượng thể tích. a đặc trưng cho tốc độ phân phối nhiệt hay quá trình thành lập gradien nhiệt độ trong vật. Cần giá trị a để xác định nhiệt tích lũy của vỏ lò, lượng nhiệt tổn thất ra xung quanh ỏ các lò gián đoạn. d/ Tính chất điện VLCL đặc biệt là loại chịu lửa cao, là nguyên liệu tinh khiết đựoc sử dụng khá nhiều trong các lò nung điện: Làm điện cực nhiệt độ cao, làm các chi tiết trong các thiêt bị dùng điện. - Đặc trưng cho tính chất dẫn điện của VLCL là các thông số: + Điện trở riêng:  =  [Ω cm] ( độ dẫn điện riêng [Ω- 1cm-1]

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

+ Hằng số điện môi + Độ bền điện môi - Với các VLCL thông thường, chỉ quan tâm đến điện trở riêng của chúng. Ở các sản phẩm chịu lửa đặc biệt, các đặc trưng về điện được nghiên cứu toàn diện và chi tiết hơn. - Theo độ dẫn điện VL chia làm 3 loại: + Chất điện môi có  =109Ω cm (ở 20 0C) + Chất bán dẫn có  =109- 10-2Ω cm (ở 20 0C) + Chất dẫn điện có  <10-2 Ω cm (ở 20 0C) VLCL ở nhiệt độ thường là vật liệu điện môi điển hình nhưng khi đốt nóng thì khả năng dẫn điện tăng lên và ở t 0: 800-1000 0C dẫn điện tốt. Đa số VLCL ở nhiệt độ thường có điện trở riêng > 109Ω cm Ở 1000 0C có điện trở riêng = 104- 10 5Ω cm Ở 1300-1500 0C có điện trở riêng > 103Ω cm Đặc biệt đối với crômit, Zircôn, carborun thì ở 1000 0C điện trở riêng chỉ còn 1-10 2 Ω cm. Chính vì vậy chúng được sử dụng làm điện cực làm việc ở nhiệt độ cao. 8. Độ dẫn nhiệt, độ dân nhiệt độ, nhiệt dung, độ dẫn điện Mật độ và cường độ của VLCL ở nhiệt độ thường cho phép ta đánh giá chất lượng chúng 1 cách gián tiếp. Hai tính chất này liên quan chặc chẽ với nhau có ảnh hưởng đến hàng loạt tính chất khác của sản phẩm. Tăng mật độ của gạch, cường độ của chúng tăng theo. Khả năng bền xỉ của VLCL liên quan trực tiếp đến độ xâm nhập của xỉ nóng chảy mà mức độ xâm nhập này phụ thuộc vào mật độ, cụ thể vào số lượng, sự phân bố và kích thước lỗ xốp trên bề mặt và trong lòng sản phẩm. Để tiện việc phân biệt và đánh giá người ta chia lỗ xốp làm 3 loại: - Lỗ xốp kín: Lỗ xốp nằm trong lòng sản phẩm không có các chất lỏng và khí thấm qua. - Lỗ xốp hở: Lỗ xốp nằm trên bề mặt của sản phẩm chứa đầy chất lỏng hay khí nhưng không cho chúng thấm qua. - Lỗ xốp dạng kênh (hở cả 2 đầu) cho chất lỏng và khí thấm qua dễ dàng.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ÀN

1. 2. 3. 1

Đ IỄ N D

Lỗ xốp kín Lỗ xốp hở (hở một đầu) Lỗ xốp dạng kênh

Sự phân bố lỗ xốp trong sản phẩm cũng không đều. Các lỗ lớn thường ở giữa các hạt và vật chất liên kết, còn các lỗ nhỏ nằm ngay trong bản thân các hạt.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

ẠO

U Y

Độ xốp của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần phối liệu và quá trình kỹ thuật như : Chế độ trộn, nén, nung. - Độ xốp của sản phẩm có thể được đánh giá thông qua các thông số đặc trưng sau: + Mật độ thực (trọng lượng riêng)  T (g/cm3): là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích vật liệu loại bỏ lỗ xốp. + Mật độ biểu kiến (trọng lượng thể tích)  BK (g/cm3) là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích kể cả lỗ xốp. + Độ xốp biểu kiến (độ xốp chỉ kể đến lỗ xốp hở) W BK (%) : Được xác định bằng tỉ số giữa thể tích của các lỗ xốp hở chứa đầy chất lỏng (nước) khi đun sôi so với thể tích của vật liệu. Nếu vật liệu được bảo hòa nước thì độ xốp biểu kiến được xác định bằng công thức:

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TR ẦN

H Ư

a1: trọng lượng mẫu khô tuyệt đối (g) a2: trọng lượng mẫu trên được bảo hòa nước (g) V : thể tích mẫu (cm3) + Độ hút nước B: tỷ lệ giữa lượng nước hấp thụ so với lượng mẫu

10 00

+ Trọng lượng thể tích: tỷ lệ giữa độ xốp biểu kiến với độ hút nước

ÁN

-L

Í-

+Mức độ đặc của vật liệu: tỷ lệ giữa trọng lượng thể tích và trọng lượng riêng:  BK/ T + Độ xốp thực: Wt (%) là tỉ số giữa thể tích tất cả các lỗ xốp (kín và hở) và thể tích của vật liệu

ÀN

+ Độ xốp kín : WK=WT-WBK Bảng 6: Mật độ và cường độ một số VLCL Tên VLCL  BK (g/cm3)

WBK (g/cm3) 30-24 22-16 15-10

1,8-1,95 2,6-2,7

22-19 24-22

250-450 300-500

IỄ N

1,8-2 2,05-2,2 2,25-2,3

Cường độ nén (kg/cm3) 100-200 300-500 Hơn 600

Samôt: loại thường Loại đặc Loại rất đặc Dinas thường Manhêdi thường

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Crôm manhêdi thường

2,75-2,9

26-22

250-400

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

V: thể tích khí đi qua mẫu tính bằng lít S: Diện tích mẫu (m2) l: chiều dày mẫu (m) Z: thời gian (h) H1, H2: áp suất ở hai đầu mẫu (mm cột nước) Như vậy K=lit.m/m2.h.mm H20. Tức là lượng không khí hay khói lò tính bằng lit đi qua mẫu có diện tích 1 m2 có chiều dày 1m trong thời gian 1 h trong khi chên lệch áp suất ở 2 đầu lỗ là 1mm cột nước. Độ thấm khí phụ thuộc nhất vào các lỗ xuyên qua sản phẩm và chên lệch áp suất 2 đầu. Giữa độ xốp chung và độ thấm khí không có sự phụ thuộc nào cả. Ví dụ: độ thấm khí của gạch nhẹ có độ xốp 50% cũng bằng độ thấm khí của gạch samôt có độ xốp 25%. Gạch có vỏ cứng trên bề mặt độ thấm khí giảm đi rất nhiều. Trọng lượng riêng của VLCL thường được xác định bằng phương pháp Pyknomet (bình đo tỉ trọng).Vật liệu được nghiền nhỏ qua sàng 900 lỗ/cm2. - Cường độ cơ học: cường độ cơ học của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào độ xốp thực và độ xốp biểu kiến. Vì vậy khi nung sản phẩm ở nhiệt độ kết khối với thời gian lưu thích hợp thì mật độ và cường độ của sản phẩm tăng lên rõ rệt còn độ xốp biểu kiến giảm xuống. Tuy nhiên nếu nhiệt độ nung vượt quá nhiệt độ kết khối thì độ xốp biểu kiến tăng lên do hiện tượng phồng rộp của pha thủy tinh. - Cường độ nén: Cường độ nén của sản phẩm ở nhiệt độ thường cũng như mật độ đặc trưng mức độ nung sản phẩm.Vì vậy cường độ của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần sản phẩm, thành phần phối liệu, điều kiện nén, nhiệt độ nung và đôi khi còn một số nhân tố khác. Qua chỉ tiêu cường độ nén có thể đánh giá chất lượng sản phẩm nhanh và đơn giản cũng như đánh giá quá trình kỹ thuật sản xuất. - Yêu cầu cường độ nén theo LX từ 100-150 đến 300-500 kg/cm2. Đa số gạch chịu lửa, đặc biệt các loại cao, cường độ thường hơn 250 kg/cm2.Cường độ cao như vậy để đảm bảo khi vận chuyển cũng như xây lò. Thực ra cường độ chịu nén thực tế ở tường lò nung hay ghi lò không quá 1 kh/cm2, vòm là 4-5 kg/cm2, nhưng cần phải có cường độ cao để chống lại tác dụng va đập hay bào mòn và các nhân tố cơ học khác. VLCL đạt được cường độ cao như vậy là do qúa trình tái kết tinh và kết khối ở nhiệt độ cao tiến hành được hoàn thiện. + Cường độ chịu kéo uốn, xoắn: - Trong quá trình sử dụng trong gạch sẽ xuất hiện nhiều loại ứng suất khác nhau. Ví dụ: ở thành nồi nấu thuỷ tinh, do áp suất thủy tĩnh của thủy tinh nóng

- Độ thấm khí: là khả năng cho không khí hay khói lò qua sản phẩm ở điều kiện này hay điều kiện khác. Độ thấm khí đặc trưng bằng hệ số thấm khí K qua biểu thức:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

chảy mà có ứng suất kéo. Đáy lò cao, gạch đỡ các đệm ở buồng hồi nhiệt gián đoạn, đáy các bao nung sẽ có ứng suất nén. Ứng suất trượt suất hiện trong gạch khi đốt nóng chúng rất nhanh. Vì lớp được đốt nóng nhanh giãn nỡ nhiều nhưng bị các lớp nguội giữ lại. Lúc đó ứng suất trượt kèm theo quá trình nén. + Cường độ chống bào mòn: Lớp lót phía trên của lò cao do phối liệu đổ vào hay bụi tro xỉ than chuyển động với tốc độ lớn, hoặc trong lò nung xi măng vật liệu nung cọ xát với gạch.. đều gây nên hiện tượng bào mòn gạch. Nếu gạch không chống được tác dụng bào mòn sẽ bị phá hủy nhanh chóng. Khả năng chống lại tác dụng bào mòn không chỉ phụ thuộc vào mật độ cường độ của sản phẩm mà còn vào cấu trúc, cường độ liên kết giữa các hạt vật liệu. + Cường độ xung kích: Là cường độ của vật liệu chống lại tác dụng va đập đột ngột (tải trọng xung kich). 9/ Tính chính xác về hình dạng và kích thước Trong thực tế lò công nghiệp mạch xây lò có ảnh rất nhiều đến tuổi thọ của lò. Ở các mạch này được lấp đầy bằng vữa VLCL này hoặc khác, tất nhiên mật độ của nó thường kém hơn gạch xây. Chính vì vậy trong toàn bộ lò, mạch xây là chỗ yếu nhất nên dễ bị xỉ ăn mòn phá hoại nhất. Muốn tường lò bền vững mạch xây cần phải mỏng chắc, chiều dày thường không quá 3mm, loại đặc biệt không quá 0,5 mm. Để đạt được mục đích đó gạch xây lò phải chính xác về hình dạng và kích thước. Vữa xây lò khi ở nhiệt độ cao co lại và bong ra khỏi viên gạch. Do đó làm bề mặt tiếp xúc với xỉ và khí nóng tăng lên, hạ thấp độ bền xỉ và độ bền nhiệt của lớp lót. Các sản phẩm to hình dạng phức tạp mà đảm bảo tính chính xác về hình dạng kích thước là một vấn đề rất khó. Đại lượng co hay nở của sản phẩm khi sấy nung theo nhiều hướng khác nhau khác nhau làm sản phẩm sai về kích thước. Nguyên nhân: - Tính chất nguyên liệu không ổn định - Thực hiện sai chế độ kỹ thuật sản xuất như tỉ lệ các cấu tủ không đúng, thành phần hạt không đảm bảo, độ ẩm, áp lực nén không tốt.. Vì vậy khi sản xuất không phải chỉ sai 1 vài viên mà có thể sai hỏng hàng loạt. - Muốn tăng độ chính xác về kích thước và hình dạng sản phẩm phải gắn liền việc hòan thiện qui trình kỹ thuật sản xuất, cơ khí và tự động hóa qui trình và vấn đề kiểm tra các chỉ tiêu sản xuất. - Phương pháp đóng khuôn hiện đại là phương pháp bán khô có sức co tổng nhỏ bảo đảm độ chính xác tưong đối cao. - Theo chỉ tiêu hiện hành, sai số về kích thước của sản phẩm không quá +- 2%. Đối với sản phẩm quan trọng không quá 1-1,5%. - Ngoài yêu cầu về hình dạng kích thước, còn yêu cầu các mặt cạnh của sản phẩm phải bằng phằng,không bị lồi lõm, cong vênh dù rất nhỏ. Nếu không sẽ tăng chiều dày mạch xây. Cạnh mép sản phẩm bị nứt nẻ, vẹt nhiều cũng giảm tuổi thọ của chúng do tăng bề mặt phản ứng hóa học. Tủy thuộc loại sản

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

phẩm và qui định của chúng mà góc sứt chỉ được 5-12mm, cạnh sứt hay vẹt 310 mm. - Trên sản phẩm sau khi nung thường có nhiều nốt, những vết sần do nóng chảy cục bộ. Nguyên nhân chủ yếu là do lẫn trong nguyên liệu nhũng hạt tạp chất lớn, ở nhiệt độ cao chúng chảy lỏng với gạch. Phải hạn chế các nốt sần này vì nó làm giảm chất lượng VLCL. Ở gạch samôt, dinas yêu cầu < 5-8 mm. còn gạch manhêdi không được có các nốt đó. - Một khuyết tật nữa là các vêt rạn nứt, ở đó là chỗ dễ bị phá hủy nhất do xỉ, bụi xỉ cũng như khi dao động nhiệt độ.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Ơ H

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Dinas là loại VLCL chứa ≥ 93% SiO2 được sản xuất từ các khoáng của thạch anh, chất liên kết là vôi hoặc chất khác, nung ở nhiệt độ đảm bảo quắc biến đổi đa hình thành tridimit và cristobalit. Dinas là loại VLCL axit, nó rất bền đối với xỉ axit, tro nhiên liệu. Ôxyt kim loại ăn mòn dinas tạo thành hợp chất silicat dễ nóng chảy. I/ Cơ sở hóa lí 1/ Sự biến đổi thù hình của SiO2 và tính chất của chúng Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dinas là các quặng của quắc có thành phần chủ yếu là SiO2 ở các dạng tinh thể và vô định hình. Sự biến đổi đa hình của chúng quyết định quá trình kỹ thuật và tính chất của sản phẩm. SiO2 không ngậm nước được biết đến ở 8 dạng thù hình:  quắc;  tridimit;  cristobalit; thủy tinh quắc - Dạng ổn định ở nhiệt độ cao nhất người ta kí hiệu là , sau đó đến  Sơ đồ biến đổi của SiO2: - Sự biến đổi đa hình của SiO2 là đặc tính rất phức tạp. Ở phạm vi nhiệt độ ổn định của dạng thù hình này có thể tồn tại trạng thái không ổn định của dạng thù hình khác

Chương 2: Dinas

Các mũi tên nằm ngang chỉ chiều hướng biến đổi và sự biến đổi này tiến hành rất chậm và chỉ thuận nghịch trong những điều kiện đặc biệt (có chất khoáng hóa). Các mũi tên dọc chỉ sự biến đổi nhanh khi đốt nóng và làm nguội. Phổ biến rộng rãi trong thiên nhiên nhất là -quắcThường gặp dưới dạng cát thạch anh, quaczit, sa thạch.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Quắc: có 2 dạng thù hình - quắc: Là dạng ổn định ở nhiệt độ thường, đốt nóng đến 573 0C chuyển sang  -quắc. Tạp chất có trong quặng của quắc có ảnh hưởng đến nhiệt độ biến đổi của chúng. Ví dụ: Khi có mặt các ion Li+, Na+, K+, Al3+: -quắc   -quắc ở 536 0C và khi đó không có sự biến đổi -quắc  -quắc. Nếu cho Li+, Al3+ vào thì nó hạ thấp xuống 463 0C. Nguyên nhân: Các ion tạp chất tham gia tạo thành dung dịch rắn làm thay đổi thông số mạng lưới tinh thể. Nếu tăng áp lực nhiệt độ biến đổi -quắc ↔ -quắc tăng.  quắc : Không tồn tại trong thiên nhiên vì phạm vi ổn định của chúng là 573-870 0C. - Nếu có chất khoáng hóa mạnh như Vonframat Natri thì chuyển chậm thành - tridimit. - Nếu không có chất nóng chảy nó sẽ biến đổi khô thành - cristobalit ở 1000 0C một cách chậm chạp qua pha trung gian mêtacristobalit. - Khi đốt nóng nhanh đến t 0C>1600 0C thì nóng chảy. Sự biến đổi qua các dạng khác tiến hành rất nhanh và nhận được các chất lỏng có độ nhớt cao. Tridimit: có 3 dạng thù hình:  - tridimit: Trong thiên nhiên không gặp vì nó tồn tại ở nhiệt độ 870-1470 0 C. Đốt nóng chậm - tridimit  - Cristobalit ở 1470 0C Đốt nóng nhanh - tridimit  thủy tinh quắc ở 1670 0C - tridimit có thể tồn tại ở trạng thái không ổn định ở nhiệt độ < 870 0C nhưng đến 163 0C thì chuyển sang - tridimit rồi - tridimit - tridimit : chỉ là dạng trung gian do sự biến đổi nhanh của - tridimit  - tridimit . Phạm vi tồn tại của nó rất ngắn 117-163 0C. Quá trình chuyển từ - tridimit- tridimit - tridimit kèm theo sự tăng thể tích không lớn lắm. - tridimit: là loại không ổn định nhưng thức tế ở nhiệt độ cao nó thường tồn tại thời gian lâu không hạn định. - tridimit được tạo thành do làm lạnh nhanh - tridimit ở 117 0C . Trong thiên nhiên hơi hiếm gặp, chủ yếu thấy trong quặng núi lửa dưới dạng tấm 6 cạnh không màu hoặc yếu. Có thể gặp - tridimit dạng song tinh lưỡi mác trong gạch dinas. Cristobalit -cristobalit: Đốt nóng - tridimit chậm và có chất khoáng hóa đến nhiệt độ > 1470 0C sẽ chuyển sang -cristobalit và ổn định đến 1713 ±10 rồi chuyển sang thủy tinh quắc không kèm biên đổi thể tích. Khi làm nguội -cristobalit -cristobalit. -cristobalit : Là dạng không ổn định nó có thể tồn tại ở nhiệt độ thường trong trạng thái không cân bằng và thực tế lâu dài vô hạn. Ta có thể gặp nó trong thiên nhiên mặc dù rất hiếm. Bằng phương pháp nhân tạo cũng được -

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

cristobalit, đó là gạch dinas. Khi đốt nóng trong khoảng 180-270 0C sẽ chuyển sang -cristobalit kèm theo tăng thể tích đáng kể. Thủy tinh quắc: các dạng khác nhau của SiO2 khi đốt nóng đến nhiệt độ cao (1700-1800 0C) sẽ được chất nóng chảy. Độ nhớt của chất nóng chảy này rất cao và khi làm nguội thì không kết tinh mà ở trạng thái thuỷ tinh gọi là thủy tinh quắc. Đây là một loại thủy tinh có hệ số giãn nở nhiệt thấp đáng kể (5.10-7) nên rất bền nhiệt. Khi đốt nóng đến nhiệt độ = 1200-1400 0C thủy tinh quắc sẽ kết tinh ở dạng -cristobalit. Khi làm nguội chậm < 180-270 0C sẽ chuyển thành cristobalit. Do chuyển thù hình có kèm theo biến đổi thể tích đáng kể nên dễ làm sản phẩm bị nứt vỡ. Nếu đốt nóng thủy tinh quắc chậm đến 800-859 0C và có mặt Na2WO4 nó sẽ tạo thành tinh thể tridimit rồi biến đổi chậm dần thành quắc. Quá trình xuất hiện tinh thể -cristobalit trong thủy tinh quắc tiến hành rất chậm, Do đó cho phép ta sử dụng thủy tinh quắc trong phòng thí nghiệm và thực tế sản xuất. Điểm quan trọng trong kỹ thuật sản xuất khi biến đổi đa hình SiO2 là biến đổi trọng lượng riêng và thể tích của chúng( xem bảng 7) Bảng 7: Quá trình biến đổi thù hình t (0C) V (%) 573 + 0,82 -quắc → -quắc 117 + 0,2 -tridimit → -tridimit 163 + 0,20 -tridimit → -tridimit 250 + 2,8 -cristobalit →-cristobalit 870 + 16 -quắc → -tridimit 1000 (1300-1400) + 15,4 -quắc →-cristobalit 1600 + 15,5 -quắc → thủy tinh quắc 1200-1400 - 0,9 Thủy tinh quắc → -cristobalit Sự biến đổi thù hình luôn kèm theo sự biến đổi trọng lượng riêng dẫn đến biến đổi thể tích. Sự thay đổi thể tích này quyết định toàn bộ quá trình nung và sử dụng dinas. Vì thể tích không ổn định là nguyên nhân làm sản phẩm có độ bền nhiệt thấp. Độ bền nhiệt càng thấp khi sự biến đổi thù hình càng nhanh, thể tích thay đổi càng nhiều. Tốc độ và mức độ biến đổi đa hình của quắc phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian tác dụng, kích thước hạt và chất khoáng hóa. Nhiệt độ cao tốc độ biến đổi càng nhanh, hạt càng mịn cũng vậy. 2/ Vai trò của khoáng hóa a/ Tính ổn định thể tích của các dạng thù hình của SiO2 SiO2 trong dinas có thể ở các dạng: tridimit, cristobalit, quắc, thủy tinh. Tính ổn định thể tích theo nhiệt độ của các dạng này khác nhau. Xem biểu đồ hệ số dãn nở trung bình nhiệt độ ta thấy: α.10-6

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H N

ẠO

U Y

1. Tridimit 2.Cristobalit 3.Quat

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Tridimit là tinh thể bền vững và ổn định nhất. Vì vậy trong kỹ thuật người ta tìm cách để tạo điều kiện cho lượng tridimit tạo thành càng nhiều càng tốt. Nhưng như đã biết, sự biến đổi thù hình từ quắc sang tridimit là rất khó cần phải dùng chất khoáng hóa để thúc đẩy quá trình biến đổi ấy. Thực tế, các nguyên liệu để sản xuất VLCL như quartzit cũng có lẫn những tạp chất thúc đẩy quá trình tridimit hóa nhưng không đủ nên phải đưa chất khoáng vào như R2O, CaO, MgO, MnO, BaO, FeO… Chất khoáng hóa dùng trong sản xuất dinas: Chủ yếu tạo chất nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Chất nóng chảy này có độ nhớt nhỏ, thấm ướt tốt và nhất là phải tan được cristobalit để tạo được tinh thể tridimit bền vững trong sản phẩm dinas, xen kẽ giữa các tinh thể ấy là pha thủy tinh và một số pha tinh thể khác. Người ta nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất khoáng hóa tới quá trình tridimit hóa của chúng và được xác định bằng trọng lượng riêng của dinas. Nếu trọng lượng riêng của dinas càng nhỏ, tức lượng tridimit và cristobalit trong chúng càng nhiều. Bảng 8: Ảnh hưởng của chất khoáng hóa nếu cho 1% vào phối liệu lên sự biến đổi trọng lượng riêng của chúng sau khi nung ở 1300 0C trong 1 h. Trọng lượng riêng Trọng lượng riêng Chất khoáng hóa Chất khoáng hóa sau khi nung sau khi nung Không 2,62 Al2O3 2,615 CaO 2,585 Na2HPO4 2,545 MnO 2,585 Na2CO3 2,35 BaO 2,605 K2CO3 2,325 Fe2O3 2,550 Na2SiO3 2,39 FeO 2,53 Qua bảng trên ta thấy: Al2O3 là chất khoáng hóa kém nhất Chất khoáng hóa mạnh nhất là : Na2CO3 và K2CO3. Tuy nhiên người ta không dùng chúng vì nó hạ thấp nhiều tính chất sản phẩm ở nhiệt độ cao.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Phổ biến rộng rãi nhất trong sản xuất dinas là CaO và FeO và đôi khi dùng MnO. Trong thực tế sản xuất dinas dùng đồng thời CaO và FeO làm chất khoáng hóa. Nguyên nhân: xét các hệ 2 cấu tử: FeO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1178 0C MnO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1300 0C CaO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1436 0C Fe2O3-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1452 0C Trong dinas có mặt FeO thì pha lỏng xuất hiện sớm hơn. Khả năng khoáng hóa của chúng có thể sắp xếp như sau: FeO>MnO>CaO>Fe2O3 Do tác dụng tridimit hóa của sắt 2 cao hơn sắt 3 nên người ta dùng sắt 2 làm chất khoáng hóa dưới dạng vẩy sắt, xỉ nấu quặng, xỉ pirit và phải khống chế môi trường khử. Với dinas dùng xây các lò cốc hóa không dùng FeO làm chất khoáng hóa được mà dùng MnO vì FeO trong môi trường khử sẽ lại xúc tác cho hiện tượng tẩm than theo phản ứng: 2CO ↔ CO2+C Các bon thấm sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể gây nên hiện tượng tả, gạch bị phá hoại mạnh. Trong thực tế hay dùng nhất là CaO. CaO làm giảm rất ít độ chịu lửa của SiO2, vì có khả năng kết dính nên nó tạo điều kiện liên kết các hạt phối liệu lại với nhau, viên mộc sau khi sấy có độ bền cao hơn. CaO dễ điều chế. Lấy từ đá vôi bình thường đem nung . Dinas có chất phụ gia sắt màu nâu vàng hay nâu hung gọi là "dinas đen" . Dùng vôi thì có màu xám hoặc trắng. II/ Nguyên liệu Trong kỹ thuật sản xuất dinas người ta thường dùng các nguyên liệu chứa SiO2 làm nguyên liệu chính: cát quắc, sa thạch, quaczit. - Cát quắc là sản phẩm phân hủy của quặng núi chứa quắc như đá hoa cương do tác dụng của khí quyển , gió, sự thay đổi nhiệt độ. - Các hạt các quắc tích tụ qua nhiều thế kỉ được thấm ướt bằng nước có chứa các tạp chất rất mịn như đất sét, vôi thạch cao, axit silicic. Các tạp chất phân phối rất đều giữa các hạt, liên kết các hạt lại thành quặng rắn hơn, bền hơn gọi là sa thạch hay cát kết. Một số loại khác chứa nhiều trường thạch hơn và nhiều vảy mica. - Khi chịu áp suất đủ lớn, cát kết biến thành một loại đá biến chất là quaczit. Quaczit thực sự là loại đá cứng rắn nhất sẽ nứt vở qua các hạt chứ không phải nứt quanh các hạt đó. Vì vật liệu liên kết ban đầu trong cát nguyên thủy trở nên cứng như chính các hạt đó. Hơn nữa trong suốt quá trình biến đổi, các loại xi măng ban đầu có thể tái kết tinh. Nếu lượng chất liên kết trong quaczit nhiều (30-75%) thì gọi là quaczit ximăng, ngược lại gọi là quaczit tinh thể. Trong tinh thể quaczit, các hạt quắc tiếp xúc với nhau chặt chẽ hơn và có liên kết với nhau bằng các răng của hạt. 2/ Tính chất kỹ thuật của quaczit Các tính chất cơ bản đặc trưng cho chất lượng của quaczit là hình dáng bên ngoài, chỗ gẫy, cấu trúc, thành phần hóa, độ chịu lửa, độ xốp, tính chất khi nung (tính tả, tốc độ chuyển hóa) khả năng nghiền dập. Quan sát hình dạng bên

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

U Y

ngoài để đánh giá sơ bộ về chất lượng và độ đồng nhất của chúng. Đặc tính của quaczit được quan sát bằng kính hiển vi. Khi đó xác định được tỉ lệ giữa pha tinh thể và ximăng liên kết, hình dáng, kích thước hạt quắc, các tạp chất có hại. Qua kích thước hạt và lượng ximăng liên kết có thể phán đoán tính chất của quaczit khi nung. Hạt càng nhỏ tốc độ chuyển hóa càng nhanh, ximăng nhiều cũng vậy. A/ Tốc độ chuyển hóa khi nung: Thông thường quaczit có khối lượng riêng gần 2,65-2,66. Sau khi nung chuyển hóa thành tridimit và cristobalit nên khối lượng riêng giảm đi. Theo tốc độ chuyển hóa chia quaczit làm 4 nhóm:

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Khối lượng riêng sau khi nung 24 h đến 1460 0C và lưu 1 h Chuyển hóa rất chậm >2,5 Chuyển hóa chậm 2,45-2,5 Chuyển hóa trung bình 2,4-2,45 Chuyển hóa nhanh <2,4 Quaczit tinh thể thuộc loại chuyển hóa rất chậm còn quaczit ximăng tùy lượng ximăng và thành phần của nó có thể chuyển hóa chậm, trung bình và nhanh. Để tránh tả do chuyển hóa nhanh người ta có thể phối hợp 2 loại quaczit, mặc khác có thể dùng chất khoáng hóa để thay tốc độ chuyển hóa. b/ Độ xốp Theo độ xốp có thể chia ra 4 loại quaczit sau: Số TT Tên nhóm Độ hút nước % Độ xốp biểu kiến % 1 Rất đặc 0,5 1,2 2 Đặc 0,5-4 1,2-4,0 3 Xốp 1,5-4 4,3-10 4 Rất xốp 4 10

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nhóm

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Nhóm 1 và 2 để sản xuất dinas, nhóm 3 kết hợp với 1, 2 được dinas kém hơn, nhóm 4 dùng làm phụ gia. c/ Thành phần hóa học Thành phần hoá của quaczit cũng là yếu tố quyết đinh tính chất của sản phẩm dinas. Thông thường dùng loại có SiO2>=95%. Ngoài ra còn có Al2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O. Đặc biệt có hại nhất là Al2O3 và kiềm vì nó hạ thấp độ chịu lửa của quaczit. d/ Độ chịu lửa Để sản xuất dinas yêu cầu quaczit có độ chịu lửa >= 1750 0C. Loại < 1730 0C dùng làm phụ gia. 3/ Quaczit ở Việt Nam Bản Thái Lạng Sơn- quaczit chứa 98,4% SiO2 và 0,97% Al2O3 Đồn Vàng Phú Thọ- quaczit chứa 97% -98SiO2 và 1,56-1,74% Al2O3 Tĩnh Gia Thanh Hóa- quaczit chứa 89% SiO2 và 0,97% Al2O3 (đây là loại quaczit kém hơn, có thể đẽo thành viên để xây lò nhỏ ở địa phương) 4/ Chất khoáng hóa a/ Vôi: Dùng ở dạng vôi sữa. Mục đích: tăng khả năng đóng khuôn của phối liệu, phân phối đều phụ gia liên kết các hạt quaczit đã nghiền nhỏ, làm cho các

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

viên bán thành phẩm có được cường độ trước và sau khi sấy, xúc tiến quá trình tridimit hóa. Yêu cầu: CaO+MgO > 90%; CaCO3 +MgCO3 ≤ 5% Al2O3 + Fe2O3 + TiO2 ≤5% b/ Phụ gia keo và sắt Phụ gia keo: dùng phổ biến là SSB (CC) thu được khi thủy phân nước kiềm sulfit xenlulô tức nước thãi bã giấy. Thường cho vào phối liệu dinas 0,51% ở dạng dung dịch có khối lượng riêng 1,11 -1,22 g/cm3 sẽ làm cho viên mộc có cường độ uốn ≥ 2 kg/cm2, giảm phế phẩm khi vận chuyển , bốc dỡ. Phụ gia sắt: phải chọn loại hoạt tính hơn. Có thể dùng vẩy sắt, xỉ nấu thép, quặng pirit đã cháy. Bảng 9: Thành phần hóa của phụ gia chứa sắt Loại Fe2O3 FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO phụ gia Vẩy sắt 10,8 80 6,9 1,5 0,3 0,5 Xỉ nấu 3,4 55,1 35,9 4,2 0,7 0,4 0,3 thép Pirit đã 50,0 27,7 13,7 7,6 0,5 0,5 cháy III/ Kỹ thuật sản xuất dinas Dây chuyền công nghệ

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

1. Chuẩn bị quaczit Quaczit đưa vào nhà máy thường có kích thước lớn 300 mm. Để sản phẩm đồng nhất và có tính chất xác định phải biến chúng thành bột mịn bằng cách đập và nghiền mịn . Độ mịn của chúng tuỳ theo qui định của dinas và tính chất của quaczit. Quaczit ở kho được gầu ngoặm đưa vào thiết bị rửa sạch những chất bẩn như đất sét.. bị dính vào trong quá trình khai thác và vận chuyển. Thiết bị rửa đó là 1 thùng quay dài khoảng 4 m làm bằng thép tấm. Thùng quay được đặt nghiêng 1 góc 4-10 oC, bên trong có các gờ thép hình xoắn ốc để quaczit chuyển động dễ dàng từ đầu đến cuối. Ở gần cửa tháo có phần lưới để nước bẩn chảy ra. Sau đó đưa vào máy đập hàm. Ra khỏi máy đập hàm hạt quaczit có kích thước 10-60 mm. Đưa tiếp vào máy nghiền bánh xe để đạt cỡ hạt 0,088-5 mm và đưa xuống sàng phân loại. Loại hạt > 3 mm đưa tiếp vào máy nghiền bi đạt cỡ hạt 0,5-0,088 và < 0,088 mm. Thành phần cỡ hạt quyết định quá trình chuyển hoá quaczit, đến mật độ của sản phẩm, độ tả của chúng khi nung và sử dụng. không phải tất cả các hạt quaczit trong thời gian nung ở gần 1450 oC đều chuyển hoá hoàn toàn thành tridimit và cristobalit. Phần chưa chuyển hoá trong quá trình sử dụng sẽ tiếp tục chuyển hoá dẫn đến thay đổi mật độ, thay đổi thể tích và cuối cùng là làm

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

tả sản phẩm. Nếu thành phần hạt lớn nhiều, khi nung các hạt lớn nở ra, tạo các kẽ nứt rạn, tả nhiều lại, nếu sản phẩm quá nhiều hạt nhỏ < 0,088 mm gây nên phân lớp viên mộc, nứt sản phẩm khi nung. Vì vậy cần phải có thành phần hạt hợp lí để đảm bảo cấu trúc sản phẩm sau khi nung thật chặt chẽ, có mật độ nhỏ, khi sử dụng ít bị tả. Qua kinh nghiệm người ta qui định thành phần hạt như sau: Cỡ hạt lớn nhất < 3 mm; hàm lượng hạt < 0,5 mm là 50-60% trong đó hạt < 0,088 mm phải chiếm từ 65 ± 10% tuỳ theo tính chất của nguyên liệu. Gia công phụ gia khoáng hoá a. Vôi: Do việc vận chuyển, bảo quản vô sống rất khó khăn nên hợp lí nhất là sx vôi ngay tại nhà máy. Để sx vôi sống, người ta phải nung đá vôi với yêu cầu CaO ≥ 50%, cặn không tan trong HCl ≤ 2%. Thường nung đá vôi trong lò đứng, đốt bằng nhiên liệu rắn ở 1150-1250 oC. Vôi sống cần được đập nhỏ đến kích thước ≥ 25 mm, cần loại bỏ những cục quá sống, quá chín, tro xỉ và các chất bẩn khác mới đem tôi thành vôi. b. Sắt: Để tránh hiện tượng nóng chảy cục bộ, phụ gia sắt cho vào phối liệu cần phải nghiền mịn qua sàng 900 lỗ/cm2. Để tăng hiệu suất nghiền, người ta không dùng nước mà dùng ngay sữa vôi cho vào máy nghiền phụ gia sắt. Dung dịch vôi sắt sau khi nghiền cho vào bể khuấy liên tục để tránh các hạt sắt sa lắng xuống đáy. c. Keo: Thường sử dụng 0,5-1% ở dạng dung dịch có mật độ 1,18-1,22 g/cm3. Ở bể khuấy chung, các cấu tử phải được tính toán trước hàm lượng cần thiết cho vào phối liệu. Đầu tiên người ta cho sữa vôi vào, sau đó đến vôi sắt cuối cùng là keo SSB. Sau khi tổng hợp ở bể khuấy chung phải lấy mẫu để xác định hàm lượng CaO và FeO. 3/ Chuẩn bị phối liệu - Sau khi gia công quaczit, phụ gia khoáng hoá, ta chuẩn bị phối liệu để nén. Phối liệu ngoài quaczit, phụ gia khoáng hoá còn sử dụng 1 lượng mảnh dinas phế phẩm. Dùng mảnh dinas có tác dụng hạ thấp trọng lượng riêng, giảm độ nở của chúng khi nung. Do đó hạ thấp được ứng suất xuất hiện trong sản phẩm , làm giảm phế phẩm. Nhưng mảnh dinas lại làm tăng độ xốp, nếu dùng mảnh nhiều thì độ chịu lửa bị hạ thấp. Sản phẩm càng phức tạp và kích thước càng lớn thì dùng mảnh càng nhiều hơn có thể đến 20-30%. - Phối liệu phải có độ ẩm nhất định để đóng khuôn cũng như phải trộn thật đều. Độ ẩm của phối liệu do sữa vôi sắt mang vào, độ ẩm này dao động 57%. Độ ẩm của phối liệu có giá trị lớn, nếu tăng độ ẩm đến giới hạn nào đó thì vôi , sữa , sắt phân phối đều trên bề mặt hạt quaczit làm cho quá trình chuyển hoá hoàn toàn hơn. Độ ẩm của phối liệu tốt nhất tuỳ thuộc vào thành phần hạt của chúng. Nếu tăng lượng hạt nhỏ lượng nước trong phối liệu tăng lên do cần thiết để thấm ướt trên bề mặt các hạt quắc. Quaczit xốp cần nhiều nước hơn do 1 lượng nước bị hút vào lỗ xốp. Độ ẩm thích hợp có tác dụng tốt: tăng cường độ viên mộc khi sấy, đảm bảo vận chuyển và nung. Nếu độ ẩm quá nhỏ, các góc viên gạch dễ bị nứt, cường độ sau khi sấy bé, dễ nứt vở. Nếu quá ẩm sẽ gây phế phẩm do quá nén. - Qui định: Đối với máy nén cơ khí W= 5-6% Đối với máy nén thuỷ lực W=3,8-4,4%

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- Phối liệu phải được khuấy trộn để tăng độ đồng đều, tăng độ dẻo và độ sít đặc. - Có thể dùng máy trộn bánh xe và máy trộn 2 trục. Máy trộn bánh xe đảm bảo đầy đủ các tác dụng trộn nhưng nhược điểm là có quá trình nghiền phụ làm thay đổi thành phần hạt của phối liệu. Thường dùng máy trộn 2 trục có năng suất lớn và bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật cho phối liệu. 4/ Tạo hình sản phẩm - Sản phẩm dinas thường được tạo hình bằng phương pháp bán khô, dùng máy nén cơ khí. Đối với dinas mật độ cao dùng máy nén thuỷ lực. - Áp suất nén: Sản phẩm thường 150 kg/cm2 Sản phẩm mật độ cao ≥ 1000 -1500 kg/cm2 - Phương pháp nén: Có thể nén 1 phía hoặc 2 phía. Nén 2 phía ưu điểm hơn: Mật độ viên mộc và sản phẩm tăng 1-2% và đồng đều hơn. - Phối liệu cho vào khuôn khi nén phải vừa phải. Nếu quá đầy sinh ra hiện tượng quá nén sẽ tạo vết nứt. Nếu vơi thì góc cạnh viên mộc kém bền vũng, bở , dễ vở. - Phối liệu trộn xong phải nén ngay, không nên ủ vì sẽ làm giảm tính chất nén của chúng do phản ứng cacbonat hoá Ca(OH)2 làm mất tính dẻo. - Kích thước khuôn phải nhỏ hơn kích thước sản phẩm 2-3,5% vì dinas sau khi nung sẻ nở ra. 5/ Sấy sản phẩm - Mục đích: Loại trừ nước lí học Tăng cường độ cơ học của sản phẩm - Nhiệt độ sấy: >1000C. Nếu sản phẩm có dùng mảnh dinas nhiều, khi sấy phải cẩn thận, nhiệt độ động lực sấy ≤ 150-180 oC. Vì ở nhiệt độ cao hơn -cristobalit → - cristobalit làm tăng thể tích gây nứt vở sản phẩm. - Thời gian sấy: Phụ thuộc vào kích thước sản phẩm, dao động 4-16h. - Động lực sấy: Tốt nhất là khói lò hỗn hợp với không khí. Do có CO2 các cạnh mép góc sản phẩm được cứng lại bởi phản ứng cacbonat hoá Ca(OH)2 - Lò sấy: Lò sấy tuy nen hoặc sấy phòng 6/ Nung: Là quá trình kỹ thuật hết sức quan trọng. Chất lượng của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Tính chất của nguyên liệu, đặc biệt là khả năng chuyển hoá của nguyên liệu - Độ mịn của phối liệu - Loại và lượng phụ gia khoáng hoá - Chế độ nén - Chế độ và nhiệt độ nung ( tốc độ nâng nhiệt, thời gian lưu ở nhiệt độ cao, tốc độ làm nguội) Các quá trình kỹ thuật quan trọng xảy ra khi nung như sau: - Tác dụng giữa CaO và SiO2 tạo thành silicat canxi sẽ tác dụng với silicat sắt tạo thành dung dịch rắn. Khi đạt đến nhiệt độ cao sẽ tạo thành chất nóng chảy giàu SiO2.Từ chất nóng chảy này tridimit sẽ kết tinh còn chất nóng còn lại sẽ đông lại thành thuỷ tinh khi làm nguội. - Quá trình biến đổi thù hình của quaczit thành tridimit và cristobalit - Dãn nở gạch dinas do biến đổi đa hình của quaczit

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- Biến đổi cường độ cơ học của dinas. Nói chung trong quá trình nung cần chú ý các điểm sau: - Nâng nhiệt độ đều với tốc độ cho phép ở các khoảng khác nhau trên đường cong nung. - Duy trì môi trường khử yếu trong thời gian nâng nhiệt và lưu - Thời gian lưu ở nhiệt độ cao nhất phải đảm bảo theo chất lượng của nguyên liệu, yêu cầu của sản phẩm, đặc biệt là yêu cầu về mật độ Lò nung: Có thể dung nhiều loại khác nhau như lò tuynen ,lò phòng. Mỗi loại lò nung dinas đều có đường cong nung khác nhau, trong đó sự phân bố thời gian nung khác nhau, phân bố giôn khác nhau, nhiệt độ nung cao nhất cũng khác nhau. Thời gian nung: 120-145h ở lò tuy nen và 270-450 h ở lò phòng nhỏ. IV/ Tính chất và ứng dụng 1/Tính chất Dinas là loại VLCL mang tính axit, chứa SiO2 ≥ 93% - Khi đốt nóng nở ra (khác với samôt) nhưng độ nở không lớn lắm, có tác dụng làm chặt các mạch xây, làm giảm độ thấm khí. - Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trọng cao (16500C), gần nhiệt độ chịu lửa (17100C) - Rất bền đối với xỉ axit. Ở 15000C không phản ứng với đa số VLCL như crôm manhêdi, forsterit, crômit, cao alumin; chỉ phản ứng một ít với VLCL manhêdi và samôt. Khi tăng nhiệt độ đến 16000C dinas sẽ bị phá huỷ bởi gạch crôm manhêdi và samôt. Bền vững đặc biệt với gạch crômit và cao alumin ngay cả ở nhiệt độ 16700C. Do đó có thể dùng crômit và cao alumin để ngăn cách dinas với gạch crôm manhêdi và samôt. - Độ dẫn nhiệt: cao hơn samôt - Độ bền nhiệt: kém hơn samôt. Nguyên nhân: do sự biến đổi đột ngột của cristobalit ở nhiệt độ thấp làm thay đổi thể tích đột ngột. Nhưng ở nhiệt độ > 600 0C lại có độ bền nhiệt cao do dãn nở ít. - Độ ổn định thể tích: kém do khi đốt nóng hay làm nguội dinas bị biến đổi thể tích do dãn nở nhiệt và biến đổi thù hình. 117 -1620C: dãn nở do biến đổi thù hình  →  → tridimit 180-2700C: dãn nở do biến đổi từ  → -cristobalit 300-500 0C: dãn nở do nhiệt 500-600 0C: dãn nở do biến đổi từ  → -quắc 600-1300 0C: dãn nở nhiệt 0,2 % 1300-1400 0C: dãn nở 0,2-0,5% do biến đổi của quắc chưa chuyển hóa thành tridimit và cristobalit. Dãn nở tổng cộng (tùy mức độ chuyển hóa) đến 1450 0C có thể từ 1,4-2%. 2/ Phạm vi sử dụng Dùng xây vòm lò vì không bị co khi dùng. Ở nhiệt độ >600 0C dãn nở nhẹ làm vòm lò bền vững. Khi làm nguội thể tích dinas giảm ít từ 1400-250 0C. Nhưng từ 250 đến 50 0C thể tích bị giảm nhiều do sự biến đổi của cristobalit. V/ Các loại dinas khác Ngoài các loại dinas thông thường,còn có các loại dinas khác có đặc tính tốt hơn nhiều, đó là dinas mật độ cao, dinas crôm, dinas carborun, dinas zircôn.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

1/ Đinat mật độ cao (SiO2 97-98%), giàu cristobalit Nguyên liệu dùng là quaczit tinh thể SiO2 = 98-98,8 %. Máy ép thủy lực, sản phẩm chứa nhiều cristobalit. Dùng để lót trong các lò nấu thép, lò luyện kim màu, lò nấu thủy tinh, dùng lâu gấp 1,5-2 lần dinas thường. 2/ Dinas crôm:Cr2O3 dạng nghiền mịn <0,088mm ~3%. Lực ép 250-400 tấn. Để tăng khả năng chống lại xỉ ăn mòn cho dinas, thêm vào phối liệu 1 lượng phụ gia crôm thành gạch dinas crôm. Dinas crôm bền nhiệt hơn dinas thường (hơn 10 lần) độ bền xỉ cao, nhiệt độ chịu lửa cao 1730 0C, nhiệt độ biến dạng dứoi tải trọng cao. Dinas crôm thay thế được Samôt xây cổ, tràn ngăn trong các lò cốc hóa, tường và vòm lò khác nhau làm việc ở 1450-1500 0C, lót trong các xe goòng của các lò nung tuy nen. Đặc biệt dùng làm gạch đệm rất tốt trong các buồng hồi nhiệt. 3/ Dinas carborun Là loại dinas có thêm phụ gia carborun. Trong quá trình nung sẽ tạo ra vết nứt li ti làm tăng độ bền nhiệt, giảm độ dãn nở nhiệt. Đây là loại VLCL có độ bền nhiệt cao. 4/ Đinat ziếc côn : Phối liệu gồm 70% quặng ziếc côn và 30% thủy tinh quắc ~ (48%ZrO2 + 50%SiO2 + 2% tạp chất). Đặc tính đặc biệt của loại gạch này là nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao (17300C). Dùng trong lò nấu phốt phát bền gấp 4-5 lần samôt đồng thời tăng chất lượng phốt phát. 5/ Đinát không nung : Mảnh đinat cộng với quaczit sống hoặc nung sơ bộ hoặc hỗn hợp. Loại này dùng lót 4-6 dàn trên cùng của buồng hồi nhiệt. VI/ Đánh giá chất lượng đinát bằng kính hiển vi phân cực : Dùng kính hiển vi phân cực ta có thể phân loại đinat thành 3 loại : -Dinas tridimit hóa yếu: Các tinh thể tridimit tạo nên ít, kích thước bé, lượng hạt thạch anh còn lưu lại trong sản phẩm 30-35% hoặc hơn. Hạt ít nứt, kích thước tương đối lớn. - Dinas tridimit hóa trung bình: Lượng tridimit tương đối lớn, kích thước tinh thể trung bình, lượng thạch anh còn lưu lại 15-25%, kích thước hạt nhỏ. - Dinas tridimit hóa tốt: Lượng tinh thể tridimit nhiều, tinh thể dạng hình kim và song lưỡi mác, lượng thạch anh còn lưu lại khoảng 10 % hạt bị nứt nẻ nhiều. Vật chất nền trong dinas là pha thủy tinh. Dinas trong quá trình sử dụng còn tiếp tục bị hàng loạt biến đổi. Thường dinas được sử dụng ở những nơi chỉ tiếp xúc với nhiệt độ cao, với xỉ, với bụi từ 1 phía cho nên tạo ra trong đó 1 gradient nhiệt độ, nồng độ các chất khuếch tán và dẫn đến sự thay đổi cấu trúc biến đổi thành phần khoáng trong nó.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Ơ H

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Samôt là loại VLCL chứa AL2O3 30-45% , sản xuất từ đất sét và cao lanh chịu lửa cộng với phụ gia gầy samôt (tức đất sét đã nung đến kết khối) hoặc đất sét không dẻo cộng chất kết dính là đất sét và cao lanh. Samôt là sản phẩm nằm trong họ aluminôsilicat. Tùy theo hàm lượng Al2O3 trong sản phẩm mà họ này chia làm 3 loại như sau: - Bán axit Al2O3 ≤30% (15-30%) - Samôt Al2O3 = 30-45% - Cao alumin Al2O3>45% I/ Thành phần pha của các loại gạch chịu lửa aluminôsilicat VLCL thuộc nhóm aluminôsilicat có cấu tạo chủ yếu từ SiO2 và Al2O3 . Các oxyt khác có trong sản phẩm là các tạp chất. Thành phần và hàm lượng của tạp chất này phụ thuộc vào độ tinh khiết của nguyên liệu ban đầu. Hàm lượng Al2O3 dao động trong khoảng lớn từ 10-15% ở sản phẩm bán axit đến 99-100% ở sản phẩm cao alumin. Sự thay đổi thành phần hóa học của sản phẩm aluminôsilicat tương ứng với sự thay đổi thành phần pha của chúng. Từ thành phần pha ta có thể phán đoán được tính chất của sản phẩm. Trong kỹ thuật sản xuất sản phẩm aluminôsilicat chủ yếu dựa vào biểu đồ trạng thái 2 cấu tử Al2O3-SiO2. Từ biểu đồ này cho phép ta xác định được sự biến đổi thành phần pha và tính chất của chúng.

Chương 3. VLCL Samôt

Qua biểu đồ này ta thấy: - Đối với thành phần chứa Al2O3 từ 5,5-71,8% có 1 pha bền vững đến 0 1850 C là mulit A3S2 (71,8% Al2O3+28,2 % SiO2). Lượng mullit tạo thành phụ thuộc vào hàm lượng Al2O3. Ở nhiệt độ cao, ngoài lượng mullit ra chúng còn tạo 1 lượng pha lỏng có thành phần gồm lượng SiO2 dư lại sau khi đã kết tinh

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

ẠO

U Y

mullit và phần lớn các oxyt tạp chất. Các oxyt tạp chất đóng vai trò chất trợ dung làm cho pha lỏng xuất hiện sớm hơn.Nếu không có chúng pha lỏng chỉ xuất hiện ở1595 0C ứng với 5,5% Al2O3 và 94,5% SiO2 - Với Al2O3> 72% có 2 pha bền vững hơn cả là mullit và corun. - Trong phạm vi thành phần có Al2O3 từ 72-78% , mullit tạo thành dung dịch rắn với corun, pha lỏng chỉ xuất hiện ở 1850 0C và thành phần ứng với điểm nóng chảy là 79% Al2O3 + 21% SiO2. Như vậy vật liệu chứa Al2O3 trên 72% sẽ có nhiệt độ mềm rất cao. Tuy nhiên thông thường trong nguyên liệu còn có tạp chất với 1 lượng từ 2-3% nên nó hạ thấp điểm nóng chảy xuống và tăng lượng pha lỏng lên. Đó là nguyên nhân làm nhiệt độ mềm của gạch mullit hạ xuống còn 1620-1650 0C. Khảo sát biểu đồ trạng thái Al2O3-SiO2 cho ta kết luận: Nếu tăng hàm lượng Al2O3 sẽ tăng nhiệt độ chịu lửa và nhiệt độ mềm của các vật liệu aluminôsilicat. Tuy rằng tính chất của vật liệu này không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng Al2O3 mà còn phụ thuộc vào hàm lượng và tính chất của các tạp chất.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

II/ Nguyên liệu sản xuất VLCL samôt Là đất sét và cao lanh chịu lửa 1/ Nguồn gốc: Đât sét chịu lửa là các mảnh vỡ của quặng trầm tích, là các loại hydro aluminôsilicat phân tán rất cao, khi hợp nước nó cho ta một khối dẻo, duy trì được hình dạng sau khi sấy và có cường độ như đá sau khi nung. Quặng đầu tiên tạo thành đất sét hay cao lanh chịu lửa là đá hoa cương (granit), đá nai. Ban đầu chúng bị phân hủy thành các quartz, mica, tràng thạch. Sau đó dưới tác dụng của nước, CO2 trong môi trường chúng tiếp tục bị phân hủy. Ví dụ trường hợp của trường thạch: K2O.Al2O3.6SiO2 + 2 H20 + CO2 = Al2O3.2SiO2.2H20 + K2CO3 + 4SiO2 K2CO3 là chất hòa tan nên bị dòng nước mang đi, cất còn lại là cao lanh Khoáng chủ yếu trong cao lanh là caolinit AS2H2 ngoài ra còn có: -Galuazit Al2O3.2 SiO2.4H20 (rất hiếm) -Pirôfilit Al2O3.4 SiO2.H20 (chỉ dùng trong gốm tinh) -Môntmôrilonit Al2O3.4 SiO2.n H20 (không chịu lửa) - Mônotermit 0,2 K20. Al2O3.3 SiO2.1,5 H20 (chịu lửa) Cao lanh ở chỗ phân hủy đầu tiên tạo thành các mỏ ngay vùng núi phong hóa gọi là cao lanh bán phong hóa. Khi chúng bị cuốn đi theo dòng nước và không khí đến vùng xa hơn ta có cao lanh phong hóa hoàn toàn. Vì vậy cao lanh bán phong hóa ít tạp chất hơn cao lanh phong hóa hoàn toàn. Đất sét chịu lửa khác cao lanh ở những điểm sau: - Có độ phân tán cao hơn -Hàm lượng tạp chất nhiều hơn: Fe 3 đến 5 %; K20,Na20, Ca0, Mg0 3 đến 4 %. Trong cao lanh ,sắt <1%, các oxyt khác <1-1,5% -Không có hoặc có rất ít các quặng dư: Các quartz, đá dăm, tràng thạch, mica…là các quặng trường thạch trong cao lanh. -Khó làm giàu hơn cao lanh. Có thể làm giàu cao lanh với hàm lượng caolinit đạt 95-98% lượng lí thuyết.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

2/ Thành phần hóa và thành phần khoáng Trong thiên nhiên không khi nào gặp cao lanh hay đất sét có thành phần đúng dạng AS2H2 ( 39,5% Al2O3, 46,6% SiO2, 13,9% H20) mà thường lẫn các tạp chất khác. Thông thường : SiO2 chiếm đến 70% hoặc hơn, ở dạng quartz, chúng sẽ làm giảm độ dẻo và độ chịu lửa, tăng độ kết khối, một vài trường hợp làm tả đất sét khi nung ở nhiệt độ cao. Hàm lượng Al2O3 dao động rất lớn: - Ở loại đất sét cao bazơ: =40% - Loại bazơ: 30-40% - Loại bán axit 15-30% - Loại axit: <15% Hàm lượng nhôm càng tăng, độ chịu lửa của đất sét càng tăng. Al2O3 trong đất sét ở dạng caolinit, hydro aluminôsilicat, đôi khi ở dạng hydrat nhôm. Các tạp chất: 6-7% gồm sắt, vôi, manhê, natri, titan… Sắt ở dạng pyrit, mackazit (FeS, FeCO3) trong đất sét chịu lửa tính ra Fe2O3 = 0,3-3,5%, trong cao lanh 0,5-1,5 %. Kiềm : 0,5-3,5 %; TiO2 : 0,1-2 %; CaO, MgO : 0,5-1,5 %. Các tạp chất hữu cơ khác: như than đá, than bùn, cây cối mục nát 1015% Các oxyt titan, sắt xúc tiến quá trình tạo mullit, CaO và các chất chứa kiềm đều cản trở quá trình mullit hóa, gây khó khăn cho quá trình kết khối của sản phẩm Samôt khi nung. 3/ Độ phân tán của đất sét Được đặc trưng bằng kích thước hạt của chúng, Độ phân tán có 1 giá trị lớn để đánh giá độ dẻo, độ liên kết, độ kết khối và độ bẩn của đất sét. Đất sét và cao lanh là những vật liệu phân tán rất mịn, trong đó thành phần hạt của đất sét có nhiều hạt nhỏ hơn so với cao lanh (<0,001mm) . Điều đó giải thích vì sao đất sét dẻo hơn cao lanh. Đặc biệt loại đất sét bentonit có nhiều hạt nhỏ nên rất dẻo. Bảng 10: Thành phần hạt của cao lanh, đất sét, bentonit Tên nguyên Lượng hạt (%)< liệu 2µ 0,5µ 0,1µ Cao lanh 28-80 10-35 0,2 Đất sét 75-90 45-70 5-15

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

70-95

25-90

10-60

IỄ N

ÀN

Bentonit

4/ Độ dẻo và khả năng liên kết của đất sét Độ dẻo là tính chất quan trọng của đất sét. Nhờ dẻo mà đất sét duy trì được hình dạng của nó, không có kẽ nứt khi ta tác dụng một lực không lớn lắm, duy trì được hình dạng của nó khi không còn lực tác dụng nữa. Khi cho nước vào đất sét, đầu tiên độ dẻo tăng lên đến giá trị max, sau đó hạ xuống do quá nhiều nước và chuyển sang dạng huyền phù. Độ dẻo của đất sét có được là do tính chất phân tán keo của chúng. Giảm các hạt có kích thước lớn độ dẻo của đất sét tăng. Hỗn hợp của đất sét và nước có các trạng thái đặc trưng sau:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

-Giới hạn trên của độ lưu động: Vữa đất sét chảy thành dòng liên tục -Giới hạn dưới của độ lưu động: Lớp đất sét dày 1-1,5 cm nằm dưới đáy bát sứ bị vạch làm đôi sẽ dính lại với nhau khi rung động mạnh 3 lần -Giới hạn lăn vê: Đất sét chứa nước khi vê chưa tạo thành sợi được. -Trạng thái của đất sét mất khả năng liên kết và tả ra khi bị ép Để xác định độ dẻo của đất sét 1 cách cụ thể ta dùng khái niệm"hạn dẻo", đó là hiệu số giữa độ ẩm của đất sét ở giới hạn dưới của độ lưu động và độ ẩm của giới hạn lăn vê. Giá trị hạn dẻo càng lớn, đất sét càng dẻo. Có thể phân loại đất sét như sau: Loại 1: hạn dẻo >15% Loại 2 hạn dẻo 7-5% Loại 3 hạn dẻo 1-7% Loại 4 hạn dẻo <1% (đất sét không dẻo) 5/ Sự biến đổi của đất sét khi cho nước vào Khi cho nước vào đất sét khô tuyệt đối, các hiện tượng hóa lí phức tạp xảy ra: Tỏa nhiệt (nhiệt thấm ướt) Phồng đất sét (nở thể tích) Tùy lượng nước cho vào có thể tạo thành khối bán khô, dẻo, huyền phù có khuynh hướng keo tụ. Nhiệt thấm ướt chỉ khoảng 0,5-5Kcal/kg nên không ảnh hưởng lắm đến quá trình kỹ thuật. Hiện tượng phồng có giá trị lớn đặc biệt khi đất sét không làm ẩm đến trạng thái dẻo. Keo tụ có ảnh hưởng quá trình kỹ thuật vì làm giảm bề mặt chung của các hạt, làm giảm khả năng liên kết. Để phá hiện tượng keo tụ người ta dùng chất điện giải cho vào tạo được huyền phù bền vững. Chất điện giải thường dùng: kiềm, soda, thuỷ tinh lỏng, NH4Cl …Nếu dùng với nồng độ quá cao, chất điện giải lại có tác dụng keo tụ huyền phù lại. Phải chọn nồng độ thích hợp đối với mỗi chất điện giải bằng thực nghiệm. 6/Độ kết khối của đất sét Độ kết khối của đất sét đặc trưng bằng các chỉ tiêu sau: -Mức độ đặc của sản phẩm: Đất sét sau khi nung sẽ sít đặc lại, độ hút nước<2%, trọng lượng thể tích= 2,4-2,5 g/cm3. Khi nung quá đất sét sẽ phồng lên trọng lượng thể tích giảm, độ hút nước có thể không tăng vì khi nung quá lửa sẽ tạo pha thủy tinh, tạo thành các lỗ kín không cho nước thấm qua. - Nhiệt độ kết khối: Là nhiệt độ nung mà ở đó sản phẩm đạt độ sít đặc cao nhất - Khoảng nhiệt độ kết khối: Là khoảng nhiệt độ sản phẩm tiến hành sít đặc nhanh, là khoảng cách giữa nhiệt độ kết khối và nhiệt độ biến dạng (phồng mềm..).Nhiệt độ và khoảng kết khối của đất sét biểu thị bằng độ co khi nung. Xem hình:

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Độ kết khối của đất sét phụ thuộc vào lượng chất nóng chảy và độ phân tán của chất nóng chảy trong đất sét. Ở loại đất sét phân tán cao (hạt mịn) chứa 4-6% chất nóng chảy có khoảng nhiệt độ kết khối từ 100-150 0C. Như vậy ta có thể tăng nhiệt độ nung lên 50-100 0C sản phẩm vẫn không bị phồng hay biến dạng. Đất sét có nhiều chất nóng chảy nhiệt độ kết khối thấp và khoảng kết khối ngắn, khó vận hành lò. Nếu tăng lượng chất nóng chảy khả năng phồng và biến dạng sản phẩm tăng.(Phồng là do sản phẩm khí tạo ra khi nóng chảy các phần dễ chảy nhất của đất sét. Sự kết khối và tạo thủy tinh trên bề mặt sản phẩm làm không khí không thoát ra được nên phồng) , Khống chế lượng chất nóng chảy ≤ 5-7% 7/ Làm giàu đất sét và cao lanh Mục đích: Loại trừ các tạp chất như sắt, cát, sỏi , trường thạch, mica… Phương pháp: ướt, khô, điện từ hỗn hợp. -Phương pháp ướt: Dựa theo tốc độ lắng khác nhau của các hạt khác nhau dưới tác dụng của lực hút trọng trường: Nghiền đất sét cao lanh thành bùn loại các tạp chất bẩn có kích thước lớn bằng máy ruột gà, sau đó đi qua bể lắng chữ chi để lọai các hạt cát nhỏ, qua máy ép lọc khung bản (huyền phù vào có độ ẩm 85-90% ra 33-35%, áp lực nén 5-6 at) -Phương pháp khô: Sau khi nghiền khô (độ ẩm 3-5%) dùng máy phân li không khí: Các hạt min nhẹ hơn bay theo dòng không khí. Các tạp chất lớn nặng hơn rơi xuống đáy. -Phương pháp điện từ: Để khử các tạp chất sắt như FeCO3, Fe2O3, Fe3O4. Phương pháp từ có thể kết hợp phương pháp khô bằng cách đặt bộ phận hút từ ở tang quay băng tải. Kết hợp với phương pháp ướt bằng cách đặt bộ phận hút từ dưới dòng chảy của đất sét và cao lanh. III/ Quá trình kỹ thuật sản xuất VLCL Samôt Gồm 5 giai đoạn: -Chuẩn bị nguyên liệu: gồm 2 phần, chuẩn bị đất sét kết dính và chuẩn bị phụ gia gầy samôt - Phối liệu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

-Tạo hình -Sấy -Nung 1/Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu a/ chuẩn bị đất sét làm chất kết dính Đất sét trong kho nhà máy thường có độ ẩm W=15-25% và kích thước lớn. Qua máy thái cắt hoặc nghiền trục răng để cắt sơ bộ thành những mẫu nhỏ rồi sấy khô. Thường dùng máy sấy thùng quay cùng chiều để đạt W=7-8%. Nhiệt độ khi vào sấy 600-800 0C, nhiệt độ khi ra 110-120 0C. Đất sét trước khi vào bun ke dự trữ phải làm nguội để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trong lòng bun ke. Yêu cầu đất sét làm chất kết dính phải phân phối đều giữa các hạt samôt, nên sau khi làm nguội đất sét phải được nghiền mịn, thường nghiền lôxô cho cỡ hạt <1,5-2mm. trong đó cỡ hạt <0,5 mm đạt 80%. Hạt >1,5-2 mm còn lại trên sàng rung sẽ quay về máy nghiền. Có thể dùng máy phân ly không khí phân li hạt nhưng tiêu tốn điện gấp 2-3 lần sàng rung. Hiệu quả nhất là dùng máy sấy nghiền liên hợp chu trình kín. b/ Chuẩn bị phụ gia gầy samôt Phụ gia gầy samôt được sản xuất bằng cách nung đất sét và cao lanh đến nhiệt độ kết khối (1200-12500C). Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng samôt là độ hút nước. Độ hút nước ≥ 5% cho samôt thường và <2% cho loại đặc biệt. Lò nung: lò quay, lò đứng, lò vòng Sơ đồ sản xuất phụ gia gầy samôt.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

Đất sét nung thành samôt trong lò vòng có thể đóng thành viên thô 150300 mm. Phương pháp này rất tiện lợi cho nhũng nhà máy sản xuất VLCL samôt bằng lò vòng (kết hợp nung samôt luôn ở những nơi yếu lửa) Đất sét nung thành samôt trong lò đứng yêu cầu kích thước hạt phải đồng đều 100-150mm để đảm bảo sức cản nhỏ và thông gió trong lò tôt (nếu kích thước không đồng đều các hạt lớn bị cuốn ra rìa lò, còn ở giữa tập trung các hạt nhỏ. Vì thế khí lò chuyển động tốt ở thành lò do sức cản nhỏ còn ở trung tâm do vật liệu sếp sít đặc hơn nên khí đi kém hơn làm đất sét nung không đạt yêu cầu) Thiết bị tạo viên: Dùng máy nén 2 trục. Trên vỏ của 2 trục người ta làm lõm vào 1/2 hình cầu. Khi trục quay ngược chiều sẽ nén thành viên hình cầu.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Lò nung: Lò đứng, lò quay. Tốt nhất là lò quay, vì năng suất lớn, ra vào lò đơn giản, tự động hóa dễ, nhiệt độ nung cao, kết nối tốt, kích thước viên Samôt sau khi nung nhỏ không phải qua đập sơ bộ. Tuy nhiên vốn đầu tư lớn và lẫn tro của chất đốt làm giảm nhiệt độ chịu lửa của sản phẩm. Để tránh lẫn tro ta dùng nhiên liệu khí. Nghiền samôt: samôt sau khi nung phải nghiền nhỏ đến kích thước: hạt lớn nhất 3-4 mm; trong đó hạt < 0,5 mm chiếm 40-45%. Do vậy sau khi nung, samôt phải được đập nhỏ trong mấy đập hàm hay đập nón đến kích thước 2030mm, sau đó nghiền mịn trong máy nghiền bi liên tục. Riêng samôt nung trong lò quay thì không phải đập sơ bộ ở đập hàm vì kích thước của chúng đã nhỏ. Lựa chọn thành phần hạt của samôt: Thành phần hạt ảnh hưởng đến chất gạch chịu lửa sau này. Trong đó quan trọng nhất là thành phần <0,1-0,2 mm. nếu tăng hàm lượng thành phần hạt này lên thì tăng cường độ mật độ của sản phẩm, giảm độ thẩm thấu khí, nhưng độ bền nhiệt cũng giảm một ít. Nếu tăng kích thước hạt lớn nhất lên, độ bền nhiệt tăng. Lượng và tỉ lệ các hạt trung bình (0,5-1,5mm) không có giá trị quyết định. Qua thực tế, gạch samôt thường có độ bền nhiệt và cường độ tốt chứa 40-45% hạt < 0,5mm; trong đó hạt < 0,1-0,2 mm khoảng 25-30%. Kích thước hạt lớn nhất ≥ 4-5 mm. 2/ Giai đoạn phối liệu - Tỉ lệ: Phụ gia gầy samôt: 50-80% Đất sét làm chất kết dính: 50-20% Đối với sản phẩm giàu samôt: PGG 80-90%. Đất sét làm chất kết dính 1020% (loại này có độ ẩm nhỏ, sức co nhỏ, chính xác về hình dạng, kích thước, cường độ sản phẩm cao, giá thành cao).

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Độ ẩm của phối liệu: Phụ thuộc vào phương pháp tạo hình + Phương pháp bán khô W= 8-9% + Phương pháp dẻo W=16-20% + Phương pháp đúc rót W= 35-45% - Trộn phối liệu ở phương pháp bán khô: Dùng máy trộn bánh xe. Đầu tiên thấm ướt hạt samôt bằng bùn đất sét kết dính để tạo nên bề mặt các hạt samôt một màng mỏng đất sét, sau đó cho đất sét dạng bột mịn vào. Tùy theo độ ẩm của đất sét và samôt mà điều chỉnh lượng đất sét bùn và đất sét bột để đạt độ ẩm tạo hình thích hợp. Dùng máy trộn bánh xe vì nó vừa trộn vừa miết, vừa làm sít đặc phối liệu dưới tác dụng của bánh xe. Máy trộn có nhiệmvụ làm kết dính và liên kết các hạt Samôt với nhau. - phương pháp đúc rót: Cho thẳng bùn đất sét kết dính vào trộn với các hạt Samôt. - phương pháp dẻo: Để đạt phối liệu là 1 khối dẻo, đất sét dẻo phải được nghiền ướt (W=30%) cho 50-60% Samôt vào nhào trộn phối liệu dẻo W=16-20%. 3/ Tạo hình sản phẩm: Có 3 phương pháp tạo hình: + Phương pháp bán khô thông thường với sản phẩm thường, phức tạp, khối lớn + Phương pháp dẻo tạo hình bằng tay đối với các sản phẩm phức tạp + Phương pháp đúc rót : ít dùng a/ Sơ đồ sản xuất gạch Samôt phương pháp nén bán khô

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Nén bán khô bảo đảm cho sản phẩm có chất lượng cao, bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật: - kích thước hình dạng ổn đinh - cấu tạo viên gạch đồng nhất - gạch có độ bền nhiệt cao - mật độ và cường độ đạt cao - thay đổi thể tích khi nung nhỏ b/ Sơ đồ sản xuất gạch samôt theo phương pháp dẻo:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

Nhượt điểm: Phế phẩm khi sấy và nung nhiều (8-9%) - Độ ẩm viên mộc cao (16-20%) → sấy lâu → tăng giá thành - Viên mộc quá mềm, dễ biến dạng → kích thước và hình dạng viên mộc không ổn định → không thể xếp lên goòng sấy trong lò nung tuy nen. - Độ bền nhiệt thấp. Ưư điểm: Có thể sản xuất các sản phẩm hình thức phức tạp và phương tiện đơn giản. 4/ Sấy sản phẩm Độ ẩm của viên mộc sau khi tạo hình tùy phương pháp sản xuất dao động khoảng 5-20% vì vậy cần phải sấy để còn lại 1-3% trước khi vào lò nung. Đặc biệt đối với sản phẩm tạo hình bằng phương pháp dẻo và đổ rót.Sản phẩm tạo hình bằng phương pháp nén bán khô sau khi nén xong có thể xếp lên xe goòng vào lò nung ở đó tiến hành sấy và nung.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

Ơ H

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Trong quá trình sấy, khi độ ẩm trong phối liệu Samôt giảm từ 20 ↘12 % có kèm theo giảm thể tích, còn những giai đoạn sấy sau có thể tiến hành sấy nhanh được vì sản phẩm không co nữa. Tốt nhất là trong giai đoạn sấy đầu tiên tiến hành trong môi trường có độ ẩm tương đối cao (75-80%) để tăng nhiệt độ của sản phẩm mà không bốc hơi ẩm bề mặt, để tăng độ dẫn ẩm của sản phẩm. Sau đó liên tục tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm tđ của môi trường sấy nung. Thiết bị sấy: lò sấy tuy nen: Năng suất lớn, đơn giản dễ điều khiển, làm việc an toàn có thiết bị tự động điều khiển, độ ẩm động lực sấy, bảo đảm sấy sản phẩm đều, ít phế phẩm. Để tiện lợi và an toàn người ta xây ghép lò sấy tuy nen và lò nung tuy nen. Động lực sấy là không khí lấy từ zôn làm nguội của lò nung. Nhiệt độ vào lò 180-250 0C, nhiệt độ ra 60-80 0C. Gạch xếp lên xe goòng và đi từ lò sấy vào lò nung. Thời gian sấy: phụ thuộc vào loại sản phẩm. Ép bán khô 12-18 h sản phẩm ép dẻo 20-30h. 5/ Nung sản phẩm Nung sản phẩm samôt nhằm làm kết khối, làm sít đặc sản phẩm đến mức cần thiết đảm bảo độ ổn định thể tích khi sử dụng. Giai đoạn nung là giai đoạn quyết định chất lượng sản phẩm nhất. Vì vậy cần phải có 1 chế độ nung và nhiệt độ thích hợp. Nếu nhiệt độ quá cao sản phẩm sau này có cường độ cao, mật độ lớn nhưng do nhiệt độ quá cao khi nung sản phẩm bị mềm đi và biến dạng do clinke hóa, độ bền nhiệt giảm. Ngoài ra sản phẩm còn có thể bị nứt nẻ do ứng suất quá lớn xuất hiện khi nung, do nhiệt độ phân phối không đều khi đốt nóng và làm nguội. Quá trình hóa lí cơ bản xảy ra khi nung samôt: - Đến nhiệt độ 150-200 0C: Mất nước lí học. Nếu đốt nóng quá nhanh đến hơn 100-120 0C thì hơi nước cũng đồng thời bị đốt nóng đến trạng thái quá nhiệt làm tăng áp suất hơi trong lòng sản phẩm gây nứt. Độ ẩm viên mộc càng cao chiều dày viên mộc càng lớn phải đốt nóng chậm. Sản phẩm nhiều samôt thì tốc độ nâng nhiệt nhanh hơn. - Ở nhiệt độ 100-200 0C có hiệu ứng thu nhiệt do sự phân hủy một vài khoáng phụ của đất sét và một vài loại keo hydrat nhung không biến đổi thể tích, không ảnh hưởng đến việc lựa chọn chế độ nung. - 200-400 0C: Đốt cháy các hợp chất hữu cơ - 400-550 0C: Tách nước liên kết hóa học, co ngót nhẹ (0,5-1%) không gây ứng suất lớn lắm trong sản phẩm. Đồng thời là quá trình phân hủy caolinit. Trong giai đoạn này cường độ sản phẩm hạ đi 1 ít, đồng thời sản phẩm có khả năng biến dạng dẻo. + Caolinit sau khi phân hủy nằm ở dạng metacaolinit đến nhiệt độ 800-900 0C + Caolinit sau khi phân hủy tạo thành các oxyt Al2O3 và SiO2 ở trạng thái lẫn lộn (quan điểm này có cơ sở hơn)

Lí thuyết sấy gạch samôt tương tự các sản phẩm gốm khác. Tuy nhiên có thể sấy nhanh nhờ vật liệu chịu lửa samôt có độ xốp và các vết nứt giữa các hạt samôt và chất kết dính nên làm giảm nguy hiểm về việc bốc hơi ẩm từ trong sản phẩm ra ngoài do đó có thể xúc tiến quá trình sấy nhanh hơn.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

550-900 0C: Xảy ra biến đổi đồng đều về thể tích nhưng không lớn lắm. Sức co tổng quát khoảng 2-2,5%. Tạp chất quắc trong đất sét làm giảm sức co này, chủ yếu là do sự dãn nỡ thể tích khi chuyển từ  quắc sang  quắc. - 920-940 0C : Có hiệu ứng tỏa nhiệt. Có sự chuyển từ ôxit nhôm vô định hình sang -Al2O3. Xuất hiện mầm tinh thể mullit. Sức co tăng 1 cách nhảy vọt đến 4%. Đặc trưng là hiện tượng bắt đầu biến dạng dẻo - 1000-11000C: bắt đầu quá trình kết tinh mullit và kết thúc ở 1200-1250 0 C. Lúc này xuất hiện các tinh thể mullit lớn hơn và pha lỏng tăng lên. Pha lỏng này là do các khoáng dễ chảy và do sự tác động của tạp chất với SiO2 hoặc Al2O3 của đất sét. Pha lỏng tạo ra xúc tiến quá trình mullit hóa và dưới tác dụng của sức căng bề mặt, pha lỏng tiến hành phân phối lại,làm gần các hạt samôt và bao quanh chúng bằng chất lỏng (pha thủy tinh). - Nhiệt độ nung sản phẩm samôt thường cao hơn nhiệt độ kết khối hoàn toàn đất sét kết dính 100-150 0C. - Nhiệt độ nung cuối cùng 1350-1380 0C: hoàn thành kết tinh mullit và liên kết chúng bằng thủy tinh vô định hình. Chất thủy tinh khó nóng chảy chiếm gần 50% trọng lượng. Thủy tinh này tạo ra do SiO2 tự do khi kết tinh mullit theo phản ứng phân hủy caolinit 3( Al2O3.2 SiO2) → 3 Al2O3.2 SiO2 + 4. SiO2 và các tạp chất nóng chảy (4-7%) trong nguyên liệu ban đầu. Nếu lượng thủy tinh trong samôt quá nhiều, chúng ngăn cách giữa các tinh thể mullit với nhau không thể tăng được độ bền chống biến dạng và ăn mòn ở nhiệt độ cao. - Quá trình làm nguội chỉ kèm theo co nhiệt. Tốc độ làm nguội phụ thuộc vào cấu trúc lò và kích thước, hình dạng sản phẩm. thường tốc độ làm nguội khoảng 60-70 0C/h đối với sản phẩm samôt kích thước chuẩn. - Lò nung: lò vòng, lò tuy nen, lò gián đoạn. 4.6. TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG VLCL samôt là gạch chịu lửa trung tính và kiềm yếu. Nhiệt độ chịu lửa : 1610-1770 0C . Dựa vào độ chịu lửa chia làm 4 loại - Loại O : nhiệt độ chịu lửa ≥ 1750 0C - Loại A : nhiệt độ chịu lửa ≥ 1730 0C - Loại B : nhiệt độ chịu lửa ≥ 1670 0C - Loại C : nhiệt độ chịu lửa ≥ 1610 0C Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trọng: 1250-1400 0C. Nhiệt độ kết thúc biến dạng (40%) 1500-1600 0C. Độ bền nhiệt: Cao, dao động trong 1 khoảng lớn, phụ thuộc vào thành phần của phối liệu, phương pháp nén, cấu trúc sản phẩm: - Tạo hình bằng phương pháp dẻo –độ bền nhiệt 6-12 - Tạo hình bằng phương pháp bán khô 7-50 - Cấu trúc hạt nhỏ sít đặc 5-8 -Loại hạt vừa 10-15 - Loại hạt thô 25-100 Độ ổn định thể tích: Có độ co phụ khi sử dụng ở nhiệt độ cao. Nếu nhiệt độ sử dụng quá cao, tường gạch samôt bị biến dạng

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Độ bền xỉ: cao. Mức độ phụ thuộc vào cấu trúc hạt và độ sit đặc của sản phẩm. Sản phẩm có cấu trúc hạt lớn, xốp thì độ bền xỉ thấp, bị ăn mòn nhanh, ngược lại loại có cấu trúc hạt nhỏ, sít đặc có độ bền xỉ cao. Phạm vi sử dụng: Rất rộng rãi. Trong công nghiệp silicat: xây lò gốm sứ, lò nấu thủy tinh, lò nung xi măng, lò khí hóa, các ghi đốt nhiên liệu… Khi sử dụng: phải lựa chọn loại samôt thích hợp với điều kiện làm việc cụ thể của chúng. Samôt A, B dùng ở những nơi trực tiếp tiếp xúc với kim loại, xỉ, thủy tinh chảy lỏng, ở nơi cần độ thấm khí nhỏ. Samôt C có thể sử dụng ở các bộ phận không quan trọng như tường lò, nền lò nung gốm, tường ống khói. Bảo quản: Chống ẩm vì khi bị ẩm ướt cường độ hạ thấp rất nhiều. 4.7. CÁC LOẠI SẢN PHẨM SAMÔT KHÁC 4.7.1. Sản phẩm samôt cao lanh Nguyên liệu: Dùng cao lanh bán phong hóa và cao lanh phong hóa hoàn toàn. Chúng khác với đất sét trầm tích là hàm lượng Al2O3 cao (40-44%), ít tạp chất nóng chảy (0,5-3%). Nhiệt độ chịu lửa cao (1750-1780 0C) cao hơn so với đất sét 30-50%. Tạp chất ở đất sét 5-6 %. Đặc biệt cao lanh có nhiệt độ kết khối cao (1450-1500 0C) độ phân tán kém, độ liên kết tồi. Vì vậy khi sản xuất có thể cho thêm keo SSB và dùng 1 lượng đất sét dẻo cho vào phối liệu Samôt cao lanh thường được nung trong lò quay ở nhiệt độ 1450-1500 0 C. Trong sản phẩm lượng mullit sẽ tăng lên 5-10%, pha thủy tinh giảm xuống. kết quả: sản phẩm samôt cao lanh có độ bền nhiệt lớn, nhiệt độ chịu lửa và độ bền xỉ cao hơn samôt thường. Tóm lại, kỹ thuật sản xuất samôt cao lanh khác rất ít kỹ thuật sản xuất samôt thường, chủ yếu là dùng nguyên liệu tinh khiết hơn, nhiệt độ nung thành samôt và sản phẩm cao hơn. Bảng 11: So sánh tính chất samôt cao lanh và samôt đất sét Loại sản Al2O3 T0 chịu Tạp chất T0bđm 0 T nung phẩm (%) lửa (%) →t0(40%) Samôt cao 175040-44 1450-1500 2,5-3 1500 →1650 lanh 4770 Samôt đất 171038-40 1350-1420 5-6 1400 →1600 sét 1750 4.7.2. Sản phẩm bán axit Là sản phẩm sản xuất từ đất sét hoặc cao lanh làm gầy bằng vật liệu quarzt. Tùy nguyên liệu sử dụng ta có sản phẩm quarzt cao lanh hoặc sản phẩm quarzt đất sét. Hàm lượng Al2O3 ≤ 30%, vật liệu quarzt dùng có thể sản xuất từ thiên nhiên hoặc nhân tạo. Kỹ thuật sản xuất gạch bán axit có đặc biệt là lượng samôt dùng rất ít. Đất sét làm gầy tự nhiên bằng các hạt quắc <0,05-0,1 mm có độ co bé, đảm bảo sự bù trù lẫn nhau giữa độ co của đất sét và độ giãn nỡ của quắc. Tùy theo hàm lượng quắc có thể có thể không dùng samôt. Tuy nhiên, nếu như vậy phối liệu rất khó thoát ẩm khi sấy, sản phẩm có cấu trúc hạt nhỏ làm giảm độ bền nhiệt. Tốt nhất là cho vào khoảng 10-20% Samôt làm gầy. Để làm gầy samôt bán axit dùng cặn còn lại sau khi làm giàu cao lanh, vì nó có cỡ hạt tương ứng. Các hạt >0,5 mm dùng như loại samôt hạt nhỏ, còn loại nhỏ hơn dùng như chất trợ dung.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sản phẩm bán axit dùng nguyên liệu làm gầy tự nhiên dễ kiếm, rẻ tiền hơn samôt. Có nhiệt độ biến dạng cao và ổn định thể tích. Thay thế được cho samôt B và C. 4.7.3. Sản phẩm samôt không nung Trong thực tế sử dụng ở các lò, suốt thời gian sấy lò hoặc làm việc,gạch chịu lửa chỉ làm việc 1 phía. Vì thế người ta nảy ra ý định dùng gạch mộc để xây lò. Các viên gạch này sẽ tiến hành sấy nung khi vận hành lò. Hiện nay người ta dùng nhiều gạch chịu lửa không nung từ dạng viên mộc nén như gạch manhêdi, crômit, crôm-manhêdi. Sản phẩm samôt không nung phải thỏa mãn 3 yêu cầu: - Có cường độ cần thiết - Bền vững với nước hơn viên mộc samôt thường - Sức co phụ của chúng khi dùng bé, không vướt quá 0,7% Điều này cần thiết để đảm bảo có thể vận chuyển bảo quản và xây lò. Yêu cầu 1 và 2 thỏa mãn bằng cách cho vào phối liệu một ít keo SSB (1-2%) Để giảm sức co phụ dùng phối liệu nhiều samôt (70%) + 10-15% quarzt nghiền nhỏ. Mặc dù ở nhiệt độ vừa phải gạch samôt không nung dùng cũng tốt nhưng không thể có giá trị như samôt nung được. Cường độ, độ bền vững khi bảo quản và vận chuyển đều kém, đồng thời nếu cho thêm quarzt vào đất sét dẻo sẽ làm cấu trúc của vật liệu kém đi làm hạ tính chất của sản phẩm ở nhiệt độ cao. 4.7.4. Sản phẩm từ samôt nung nhiệt độ thấp Dùng samôt mới nung đến 600-700 0C, nghĩa là mới dehydrat hóa, mất tính dẻo trở thành vật liệu gầy. Quá trình sản xuất tiếp tục như Samôt thường. Khi nung, samôt nung thấp sẽ tiến hành co song song với đất sét kết dính dẫn đến giảm các mối đứt giữa các hạt samôt và sản phẩm có mật độ cao, bền nhiệt nhưng sức co tương đối lớn dẫn đến hình dạng kích thước kém chính xác. 4.8. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG GẠCH SAMÔT BẰNG KÍNH HIỂN VI PHÂN CỰC Khi đánh giá bằng kính hiển vi chúng ta xác định kích thước và sự phân bố các hạt samôt, các lỗ hổng. Ý nghĩa không chỉ ở số lượng mà cả hình dạng, kích thước và sự đinh hướng với nhau. Samôt có giá trị cao: - Hạt samôt trộn đều trong đất sét liên kết, thạch anh chiếm ít và chỉ là các mảnh nhỏ, các lỗ xốp phân bố đều. - Vật chất trung gian và hạt samôt mullit hóa hoàn toàn. Các tinh thể mullit định hướng theo mọi hướng trong toàn bộ vật chất. Samôt thường: Chứa lượng thạch anh tự do đánh kể. Hạt samôt mullit hóa tương đối, trong vật chất liên kết mullit hóa không rõ lắm. Các lỗ xốp lớn hơn và phân bố không đồng đều. Đặc điểm phân biệt các thành phần samôt: dưới kính hiển vi, qua mẫu thường hoặc mẫu phản xạ vật chất liên kết và hạt samôt khác nhau rất rõ. Hạt samôt thường không trong có mầu nâu vàng đến xám nâu. Thành phần khoáng của hạt samôt thực chất giống như hạt đất sét nung, tạo mullit và thủy tinh. Trong nicôn trực giao tinh thể mullit rất nhỏ nên không thể phân biệt với thủy tinh. Các hạt thạch anh không đều đặn, bất đẳng hướng và có màu xám sáng.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Xung quanh các hạt samôt do đất sét co lại nên xuất hiện các vết nứt rõ nét song song với rìa hạt. Vật chất liên kết thường sáng hơn và xốp hơn chứa nhiều tinh thể mullit.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Chương 5

IỄ N

Ơ H

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Là loại VLCL chứa hơn 45% Al2O3, nghĩa là lớn hơn lượng Al2O3 có trong cao lanh nguyên chất. Loại này có chất lượng cao, đáp ứng được yêu cầu tăng cường quá trình nhiệt trong các lò công nghiệp, đảm bảo độ bền, chịu tải trọng và chịu tác dụng của môi trường khí ở nhiệt độ cao. Nó được sử dụng trong tất cả những điều kiện làm việc rất nặng nề mà samôt không thể chịu đựng nổi. Tùy theo hàm lượng Al2O3 có trong sản phẩm, chia làm 3 loại : - Loại A: chứa từ 45-60% Al2O3 - Loại B ------ 60-75% Al2O3 - Loại C: ------ > 75% Tùy theo thành phần khoáng, chia làm 4 loại : - Loại silimanit : 45-70% Al2O3 - Loại mullit : 70-78% Al2O3 - Loại mullit corun : 78-95% Al2O3 - Loại corun : > 95% Al2O3 Hàm lượng Al2O3 không chỉ là dấu hiệu để chia loại sản phẩm mà nó còn qu‎yết định những tính chất cơ bản của sản phẩm cao alumin cũng như qua đó để lựa chọn nguyên liệu và kỹ thuật thích hợp. 5.1. NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu để sản xuất VLCL cao alumin thường dùng các quặng thiên nhiên hay nguyên liệu nhân tạo. Các nguyên liệu chủ yếu là quặng thuộc nhóm silimanit, hydrat nhôm và nhôm kỹ thuật. Việc sử dụng nguyên liệu này hay nguyên liệu kia phụ thuộc vào tính chất của sản phẩm cũng như kỹ thuật sản xuất chúng. 5.1.1. Các khoáng thuộc nhóm silimanit - Rất phổ biến trong thiên nhiên và có giá trị trong công nghiệp - Gồm: silimanit, andaluzit, disten (kianit) và diumôterit - Ba khoáng đầu đều có công thức chung là Al2O3.SiO2 (62,9% Al2O3 + 37,1% SiO2). Khi nung nóng chúng đều chuyển hóa thành mullit theo phản ứng: 3 (Al2O3. SiO2)  3 Al2O3.2 SiO2 + SiO2 Lượng mullit tạo ra theo phản ứng này gần 86% còn lại 14% SiO2 dư sẽ biến thành thủy tinh hoặc ở những điều kiện xác đinh nó có thể kết tinh dạng cristobalit. Mặc dù các khoáng này giống nhau về công thức cấu tạo cũng như phản ứng tạo thành mullit nhưng chúng khác nhau về cấu trúc tinh thể và các tính chất hóa lí khác nhau. Bảng 12. Tính chất của các khoáng nhóm silimanit Tên Hệ tinh  trước  sau ↑ V T0 bđ kết Độ cứng khoáng thể % tinh mullit nung nung Kianit 4,5-7 Tam tà 3,5-3,6 3,02 16-18 1300-1351 andaluzit 7-7,5 T thoi 3,1-3,2 3,02 3-6 1350-1400 silimanit 5-7 T thoi 3,2-3,25 3,02 7-8 1500-1550

VẬT LIỆU CHỊU LỬA CAO ALUMIN

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

Hydracgilit Đơn tà Bomit Trực thoi

2,5-3 3,5-4

Diaspo

6,5-7

Không màu hoặc xanh do trời 2,3-2,4 Không màu hoặc vàng nhạ 3,019 Trắng đến vàng nâu

10 00

Trực thoi



TR ẦN

Hệ tinh thể Độ cứng Màu sắc

Khoáng

H Ư

ẠO

U Y

-Khi nung khoáng nhóm silimanit thể tích bị biến đổi do trọng lượng riêng của mullit và các chất vô định hình nhỏ hơn của nguyên liệu ban đầu. -Diumôterit: 8 Al2O3.8SiO2 B2O3.H20 rất hiếm gặp và hiện nay không có giá trị trong công nghiệp. - Tạp chất: Ngoài SiO2 còn nhiều tạp chất khác làm hạ thấp tính chất của nguyên liệu. Vì vậy cần phải làm giàu sơ bộ trước khi dùng để Al2O3 ≥ 60% và các tạp chất CaO, MgO, Na2O, K2O, Fe2O3 ≤ 2-3% . Quá trình làm giàu rất khó nên việc sử dụng nhóm này bị hạn chế. - Quặng nhóm silimanit ngoài việc dùng trong sản xuất VLCL cao alumin còn dùng trong sản xuất gốm tinh. 5.1.2. Hydrat nhôm Công thức chung: Al2O3.nH2O. Gồm 3 loại phân biệt nhau bởi cấu trúc và hàm lượng nước liên kết hóa học : - Hydracgillit : Al2O3.3H20 - Boemit : Al2O3.H20 - Diaspor : Al2O3.H20 Bảng 19. Tính chất hóa lí của khoáng hydrat nhôm (trong bôxit)

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3,3-3,4

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Khi đốt nóng sẽ xảy ra sự biến đổi không thuận nghịch từ dạng này sang dạng khác theo sơ đồ: 250-340 0C 450-550 0C 950-1200 0C - Al2O3.3 H20 → Al2O3.H20 →  Al2O3 →  Al2O3 Hydracgilit Bomit 450-500 0C - Al2O3.H20 → Al2O3 Điaspo Trong thiên nhiên, thường gặp quặng boxit, là khoáng tổng hợp tất cả các hydrat nhôm, chủ yếu là hydracgilit và bomit. Ngoài ra boxit còn có các tạp chất: oxyt và hydroxyt sắt, quartz, quartzit, caolinit. Hàm lượng Fe2O3 trong boxit ít khi < 2-3%, thường > 5%. Điều này làm hạn chế việc sử dụng boxit trong công nghiệp sản xuất VLCL cao alumin. Giá trị nhất là quặng diaspo, có độ phân tán cao (hạt <0,1mm) tạp chất ít, độ co bé có thể dùng trực tiếp mà không phải qua nung sơ bộ. 5.1.3. Ôxyt nhôm kỹ thuật Đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp sản xuất VLCL và đồ gốm cao alumin chất lượng cao dùng ở nhiệt độ cao.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

 Al2O3

Tam tà

3,99

Lục phương

3,31

Lập phương

3,47-3,5

Khối lượng riêng

Hệ tinh thể

.Q TP

Al2O3

ẠO

 Al2O3

U Y

Dạng thù hình

Nhôm kỹ thuật được sản xuất bằng gia công hóa học quặng boxit nên có độ tinh khiết cao. Thành phần: Al2O3 99-99,5% ; SiO2 0,1-0,25%; Na2O 0,30,5%; các loại khác 0,05-0,1%; MKN 1-2%; độ chịu lửa 2000 0C. Có 3 dạng thù hình:  Al2O3. vàlà dạng tinh khiết. Dạng  chỉ tạo ra do có mặt của tạp chất. Bảng 20. Tính chất hóa lí của các dạng thù hình oxyt nhôm kỹ thuật

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Trong ôxyt nhôm kỹ thuật khoáng chủ yếu là Al2O3 nằm trong giai đoạn chuyển tiếp thành Al2O3 và còn lại một ít hydrat nhôm (hydracgillit và boemit). Khi đốt nóng đến 1200 0C thì Al2O3 → Al2O3 5.1.4. Corund điện nóng chảy Là nguyên liệu để làm vật liệu mài, gồm 2 loại - Loại trắng: Al2O3 ≥ 98%, sản xuất bằng cách nấu chảy nhôm kỹ thuật trong lò điện. - Loại thường: sản xuất bằng cách nấu chảy boxit, Al2O3 = 91-97% tùy theo lượng hợp chất trong boxit, đặc biệt là Fe2O3 và SiO2 Thành phần khoáng chủ yếu là  - Al2O3 và một ít  - Al2O3 do bôxit có nhiều tạp chất. Lượng tạp chất càng nhiều lượng b Al2O3 càng nhiều. Corun điện nóng chảy loại trắng dùng để sản xuất loại gốm corun đặc biệt. Loại trắng kích thước lớn dùng để sản xuất các chi tiết chịu lửa trong lò cao nhiệt. Corun điện nóng chảy loại thường không dùng trong sản xuất đồ gốm tinh vi, vì chứa nhiều oxit gây màu. Chỉ có thể dùng để sản xuất các chi tiết kém quan trọng làm việc ở nhiệt độ ~ 1600 0C. 5.2. KỸ THUẬT SẢN XUẤT 5.2.1. Sản phẩm sản xuất từ nhóm silimanit Ưu điểm của khoáng này: khi đạt đến nhiệt độ mullit hóa thì quá trình tạo mullit tiến hành hoàn toàn, không phụ thuộc các điều kiện gia công như nghiền trộn. Dễ thành lập qui trình sản xuất hơn. Trong nhóm silimanit chỉ có kianit (disten) khi mullit hóa thể tích tăng nhiều nhất: 16-18%, trọng lượng thể tích giảm từ 3,5-3,6 xuống 3 gây ảnh hưởng lớn đến cấu trúc sản phẩm nung. Vì vậy để sản xuất sản phẩm cao alumin từ disten phải tiến hành nung sơ bộ chúng thành samôt để tái kết tinh. Tiến hành: Có thể nghiền nhỏ + đất sét rồi đóng thành bánh đem nung. Nhưng đất sét làm giảm lượng Al2O3 của sản phẩm xuống. Tốt nhất là nung kianit trong lò quay ở dạng hạt lớn không có phụ gia đất sét. Nhiệt độ nung sơ bộ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

1400-15000C. Ở nhiệt độ này thực tế đã hoàn thành quá trình mullit hóa trong thời hạn ngắn, vì nhiệt độ mullit hóa của disten nằm trong khoảng 1200-14000C. Silimanit và andaluzit khi nung thể tích tăng bé nên không phải nung sơ bộ. Sản xuất sản phẩm cao alumin từ nhóm silimanit dùng chất kết dính chủ yếu là đất sét nghiền mịn đã làm giàu. Tuy nhiên chỉ dùng một lượng nhỏ mà thôi (10-15%) vì đất sét làm giảm Al2O3 và tăng tạp chất dễ chảy trong sản phẩm. Tốt nhất là dùng đất sét nhiều ôxyt nhôm và tinh khiết. Trường hợp phối liệu nén bán khô không dẻo có thể dùng andaluzit nghiền mịn như sữa thay thế cho đất sét kết dính hoặc có thể sử dụng đất sét chịu lửa + nhôm kỹ thuật nghiền mịn. Đặc biệt sản phẩm dùng andaluzit làm chất kết dính có cường độ và nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao hơn nhiều so với sản phẩm dùng đất sét làm chất kết dính. Qui trình sản xuất tương tự sản xuất sản phẩm nhiều samôt: nguyên liệu gầy là silimanit, andaluzit hoặc disten đã nung sơ bộ nghiền mịn. Chất kết dính (10-15%) dùng đất sét chịu lửa cao Al2O3 (40%). Thành phần cỡ hạt phải bảo đảm sản phẩm có mật độ cao nhất, cỡ hạt lớn nhất ≤ 1-2mm. Áp lực nén 1000 kG/cm2, nhiệt độ nung 1500-15500C. Tính chất của sản phẩm cao alumin đi từ silimanit: - Al2O3 : 50 - 70% - Tạp chất nóng chảy ≤ 3 - Nhiệt độ bắt đầu biến dạng : 1450-15500C; nhiệt độ phá huỷ (40%) 1650-17000C. - Độ bền xỉ lớn. Sử dụng : Làm thùng đổ thép và lò nấu thuỷ tinh. 5.2.2. Sản phẩm từ hydrat nhôm Kỹ thuật sản xuất sản phẩm từ hydrat nhôm thiên nhiên như boxit, diaspo cũng gần tương tự như sản xuất sản phẩm từ disten. Nếu dùng quặng boxit phải nung sơ bộ để khử nước liên kết hoá học cũng như để kết khối sơ bộ sản phẩm, sau đó đem nghiền mịn. Nếu dùng diaspo thì không cần nung sơ bộ. Chất liên kết cũng dùng chất kết dính 10-15% , nhiệt độ nung 15000C. Thành phần hạt và các thông số kỹ thuật khác tương tự như sản phẩm samot. Tính chất của sản phẩm : - Al2O3 60-65% (lớn hơn sản phẩm từ silimanit) - Tạp chất nóng chảy : 3,5-4% - Nhiệt độ chịu lửa 1800-18500C. Nhiệt kết thúc biến dạng 1650-17000C Sản phẩm từ boxit và diaspo chứa Al2O3 nhiều hơn so với sản phẩm từ nhóm silimanit. Tổng số tạp chất nóng chảy và độ xốp cao hơn 1 ít. Vì thế tăng hàm lượng Al2O3 lên 10% cũng như kèm theo tăng nhiệt độ bắt đầu biến dạng lên một ít. 5.2.3. Sản phẩm từ nhôm kỹ thuật Từ nhôm kỹ thuật có thể sản xuất ra sản phẩm mullit(70-78% Al2O3), mullit corun (78-95% Al2O3) và corun ( > 95% Al2O3).

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

a. Sản phẩm mullit và mullit corund Kỹ thuật sản xuất mullit và mullit corund tương tự như kỹ thuật sản xuất sản phẩm nhiều samôt : dùng samôt mullit corun kết khối rất đặc với 15-20% đất sét dẻo kết dính. Sản xuất samôt mullit corund : nghiền nhôm kỹ thuật mịn cộng với 1520% đất sét dẻo, đóng viên, nung. Đất sét chịu lửa ở đây là một cấu tử để tổng hợp mullit trong sản phẩm, đồng thời đóng vai trò chất liên kết nhôm kỹ thuật trong các viên thô đó. Tốt nhất là sản xuất samôt mullit corund bằng phương pháp huyền phù : nghiền ướt nhôm kỹ thuật với đất sét thành huyền phù qua máy ép để lọc để thành một khối thể dẻo, đóng viên, sấy, nung. Tốt hơn là đưa thẳng vào lò quayđể nung sau khi đã khử hết nước. Nhiệt độ kết khối phụ thuộc vào mức độ nghiền của nhôm kỹ thuật, mức độ hỗn hợp của nhôm kỹ thuật và đất sét, bản chất của đất sét, tỉ lệ giữa nhôm kỹ thuật và đất sét, mật độ của viên thô. Quá trình tạo mullit trong viên thô khi nung có thể chia làm hai giai đoạn : 1. T0 <1200-13000C : có sự biến đổi nhôm kỹ thuật từ dạng γ-Al2O3 → α-Al2O3 và kết tinh mullit từ đất sét nung đỏ : 3(Al2O3.2SiO2 ) → 3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2. 2. Ở nhiệt độ cao hơn 1250-13000C : nhôm sẽ tác dụng với SiO2 dư theo phản ứng : 3Al2O3 + 2SiO2 → 3Al2O3.2SiO2 Để liên kết hoàn toàn SiO2 tự do sau khi kết tinh mullit từ đất sét, cần phải cho vào cứ 100 phần khối lượng đất sét (40% Al2O3) thì dùng 90-100 phần khối lượng nhôm kỹ thuật . Hàm lượng Al2O3 trong viên thô xác định tuỳ yêu cầu Al2O3 có trong sản phẩm. Ví dụ: để sản xuất sản phẩm mullit 70% Al2O3 thì hàm lượng Al2O3 có trong viên thô phải đạt 80% do phải kể đến 15-20% đất sét kết dính về sau (đất sét có 40% Al2O3) . Hoặc để sản xuất sản phẩm mullit corun 80% thì hàm lượng Al2O3 trong viên thô phải đạt 90%. Nhiệt độ nung các viên thô thành samôt mullit corund khoảng 14000 1500 C ( để quá trình mullit hoá hoàn toàn), còn đến kết khối thì phải đến nhiệt độ 1500-16500C. Samôt mullit corund kết khối phải có độ hút nước ≤ 3%. Nghiền mịn đạt cỡ hạt : hạt lớn nhất 2-5mm; hạt trung bình 0,5-0,088mm; hạt nhỏ < 0,088mm. Đất sét kết dính 15-20% phải có độ phân tán cao, cỡ hạt ≤ 0,001mm chiếm 80-90%. Vì ngoài nhiệm vụ liên kết các hạt samôt còn đóng vai trò lấp đầy các lổ trống trong phối liệu đảm bảo viên mộc có mật độ cao. Sản xuất gạch : samôt mullit corund nghiền nhỏ + đất sét kết dính, độ ẩm phối liệu 7-8 %, nén với áp suất 1000 kG/cm2, qua sấy nung đến nhiệt độ 1500-16500C duy trì 24h để sản phẩm có mật độ cao nhất. Tính chất của sản phẩm mullit và mullit corun sau khi nung đạt : - Al2O3 70-95% - Tạp chất nóng chảy 3%

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trọng 16000C. Nhiệt độ phá huỷ 18000C. - Cường độ nén 1500-2000 kG/cm2. b. Sản phẩm corund VLCL mullit chứa một lượng pha thuỷ tinh nhất định nên khi chịu tác dụng của thuỷ tinh nóng chảy bên ngoài dễ bị hoà tan giảm độ bền. Người ta cố gắng tìm cách hạn chế pha thuỷ tinh tăng Al2O3 lên để đượccorun. 1. Cơ sở kỹ thuật Sản phẩm này có những tính chất đặc biệt cao nhất trong nhóm sản phẩm aluminôsilicat. Sản phẩm corund yêu cầu độ tinh khiết cao, do đó quá trình gia công phức tạp, cẩn thận, phải dùng những thiết bị đặc biệt, một phần cũng do bản chất của corund nữa. Khó khăn nhất là khả năng kết khối của corun rất kém mặt dù đã trộn lẫn với đất sét. Nguyên nhân chủ yếu là do cấu trúc của nhôm kỹ thuật. Nhôm kỹ thuật này thu được khi nung hydrat nhôm nhân tạo ở 1000-12000C thì Al2O3.H2O → γAl2O3. Trong quá trình nung sơ bộ nhôm kỹ thuật ở 130014500C : γAl2O3 → α-Al2O3. α-Al2O3 rất trơ, khả năng phản ứng kém nên quá trình kết khối nhôm kỹ thuật do tái kết tinh corund cũng như quá trình tạo mullit do Al2O3 tác dụng với SiO2 rất kém (mỗi hạt nhôm kỹ thuật tuy đã nhỏ, kích thước trung bình 40 µm nhưng chúng cấu tạo từ 106 hạt nhỏ có các lỗ hỗng bên trong chiếm tới 25-30% thể tích). Để tăng mức độ kết khối của sản phẩm : - Phá vỡ cấu trúc của nhôm kỹ thuật và tăng bề mặt tiếp xúc giữa các hạt với nhau bằng cách nghiền mịn. Để nghiền mịn thường dùng máy nghiền bi gián đoạn hoặc máy nghiền chấn động. Để đảm bảo sạch, không lẫn tạp chất dùng bi corun hoặc bi sứ, máy nghiền được lót bằng tấm lót corun hoặc cao su, mặc dù hiệu suất nghiền nhỏ hơn 1,5 - 2 lần so với nghiền bi thép có tấm lót bằng thép. - Dùng phụ gia : đặc biệt thường dùng TiO2. Tác dụng của TiO2 : + Làm tăng kích thước của tinh thể corun dẫn đến tăng độ bền nhiệt của sản phẩm. Ví dụ : nung nhôm kỹ thuật 1600 - 18000C kích thước tinh thể corun đạt 3-10µm. Nếu cho 1 - 2% TiO2 vào thì khi nung ở 1400-15000C kích thước tinh thể corun đạt 10-20µm . + Làm ngắn khoảng kết khối lại, giảm nhiệt độ nung 200-2500C. Ví dụ : Phối liệu có 2% TiO2 kết khối mạnh ở nhiệt độ 11500C và kết thúc ở 130014000C. Nếu không có TiO2 nhôm kỹ thuật cũng bắt đầu kết phối ở 115012000C nhưng kết thúc ở 1650-17000C. + Mặt khác dùng 1-5% TiO2 nhiệt độ bắt đầu biến dạng cao ≥ 19000C. Đến nay chưa có lý thuyết cơ bản nào về cơ chế tác dụng của phụ gia đến phối liệu trong quá trình nung . Đối với TiO2 chỉ có thể giải thích như sau : do kích thước của Ti4+ (0,64A0 ) và Al3+ (0,57A0) gần giống nhau nên khi đốt nóng chúng tạo thành dung dịch rắn, sau đó ở nhiệt độ cao hơn, một phần Ti4+ chuyển sang Ti3+ (0,69 A0) làm biến dạng mạng lưới tinh thể corun, làm cho ion Al3+ linh động hơn kết khối tốt hơn.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

2. Kỹ thuật sản xuất Gồm các bước : - Chuẩn bị phối liệu : + Sản xuất samôt corun + Sản xuất liên kết corun - Phối trộn - Tạo hình - Sấy - Nung Sản xuất samôt corund : Nung sơ bộ nhôm kỹ thuật ở 14500C → nghiền mịn bằng phương pháp ướt đến cỡ hạt 1µm → rửa sắt bằng dung dịch HCl 12% → ép lọc → cắt thành viên viên thô → sấy → nung ở 17000C trong 2 h để kết khối corun hoàn toàn, đảm bảo mật độ 3,75-3,8 g/cm3. Có thể nung trong lò gián đoạn, lò tuy nen, lò quay. Nếu dùng 1-2% TiO2 → nghiền khô hỗn hợp trong máy nghiền bi thép đến kích thước 4-5µm, làm ẩm với keo SSB 1-1,5% trong máy trộn đến độ ẩm 11-13% → nén thành viên mộc → nung ở nhiệt độ 15000C, đạt mật độ 3,648g/cm3. Samôt corun → đập → nghiền nhỏ : hạt 0,2mm chiếm 50%, hạt lớn nhất 2-3mm, hạt bé nhất ≤0,088mm. • Chất kết dính : Có thể dùng ngay hỗn hợp dạng huyền phù ở trên hoặc dạng bột thô có phụ gia TiO2 . • Tỉ lệ samôt côrun và chất liên kết corun : 55/45 • Tạo hình : Hoặc nén bán khô với độ ẩm 7-8% thêm keo SSB 1-1,5%, hoặc tạo hình bằng phương pháp đúc rót (đối với sản phẩm có thành mỏng 4-5mm như chén nung, nồi nấu kim loại). • Sấy , nung : Nung ở 1700-17500C khi không có phụ gia và ở 15500C nếu có phụ gia TiO2 , độ co tổng quát : 9-10% . • Tính chất của sản phẩm corun : - γTT : 2,96-3,10kg/cm3 . - Độ xốp biểu kiến : 18,6-22,8 . - Nhiệt độ biến dạng : 1840-18500C ; nhiệt độ phá huỷ ( 40% ) 18900C . - Độ bền nhiệt lớn : Có phụ gia > 60 ; không có phụ gia < 15 lần . - Độ bền rất cao đối với kim loại , xỉ , thuỷ tinh , muối nóng chảy , kiềm , axit ( đặc biệt đối với HF ) . - Nhiệt độ chịu lửa : 20000C . • Ứng dụng : - Có độ cứng lớn nên làm vật liệu mài rất tốt - Làm chén nung, chén nấu thuỷ tinh - Làm dao tiện đối với kim loại cứng. - Có tính chất điện môi rất cao nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp điện và vô tuyến điện. 3. Sản xuất sản phẩm cao alumin bằng phương pháp nấu chảy * Nguyên tắc: nâng đến nhiệt độ cao cho phối liệu chảy lỏng ra, sau đó đem đúc khuôn rồi ủ sản phẩm. * Có 3 phương pháp nấu chảy: - Nấu chảy trong lò hồ quang điện - Nấu chảy với sự hỗ trợ của các sản phẩm toả nhiệt - Nấu chảy trong lò điện trở

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Thường nấu trong lò Heroult đốt bằng điện cực ở nhiệt độ 2000oC. * Khuôn: Trước dùng khuôn Grafit sau dùng khuôn từ VLCL đã kết khối hoặc từ hợp kim hoặc từ cát liên kết * Ủ: Khối đổ rót ấy được đặt vào môi trường chất cách nhiệt. ví dụ như bột nhôm và làm lạnh trong 6 đến 10 ngày đến nhiệt độ ~1500C. Sau đó tháo bỏ chất cách nhiệt, tháo khuôn rồi đem mài nhẵn. Bột mài chính là kabid ( SiC) hoặc coridon. 4. Một số sản phẩm corund thương mại - Sản phẩm có nguồn gốc từ Mỹ : Monofrax H: Al2O3 94,3%, Na2O 5,2%; SiO2 0,1%; CaO 0,1%; Fe2O3 0,1%; MgO 0,1%; TiO2 0,03%. pha tinh thể: 94-99%, -Al2O3 ; pha thuỷ tinh <1%. Bền đáng kể khi thay đổi nhiệt độ và tác dụng của hơi kiềm . Tiếp xúc với thuỷ tinh lỏng -Al2O3 → α-Al2O3 . Monofrax MK, K. - CORVISIT (sản phẩm của Hungari) : 95% Al2O3 (α-Al2O3); pha thuỷ tinh ~0 . Đây là vật liệu rất bền đối với thuỷ tinh lỏng . Dùng xây nền lò cho các loại lò nấu thuỷ tinh . - VLCL ZIRCON CORUN : Yêu cầu về VLCL trong sản xuất thuỷ tinh không thoả mãn với vật liệu cao nhôm và mullit. Để nâng cao tính chất của chúng (chủ yếu là tính chống bào mòn) người ta cho thêm ZrO2 vào với corun. Lượng ZrO2 dao động thường từ 17 đến 42%. Nó là thành phần chính cùng với Al2O3 và SiO2. Sản phẩm từ Mỹ, Pháp có tên là Corhart ZAC (AZS) và ở Nga là Bacor. ZAC có một số tính chất kém hơn mullit như nhiệt độ biến dạng, độ bền nhiệt, α lớn và dao động đặc biệt ở 1000-12000C nhưng nó bền vô cùng đối với thuỷ tinh nóng chảy. Nguyên nhân : nó có cấu trúc sít đặc bởi các tinh thể nhỏ mịn. AZS là VLCL dùng trong lò nấu thuỷ tinh ở bất kỳ vị trí nào. Là loại vật liệu được mến chuộng nhất. Dùng Bacor sẽ kéo dài tuổi thọ của lò gấp rưỡi so với mullit. ‎

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Chương 6

IỄ N

Ơ H

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

VLCL manhêdi là loại VLCL kiềm tính điển hình, chứa 80-85% periclase (MgO) đôi khi nhiều hơn, nhiệt độ chịu lửa > 20000C (nhiệt độ nóng chảy của MgO nguyên chất 28000C). Tạp chất chủ yếu trong sản phẩm manhêdi SiO2, CaO, Al2O3 và Fe2O3. Ở nhiệt độ cao chúng tạo ra một số khoáng có độ chịu lửa cao, một số có độ chịu lửa thấp . Có hai loại VLCL manhêdi là loại viên và loại bột. Loại viên để xây tường lò, loại bột dùng để đầm lò. 6.1. NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu thường dùng là manhêdit MgCO3, một số nơi không có manhêdit thì dùng MgO lấy từ nước biển. 5.5.1. Manhêdit Là khoáng chứa 47,62% MgO và 52,98% CO2, có γT = 2,98 g/cm3, ánh thuỷ tinh màu trắng, xám hay phớt lục tuỳ theo tạp chất lẫn vào. Độ cứng 4-4,5, nếu có lẫn nhiều Si độ cứng có thể tăng lên đến 5-5,5 . Gồm 2 loại : manhêdit tinh thể và manhêdit vô định hình - Manhêdit tinh thể : được tạo ra do tác động của đá vôi hoặc đôlômit với dung dịch cacbonat axit manhêdi theo phản ứng : CaCO3 + Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + Ca(HCO3)2 (dd) CaMg(HCO3)2 + Mg(HCO3)2 → 2MgCO3↓ + Ca(HCO3)2 (dd) Manhêdit vô định hình là sản phẩm phân huỷ các khoáng silicat manhêdit như : serpentin , ôlivin theo phản ứng : 3MgO. 2SiO2. 2H2O + 3CO2 → 3MgCO3↓ + 2SiO2 + 2H2O 2MgO. SiO2 + 2CO2 → 3MgCO3↓ + 2SiO2 Tạp chất chủ yếu trong manhêdit là Fe2O3 ,SiO2, CaO, Al2O3. Trong đó CaO là tạp chất có hại nhất vì dễ tạo hợp chất dễ chảy (CaO.MgO.SiO2 monticelit) hoặc hợp chất biến đổi đa hình (2CaO.SiO2), nếu CaO ở trạng thái tự do nó lại dễ dàng hút nước . Yêu cầu : manhêdit sau khi nung phải có MgO ≥ 85% đối với bột luyện kim và ≥ 91% đối với gạch , CaO ≤ 2-3% , SiO2 + Fe2O3 ≤ 5% . - MgO lấy từ nước biển Trong nước biển chứa 0,2% MgO nhưng nguồn nước biển vô tận. Trong nước biển có chứa các muối NaCl, CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4, Na2CO3 ... phải loại trừ. - Loại trừ SO42- : Dùng CaCl2 . MgSO4 ( trong nước biển ) + CaCl2 → MgCl2 + Ca SO4 ↓ → lọc - Loại HCO3 : Dùng Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 ( trong nước biển ) + Ca(OH)2 → 2CaCO3 ↓ + 2H2O Mg(HCO3)2 ( trong nước biển) + Ca(OH)2 → 2CaCO3 ↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O Sau khi lọc kết tủa , manhê trong nước trên chủ yếu nằm ở dạng MgCl2 . Từ đây ta dùng sữa đôlô mi để kết tủa . ( Nung đôlômit CaCO3 .MgCO3 ta được CaO + MgO , hợp nước CaO + H2O → Ca(OH)2 , MgO + H2O → Mg(OH)2 )

VLCL MANHÊDI

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

MgCl2 + MgCa(OH)4 → 2Mg(OH)2 ↓ + CaCl2 CaCl2 quay trở lại phản ứng đầu tiên và Mg(OH)2 ↓ qua lọc và đem nung . Sản xuất băng phương pháp này có những khó khăn sau : +Lượng nước biển cần dùng lớn : Muốn có một tấn sản phẩm phải gia công 300 tấn nước biển , tức là dùng bơm và xây bể lắng lớn . +Thực hiện quá trình hyđrat hoá hoàn toàn đôlômit rất khó, phải thực hiện ở điểu kiện áp suất và nhiệt độ cao, nếu không sản phẩm sẽ lẫn nhiều CaO. +Phải dùng lượng CaCl2 lớn , tuy có thể dùng nước thải công nghiệp. +Mg(OH)2 rất keo khó lọc , phải dùng máy lọc chân không đến dạng bột nhão có W=40-50% sau đó đưa vào lò nung . +Lẫn nhiều B2O3 nên khi nung sẽ tạo ra hợp chất Mg3B2O6 có nhiệt độ nóng chảy thấp . Ưu điểm : +Tận dụng được đôlômi và nguồn nước biển . +Có thể điều chỉnh hàm lượng MgO trong sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật . +Hàm lượng MgO tương đối cao >90-95% . +Nếu dùng phương pháp trên để tách MgO từ nước ót là nước dư sau khi kết tinh muối ăn rất kinh tế . 6.2. QUÁ TRÌNH HOÁ LÝ KHI NUNG 6.2.1. Quá trình lý hoá và thành phần khoáng Nếu sản xuất từ manhêzit, khi nung sẽ tiến hành phân huỷ : MgCO3 → MgO + CO2 - Q Phản ứng bắt đầu ở 4000C, nhanh ở 6400C. Tốc độ phân huỷ manhêzit phụ thuộc vào lượng tạp chất, cấu trúc và mật độ manhêzit. Nếu nguyên liệu ban đầu sản xuất từ nước biển thì phản ứng đầu tiên khi nung là : Mg(OH)2 → MgO + H2O - Q Phản ứng này tiến hành mạnh ở 4300C. Trong nguyên liệu còn có những tạp chất : Fe2O3, SiO2, CaO, Al2O3 ...các tạp chất này sẽ phản ứng để tạo ra các khoáng tạp ngoài periclaz : + Fe2O3 +CaO Bắt đầu ở 6700C , kết thúc ở 900 - 10000C → CaO.Fe2O3 Nếu dư CaO thì ở 900-10000C tiếp tục phản ứng tạo ra 2CaO.Fe2O3 . + Fe2O3 + MgO : Trong môi trường oxy hoá bắt đẩu chậm ở 6000C , mạnh ở 1200-14000C cho manhêdi ferit MgO .Fe2O3 . Trong môi trường khử ở 800-10000C tạo dung dịch rắn MF ( cả Fe3+ và Fe2+ ). Trên 15000C oxyt sắt tự do không còn tồn tại nữa . + SiO2 + CaO : Bắt đầu ở 550-6500C , nhanh ở 1000-12000C đồng thời tạo ra C2S và C3S , nhiệt độ cao hơn 12000C chủ yếu tạo ra C3S . + SiO2 + MgO : Bắt đầu ở 9000C tạo forsterit M2S , kết thúc ở 14500C + M2S + C2S ở nhiệt độ 900-9500C tạo monticelit CaO . MgO . SiO2 + Tạo CaO tự do .

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

6.2.2. Ảnh hưởng của thành phần khoáng Thành phần khoáng chính là periclase MgO, có độ chịu lửa rất cao 0 (2800 C). Có thể bị hydrat hoá theo phản ứng : MgO + H2O → Mg(OH)2. Phản ứng này xảy ra khi ủ, sấy hoặc trộn với nước đồng thời làm tăng thể tích lên hai lần. Vì vậy cần phải ủ phối liệu để tránh nứt nẻ sản phẩm sau này. Trong quá trình hydrat hoá, Mg(OH)2 có tính chất keo nên đóng khuôn tốt. Nếu để lâu, Mg(OH)2 có thể kết tinh thành tinh thể bruxit (MgO. H2O) khó tạo hình. Khả năng hydrat hoá của MgO phụ thuộc nhiệt độ nung, độ mịn và nhiêt độ hydrat hoá : - Nếu nung ở nhiệt độ thấp ~11000C, periclas rất hoạt động và sản phẩm lúc đó gọi là manhêzi badic. Chúng có khả năng đóng rắn như xi măng với dung dịch MgCl2, CaCl2, MgSO4 v.v…, được sử dụng làm gạch không nung và bê tông chịu lửa. - Nếu nung ở nhiệt độ cao ~ 1500-16000C periclase kết tinh tốt hơn và ta được manhêzi kết khối, cũng đóng rắn với các dung dịch trên nhưng ở nhiệt độ 600C. *CaO tự do : rất dễ bị hydrat hoá tạo thành Ca(OH)2 gây nứt nẻ và phá huỷ sản phẩm. *MF (manhêdi ferit MgO.Fe2O3 và manhêdi vustit MgO.FeO) : sẽ tạo thành dung dịch rắn với MgO có tác dụng tốt cho quá trình tái kết tinh periclase làm tăng quá trình kết khối . *C2F (dicanxi ferit) : Có tác dụng kết khối tốt nhất nhưng làm giảm nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng và độ chịu lửa của vật liệu. Cần phải hạn chế. C4AF tương tự C2F. *CMS : Làm tăng quá trình kết khối nhưng là khoáng dễ chảy (nhiệt độ nóng chảy 14600C), làm giảm nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng và tăng độ co khi nung. Khoáng có hại. *M2S (forsterit) : làm tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng (do nhiệt độ nóng chảy cao) nhưng để có liên kết forsterit thì vật liệu phải nung ở nhiệt độ cao > 16000C. *C3S và C2S : đều có ảnh hưởng không tốt đến quá trình kết khối. C3S khi làm nguội đến 1150-12500C sẽ bị phân huỷ C3S → C2S + CaO tự do. CaO tự do có ảnh hưởng không tốt như đã nêu ở trên. Còn C2S không ổn định do khi làm nguội sẽ có sự biến đổi thù hình từ -C2S → γ-C2S kèm theo hiện tượng tăng thể tích 10% gây tả sản phẩm. 6.3. KỸ THUẬT SẢN XUẤT Gồm hai giai đoạn : Sản xuất manhêdi kết khối và sản xuất sản phẩm manhêdi . 6.3.1. Sản xuất manhêzi kết khối - Đập nhỏ quặng manhêdit rổi nung ở 15500C- 16000C để loại trử hết CO2 ra khỏi quặng hoặc loại trừ H2O ra khỏi hydrôxyt nếu sản xuất từ nước biển . Trong quá trình nung sản phẩm sẽ kết khối kèm theo có 20 - 25% đồng thời kích thước MgO tăng lên , trọng lượng riêng cũng tăng lên . Mặt khác hoạt tính của nó đối với tác dụng hoá học giảm . - Có thể nung trong lò đứng hoặc lò quay . - Manhêdi kết khối để sản xuất gạch chịu lửa manhêdi phải nung ở nhiệt độ cao hơn một ít so với nhiệt độ nung sản phẩm để tránh tăng độ co sản phẩm .

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- Manhêdi kết khối đem nghiền nhỏ được bột luyện kim , dùng để hàn , vá , đắp nền tường lò điện nấu thép . 5.3.2. Sản xuất sản phẩm manhêdi a. Nguyên liệu - Dùng manhêdi kết khối tốt : MgO ≥ 90-92%; CaO ≤ 2,5 %; SiO2 ≤ 4% ; MKN ≤ 0,6%. - Để sản xuất sản phẩm đặc biệt, dùng thêm mảnh vỡ, phế phẩm vì chúng đã ổn định về thành phần pha, CaO tự do không còn, tạp chất phân phối đồng đều. - Muốn sản xuất sản phẩm mật độ cao, cho vào phối liệu 1,1 ± 0,3% phụ gia TiO2. - Để sản xuất manhêdi bền nhiệt với chất liên kết là spinen MgO. Al2O3 cho vào phối liệu 8-12%Al2O3 kỹ thuật, 5% bụi lọc điện (từ lò quay sản xuất manhedi kết khối ). - Để tăng độ kết khối sản phẩm bền nhiệt có thể thêm vào 5% crômit. ‎

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

SƠ ĐỒ SẢN XUẤT GẠCH MANHÊDI Mannhêdi kết khối

Phụ gia TiO2, Al2O3,Fe2O3 ,crômit

Định lượng

Đập

Định lượng

Nghiền bi

U Y

Sàng

<0,5mm

Bun ke

ẠO

Bun ke

hạt 0,5-2mm

Máy trộn 2 trục (lần 1)

Định lượng

H Ư

Kho ủ

Định lượng

Máy trộn 2 trục (lần 2) Bun ke

Tạo hình

Sấy

Nung

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

Keo SSB

IỄ N

ÀN

b. Chuẩn bị nguyên liệu * Thành phần kích thước hạt tốt nhất: Hạt 2-0,8mm 45-55% Hạt 0,8-0,088mm 5-15% Hạt <0,088mm 30-40% Thành phần này có thể sai lệch sau khi ủ, vì trong quá trình ủ, sản phẩm bị hydrat hoá làm tăng thể tích gây nứt nẻ tả nên kích thước hạt giảm xuống. ví dụ: hạt 2 mm sau khi ủ còn 1,5mm. * Sau khi trộn lần 1, tiến hành ủ để phản ứng hyđrat hoá hoàn toàn. Thời gian ủ 3 ngày, duy trì kho ủ mát, nhiệt độ ~40 ± 30C (vì quá trình hyđrat hoá có toả nhiệt). Nhưng không nên ủ lâu quá vì Mg(OH)2 sẽ bị kết tinh thành bruxit MgO.H2O khả năng liên kết kém khó đóng khuôn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

* Sau khi ủ tiến hành trộn lần 2, cho thêm keo SSB để tăng độ dẻo cho phối liệu và cường độ của viên mộc sau này. Độ ẩm của phối liệu trước khi nén 35%. c. Tạo hình * Sản phẩm được tạo hình trong các máy ép thuỷ lực, ép ma sát, ép vít hoặc ép cơ khí (tự động hoặc bán tự động). * Phối liệu manhezi thuộc loại không dẻo, phải dùng áp lực nén cao > 800kG/cm2. Nếu tăng áp lực nén, mật độ, cường độ, độ bền nhiệt, nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng đều tăng. Nhiệt độ nung có thể giảm xuống vài chục độ. Áp lực nén có thể tăng đến 1200 hoặc đôi khi đến 2000kG/cm2. d. Sấy sản phẩm * Sau khi ép, viên mộc có cường độ không cao lắm:15-20kG/cm2, chuyển vào lò phải cẩn thận, phải xếp nghiêng và thưa để tăng bề mặt sấy và thông gió tốt. * Quá trình sấy khá phức tạp do quá trình hyđrat hoá MgO vẫn tiếp tục tiến hành. Để tránh nứt sản phẩm do quá trình hyđrat hoá làm tăng thể tích, khi sấy phải làm sao để cường độ hyđrat hoá thấp nhất, nơi ẩm thoát ra nhanh nhất, nhiệt độ sấy thấp, tốt nhất là dung khí nóng hồi lưu. Nhiệt độ vào 55-750C, nhiệt độ ra 35-500C. * Thường dùng lò sấy phòng, lò sấy tuynen, lò sấy xích. Độ ẩm sau khi sấy 0,10,2%, cường độ viên mộc ≥ 70kG/cm2. e. Nung sản phẩm * Sản phẩm manhêdi khi nung hầu như không có sự biến đổi đa hình nào cả nên không có các giai đoạn co giãn đặc biệt. * Ở nhiệt độ thấp < 10000C các hyđroxyt, keo SSB bị phân huỷ làm cường độ cơ học của viên mộc giảm <20kG/cm2 . Do đó nếu nâng nhiệt độ không đều dễ gây phế phẩm. * 1100-12000C: Bắt đầu xuất hiện pha lỏng ứng với điểm eutecti của MgO, CaO, Al2O3, SiO2 (~11570C). Sản phẩm lúc đầu kết khối do tái kết tinh tập hợp các khoáng. * 1450-15000C: Lượng pha lỏng tăng, quá trình kết khối tăng. Do có mặt pha lỏng các ứng suất được khắc phục vì có khả năng biến dạng dẻo. Có thể tăng tốc độ nâng nhiệt 25-300C /h, đôi khi đến 500C/h. * Ở nhiệt độ max 15000C hoặc 16000C, cường độ viên mộc rất thấp nên không chịu được ứng suất do ngọn lửa mãnh liệt trùm vào. * Giai đoạn làm nguội, khi trong vật liệu còn pha lỏng có thể làm nguội nhanh nhưng khi sản phẩm ở trạng thái giòn phải làm nguội chậm. * Thực tế thường thấy phế phẩm ở giai đoạn nâng nhiệt, rất ít gặp ở giai đoạn làm nguội * Có thể nâng trong lò phòng, lò nhiều phòng, lò tuynen, đốt bằng nhiên liệu khí hoặc lỏng. 6.4. TÍNH CHẤT VÀ LĨNH VỰC SỬ DỤNG 6.4.1. Tính chất - Nhiệt độ chịu lửa > 23000C; người ta giảm khi tăng nhiệt độ. - Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng không cao lắm: 1500-15500C, phụ thuộc vào loại khoáng liên kết. Nếu là monticelit (CMS) thì nhiệt độ

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

biến dạng dưới tải trọng thấp hơn so với khoáng liên kết forsterit (M2S) (~ 16000C). Nếu SiO2 <0,5% thì bắt đầu biến dạng ~17000C. - Độ bền nhiệt: Làm nguội bằng không khí: 4-9 lần Làm nguội bằng nước: 1-2 lần Nguyên nhân: do sự chênh lệch lớn độ giãn nở nhiệt giữa periclas (1,35.10-5) với chất liên kết silicat (2-3.10-5) và do mođun đàn hồi lớn. Để tăng độ bền nhiệt cho vào Al2O3 và Cr2O3 tạo chất liên kết Spinen. 6.4.2. Lĩnh vực sử dụng Chủ yếu dùng trong lò điện, lò nấu thép, các lò luyện kim màu. Loại mannhêzi bền nhiệt dùng lót zôn nung lò quay ximăng và vòm lò mactanh (thay gạch crôm manhêdi). Chú ý: Ở nhiệt độ cao gạch manhêzi không được đặt tiếp xúc với gạch samôt được vì nó sẽ tạo thành hợp chất cordierit (2MgO.2Al2O3.5SiO2) dễ chảy (t0nc=14250C) ‎

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 7

IỄ N

Ơ H

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

VLCL crôm manhêdi (Cr-Mg) là sản phẩm sản xuất từ 2 nguyên liệu crômit và manhêdi kết khối. Khoáng chủ yếu trong sản phẩm này thuộc loại nhóm khoáng spinen với công thức chung R2+O.R3+2O3. (R2+ là Mg2+, Fe2+; R3+ là Cr3+, Fe3+, Al3+...) 7.1. Nguyên liệu crômit * Crômit là quặng mà thành phần khoáng (Fe,Mg)(Cr,Al)2O4 chiếm ~ 80%. Khoáng nguyên chất của crômit là FeO.Cr2O3 nhưng hiếm gặp trong thiên nhiên. * Trong quặng crômit ngoài crômspinen ra còn có lẫn 20% khoáng tạp như serpentin (M3S2H2), clorit, một ít canxit. * Thành phần hoá của quặng crômit dao động trong một khoảng rộng: Cr2O3 18-62%, Fe2O3 0-3%, FeO 0-20%, MgO 6-16%, Al2O3 0-33%. Ngoài ra còn có: 2% TiO2, 0,2% V2O5, 1% MnO, 0,1% NiO, 0,01% CoO và đến 2% CaO. * Tuỳ theo hàm lượng Cr2O3 chia quặng crômit làm 4 loại : - Quặng nghèo: Cr2O3 <40% - Quặng trung bình ------- 40-45% - Quặng giàu ------- 45-50% - Quặng rất giàu ------- >50% * Crômit để sản xuất VLCL yêu cầu: Cr2O3 = 35-40%, phần phi quặng <20% ( là serpentin thì tốt hơn là clorit vì clorit chịu lửa kém hơn, khó biến đổi khi nung hơn). Quặng phải đồng nhất, đặc, không có mạch rỗng. Fe2O3 ≤ 10%, SiO2 ≤ 6-8%, CaO ≤ 1-1,5% là hợp chất có hại vì tạo ra monticelit dễ nóng chảy. 6.2. Kỹ thuật sản xuất VLCL crômit * Sơ đồ sản xuất * Phối liệu gồm: quặng crômit, phụ gia manhêdi bazic (9%), quặng đunit (6%) Quặng đunit là ôlivin M2S đang trong giai đoạn serpentin hoá chứa ~45-60% olivine và 40-55% serpentin. * Trong quặng crômit có serpentin là khoáng không chịu lửa phải cho vào 9% manhêdi bazic đã nung ở 10000C để hợp với serpentin thành chất liên kết forsterit chịu lửa cao, đồng thời hợp với Fe2O3 thành manhêdiferit chịu lửa. Và để tăng hàm lượng forsterit còn cho thêm khoáng đunit vào phối liệu. Khi đó trong quá trình nung xảy ra phản ứng: 3MgO.2SiO2.2H2O + MgO = 2(2MgO.SiO2) + 2H2O (serpetin) (manhêdi bazic) (forsterit) và trong môi trường ôxi hoá ở nhiệt độ cao >10000C sẽ xảy ra phản ứng: (Fen,Mgm)O.(Cr,Al)2O3 + MgO = (Fen-1,Mgm-1)O.(Cr,Al)2O3 + FeO 4FeO + O2 = 2Fe2O3; MgO + Fe2O3 = MgO.Fe2O3 (khóang manhêdi

VLCL CRÔMIT VÀ CRÔM-MANHÊDI

feric chịu lửa)

* Nhiệt độ nung: Đối với sản phẩm chất lượng cao 15500C, chất lượng vừa phải 14500C duy trì ở nhiệt độ cực đại ~6h

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon Quặng Đunit Quặng crômit www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Manhêdiwww.facebook.com/daykem.quynhon bazic

www.daykemquynhon.blogspot.com

Đập thô

Bunke

Nung (800-9000C)

Sàng

Bunke

Bun ke

Nghiền bi

Định lượng

Nghiền mịn

U Y

Keo SSB

Định lượng

Mấy khuấy

ẠO

Bơm

Máy trộn bánh xe

H Ư TR ẦN

Sấy (Tuynen)

Nén (nén thuỷ lực)

10 00

Nung (lò tuynen hoặc lò khác)

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Tính chất và ứng dụng: * Tính chất: Là loại gạch trung tính, nó có thể tiếp xúc với gạch axit (dinas) và gạch bazơ (manhêdi) ngay ở nhiệt độ cao khoảng 17000C mà không có tác dụng gì đáng kể. - Cường độ nén [kG/cm2] : 300-700

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

10 00

TR ẦN

H Ư

- Độ xốp biểu kiến [%] : 16-19 - Khối lượng thể tích [g/cm3]: 3-3,1 - Độ chịu lửa [0C] : 1960; t0bđ : 1570-16500C - Độ bền nhiệt (làm nguội bằng không khí) : 9-10 lần * Ứng dụng: Dùng để xây lớp ngăn cách giữa 2 loại gạch bazơ và axit. Ví dụ giữa dinas và manhêdi. Nhưng crômit không thể xây tiếp xúc với samốt vì ở nhiệt độ cao chúng tác dụng với nhau tạo chất có độ chịu lửa thấp. Thường dùng để lót lò đốt nóng, ở đó đòi hỏi độ bền xỉ cao. Hiện nay, crômit ít được dung mà thường dùng gạch Cr-Mg nhiều hơn. 6.3. VLCL crôm manhêdi Có độ chịu lửa cao > 20000C, sản xuất từ quặng crômit và manhêdi kết khối 6.3.1. Sơ đồ sản xuất Keo kết dính

Crômit

Mannhêdi kết khối

Í-

Đập, nghiền (0,8-3mm)

-L

Nghiền mịn (hạt <0,8-1mm) Trộn phối liệu

Định lượng

Nén

IỄ N

ÀN

ÁN

Định lượng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Sấy

Nung

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

6.3.2. Phối liệu. Tính chất của sản phẩm phụ thuộc vào tỷ lệ các cấu tử. Sự phụ thuộc ấy được biểu diễn như sau:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

U Y

- Crômit : manhêdi = 30:70. Ta được sản phẩm bền nhiệt. Gạch Cr-Mg bền nhiệt có lượng manhêdi kết khối nhiều hơn thường được dùng để xây vòm lò Martin, bền hơn và ít bị phồng rộp hơn loại thứ hai.

Cường độ nén (kG/cm2) Độ xốp (%) Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng (0C) Độ bền nhiệt Co phụ khi nung ở 16000C trong 24h Qua hình trên ta thấy có 2 loại tỷ lệ phối liệu tốt nhất :

1) 2) 3) 4) 5)

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CaO 1,7 1,3

Fe2O3 11,0 12,6

Cr2O3 9,1 31,0

MgO 69,7 40,5

H Ư

Thành phần hóa học của 2 loại [%] Loại gạch SiO2 Al2O3 Crômit 30% 4,5 3,9 Crômit 65% 3,8 9,9

ẠO

- Crômit : manhêdi = 65:35. Sản phẩm có nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao.

10 00

TR ẦN

Thành phần kích thước hạt của phối liệu Phối liệu Crômit Crôm-manhêdi bền nhiệt Hạt 3-0,8mm:30% > 3mm ≤ 5% < 0,8mm ≤ 10% Cr-Mg thường Hạt 0,8-0mm :60%

Manhêdi kết khối Hạt 2-0mm: 65-70% < 0,06mm :30-39% Hạt 2-0mm :40%

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Phối liệu được trộn trong máy trộn bánh xe, đầu tiên cho hạt lớn vào → làm ẩm → cho tiếp hạt nhỏ vào, độ ẩm của phối liệu ~3-3,5%. Để tăng độ liên kết cho thêm 1,2-1,5% keo SSB . 6.3.3. Tạo hình và sấy * Gạch Cr-Mg khó kết khối khi nung nên gạch mộc thường được tạo hình với áp lực > 800 kG/cm2. Để tăng độ bền nhiệt, trọng lượng riêng, cường độ cơ học của sản phẩm đôi khi áp lực nén lên đến 2000 kG/cm2. Khối lượng riêng của gạch mộc sau khi nén ≥ 3,1g/cm3. Thường dùng máy ép thuỷ lực hoặc máy ép cơ khí để tạo hình. * Sấy sản phẩm Cr-Mg tương tự như sấy gạch manhêdi: Dùng lò tuynen, nhiệt độ khí vào ≤ 1400C, nhiệt độ khí ra ≤ 700C, thời gian sấy ≥ 30h, độ ẩm cuối cùng 0,4% với cường độ mộc 50kG/cm2. 6.3.4. Nung sản phẩm - Nung sản phẩm Cr-Mg như nung gạch manhêdi, đôi khi có thể nung lẫn với manhêdi. Nhiệt độ nung max ≥ 15000C. Tốt nhất là 1600-17000C. - Lò nung: Tuynen - Khi nung trong gạch Cr-Mg sẽ tiến hành các quá trình lý hoá phức tạp f/ Tính chất và ứng dụng: - Cường độ cơ học tương đối cao 200-400 kG/cm2

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng không cao lắm 1450-15500C Độ bền hoá cao. Độ bền nhiệt tương đối cao. Phụ thuộc vào lượng crômit trong sản phẩm Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, để xây vòm lò mac tanh, lót lò điện nấu thép, lò nấu đồng, lót zôn nung lò quay xi măng. - Gạch Cr-Mg được sử dụng cùng với gạch manhêdi để xây tường lò mactanh chỗ không tiếp xúc với thép, không làm bẩn thép do crôm của gạch. Để xây gạch Cr-Mg thường dùng vữa xây là manhêdi kết khối nghiền mịn. Tốt hơn cả là dùng những tấm thép mỏng dày 1,5-2mm để xây, khi nung ở nhiệt độ cao, các tấm thép này sẽ bị oxi hoá và tạo với MgO của gạch thành manhêdi ferit (t0nc = 17500C) hàn các viên gạch lại với nhau rất chắc. 6.4. Gạch crôm manhêdi không nung * Người ta thấy rằng: khi nung gạch Cr-Mg co không nhiều lắm nên có thể sản xuất sản phẩm không nung. * Khi sản xuất thành phần hóa khống chế như loại nung, nhưng: - Lượng hạt < 0,088mm ≤ 30-35% để giảm độ co. - Dùng loại hạt manhêdi kết khối tốt, cường độ cao. - Dùng 1,5-2,5% keo SSB (theo khối lượng khô) để tăng độ dính kết - Dùng áp lực nén ≥ 800-1000 kG/cm2 - Sản phẩm phải được sấy ở 1200C để đạt W=0,5% - Tốt nhất là nén phối liệu vào những hộp thép mỏng hở có tác dụng như những lá thép ở mạch xây, khi nung sẽ kết tường lò thành một khối thống nhất như sản phẩm nung và kéo dài thời gian sử dụng của chúng. - Gạch không nung dùng rất tốt trong Zôn nung lò quay ximăng, vòm lò mactanh (thời gian sử dụng lâu gấp 2-3 lần đinat). Nhược điểm: - Cường độ bị hạ thấp khi đốt nóng đến 500-10000C do keo SSB bị phân huỷ. Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng thấp hơn nhiều so với sản phẩm nung, nhưng sau khi nung hoặc sau khi dùng, nhiệt độ biến dạng cũng giống như loại nung. - Nếu dùng periclase (xi măng manhêdi) làm chất liên kết cho gạch không nung, độ bền loại này không thua kém loại đã nung. Trên cơ sở đó, người ta làm bê tông chịu lửa. ‎

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 7

IỄ N

Ơ H

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

7.1. KHÁI NIỆM CHUNG 7.1.1. Mục đích của sử dụng VLCL cách nhiệt. Giảm thấp mức tiêu tốn nhiên liệu và hạ nhiệt độ của môi trường, được đặc trưng bằng tính cách nhiệt. Nghĩa là nó phải thoả mãn 2 yêu cầu: Nhiệt tích luỹ nhỏ và độ dẫn nhiệt nhỏ. Nhiệt tích luỹ nhỏ khi giảm trọng lượng thể tích, tức tăng độ xốp Độ dẫn nhiệt của VLCL nhẹ phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của pha tinh thể, pha thuỷ tinh, sự phân bố giữa chúng, vào độ xốp và kích thước lỗ xốp. Độ dẫn nhiệt giảm khi độ xốp tăng, kích thước lỗ xốp giảm. Nếu kích thước lỗ xốp lớn gradient nhiệt độ trong nó lớn sẽ có bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt đối lưu lớn nên ở nhiệt độ cao, khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt tăng. Hệ số dẫn nhiệt và tích luỹ nhiệt của VLCL nhẹ nhỏ hơn so với VLCL thường. Chúng giảm từ 1/2 – 2/3 độ dẫn nhiệt và tích luỹ nhiệt của VLCL thường. VLCL cách nhiệt có thể được sản xuất ở dạng gạch khối lớn hay dạng bột. Hiện nay trên thế giới đang sản xuất được hầu hết các loại VLCL nhẹ có thành phần và tính chất khác nhau từ các loại thường như đinat, samốt, đến loại VLCL đặc biệt từ oxit tinh khiết như Al2O3, ZrO2, BeO... 2/ Phân loại: Gạch cách nhiệt ( vật liệu nhẹ) hiện nay dùng rộng rãi gồm 3 loại: - Loại cách nhiệt thấp: Nhiệt độ làm việc <9000C - Loại cách nhiệt trung bình : Nhiệt độ làm việc 900-12000C - Loại cách nhiệt cao: Nhiệt độ làm việc >12000C Loại cách nhiệt thấp: Điatomit, trêpen, amiăng. Các loại này không phải là VLCL nhẹ. Loại cách nhiệt trung bình và cao là VLCL nhẹ. VLCL nhẹ dùng trong lò công nghiệp bao gồm 2 loại: - Loại cách nhiệt bên trong: loại này dùng lót lò trong trường hợp không cáo tác dụng của xỉ, kim loại, thuỷ tinh chảy lỏng... - loại cách nhiệt bên ngoài: cũng vẫn các loại trên nhưng phải xây bên ngoài ở nơi bên trong có nhiệt độ cao quá nhiệt độ làm việc của chúng hoặc có tác dụng của chất nóng chảy. 3/ Yêu cầu: Yêu cầu cơ bản đặt ra cho kỹ thuật sản xuất loại vật liệu chịu lửa này là: sản phẩm có độ xốp lớn, cường độ cơ học đảm bảo, có độ chịu lửa cao và bền nhiệt. II/ Phương pháp sản xuất Hai phương pháp phổ biến: - Sử dụng phụ gia cháy - Sử dụng phụ gia tạo bọt. 1/ Phương pháp dùng phụ gia cháy được trong khi nung Phương pháp này dựa trên nguyên tắc đưa vào phối liệu các vật liệu cháy đã nghiền mịn như than cốc, antraxit, than đá, mùn cưa, mùn linhin (sản phẩm thải trong công nghiệp giấy), các chất hữu cơ dạng rắn ít tro... Sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp ép dẻo hay ép bán khô, sau khi sấy, sản phẩm được nung trong môi trường oxi hoá theo chế độ nung đảm

VLCL CÁCH NHIỆT

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

bảo cháy hoàn toàn phụ gia và hình thành lỗ xốp mà không bị nứt vỡ hay biến dạng. 2/ Phương pháp dùng phụ gia tạo bọt Nguyên tắc: Sử dụng yếu tố tạo bọt trong huyền phù của phối liệu chịu lửa và thêm vào đó chất ổn định bọt để giữ được cấu trúc viên mộc ở dạng bọt xốp. - Tạo bọt từ không khí: Dùng phụ gia hoạt tính bề mặt như xà phòng côlôphan, sapônin (gốc xà phòng) và tiến hành khuấy trộn để tạo bọt trong huyền phù phối liệu. Còn chất ổn định bọt có thể dùng keo da trâu, ximăng alumin...từ hồ đã bão hoà bọt, đúc sản phẩm trong khuôn sau đó đem sấy và nung - Tạo bọt bằng phản ứng hoá học: Dùng phản ứng sinh khí CO2 giữa đôlômit nghiền mịn với axit HCl hoặc H2SO4, phụ gia định hình cấu trúc bọt là thạch cao nửa nước (CaSO4.0,5H2O). Hồ phối liệu được đổ vào khuôn gỗ đến ½ chiều cao khuôn, trong đó phối liệu sẽ nở phồng chiếm toàn bộ thể tích, sấy, nung. (Phản ứng giữa đôlômit với HCl, sự đóng rắn của thạch cao, tốc độ và thời gian tiến hành cùng với nhiệt độ phản ứng có giá trị nhất định đến tính chất của sản phẩm. Rất khó điều chỉnh. Phương pháp ít được sử dụng trong thực tế)

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA

VẬT LIỆU CHỊU LỬA .................................................................................................. 1

1.1. Khái niệm......................................................................................................... 1

U Y

1.2. Phân loại .......................................................................................................... 1

1.3. Các tính chất cơ bản của vật liệu chịu lửa ....................................................... 3

CHƯƠNG 2 : VẬT LIỆU CHỊU LỬA DINAS ........................................................... 20

ẠO

2.1. Cơ sở hóa lý ................................................................................................... 20

2.2. Nguyên liệu .................................................................................................... 24

2.3. Kỹ thuật sản xuất dinas .................................................................................. 26

H Ư

2.4. Tính chất và ứng dụng ................................................................................... 30

TR ẦN

2.5. Các loại vật liệu chịu lửa dinas khác ............................................................. 30 2.6. Đánh giá chất lượng gạch dinas bằng kính hiển vi phân cực ........................ 31

CHƯƠNG 3 : VẬT LIỆU CHỊU LỬA SAMÔT.......................................................... 32

10 00

3.1. Thành phần pha của các loại gạch chịu lửa aluminôsilicat ........................... 32 3.2. Nguyên liệu sản xuất vật liệu chịu lửa samôt ................................................ 33

3.3. Quá trình sản xuất vật liệu chịu lửa samôt .................................................... 36

3.4. Tính chất và ứng dụng của vật liệu chịu lửa samôt ....................................... 44

-L

Í-

3.5. Các loại vật liệu chịu lửa samôt khác ............................................................ 45

ÁN

3.6. Đánh giá chất lượng gạch samôt bằng kính hiển vi phân cực ....................... 46

CHƯƠNG 4 : VẬT LIỆU CHỊU LỬA CAO ALUMIN .............................................. 48

IỄ N

ÀN

4.1. Nguyên liệu .................................................................................................... 48 4.2. Kỹ thuật sản xuất ........................................................................................... 50

CHƯƠNG 5 : VẬT LIỆU CHỊU LỬA MANHÊDI ..................................................... 56 5.1. Nguyên liệu .................................................................................................... 48 5.2. Quá trình hóa lý khi nung .............................................................................. 57 5.3. Kỹ thuật sản xuất ........................................................................................... 58 5.4. Tính chất và lĩnh vực sử dụng ....................................................................... 61

CHƯƠNG 6 : VẬT LIỆU CHỊU LỬA CRÔMIT VÀ CRÔM-MANHÊDI ................ 63

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

6.1. Nguyên liệu crômit ........................................................................................ 63 6.2. Kỹ thuật sản xuất vật liệu chịu lửa crômit ..................................................... 63 6.3. Vật liệu chịu lửa crôm-manhêdi .................................................................... 65

6.4. Tính chất và lĩnh vực sử dụng ....................................................................... 67

6.5. Gạch crôm-manhêdi không nung .................................................................. 68

CHƯƠNG 7 : VẬT LIỆU CHỊU LỬA CÁCH NHIỆT ............................................... 69

U Y

7.1. Khái niệm chung ............................................................................................ 69

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

7.2. Phương pháp sản xuất .................................................................................... 69

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

CHUYÊN NGÀNH SILICAT 

KHOA HOÁ KỸ THUẬT TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA 2005

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Người soạn: TS. Nguyễn Văn Dũng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sơ bộ về hoá học silic Nguyên tố silic, ký hiệu hoá học Si, khối lượng nguyên tử 28.09, số thứ tự trong bảng Phân Hạng Tuần Hoàn là 14, thuộc Phân Nhóm Chính nhóm 4. Silic chiếm 27% khl vỏ quả đất mà chúng ta có thể nghiên cứu được. Là nguyên tố chủ yếu trong các khoáng vật và đất đá (giống như cacbon trong thành phần của tất cả các chất hữu cơ, là nguyên tố quan trọng nhất của giới thực vật và động vật) Trong thiên nhiên silic tồn tại dưới dạng các hợp chất: - SiO2, chẳng hạn như cát, thạch anh, điatômit (là một dạng SiO2 vô định hình) - Muối của axit có ôxy của silic (axit silicic) = silicat. Phổ biến nhất trong thiên nhiên là các aluminôsilicat, nghĩa là silicat mà trong thành phần của nó có nhôm. Chẳng hạn như tràng thạch, mica, cao lanh... Các đất đá phức tạp phổ biến nhất như granit, gnai cấu tạo từ các tinh thể thạch anh, fenspat và mica. Các axit silicic và các silicat SiO2 là một ôxit axit, nó ứng với các axit silicic ít tan trong nước, công thức chung nSiO2.mH2O. Người ta chỉ tách ra được ở trạng thái tự do axit ôctôsilicic và axit mêtasilicic. - Axit octôsilicic H4SiO4. Vd silicat từ axit này là khoáng ôlivin (Mg,Fe)2SiO4 hay 2FeO.SiO2 (ôctôsilicat manhê và sắt); - Axit metasilicic H2SiO3. Vd silicat từ axit này là khoáng vôlastônit CaSiO3 hay CaO.SiO2 (mêtasilicat canxi) - Axit pôlisilicic: không có bằng chứng về sự tồn tại của chúng. Tuy nhiên các muối của chúng (silicat) rất phong phú. Vd muối từ axit giả sử này: + khoáng ôctôklaz KAlSi3O8 (hay K2O.Al2O3.6SiO2) (trisilicat aluminôkali) + khoáng caolinit H4Al2Si2O9 (hay Al2O3.2SiO2.2H2O) + mica trắng H4K2Al6Si6O24 (hay K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O) + amian CaMg3Si4O12 (hay CaO.3MgO.4SiO2) Các silicat đặc biệt phổ biến trong thiên nhiên. Fenspat (tràng thạch), mica, đất sét, amian, hoạt thạch (talc) (3MgO.4SiO2.H2O) và nhiều khoáng vật khác đều là các silicat thiên nhiên. Công thức hoá học của các hợp chất silicat Khá phức tạp. Không có sự tồn tại đúng nghĩa của các axit silisic tương ứng. Người ta có thể viết khác đi đôi chút theo nguyên tắc một muối bất kỳ của axit chứa ôxy có thể coi như hợp chất của ôxit axit với ôxit baz (hoặc 2 ôxit baz trong muối kép). Vd: CaCO3 là hợp chất của CaO và CO2, Al2(SO4)3 là hợp chất Al2O3 và SO3 v.v...

ÔN TẬP HOÁ HỌC SILIC VÀ HOÁ LÝ SILICAT

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Có thể viết công thức hoá học silicat = ôxit tạo thành silicat theo thứ tự cation từ thấp đến cao, ở giữa chúng là dấu chấm, và cuối cùng là ôxit silic (SiO2). Các ôxyt được viết trong cùng một hàng. Công thức hoá học các hợp chất silicat dùng để biểu diễn thành phần hoá học nhất định của các khoáng chất silicat có cấu trúc tinh thể. Ngoặc đơn cong nếu có trong công thức hoá học thể hiện sự thay thế đồng hình các cation cho nhau. Công thức Seger Đây là một biến thể của công thức hoá học trên dùng để biểu diễn thành phần hoá học có thay đổi của men gốm sứ có cấu trúc vô định hình (bản chất của men gốm sứ là thuỷ tinh). Công thức Seger được viết theo thứ tự từng nhóm ôxit, mỗi nhóm có thể có nhiều hàng khác nhau như sau: ôxit baz (chủ yếu các ôxit của kim loại kiềm và kiềm thổ) + ôxit trung tính + ôxit axit, trong đó tổng các ôxit baz của kim loại kiềm và kiềm thổ được quy về bằng 1. Vd: 0.1-0.25 K2O 0.1-0.35 Al2O3 0.6-3.0 SiO2 0.9-0.75 CaO 0.9-0.75 B2O3 Cấu trúc các hợp chất (khoáng) silicat Cơ sở cấu trúc mạng lưới silicat là tứ diện silic-ôxy SiO44-, được gọi là đơn vị cấu trúc. Trong mọi hợp chất silicat silic luôn có số phối trí là 4, liên kết Si-O là liên kết ion-cộng hoá trị với 50% là liên kết ion. Các tứ diện chỉ có thể liên kết với nhau theo một đỉnh chung qua một ôxy chung. Ion Al+3 có thể - thay thế 1 phần Si4+ trong cầu silic-ôxy tạo nên cầu aluminô-silic-ôxy - hay tạo nên những cấu trúc riêng như [AlO6]9- có số phối trí là 6 và [AlO5]7- có số phối trí 5. Công thức cấu trúc Người ta chia ra làm 5 loại, tuỳ theo sự trùng hợp của tứ diện [SiO4] hay cầu aluminô-silic-ôxy thành các nhóm cấu trúc khác nhau - Cấu trúc tinh thể nhọn: silicat có những tứ diện đều đẳng hướng. Vd: khoáng ôlivin (Mg,Fe)2[SiO4] - Silicat có nhóm kích thước giới hạn. - Silicat có nhóm tạo nên mạng lưới hình xích đơn và xích kép (cấu trúc băng dải dài vô tận). Vd: volastonit Ca3[Si3O9] cấu trúc xích đơn - Silicat có cấu trúc tấm lớp: Vd: caolinit Al4[Si4O10](OH)8 - Silicat có nhóm tạo nên cấu trúc khung: Vd: các dạng thù hình của quắc, tràng thạch kali K[AlSi3O8]3

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Hình dạng liên hợp giữa các tứ diện hình thành mạng lưới có nhiều loại: đơn, nhóm cấu trúc giới hạn, trùng hợp mạch thẳng như xích đơn và xích kép, tấm lớp, khung như đã nói ở trên tạo nên sự phong phú về cấu trúc cho các hợp chất silicat. Hợp chất silicat nhân tạo - Thuỷ tinh tan Na2SiO3, K2SiO3 (người ta điều chế bằng cách nấu nóng chảy SiO2 và NaOH hay K2CO3 hay Na2CO3): giống như thuỷ tinh, tuy nhiên tan được trong nước. Khi tan trong nước gọi là thuỷ tinh lỏng. - Các vật liệu gốm sứ, thuỷ tinh, xi măng, vật liệu chịu lửa: là các vật liệu silicat nhân tạo, được sản xuất từ các hợp chất silicat thiên nhiên. Nguyên liệu chính của các slict nhân tạo nói trển là các silicat thiên nhiên, trong quá trình nung, nấu đã biến đổi các hợp chất silicat ban đầu thành các hợp chất silicat mới, có cấu trúc hoàn toàn mới. Trong các học phần công nghệ sản xuất riêng biệt chúng ta sẽ nghiên cứu quá trình trên xảy ra ở nhiệt độ cao như thế nào, sự thay đổi cấu trúc các khoáng theo nhiệt độ, sự biến đổi thù hình, hình thành các khoáng mới, sự hình thành pha lỏng, biến đổi thành phần pha, sự hình thành vi cấu trúc mới của vật liệu như thế nào. Vật liệu silicat Dùng để nói chung các vật liệu vô cơ không kim loại thu được bằng quá trình xử lý nhiệt các nguyên liệu thiên nhiên hay nhân tạo có chứa các hợp chất silic (chủ yếu là các hợp chất silic thiên nhiên như điôxit silic SiO2 và các khoáng silicat). Cái tên silicat cũng được chọn để chỉ cho một ngành sản xuất công nghiệp lấy nguyên liệu cơ bản là điôxyt silic và các khoáng silicat, đó là ngành công nghiệp silicat. Trong các tài liệu nước ngoài, từ ceramics dùng để chỉ chung cho tất cả các sản phẩm silicat hay được dùng để chỉ riêng cho gốm sứ.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

ẠO

U Y

Gốm: là vật liệu vô cơ không kim loại, có cấu trúc đa tinh thể, ngoài ra có thể gồm cả pha thủy tinh. Nguyên liệu để sản xuất gốm gồm một phần hay tất cả là đất sét hay cao lanh. Phối liệu sản xuất gốm được tạo hình và thiêu kết ở nhiệt độ cao làm cho vật liệu có được những tính chất lý hóa đặc trưng. Từ gốm còn được dùng để chỉ những sản phẩm làm từ vật liệu gốm. Sứ: sứ là vật liệu gốm mịn không thấm nước và khí (< 0,5%) thường có màu trắng. Sứ có độ bền cơ học cao, tính ổn định nhiệt và hóa học tốt. Sứ được dùng để sản xuất đồ gia dụng, đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng. Như vậy sứ là một loại gốm đặc trưng mà ai cũng biết. Từ gốm sứ ở đây dùng để nhấn mạnh (giống như thép trong sắt thép).

1.1. ĐỊNH NGHĨA

5850C

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Đồ gốm: Sản phẩm bằng vật liệu gốm. Ceramics: Gốm, đồ gốm, nghề sản xuất gốm. Pottery: Đồ gốm, nghề sản xuất gốm, lò gốm. Ceramic : Ceramic tile, nghĩa là tấm ốp lát (còn dùng từ gạch) bằng gốm, dùng phân biệt với tấm ốp lát bằng xi măng hay bằng granit. Thiêu kết: Nung và giữ ở nhiệt độ cao để vật liệu dạng bột kết khối. Nung là giai đoạn quan trọng nhất, dưới tác dụng của nhiệt độ vật liệu sẽ kết khối và có thể xảy ra phản ứng làm thay đổi một phần hay thay đổi hoàn toàn thành phần pha tạo nên vật liệu mới. Như vậy ở đây xảy ra sự biến đối về chất, từ nguyên liệu ban đầu dưới ảnh hưởng của những phản ứng ở nhiệt độ cao đã hình thành nên một vật liệu đa tinh thể có thành phần pha (khoáng) hoàn toàn khác với thành phần khoáng của nguyên liệu ban đầu. Những pha tinh thể mới hình thành (chẳng hạn mullit) có vai trò quyết định làm cho sản phẩm có độ cứng, độ bền hóa, bền nhiệt. So sánh : KIM MỘC THỦY HỎA THỔ Luyện kim: Quá trình điều chế kim loại từ quặng và quá trình chế biến các hợp kim. Sản xuất gốm ở đây được coi như là luyện thổ, đất là mẹ, lửa là cha. Ở 5850C caolinit mất nước hóa học thành metacaolinit :

IỄ N

Al2O3.2 SiO2. 2H2O Al2O3.2SiO2 + 2H2O Vật liệu lúc này rất giòn. Ở 9000C bắt đầu hình thành spinen Al2O3.SiO2, vật liệu hết dòn. Thường gốm phải nung qua nhiệt độ này, khoảng 800 - 9000C. Ở 10000C và lớn hơn: hình thành mullit, đây là khoáng chính có ảnh hưởng quyết định hình thành nên những tính chất của sứ.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Các giai đoạn công nghệ

Gia công và chuẩn bị phối liệu thổ + thủy Tạo hình

U Y

Sấy sản phẩm thổ - thủy

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nung thổ + hỏa Ngoài ra còn 1 giai đoạn công nghệ cần thiết nữa đó là tráng men và trang trí sản phẩm. Tráng men thường sau khi sấy hay sau khi nung lần 1. Trong định nghĩa gốm, câu "nguyên liệu để sản xuất gốm gồm một phần hay tất cả là đất sét hay cao lanh" chỉ đúng với gốm truyền thống. Những yêu cầu cao và rất khác nhau của các ngành luyện kim, kỹ thuật điện, điện tử đề ra cho ngành gốm đã là nguyên nhân phát triển của các loại gốm kĩ thuật mà nguyên liệu sản xuất không thuộc silicat chẳng hạn như các oxit tinh khiết, cacbua và các hợp chất khác. Tính chất của một số gốm kỹ thuật khác hẳn với tính chất của các sản phẩm gốm truyền thống chế tạo từ đất sét và cao lanh, và vì thế, những điểm giống nhau giữa chúng là ở chỗ cùng được sản xuất bằng cách sử dụng các công nghệ giống nhau đặc biệt là quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao. 1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Rất khó xác định chính xác khi nào nghề đồ gốm ra đời, nghĩa là bao gồm các quá trình tạo hình, sấy và nung, biến nguyên liệu đất sét thành đồ gốm. Người ta cho rằng nghề gốm bắt đầu tại vùng Trung Đông và Ai Cập khoảng 4500 - 4000 năm TCN. Khoảng 4000 - 3000 năm TCN đã hình thành một số trung tâm gốm ở vùng này. Trong thời gian này đã phát minh ra bàn xoay. Một bước tiến lớn về phía trước là việc phát minh ra thủy tinh khoảng 2000 - 1000 năm TCN, tạo điều kiện để phát minh ra men gốm mà nổi tiếng nhất là hỗn hợp Ai Cập, đó là hỗn hợp của đất sét, cát và tro gỗ làm vai trò chất trợ dung và các oxit đồng hay mangan để tạo màu. Sau khi nung nó làm cho bề mặt gốm có một lớp nhẵn bóng và có màu. Thời Trung Cổ ở Châu Âu đã có những trung tâm rất lớn sản xuất đồ gốm như Faenza ở Ý (từ đó dó danh từ faience hay còn gọi là sành), hay Mallorca là một hòn đảo ở Địa Trung Hải (từ đó có tên mặt hàng majolica, cũng có nghĩa là sành. Loại sành này xương có màu, xốp, được tráng men đục và trang trí nhiều màu sắc). Vào những năm 600 TCN nước Trung Hoa cổ đã sản xuất được đồ sứ. Đến thế kỷ 9 SCN (đời Đường) nghề sứ Trung Quốc đã rất phát triển. Đến thế kỷ 16 đời nhà Thanh thì bước vào thời kỳ cực thịnh.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Gốm hóa học

Gốm làm vật liệu mài, đá mài Gốm làm dao tiện

Đồ gốm (Ceramics )

Gốm phủ kim loại

Í-

Gốm dân dụng

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Ở Châu Âu mãi đến năm 1709, một người Đức là Johann Friedrich Bottger đã sản xuất được đồ sứ giống đồ sứ Trung Quốc. Năm 1759 người Anh Josial Wedgwood sản xuất được sành dạng đá (một loại sành có xương mịn, trắng, kết khối tương đối tốt, chất lượng hơn hẳn sành thông thường tuy chưa bằng đồ sứ). Trong 1/4 cuối cùng của thế kỷ 18 sành dạng đá đã đẩy lùi mặt hàng majolica. Trong thế kỷ 19 ở châu Âu mặt hàng này thay thế cho đồ sứ đắt tiền. Chỉ sau khi giá cả hàng sứ rẻ đi, với những tính chất tuyệt vời của nó mới đẩy lùi được mặt hàng sành dạng đá. Ở Việt Nam, ông cha ta đã sản xuất được đồ gốm từ thời thượng cổ, cách đây 4500 năm. Vào thời đầu các vua Hùng chúng ta đã có gốm Phùng Nguyên, gò Mun (Vĩnh Phú) nung ở nhiệt độ 800 - 9000C, xương gốm bắt đầu được tinh luyện. Từ thế kỷ 11 chúng ta đã sản xuất được gốm men Đại Việt nổi tiếng với các trung tâm Hà Bắc, Thanh Hóa, Thăng Long, Đà Nẵng. Từ thời Trần có gốm Thiên Trường (Hà Nam Ninh) với sản phẩm bát đĩa, bình lọ phủ men ngọc, men nâu. Từ cuối đời Trần vào thế kỷ 14 bắt đầu hình thành làng gốm Bát Tràng nổi tiếng đến ngày nay. 1.3. PHÂN LOẠI ĐỒ GỐM Theo cấu trúc và tính chất sản phẩm: gốm thô, gốm mịn, gốm đặc biệt. Theo mặt hàng: thực chất là phân loại theo nguyên liệu chủ yếu sản xuất ra sản phẩm đó như gạch ngói, sành tràng thạch, sành đá vôi, sứ frit, sứ corundon ... Theo lĩnh vực sử dụng: theo 1 nhóm sản phẩm có đặc tính kĩ thuật giống nhau. Nó cho ta một khái niệm chung về vai trò của ngành kĩ thuật gốm trong nền kinh tế quốc dân. PHÂN LOẠI GỐM THEO LĨNH VỰC SỬ DỤNG

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ÁN

-L

Gốm mỹ nghệ

Gốm làm răng giả

Gốm chịu lửa

Sứ cách điện

Gốm dùng trong kỹ thuật điện, vô tuyến

Gốm từ tính

Sứ tụ điện

Sứ áp điện

Gốm bán dẫn

IỄ N

ÀN

Gốm xây dựng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Líp phñ nano

Màu trên men

Màu trong men

U Y

Màu trong men

Men (ch¶y tõ líp men bét)

ẠO

Mµu d-íi men

 

H Ư

Engobe trªn (men lãt)



Engobe d-íi (chèng dÝnh)

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

X-¬ng (méc kÕt khèi)

H×nh 1. CÊu tróc c¾t ngang cña mét s¶n phÈm gèm tiªu biÓu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Theo truyền thống người ta chia nguyên liệu để sản xuất gốm sứ làm 3 loại chính : Nguyên liệu dẻo: các loại cao lanh và đất sét, chúng tạo điều kiện để tạo hình phối liệu dẻo. Tính dẻo ở đây là do các khoáng sét mà ra. Nguyên liệu không dẻo, loại được gọi là nguyên liệu đầy: làm giảm sự co ngót khi sấy và nung, tạo điều kiện để chống nứt khi sấy và nung, nhưng đồng thời cũng làm giảm khả năng tạo hình. So với nguyên liệu dẻo thì nguyên liệu đầy có các hạt thô hơn, hạt thường không xốp, tương đối ổn định và không biến tính khi nung, khi nung không co ngót. Nguyên liệu đầy điển hình như thạch anh, corundon, đất sét nung (samốt) v.v... Nguyên liệu không dẻo, loại được gọi là chất trợ dung : theo quan điểm tạo hình và sấy thì loại nguyên liệu này tương tự như loại 2, nhưng chức năng chính của nó là tạo pha lỏng khi nung. Điều này sẽ tạo điều kiện và thúc đẩy nhanh quá trình kết khối. Điển hình cho loại này là tràng thạch alkali hay các nguyên liệu chứa các oxyt kiềm thổ chẳng hạn. Đứng về mặt bản chất tạo thành vật liệu gốm thì nhóm 1 (nguyên liệu dẻo) là quan trọng nhất vì khoáng caolinit trong đất sét sau quá trình nung hình thành pha tinh thể mullit, là khoáng đóng vai trò quyết định hình thành nên những tính chất của gốm. Định nghĩa nguyên liệu dẻo: nguyên liệu khi trộn cùng với nước tạo nên vật thể dẻo có thể tạo hình được. Tiếp theo là nhóm 3: chức năng chính của nó là tạo pha lỏng khi nung. Sau khi nung tồn tại dưới dạng pha thủy tinh. Nhóm 2 là nguyên liệu đầy, nhưng thực ra cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành nên những tính chất của sứ. Chẳng hạn corundon -Al2O3 làm cho sản phẩm sứ có độ bền cơ và bền điện cao. Nguyên liệu được gia công để có cỡ hạt thích hợp, sau đó phối theo một thành phần nhất định, sau quá trình nung nó cứng và sít đặc lại và vật liệu có thành phần pha như yêu cầu để sản phẩm có những tính chất kỹ thuật nhất định. Ngoài các loại nguyên liệu đã nêu trên, trong công nghiệp sản xuất gốm kĩ thuật người ta dùng các nguyên liệu tổng hợp như các oxit TiO2, Al2O3, ThO2, BeO... và các loại nguyên liệu khác Để sản xuất khuôn người ta dùng thạch cao, nhựa êpôxy. Để sản xuất bao nung và các vật liệu chịu lửa hổ trợ khi nung người ta dùng samốt, SiC, -Al2O3... Để sản xuất chất màu và men người ta dùng các oxit mang màu như Cr2O3, CoO, CrO2, MnO2, hay các oxit đất hiếm và một số kim loại quý như Au, Ag, Pt...

2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

2.1.1. Nguồn gốc, sự thành tạo cao lanh và đất sét Cao lanh và đất sét là sản phẩm phong hoá tàn dư của các loại đá gốc chứa tràng thạch như pegmatit, granit, gabro, bazan, rhyolit. Ngoài ra nó còn có thể được hình thành do quá trình biến chất trao đổi các đá gốc như quăcphophia. Cao lanh nguyên sinh (tức cao lanh thô) là cao lanh hình thành ngay tại mỏ đá gốc. Nếu sản phẩm phong hoá tàn dư, nhưng bị nước, băng hà, gió cuốn đi rồi lắng đọng tại các chổ trũng hình thành nên các mỏ cao lanh hay đất sét trầm tích - còn gọi là cao lanh thứ sinh. Như vậy sự hình thành các mỏ cao lanh và đất sét là do chịu sự tác dụng tương hổ của các quá trình hoá học, cơ học, sinh vật học bao gồm các hiện tượng phong hoá, rửa trôi và lắng đọng trong thời gian dài. Cơ chế phản ứng quá trình phong hoá xảy ra như sau, nếu chúng ta coi đá gốc trực tiếp phong hoá thành cao lanh là trường thạch kali. Khi độ pH của môi trường là 3-4 thì khoáng chính hình thành là caolinit Al2(OH)4Si2O5 2KAlSi3O8 + 8H2O 2KOH + 2Al(OH)3 + 2H4Si3O8 Al2(OH)4Si2O5 + K2O + 4SiO2 + 6H2O Khi độ pH của môi trường là 8-9 thì khoáng chính hình thành là môntmôrilônit Al1,67Mg0,33[(OH)2/Si4O10]0,33Na0,33(H2O)4. Như vậy là H2CO3 và một số acid hữu cơ khác đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình phong hoá đá gốc thành cao lanh. Quá trình thành tạo cao lanh có thể còn qua các khoáng trung gian chẳng hạn muscôvit K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O ( một dạng mica ngậm nước) rồi mới chuyển thành caolinit. Trong nhiều trường hợp xảy ra sự thay thế đồng hình của Fe+3 thay Al+3 thì cơ chế còn phức tạp hơn. 2.1.2. Thành phần hoá và khoáng vật : Cao lanh và đất sét xét theo thành phần hoá, thành phần khoáng cũng như cấu trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng. Mỗi nhóm khoáng bao gồm các đơn khoáng có cấu trúc hoặc tính chất gần giống nhau. Ba nhóm khoáng quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp gốm sứ là: 2.1.2.1. Nhóm caolinit Đặc trưng của nhóm caolinit là khoáng caolinit (tên khoáng này được lấy làm tên cho cả nhóm), là khoáng chủ yếu trong các mỏ cao lanh và đất sét, có công thức hoá học là Al2O3.2SiO2.2H2O. Thành phần hóa của khoáng này là SiO2: 46.54%; Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96%. Nếu mỏ cao lanh nào chứa chủ yếu là khoáng caolinit thì có chất lượng rất cao, chứa nhiều ôxyt Al2O3 và chứa rất ít tạp chất gây màu (hàm lượng oxit sắt Fe2O3 < 1%).

2.1. NGUYÊN LIỆU DẺO: CAO LANH VÀ ĐẤT SÉT

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Thông thường thành phần khoáng của đất sét ngoài các khoáng sét (ví dụ caolinit) còn chứa một lượng tràng thạch (do đá gốc chưa phong hóa hoàn toàn) và SiO2 tự do (hình thành trong quá trình phân hóa). Để thuận tiện cho việc tính toán phối liệu gốm sứ, người ta quy thành phần khoáng vật của một mỏ cao lanh theo thành phần khoáng hợp lý bao gồm: - Khoáng vật sét (tính theo caolinit) được ký hiệu là T, quy ra %. - Thạch anh kí hiệu là Q, quy ra %. - Tràng thạch kali kí hiệu là F, quy ra %. T + Q + F = 100% Nếu trong thành phần hóa của một loại cao lanh nào đó có chứa CaO hay MgO  1% thì lượng CaO hay MgO đó được coi là của cacbonat, tức là tồn tại ở dạng CaCO 3 hay là MgCO3. Nếu hàm lượng các oxit ấy < 1% thì coi sự có mặt của chúng là sự thay thế đồng hình của các ion Ca2+ và Mg2+ vào trong mạng lưới tinh thể khoáng sét. Tương tự nếu hàm lượng FeO, Fe2O3  1% thì ta coi chúng là hợp chất chứa sắt (ví dụ Fe(OH)3). Về mặt cấu trúc mạng tinh thể caolinit bao gồm 2 lớp: lớp tứ diện chứa cation Si4+ ở tâm, lớp bát diện chứa cation Al3+ ở tâm ứng với SiO44- và AlO69- . Hai lớp này tạo thành gói hở có chiều dày 7.21 – 7.25 A0 trong đó các nhóm OH phân bố về một phía. Tinh thể caolinit có dạng miếng hay dạng vảy 6 cạnh, đường kính hạt caolinit từ 0.1 – 0.3 m.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

Hình 1. Mạng lưới caolinit (theo Gruner) Caolinit hầu như không trương nở trong nước, độ dẻo kém, khả năng hấp phụ trao đổi ion yếu (thường từ 5 10 mili đương lượng gam đối với 100 g cao lanh khô), khối lượng riêng của khoáng caolinit khoảng 2.41  2.60 g/cm3. Trong nhóm này còn có khoáng haloysit Al2O3.2SiO2.4H2O thường đi kèm với caolinit. Nó được coi là sản phẩm hydrat hóa của caolinit.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

2.1.2.2. Nhóm môntmôrilônit (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O) Mạng lưới tinh thể khoáng này gồm 3 lớp (2 tứ diện SiO4 và 1 bát diện AlO6). So với caolinit thì khoáng này có lực liên kết yếu hơn, ở đây các nhóm OH - nằm bên trong 3 lớp trên tạo thành gói kiểu kín. Do có sự thay thế đồng hình, nên môntmôrilônit thường chứa các cation Fe 2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+ với hàm lượng khá lớn. Độ phân tán cao, hạt mịn, kích thước cỡ 0.06 m có thể chiếm đến 40% (trong đất sét thường cỡ hạt trên chỉ chiếm 5-20%, trong cao lanh từ 0.5 – 1.5%) nên khoáng này có độ dẻo rất lớn. Môntmôrilônit là loại silicat 3 lớp nên khi có nước các phân tử H 2O có thể đi sâu vào và phân bố giữa các lớp làm cho mạng lưới của nó trương nở rất lớn, cũng chính do cấu trúc của bản thân nó nên khoáng này có khả năng hấp phụ trao đổi ion lớn. Khối lượng riêng môntmôrilônit từ 1.7  2.7 g/cm3. Trong sản xuất gốm khoáng này có tên là bentônit. Đối với gốm mịn khi phối liệu có độ dẻo kém người ta thường thêm một lượng 2  5% bentônit để tăng độ dẻo.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

Hình 2. Mạng lưới mônmôrilônit Trong nhóm này còn có khoáng bâyđêlit Al2O3.3SiO2.H2O, có cấu trúc và tính chất tương tự như môntmôrilônit nhưng chứa rất nhiều oxit sắt (có thể đến 32%) nên ít công dụng.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

2.1.2.3. Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica): Illit hay mica ngậm nước là những khoáng chính trong nhiều loại đất sét. Các dạng mica ngậm nước thường gặp là: Muscôvit : K2O.3Al2O3.6SiO2. 2H2O Biôtit : K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2. H2O Về mặt cấu trúc các khoáng này có mạng lưới tinh thể tương tự như các silicat 3 lớp nên tính chất của chúng rất giống nhau. Trong nhóm này còn có một số khoáng khác có cấu trúc và tính chất tương tự như illit như là khoáng hyđrophylit, vermiculit và các dạng thủy mica khác. 2.1.3. Các tính chất kĩ thuật 2.1.3.1. Thành phần hạt Nhìn chung kích thước các hạt đất sét và cao lanh nằm trong giới hạn phân tán keo (<60 m). Kích thước các loại tạp chất bao gồm thạch anh, tràng thạch, mica thường khá lớn. Thành phần và kích thước hạt có tác dụng rất lớn đến khả năng hấp phụ trao đổi ion, tính dẻo, độ co khi sấy, cường độ mộc cũng như diễn biến tính chất của khoáng đó theo nhiệt độ nung. 2.1.3.2. Khả năng trương nở thể tích và hấp phụ trao đổi ion Tính chất này của đất sét, cao lanh chủ yếu là do cấu trúc tinh thể của các đơn khoáng của nó quyết định. Các silicat 2 lớp (caolinit): sự hấp phụ trao đổi cation trước hết và chủ yếu xảy ra ở các mặt cơ sở chứa SiO2 bên ngoài của các cạnh tinh thể, đặc biệt là khi có sự thay thế đồng hình của Si4+ bằng Al3+ hay Fe3+. Các silicat 3 lớp (mônmôrilônit): đại lượng hấp phụ trao đổi ion lớn do sự thay thế đồng hình xảy ra đồng thời cả trong lớp tứ diện và bát diện. Khả năng trương nở thể tích lớn do có kiểu cấu trúc dạng vi vảy chồng khít lên nhau, tạo điều kiện cho các phân tử nước dễ bám chắc vào khoảng không gian giữa các gói làm trương nở thể tích cúa nó lên đến 16 lần so với thể tích lúc đầu khan nước. 2.1.3.3. Đặc tính của đất sét và cao lanh khi có nước. Độ dẻo và khả năng tạo hình. Độ dẻo của hổn hợp đất sét và cao lanh khi trộn với nước là khả năng giữ nguyên hình dạng mới khi chịu tác dụng của lực bên ngoài mà không bị nứt. Nguyên nhân: Khả năng trượt lên nhau của các hạt sét. Hiện tượng dính kết các hạt sét với nhau thành một khối. Thành phần, kích thước và hình dạng (vảy, ống, sợi) của hạt sét, cấu trúc của khoáng sét (ảnh hưởng đến chiều dày màng nước hydrat hoá) là những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ dẻo. Nói chung, nếu hàm lượng nước khoảng 16% đất sét đã nắm được thành nắm. Từ 21-26% hổn hợp đã rất dẻo, có khả năng tạo hình bằng phương pháp dẻo. Độ dẻo đạt

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

cực đại khi lượng nước vừa đủ để thực hiện quá trình hydrat hoá hoàn toàn, cho phép tạo hình dẻo. Lượng nước đủ thực hiện quá trình hydrat hoá hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc đơn khoáng của đất sét. Chẳng hạn đất bentônit ( chứa khoáng mônmôrilônit) có độ dẻo cao nhất, mịn nhất. Thường trong bài phối liệu người ta chỉ dùng khoảng 5-10% do nó có khả năng trao đổi ion lớn và khả năng thay thế đồng hình làm hàm lượng sắt trong nó cao. Bentônit rất khó sấy vì có độ co khi sấy lớn, thời gian sấy lâu. Trong sản xuất nếu gặp đất này chúng ta phải cho đủ lượng nước theo đúng công thức của nó (nước cấu trúc nằm giữa các lớp khoáng). Khi lượng nước đủ lớn (khoảng 28%) thì hồ cao lanh, đất sét lại chảy thành dòng liên tục, cho phép ta tạo hình bằng phương pháp hồ đổ rót. Chỉ số dẻo: là hiệu số độ ẩm của giới hạn chảy và giới hạn lăn. Giới hạn chảy được xác định theo vica chuẩn. Giới hạn lăn xác định theo phương pháp cổ điển ( tạo đất thành sợi  = 2-3 mm). Phương pháp xác định chỉ số dẻo trên dụng cụ của Pefferkorn cho kết quả chính xác hơn. Dãy Hofman cho biết các tính chất của phối liệu gốm sứ biến thiên theo các ion được trao đổi như thế nào. Dãy này có ý nghĩa rất lớn khi chuẩn bị phối liệu gốm sứ, đặc biệt là lúc pha loãng hồ đổ rót. H>Al>Ba>Sr>Ca>Mg>NH4>K>Na>Li Chiều dày lớp điện tích kép tăng Điện thế zeta  tăng Chỉ số dẻo tăng Độ nhớt tăng Mật độ biểu kiến tăng Dãy Hofman 2.1.3.4. Sự biến đổi của đất sét và cao lanh khi nung : Khoáng chính và phổ biến nhất trong đất sét và cao lanh là caolinit. Khi nung nóng xảy ra các hiên tượng chính sau đây: - Biến đổi thể tích kèm theo mất nước lý học. - Biến đổi thành phần khoáng bao gồm mất nước hoá học, biến đổi cấu trúc tinh thể khoáng cũ (kể cả biến đổi thù hình). - Các cấu tử phản ứng với nhau để tạo ra pha mới. - Hiện tượng kết khối. Để khảo sát diễn biến lúc nung của các khoáng sét, 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.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen - Phương pháp xác định đường cong co và dãn nở liên tục qua lính hiển vi nhiệt độ cao hoặc bằng đilatômet. - Phương pháp thạch học dùng các loại kính hiển vi để quan sát sự thay đổi cấu trúc của mẫu nung. Ví dụ chúng ta sử dụng phương pháp xác định đường cong co dãn nở liên tục của khoáng caolinit nguyên chất và vài loại đất sét cao lanh như hình 3. Từ 20 - 5000C: dãn nở liên tục (giống các vật thể rắn khác) Trên 5000C: bắt đầu co (do mất nước hoá học) Từ 5000C trở đi: đường cong co không tỷ lệ thuận với nhiệt độ (do tốc độ co trong các khoảng nhiệt độ khác nhau có thể có sự đột biến bất thường, nhất là lúc có mặt một vài loại khoáng khác, ví dụ có nhiều SiO2 tự do). Tùy tạp chất chứa trong nó (nhất là các oxyt dễ chảy) mà nhiệt độ kết thúc hiện tượng sẽ khác nhau (thường trên 10000C).

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Hình 3. Đường cong co, dãn nở liên tục 1-Đất sét chứa nhiều SiO2 2-Đất sét chứa nhiều CaO 3-Đất sét chủ yếu là caolinit 4-Đất sét chủ yếu là illit 5-Đất sét chủ yếu là monmôrilônit Ví dụ phương pháp thứ hai là biểu đồ phân tích nhiệt (DTA) của các khoáng chính trong đất sét và cao lanh như trên hình 4. Các hiệu ứng nhiệt chúng ta nhìn thấy trên biểu đồ: - Hiệu ứng thu nhiệt ở 5850C ứng với quá trình mất nước hóa học hình thành mêtacaolinit. - Hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất nằm trong khoảng 900 - 10000C ứng với quá trình hình thành spinen. - Hiệu ứng tỏa nhiệt thứ hai khoảng trên 10000C ứng với sự hình thành và tăng cường khoáng mullit. Nếu nung đến nhiệt độ cao hơn thì mullit đầu (dạng vảy nhỏ, nằm xen kẻ nhau giống nỉ, dạ) sẽ tái kết tinh thành mullit thứ cấp có dạnh hình kim.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TR ẦN

H Ư

Hình 4. Biểu đồ DTA của các khoáng chính trong đất sét và cao lanh Biến đổi thành phần khoáng và phản ứng hoá học tổng quát khi nung caolinit có thể viết theo sơ đồ trong hình 5. Al2O3.2SiO2.2H2O (caolinit) t = 500 6000C

t 900 10000C

10 00

Al2O3.2SiO2 (mêtacaolinit) + 2H2O

Í-

Al2O3.SiO2 (spinen) + SiO2

ÁN

-L

t >10000C

IỄ N

ÀN

3Al2O3. 2SiO2 (mullit) + SiO2 (cristobalit) Hình 5. Sơ đồ các phản ứng hoá học xảy ra khi nung caolinit Một điểm đặc biệt của cao lanh và đất sét khi nung ở nhiệt độ cao là hiện tượng kết khối. Đó là quá trình sít đặc và rắn chắc lại của các phần tử khoáng vật (sản phẩm) dạng bột tơi dưới tác dụng của nhiệt độ hay áp suất, hoặc tác dụng đồng thời của cả hai yếu tố đó. Vật thể đã kết khối có cường độ cơ học cao, độ xốp và khả năng hút nước nhỏ, mật độ hay khối lượng thể tích sẽ lớn nhất. Hiện tượng kết khối có mặt pha lỏng bao giờ cũng xảy ra mãnh liệt hơn.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sản phẩm muốn kết khối tốt trong điều kiện thông thường phải nung đến nhiệt độ  0,7-0,8 T (T là độ chịu lửa). Khoảng kết khối là hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ kết thúc quá trình và nhiệt độ bắt đầu kết khối (xác định được bằng cách theo dõi diễn biến các tính chất của mẫu nung theo nhiệt độ). Nhiệt độ bắt đầu kết khối là nhiệt độ ứng với nó các tính chất bắt đầu thay đổi đột ngột. Nhiệt độ kết thúc quá trình kết khối là nhiệt độ mà ở đó các tính chất của sản phẩm nung đạt được giá trị cực đại hay cưc tiểu. Muốn sản phẩm nung dễ dàng trong các lò công nghiệp thường khoảng kết khối phải  500C. Để biểu thị quá trình kết khối người ta hay dùng các tính chất sau đây của sản phẩm nung: độ xốp, mật độ, khả năng hút nước. Trong đó khả năng hút nước được coi như là tiêu chuẩn đầu tiên để so sánh mức độ kết khối của sản phẩm nung. Đối với gốm mịn, sản phẩm được coi là đạt độ kết khối tốt khi độ hút nước của chúng xấp xỉ 0%. Đối với nhóm gốm xây dựng độ hút nước 1% được gọi là điểm kết khối và nhiệt độ tương ứng được coi là nhiệt độ kết khối. Đối với nhóm gốm có xương xốp và vật liệu chịu lửa, độ hút nước nằm trong giới hạn 6 - 1% được coi là kết khối khá tốt. Chúng ta xét biểu đồ nhiệt độ - độ hút nước của sản phẩm gạch clinker với độ hút nước là 6% như trên hình 6. Điểm nhiệt độ nung ứng với độ hút nước 6% gọi là điểm clinker.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Xét chất lượng và phạm vi sử dụng của đất sét và cao lanh bao gồm các điểm cơ bản sau: nguồn gốc, phương pháp khai thác tuyển chọn; thành phần hóa học trung bình; thành phần khoáng hợp lý (T-Q-F); các tính chất cơ lý như độ bền của mộc theo phương pháp đổ rót, khả năng đổ rót, màu sắc sau khi nung ở 1350 0C, độ hút nước ở 13500C, độ co sấy, độ co nung ở 13500C, độ co tổng, độ ẩm tự nhiên, lượng còn lại trên sàng 0.063 mm, độ chịu lửa. 2.2. NGUYÊN LIỆU GẦY 2.2.1. Tràng thạch và các hợp chất chứa nó Về mặt hóa học tràng thạch là những aluminôsilicat K, Na, Ca tức K[AlSi 3O8] hay Na[AlSi3O8], K+ có thể được thay thế bởi Ba2+, Sr2+ nhưng rất hiếm. Trong thực tế ít khi chúng tồn tại ở dạng đơn khoáng riêng biệt mà phổ biến là các hổn hợp đồng hình. Chúng được chia ra các nhóm phụ sau : - Nhóm phụ plagioclaz: là hổn hợp đồng hình của tràng thạch natri (albit Na2O.Al2O3.6SiO2) và tràng thạch canxi (anortit CaO.Al2O3.2SiO2). - Nhóm phụ ortoklaz: là hổn hợp đồng hình của tràng thạch kali (K2O.Al2O3.6SiO2) và natri. Nhóm này có các dạng đồng hình chủ yếu sau : + Ortoklaz đơn tà nhiệt độ thấp K[AlSi3O8]. + Natriortoklaz NaK[AlSi3O8] đơn tà nhiệt độ thấp. + Mikrolin K[AlSi3O8], có thể chứa Na2O, loại tam tà. + Anorthoklaz (Na, K)[AlSi3O8], loại tam tà. Khoáng sàng pecmatit của tràng thạch alkali chứa chủ yếu là microlin. Các hổn hợp đồng hình của tràng thạch là rất phức tạp, cho đến nay vẫn chưa tìm thấy dung dịch rắn của tràng thạch kali và canxi. Biểu đồ 3 cấu tử của các dạng đồng hình của tràng thạch như trên hình 7.

Hình 6. Biểu đồ độ hút nước - nhiệt độ nung của gạch clinker

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Tác dụng của tràng thạch: có tác dụng tạo pha lỏng trong quá trình nung, hạ nhiệt độ nung và thúc đẩy quá trình kết khối sản phẩm gốm. Chúng ta thấy rõ điều đó qua nghiên cứu biểu đồ pha của hệ ortoklaz-albit (theo Bowen và Turtule 1950) trên hình 8.

Hình 7. Hổn hợp đồng hình của tràng thạch

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Hình 8. Biểu đồ pha của hệ ortoklaz-albit (theo Bowen và Turtule 1950) Tràng thạch kali có tác dụng tốt trong xương sứ vì cho phép hạ thấp nhiệt độ nung song khoảng nung rộng, sứ ít bị biến hình (nên còn gọi là tràng thạch phối liệu). Tràng thạch natri lại thích hợp cho men sứ: độ nhớt của men bé, dễ chảy, men bóng láng hơn. Trong thực tế tràng thạch tồn tại ở dạng dung dịch rắn. Đối với xương sứ khi hổn hợp đó chiếm 60% tràng thạch kali và 40% tràng thạch natri vẫn dùng rất tốt. Đối với men sứ tỉ lệ K2O/Na2O 1/1 tính chất men vẫn tương tự như tràng thạch natri nguyên chất. Tác dụng của tràng thạch đối với xương sứ còn ở chổ khi nó nóng chảy có khả năng hòa tan thạch anh (SiO2) hay sản phẩm phân hủy của cao lanh khi dung dịch đó đạt đến bão hòa sẽ tái kết tinh mullit dạng hình kim. Vai trò của tràng thạch trong công nghiệp gốm sứ là rất quan trọng vì chẳng những nó quyết định điều kiện công nghệ (nhiệt độ nung) mà còn ảnh hưởng lớn đến các tính chất kĩ thuật của sứ. Sứ muốn có độ trong cao (khả năng cho áng sáng xuyên qua lớn) ngoài việc hạn chế các oxyt gây màu (Fe2O3 + TiO2) phải đưa vào một lượng tràng thạch đủ lớn (29 - 30 %). Đối với sứ cách điện cao thế, muốn có độ bền điện cao hàm lượng tràng thạch  30 %.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

2.2.2. Thạch anh (quartz) Công thức hoá học của thạch anh (quartz) là SiO2, nó rất phổ biến trong vỏ quả đất. Trong thiên nhiên thạch anh tồn tại dưới 2 dạng chính: - Dạng tinh thể bao gồm cát thạch anh, quaczit và sa thạch. Cát sạch chứa chủ yếu là SiO2 là nguyên liệu chính cho công nghiệp thủy tinh và men sứ. - Dạng vô định hình bao gồm đá cuội (flint) và diatomit. Đá cuội nếu loại có độ cứng cao, độ bào mòn nhỏ và bề mặt ngoài nhẵn thì dùng làm bi nghiền để nghiền nguyên liệu, phối liệu gốm sứ rất tốt. Khi sử dụng thạch anh điều cơ bản là phải quan tâm đầy đủ đến đặc tính biến đổi thù hình của nó. Đặc điểm này làm chúng ta phải quan tâm đầy đủ đến các giai đoạn nung có sự biến đổi thù hình của quăc (có kèm theo sự biến đổi thể tích) để không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Hình 9 nêu lên sơ đồ tóm tắt sự biến đổi thù hình và tính chất của các dạng đó.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

Hình 9. Sơ đồ tóm tắt sự biến đổi các dạng thù hình của thạch anh Yêu cầu chung của thạch anh dùng trong công nghiệp gốm sứ là hàm lượng SiO 2 càng cao và lượng các ôxyt gây màu càng ít càng tốt. 2.2.3. Các loại nguyên liệu khác Công nghiệp gốm sứ còn dùng nhiều loại nguyên liệu khác như hoạt thạch (talc) 3MgO.4SiO2.2H2O, đá vôi CaCO3, đôlômit CaCO3.MgCO3 (trong đó CaCO3 chiếm 54.27% TL, MgCO3 chiếm 45.73% TL), các hợp chất chứa BaO, TiO2, Zr2O3, Al2O3 v.v... Ngoài ra còn dùng các ôxyt thuộc họ đất hiếm như La2O3, BeO, ThO2, hay các

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

ôxyt thuộc nhóm chuyển tiếp như CoO, Cr2O3 v.v... thường được dùng để sản xuất chất màu. Khi sử dụng các hợp chất thiên nhiên như hoạt thạch, đá vôi v.v... cần lưu ý đến lượng tạp chất trước hết là Fe2O3, TiO2, MnO2 v.v... có trong hợp chất đó vì đây là các ôxyt làm giảm chất lượng sản phẩm (ví dụ gây màu). Trong nhiều trường hợp chúng được dùng như nguyên liệu chính, ở một số trường hợp khác được dùng như phụ gia. 2.2.4. Nguyên liệu làm khuôn Phổ biến nhất người ta hay dùng là khuôn thạch cao. Ngày xưa người ta dùng khuôn gỗ. Trong thiên nhiên thạch cao tồn tại dưới dạng đihydrat sulfat canxi CaSO 4.2H2O (với 21 % nước kết tinh). Lúc sản xuất khuôn người ta dùng thạch cao chứa 0.5 phân tử nước (CaSO4.0.5H2O), dạng thạnh cao này nhận được bằng cách sấy bột thạch cao sống CaSO4.2H2O ở nhiệt độ 1700C. Khi trộn thạch cao chứa 0.5 phân tử nước với một lượng nước thích hợp (thường từ 50 -55 % khối lượng) nó sẽ thực hiện phản ứng hydrat hóa (gọi là quá trình đóng rắn) cho cường độ cơ học khá cao nhưng độ xốp lớn. Chú ý nếu sấy trên 1800C, đặc biệt đến gần 3000C thì sẽ làm giảm thậm chí mất hẳn khả năng hydrat hóa. Hiện nay ngoài thạch cao người ta còn dùng nhựa nhân tạo polyester hay epoxy

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Giữ vai trò rất quan trọng vì tạo điều kiện cải thiện nhiều tính chất của nguyên phối liệu cũng như chất lượng của sản phẩm nung. Bao gồm : -Làm giàu và tuyển chọn nguyên liệu. -Gia công thô và gia công trung bình các loại nguyên liệu. -Gia công tinh (nghiền mịn) nguyên phối liệu. -Chuẩn bị phối liệu theo yêu cầu từng loại sản phẩm phù hợp với các phương pháp tạo hình khác nhau. 3.1. NGHIỀN Tạo độ mịn cho nguyên phối liệu, tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt độ cao khi nung vì diện tích tiếp xúc giữa các hạt lớn, mặt khác quá trình nghiền mịn tạo ra số khuyết tật trên bề mặt các tinh thể vật chất nhiều hơn. Chia làm ba loại: nghiền thô, nghiền trung bình và nghiền mịn. 3.1.1. Nghiền thô và nghiền trung bình Nhằm đập và nghiền nguyên liệu dạng cục lớn đến yêu cầu cho phép nạp vào máy nghiền mịn (nguyên liệu nạp vào máy nghiền bi để nghiền mịn thường yêu cầu  1 mm). Thường dùng máy đập búa, đập hàm, nghiền bánh xe... cho thạch anh, tràng thạch. Thường dùng máy thái đất, máy nghiền trục trơn hay máy nghiền trục loại có răng cho các nguyên liệu mềm hơn như đá phấn, đất sét, cao lanh... 3.1.2. Nghiền mịn Yêu cầu nghiền mịn là kích thước hạt vật liệu sau khi nghiền phải  63 m (tức qua hết sàng 10000 lỗ/cm2) trong đó cỡ hạt từ 1- 20 m phải chiếm đa số. 3.2. CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU : Yêu cầu cơ bản của việc chuẩn bị phối liệu là : - Đạt được độ chính xác cao nhất về thành phần hoá và tỉ lệ các loại cỡ hạt, thành phần phối liệu và các tính chất kĩ thuật của nó ở các khâu khác nhau trong dây chuyền công nghệ để đảm bảo đúng tính chất cần mong muốn của các loại sản phẩm sau khi nung. - Đạt được độ đồng nhất cao về thành phần hoá, thành phần hạt, lượng nước tạo hình, chất điện giải hay các loại phụ gia v.v... trong phối liệu theo thời gian và vị trí khác nhau. 3.2.1. Kiểm tra nguyên liệu và tính bài phối liệu Người ta thường tiến hành nghiêm ngặt việc kiểm tra chất lượng đầu vào của tất cả các loại nguyên liệu dùng cho quá trình sản xuất, nhất là đối với các sản phẩm gốm có

3. CHƯƠNG 3: GIA CÔNG VÀ CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

yêu cầu chất lượng cao (như gốm mịn, gốm kỹ thuật ...). Việc kiểm tra bao gồm: phân tích thành phần hoá, thành phần khoáng, các tính chất công nghệ của nguyên liệu (chẳng hạn như độ dẻo và lượng nước tạo hình thích hợp của đất sét, khả năng đổ rót, độ mịn, độ co khi sấy và nung v.v...) để từ đó tính toán bài phối liệu sản xuất xương (hay men) bao gồm cấp phối của từng nguyên liệu một, được tính theo % trọng lượng hay phần trọng lượng. Độ sạch cũng như chất lượng đạt yêu cầu của nguyên liệu, sự phân tích chính xác và tính toán đúng bài phối liệu là những tiền đề cơ bản để cho sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao. Việc tính toán các bài phối liệu đế sản xuất các loại xương gốm sẽ được nêu trong phần sau, các bài phối liệu để sản xuất men gốm sẽ được nêu trong chương Men phủ và chất màu trang trí sản phẩm gốm. Khi tính toán và thiết lập bài phối liệu nguời ta thường dùng nhiều nguyên liệu của cùng một loại (chẳng hạn đất sét có thể dùng từ hai đến ba loại). Mục đích là để ổn định thành phần phối liệu khi một nguyên liệu nào đó có thành phần dao động không mong muốn. 3.2.2. Chuẩn bị phối liệu: Mục đích của việc chuẩn bị phối liệu là: - Tạo ra phối liệu đúng theo bài cấp phối. - Tiếp tục nghiền mịn các loại nguyên liệu đến cỡ hạt yêu cầu. - Tạo được sự hoà trộn đồng nhất của tất cả các loại nguyên liệu trong phối liệu, có độ ẩm đồng nhất, có những thông số công nghệ tối ưu phù hợp với công đoạn tạo hình tiếp theo. Phương pháp chuẩn bị phối liệu truyền thống là nghiền trộn chung các loại nguyên liệu thành huyền phù nước trong máy nghiền bi (phuơng pháp nghiền bi ướt). Khi máy nghiền bi quay, sự chà xát, va đập của bi đạn vào nhau và vào thân của thùng nghiền làm cho liệu được nghiền mịn và trộn đều. Cho đến nay đây vẫn là phương pháp hiệu quả nhất do có những ưu điểm sau: - Nước là môi trường tốt giúp tăng cường quá trình nghiền và trộn đều, phối liệu sẽ đạt độ đồng nhất cao. - Đất sét, cao lanh thường có độ ẩm dao động, ta chỉ cần các định chính xác độ ẩm của nó để tính đúng lượng nước cho vào nghiền (mà không cần sấy khô nguyên liệu nếu như chọn phương pháp nghiền khô) - Tiêu tốn năng lượng để nghiền bé hơn nhiều so với nghiền khô. - Hồ sau nghiền có thể đem dùng ngay để tạo hình đổ rót hay tạo hình dẻo sau khi qua ép lọc khung bản. Nhược điểm là lượng hao mòn bi đạn, lớp lót thường lớn gấp 5 lần so với nghiền khô. Cho nên yêu cầu của bi đạn và lớp lót cần có tính chất giống vật liệu đem nghiền (coi lượng hao hụt bi đạn, lớp lót như một cấu tử của phối liệu) và sau mỗi lần nghiền cần bổ sung bi đạn. Đối với sành mịn và sứ vật liệu lót nên dùng đá hoa cương (granit)

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

hay làm bằng silex (một dạng thạch anh vô định hình), bi là đá cuội (flint, là SiO 2 vô định hình) hay sứ cứng (sứ côrunđôn chẳng hạn); đối với máy nghiền phối liệu họ titanat (TiO2, BaO v.v...) thì vật liệu lót và bi đạn là sứ rutin TiO2. Lớp lót có thể làm bằng cao su cứng để không làm bẩn liệu bởi tạp chất sắt từ thân thùng nghiền. Tỉ lệ nạp liệu thường như sau: Liệu nghiền : bi đạn : nước = 1 : 1: 1 đến 1 : 1: 0,5 tuỳ theo yêu cầu độ ẩm hồ ra, lượng và loại chất điện giải cho vào. Tỉ lệ 1:1:0,5 dùng cho hồ ra máy sấy phun trong sản xuất tấm ốp lát ceramic. Trình tự nghiền như sau: trước hết người ta nghiền nguyên liệu gầy với khoảng 10% đất sét hay cao lanh lọc (để điều chỉnh độ nhớt của huyền phù và ngăn cản sự lắng). Lượng đất sét và cao lanh lọc còn lại được khuấy thành huyền phù trong bể khuấy, sau đó qua kiểm tra thành phần hạt và cả hai huyền phù sẽ trộn chung với nhau trong bể khuấy trộn. Hồ ra phải có độ nhớt biểu kiến thích hợp (0,2-1 Pa.s) và trọng lượng thể tích lớn. Thời gian nghiền phụ thuộc vào độ lớn của thùng nghiền và độ mịn của nguyên liệu và dao động trong khoảng 10-60 h. Người ta theo trình tự nghiền trên khi nguyên liệu đầu vào đạt yêu cầu, nghĩa là đất sét, caolin lọc đã ở trạng thái hạt mịn đạt yêu cầu (ở đất sét số lượng hạt  2 m lớn hơn 50%). Chỉ còn thạch anh và tràng thạch là cần phải nghiền mịn. Nếu ta dùng cao lanh không lọc (có lượng hạt thô-chủ yếu là cát trong cao lanh-lớn) thì phải điều chỉnh quá trình nghiền để nghiền cả cao lanh. Người ta cũng có thể nghiền trộn tất cả nguyên liệu trong máy nghiền bi mà không cần dùng máy khuấy trộn. 3.2.3. Tính phối liệu : 3.2.3.1. Phối liệu nhóm gốm xây dựng : Cơ sở để chọn phối liệu định hướng của nhóm này là thành phần hoá học lý thuyết trên biểu đồ Apgutchinit và biểu đồ thành phần tỷ lệ các cỡ hạt theo Winkler. 3.2.3.2. Phối liệu sành đá vôi : Đất sét và cao lanh khoảng 62 % Quăc hay cát khoảng 26 % Đá vôi hay đá phấn khoảng 12 % 3.2.3.3. Sành trường thạch (hay sành cứng) : Đất sét trắng đến 40 % Cao lanh đến 20 % Trường thạch đến 6 % Phối liệu này nung ở nhiệt độ  13000C. 3.2.3.4. Phối liệu các loại sứ : Theo hệ ba cấu tử T-Q-F của Gilchrist và Klinefenter năm 1928. Trong đó : T- vật chất sét tính theo khoáng caolinit Q- thạch anh (SiO2) F- trường thạch kali nguyên chất

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Việc tính phối liệu theo T-Q-F khi biết thành phần hoá học đã được chuẩn hoá bằng các hệ số sau : Hàm lượng K2O x 5.9081 = orthoklaz (K2O.Al2O3.6SiO2) Hàm lượng K2O x 1.0823 = Al2O3 có trong orthoklaz Hàm lượng K2O x 3.8230 = SiO2 có trong orthoklaz Hàm lượng Na2O x 8.4573 = albit (Na2O.Al2O3.6SiO2) Hàm lượng Na2O x 1.6440 = Al2O3 trong albit Hàm lượng Na2O x 5.8128 = SiO2 trong albit Hàm lượng CaO x 1.7840 = CaCO3 Hàm lượng MgO x 2.0915 = MgCO3 Hàm lượng Al2O3 x 2.5318 = T (Al2O3..2SiO2.2H2O) Hàm lượng Al2O3* x 1.1783 = SiO2 trong T Hàm lượng Al2O3 x 0,3530 = H2O trong T Hàm lượng mất khi nung x 7.18 = T (dùng để tính kiểm tra) Lúc đó tính Q : Q = 100 - ( T + F ) F = orthoklaz + albit Lúc tính cần chú ý là căn cứ vào lượng K2O và Na2O để tính lượng orthoklaz hay albit. Tính Al2O3* bằng cách lấy lượng Al2O3 tổng trừ đi lượng Al2O3 có trong orthoklaz và albit. Nếu kết quả tính kiểm tra T bằng cách lấy lượng mất khi nung nhân với 7.18 sai khác nhiều so với việc tínhT = Al2O3* x 2.5318 điều đó có nghĩa là trong nguyên liệu có thêm vật chất hữu cơ hay cacbonat. Khi quy về T-Q-F thường phải kể đến lượng tổng các oxyt Fe2O3, TiO2, CaO v.v... tức 100 - ( T + Q + F ) bằng tổng các oxyt. Nếu giá trị CaO, MgO  1 % có nghĩa là chúng có mặt trong nguyên liệu ở dạng CaCO3 hay MgCO3. Ưu điểm của cách tính toán này là đơn giản, thuận tiện, cho phép tra cứu nhiệt độ nung theo biểu đồ và số liệu thu được là đáng tin cậy, sát với điều kiện thực tế sản xuất. Tham khảo Bảng tính phối liệu xương gốm sứ soạn trên Excel. Trong trường hợp tính bài phối liệu không theo T-Q-F (trong phối liệu có các nguyên liệu khác như đá vôi, dá phấn, đôlômít, talc...) thì có thể dùng Bảng tính phối liệu thuỷ tinh. Phối liệu xương gốm trong trường hợp này có thể được tính như phối liệu thuỷ tinh, tức là tính trực tiếp từ thành phần hoá của nguyên liệu theo thành phần hoá phân tích được của sản phẩm gốm. Bài phối liệu tính được trong cả hai trường hợp đều có tính định hướng, sau đó chúng ta phải điều chỉnh bài phối liệu theo thí nghiệm thực tế.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

3.2.4. Chuẩn bị và gia công phối liệu gốm thô : Mặt hàng gốm thô chủ yếu là sử dụng trong lĩnh vực xây dựng và dân dụng bao gồm gạch ngói, ống sành thoát nước và dẫn nước, gạch klinker, chum, vại, vật liệu chịu axit và các loại vật liệu xây dựng dạng dăm, sỏi nhân tạo như keramzit, aglôpôrit v.v... 3.2.4.1. Gia công tự nhiên sơ bộ. Khai thác nguyên liệu dồn thành đống tại mỏ hay kho. Nếu nguyên liệu có độ cứng khá cao, dạng cục (đất đồi) thì tiến hành ngâm tẩm trong các lô riêng có phun nước thỏa đáng. Khâu này xúc tiến quá trình hydrat hóa, trương nở thể tích, kết quả làm cho độ cứng giảm, độ dẻo tăng. 3.2.4.2. Gia công cơ khí Nói chung gốm thô thường gia công và chuẩn bị theo các phương pháp sau : - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp ướt. - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp khô. - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp bán khô hay nửa khô, nửa ướt. - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp nhiệt. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng. Phương pháp khô thích hợp với đất sét có độ cứng cao, kém dẻo (phiến thạch sét), tạp chất nhiều. Ưu diểm là: dễ trộn đều, điều chỉnh được cấp phối hạt theo cỡ hạt mong muốn. Nhược điểm là: chỉ phù hợp với phương pháp tạo hình bán khô. Phương pháp ướt là phương pháp cổ điển, rất phổ biến trong công nghiệp gốm sứ. Ưu điểm: dễ nâng cao cường độ mộc, độ dẻo phối liệu, tạo hình dễ dàng, phế phẩm ít, chất lượng bán thành phẩm và thành phẩm cao.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Nguyên liệu khai thác ở mỏ (cơ giới)  vận chuyển băng tải  kho, bãi chứa

nước

ÁN

-L

Í-

 vận chuyển vào các lô (xe)  băng tải  máy cung cấp  băng tải  nước

máy nghiền trục mịn (2 trục)  máy trộn 2 trục  luyện lentô (đùn ép)

IỄ N

ÀN

nghiền quả lăn ướt (xa luân)  đĩa góp (hay máy trộn kiểu đĩa)  băng tải 

Hình 10. Dây chuyền điển hình sản xuất gạch theo phương pháp ướt

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

U Y

3.2.5. Chuẩn bị phối liệu gốm mịn (gốm tinh) : Yêu cầu chuẩn bị phối liệu rất kỹ càng kể cả khâu tuyển chọn nguyên liệu ban đầu nhất là đối với mặt hàng sứ cao cấp. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gốm mịn là đất sét trắng, cao lanh và tràng thạch. Các loại nguyên liệu này phần lớn được phân loại, tuyển chọn, gia công thô, trung bình tại mỏ hoặc ở các cơ sở gia công riêng, có trường hợp độ mịn đã đạt yêu cầu  63 m.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

cao lanh, đất sét

ẠO

tràng thạch (mịn)

bể khuấy

nước

bể khuấy

nước

bể khuấy

TR ẦN

nước

H Ư

(đã làm giàu)

quắc đã mịn

bể khuấy chung

bơm màng

A Ó

kho ủ

sấy

luyện lentô thường

nghiền thành bột

luyện lentô chân không

két chứa

-L

Í-

đường ống

lọc khung bản

10 00

bể chứa có độ cao

ÁN

đổ rót sản phẩm đem đi tạo hình dẻo

trong khuôn

bán khô

IỄ N

ÀN

thạch cao

ép sản phẩm

Hình 11. Dây chuyền chuẩn bị phối liệu gốm mịn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Thông thường các loại vật liệu gầy mới chỉ đạt độ mịn trung bình, trường hợp này phải chuẩn bị phối liệu trong máy nghiền bi ướt gián đoạn. Để nâng cao hiệu quả nghiền, thường các loại vật liệu gầy có độ cứng cao được nạp vào máy trước với một lượng bi khá lớn (kèm theo một lượng đất sét hay cao lanh nhất định). Sau một thời gian nghiền kiểm tra độ mịn nếu gần đạt yêu cầu thì cho toàn bộ nguyên liệu (đã đạt độ mịn) còn lại và thêm bi, nước theo tỉ lệ nguyên liệu/bi/nước = 1/1/1 rồi tiếp tục nghiền thêm 4 - 5 giờ. Trước khi tháo hồ nhất thiết phải kiểm tra độ mịn. Hồ đạt tiêu chuẩn tháo vào bể khuấy qua sàng rung (4900 lổ/cm2) và bể phải được khuấy liên tục. Đất mộc sau khi qua ép lọc khung bản có độ ẩm 25 - 26%. Đất mộc được ủ trong kho ủ với thời gian ủ ít nhất 7 ngày. Phối liệu đã được ủ đem luyện trong máy đùn ép chân không nhằm tăng độ dẻo, giảm lượng không khí có trong đất mộc (độ giảm áp 750 –760 mmHg). Chiều dày màng đất đi vào buồng chân không càng mỏng càng tốt. Chúng ta có thể tính toán được nó và thay đổi chiều dày màng đất theo ý muốn bằng cách thay đổi kích thước mắt lưới phân phối dải đất ở đầu vào buồng chân không. Thực tế kích thước và vị trí bọt khí trong dải đất rất phức tạp, để đơn giản, chúng ta coi như bán kính bọt khí bằng chiều dày màng đất, như vậy bọt khí chỉ được loại bỏ khi lực phá vỡ màng đát P  cường độ phá vỡ của phối liệu. Với giả thiết đó ta có thể tính được chiều dày dải đất đi vào buồng chân không như sau : Khi phá vỡ màng đất mỏng thì P = S  r1 2  Q = 2   1 KP 1 =  Q r 1 / 2 KP = (Q1 - Q2) r1 / 2 KP trong đó S : trở lực phá vỡ màng đất hình cầu. P : lực phá vỡ. Q1 : áp suất trong buồng chân không (mmHg) Q2 : áp suất trong lòng bọt khí (mmHg) r1 : bán kính bọt khí (cm) 1 : chiều dày màng đất đi vào buồng chân không (cm) KP : giới hạn bền kháng vỡ của mộc (KG/cm2) Chiều dày màng đất tỉ lệ nghịch với giới hạn bền kháng vỡ của mộc và tỉ lệ thuận với bán kính bọt khí. Sơ đồ bọt khí trong màng đất được cho trong hình 12.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

1

2

U Y

r1 r2

ẠO

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Hình 12. Sơ đồ tính toán chiều dày màng đất trong máy đùn ép chân không Độ ẩm thích hợp trong một số phương pháp tạo hình như sau Phương pháp tạo hình Độ ẩm thích hợp Hồ rót 28 - 40 % Tạo hình dẻo 22 - 25 % Tiện dẻo 18 % Ep dẻo 12 - 15 % 3-9% Ep bán khô và khô Để hồ đổ rót có độ ẩm thích hợp, càng bé càng tốt cần phải pha loãng hồ bằng chất điện giải với hàm lượng và chất điện giải thích hợp. 3.3. KIỂM TRA KỸ THUẬT PHỐI LIỆU Nội dung kiểm tra bao gồm : - Kiểm tra độ chính xác và đồng nhất về thành phần hóa, thành phần hạt và độ ẩm. - Kiểm tra màu sắc của đất mộc sau khi nung. - Kiểm tra một số tính chất kỹ thuật của phối liệu ở nhiệt độ thường: độ dẻo, cường độ mộc, độ co sấy v.v... - Kiểm tra các tính chất của phối liệu ở nhiệt độ cao (chủ yếu là ở nhiêt độ nung).

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Mục đích của khâu tạo hình cũng như yêu cầu cơ bản của nó là thoả mãn các chỉ tiêu về kích thước, hình dạng hình học, độ đồng nhất của bán thành phẩm và của sản phẩm. Theo mức độ đồng nhất (thành phần, độ ẩm, mật độ và cấu trúc) do các phương pháp tạo hình đạt được thì tổng quát có thể sắp xếp theo thứ tự sau: - Đổ rót sản phẩm rỗng (hồ thừa) - Đổ rót sản phẩm đặc (rót hồ đầy) - Xây trên máy (loại đầu nén) - Xây trên máy (loại dao bản) và kể cả vuốt, gắn ráp bằng tay - Ép bán khô - Ép dẻo - Nện đập thủ công 4.1. CHỌN PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH Cơ sở để lựa chọn phương pháp tạo hình bao gồm nhiều yếu tố song tổng quát là các điều chủ yếu sau: - Hình dạng và các tính chất đặc trưng của các loại sản phẩm. - Tính chất kỹ thuật của phối liệu. - Năng suất và giá thành (phụ). Căn cứ vào hình dáng sản phẩm để chọn phương pháp tạo hình là chưa đủ, mà điều quan trọng là phải căn cứ cả vào đặc tính kỹ thuật của phối liệu mới chọn đúng phương pháp tối ưu. Phối liệu có độ dẻo cao: có thể xây trên máy, ép dẻo hay tiện dẻo. Phối liệu dẻo vừa: ép dẻo, đổ rót. Phối liệu kém dẻo nhưng độ đồng nhất cao: ép bán khô, nện đập thủ côngcác sản phẩm hình dạng đơn giản. Khi phối liệu có thể thỏa mãn nhiều phương pháp tạo hình thì chọn phương pháp nào có năng suất cao nhất nếu hình dáng sản phẩm cho phép. Khi yêu cầu về độ chính xác của sản phẩm không cao lắm, chúng ta chấp nhận kích thước của khuôn (chính là kích thước sản phẩm lúc tạo hình) như sau: S : độ co tổng (%) L1: chiều dài của sản phẩm sau khi nung, L0: chiều dài của sản phẩm ướt (bằng kích thước khuôn)

4. CHƯƠNG 4: TẠO HÌNH

S

100 L1 L0  100  S

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

L L1

S

L L0

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

4.2.1. Tạo hình dẻo : Phương pháp tạo hình dẻo bao gồm vuốt trên bệ quay, gắn ráp trong khuôn thạch cao (chum, vại), xây trên máy bàn tua dao bản hay đầu nén, ép dẻo bằng các loại máy (ép ngói và gạch bằng máy ép ngói hay máy đùn ép chân không). Cơ sở của phương pháp này là dựa vào tính dẻo của nguyên liệu, phối liệu (tức là của đất sét và cao lanh). Để đơn giản, chúng ta thừa nhận hổn hợp của đất sét và cao lanh hay phối liệu gốm sứ (dạng phân tán dẻo) thuộc loại vật thể kiểu Bingham như trong hình 13 (là loại vật thể có tính chất kiểu HUK kết hợp với vật thể kiếu Newton hay Stverman), nghĩa là khi có tác dụng của lực bên ngoài vật thể sẽ đàn hồi, phương trình lưu biến sẽ chịu sự chi phối của định luật Huk và định luật Newton. Người ta chia biến dạng ra làm ba loại : - Biến dạng đàn hồi tức thời (10-10 - 10-3 s) - Biến dạng đàn hồi chậm (sau 3 - 10 s) - Biến dạng dẻo: hoàn toàn không thuận nghịch.

4.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH

IỄ N

ÀN

Hình 13. Quan hệ giữa tốc độ biến dạng phụ thuộc vào ứng suất tiếp tuyến của các loại vật thể điển hình. A-chất lỏng Newton (phụ thuộc tuyến tính), B-chất lỏng giả dẻo không Newton có độ sánh dương, C-vật iệu dãn nở, D-gradient vận tốc, -ứng suất tiếp tuyến, o-giới hạn dòng. Vai trò của nước trong hổn hợp chứa đất sét, tùy hàm lượng nước mà đặc tính của hổn hợp đất sét rất khác nhau. Đối với phối liệu dẻo lượng nước vừa đủ để các hạt sét hydrat hóa hoàn toàn thì hổn hợp sẽ có độ dẻo cực đại. Màng nước hấp phụ mỏng bao quanh các hạt sét đóng vai trò bôi trơn, quyết định độ linh động và ảnh hưởng đến lực

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

a dt x

dt 

dx 

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Van-der-Walls, hiện tượng đóng sánh, khả năng keo tụ của hổn hợp đất sét -nước... Khả năng keo tụ của hổn hợp ở đây có vai trò rất lớn vì đặc điểm của loại cấu trúc keo tụ là có biến dạng đàn hồi chậm rất lớn, ảnh hưởng tốt đến tính dẻo. Độ ẩm tạo hình thích hợp trên các máy đùn ép chân không của hầu hết các loại phối liệu dao động trong khoảng 22 - 26 %. Với hồ đổ rót các hiện tượng trên lại là không mong muốn. Kết quả khi nghiên cứu nhiều loại phối liệu dều chỉ ra rằng: Ở trạng thái làm việc độ bền dẻo của các loại nguyên liệu, phối liệu dao động trong một giới hạn hẹp từ (611).10-5 dyn/cm2. Điều này có nghĩa là: tổng lực liên kết phân tử giữa các hạt vật liệu của các phối liệu khác nhau gần như một hằng số. Lượng nước ứng với trạng thái phối liệu có độ bền dẻo cực đại chính là lượng nước tạo hình thích hợp. 4.2.2. Tạo hình bằng phương pháp đổ rót 4.2.2.1. Sự hình thành lớp mộc Khi đổ rót hồ vào khuôn thạch cao, do thạch cao có khả năng hút nước nên hồ chuyển động theo hướng thành khuôn bám vào khuôn thành lớp mỏng đều đặn và sít đặc, theo thời gian chiều dày lớp mộc tăng dần. Nếu gọi chiều dầy của lớp mộc bám vào khuôn là x, trong một đơn vị thời gian dt, lớp mộc tăng được dx, dx sẽ giảm dần khi chiều dày lớp mộc tăng vì khả năng hút nước của thạch cao giảm dần. Mô hình sự hút nước của thạch cao được thể hiện trên hình 14. Nếu giả thiết khả năng hút nước của thạch cao là a và coi a là hằng số thì quan hệ giữa chiều dầy lớp mộc và thời gian sẽ là:

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

1 1 2 xdx  x  a0 2a

x  2at  A t

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

t

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

a) Lúc bắt đầu

Í-

b) Sau một thời gian đổ rót

ÁN

-L

Hình 14. Mô hình hút nước của thạch cao từ hồ đổ rót

IỄ N

ÀN

Với hồ gồm 42.5% vật chất sét, 18.5 % trường thạch, 33% quăc, quan hệ giữa chiều dày lớp mộc và thời gian như cho trong hình 15.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TR ẦN

Hình 15. Sự phụ thuộc của chiều dày lớp mộc vào thời gian bám khuôn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

4.2.2.2. Các phương pháp đổ rót Có hai phương pháp đổ rót chính: rót hồ thừa và phương pháp đổ đầy. Chọn phương pháp nào là do hình dáng sản phẩm quyết định. Phương pháp rót đầy đòi hỏi 2 khuôn và do khả năng hút nước trong hồ theo 2 phía nên năng suất cao. 4.2.2.3. Yêu cầu cơ bản của hồ đổ rót - Lượng nước ít nhất để giảm thời gian đổ rót và thời gian sấy. - Độ linh động của hồ tốt có nghĩa là độ nhớt bé để đảm bảo vận chuyển trong đường ống và đổ rót dễ. - Hồ phải bền: không có hiện tượng lắng, không keo tụ, không đóng sánh, độ nhớt hồ ổn định. - Tốc độ bám khuôn lớn. - Lượng chất điện giải bé nhất (chọn đúng chất điện giải tối ưu, hàm lượng hợp lý) - Khả năng thoát khuôn dễ, ít khuyết tật như rỗ mặt v.v... 4.2.2.4. Cơ sở hóa lý của hồ Các hạt sét phân tán trong nước chúng sẽ được bọc bởi một vỏ nước và trở thành một ion phức rất phức tạp. Khi hấp phụ trao đổi các hạt sét đã trở thành những lớp điện tích kép. Các mizel đất sét khi hấp phụ trao đổi đã tạo ra một lớp đơn phân tử các cation. Quá trình hấp phụ hình thành ion hydrát hóa (là mizel đất sét-đơn phân tử các cation-

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

lớp nước lưỡng cực). Các cation nằm ở vị trí xa các ion hydrat một khoảng cách nhất định nên chúng có khả năng chuyển động tự do. Chiều dày lớp điện tích kép có thể tương đương một phần của vỏ nước liên kết và do bản chất của ion trung tâm và các cation hay anion hấp phụ trao đổi quyết định (tức là do cấu trúc của khoáng sét và loại cation dùng làm chất điện giải). Lớp điện tích kép (tổ hợp keo = mizel đất sét) có điện thế của nó, chính điện thế là động lực gây nên sự chuyển động của hệ keo. Điện thế của các hệ keo khác nhau sẽ rất khác nhau nhưng có thể đo được. Giá trị nằm trong giới hạn 16-100 mV. Mô hình của mizel đất sét được cho trên hình 16.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

Hình 16. Mô hình mô tả mizel đất sét Quá trình pha loãng hồ là dựa trên cơ sở làm thay đổi điện thế zeta  của các mizel. Theo Helmholtz và một số tác giả khác thì lớp điện tích kép của các mizel đất sét giống như một tụ cầu, giữa các lớp của tụ cầu đó tồn tại điện thế  bằng:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

n.e.  .r (r   )

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

e- điện tích các nguyên tố n- số hóa trị n tự do của lớp bên trong hay của ion trao đổi với lớp bên ngoài. - hằng số điện môi. r- bán kính của vòng bên trong. - khoảng cách giữa vòng bên trong và bên ngoài. Khi thêm vào hồ chất điện giải thì n sẽ tăng, mật độ tương đối của vỏ nước tăng và khoảng cách giữa các lớp sẽ tăng, ngược lại  giảm, kết quả là  sẽ tăng, hồ sẽ bền. Ảnh hưởng của chất điện giải chứa Na+ của các hợp chất khác nhau đến độ nhớt của hồ như trên biểu đồ trên hình 17. Các hợp chất chứa Li+ có tác dụng tương tự Na+, còn K+ có tác dụng kém vì dễ tạo thành số phối trí bền KO12. Khi sử dụng muối Na+ làm chất điện giải thì Na+ sẽ bị các anion (âm) trên bề mặt các hạt sét hấp phụ nên dễ xảy ra sự xô đẩy ở bề mặt các hạt sét (hồ bền). Ngược lại hạt sét chứa Ca2+ sẽ cần đến 2 điện tích âm dẫn đến các hạt sét dễ dính kết với nhau (bị keo tụ).



www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

Hình 17. Ảnh hưởng của các chất điện giải chứa natri của các hợp chất khác nhau đến độ nhớt của hồ 1. NaP2O7 2. Na2SiO3 3. NaOH 4. Na2CO3 5. Na2C2O4 Hiện tượng đóng sánh (thixotropic): Đây là một hiện tượng chúng ta hay gặp ở hồ đổ rót. Hồ dưới tác dụng cơ học thì linh động, nhưng để yên sau một thời gian nhất định thì trở lại trạng thái ban đầu, hồ có độ linh động kém, thời gian chảy đầy 100 cm3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

sẽ tăng. Nguyên nhân là do lớp nước trong vỏ solvat liên kết lại với nhau (không phải do các mizel bị keo tụ). Để đánh giá độ sánh của hồ, người ta so sánh tỷ số thời gian hồ chảy đầy 100 cm3 qua dụng cụ thí nghiệm khi thời gian để yên là 30 phút với thời gian hồ đó chảy đầy 100 cm3 nhưng chỉ để yên 1 phút. Độ sánh của hồ sản xuất sứ từ 1.8 – 2.2, của hồ sản xuất sành mịn từ 1.5 – 2.6. 4.3. CÁC DẠNG KHUYẾT TẬT DO TẠO HÌNH Yêu cầu của sản phẩm lúc mới tạo hình là đạt hình dáng mong muốn. Kích thước chính xác, mật độ đồng đều, không bị rạn nứt, bị vết xước hay rỗ mặt. Mỗi phương pháp tạo hình sẽ có thể có các dạng khuyết tật khác nhau nguyên nhân cũng rất khác nhau: do thiết bị, do phối liệu, do thao tác của công nhân. Các dạng khuyết tật ở phương pháp tạo hình dẻo: nứt, biến hình, vết xước ở mặt trong hay mặt ngoài, thành dày hay mỏng không đều, mật độ mộc ở các vị trí khác nhau trên cùng một sản phẩm chênh lệch nhau v.v... Nguyên nhân có thể do phối liệu có độ đồng nhất kém, độ ẩm không đều (quá lớn do công nhân dùng nước bôi trơn đem vào), lượng không khí trong phối liệu còn lớn và không đều. Nguyên nhân có thể do thiết bị: cơ cấu của máy tạo hình chưa thật hợp lý, dùng lâu bị mòn dễ bị rơ đảo (trục). Các máy đùn ép chân không ít khi tránh khỏi các khuyết tật như nứt, rạn chân chim hay chữ S. Nguyên nhân là do phối liệu chịu tác dụng của lực ép (ma sát với thành) ở các vị trí không đều nhau do đó mật độ cũng không đồng đều. Ở sát thành ma sát lớn, ở giữa tâm ma sát giảm dần tiến tới không. Sản phẩm gốm mịn tạo hình trên máy bàn tua dao bản thì dạng khuyết tật hay gặp là nứt, xước mặt, rỗ, biến hình kích thước dày mỏng không đều v.v... Dạng khuyết tật này thường tạo điều kiện thuận lợi cho khuyết tật nứt, biến hình lúc sửa, sấy. Để giảm khuyết tật ở dạng tạo hình dẻo cần có quy trình công nghệ chính xác, thực hiện nghiêm túc, công tác kiểm tra kỹ thuật phải tiến hành thường xuyên. Các dạng khuyết tật ở phương pháp đổ rót : tính chất của hồ đổ rót trong quá trình tạo hình thay đổi nhiều hơn so với phối liệu dẻo nhất là lúc rót phần hồ thừa (sử dụng lượng hồ thừa chung với hồ mới nghiền) dễ làm thay đổi tỷ trọng của hồ. Tính chất của khuôn thạch cao trong cùng một ca sản xuất cũng thay đổi rất mạmh: độ ẩm của khuôn kéo theo là khả năng hút nước của khuôn thay đổi rất đáng kể, nhất là các khuôn đã dùng lâu. Khi đổ rót các loại sản phẩm kích thước lớn, hình dáng lại phức tạp thường phải rót hồ vào khuôn nhiều lần (rót hồ bổ sung), thời gian đổ rót dài do đó sự thay đổi tính chất của hồ có thể xảy ra ngay trong cùng một sản phẩm (hồ dễ lắng, đóng sánh). Tất cả các điều đã nêu thêm này làm tăng thêm khả năng gây ra khuyết tật ở khâu thoát khuôn, sửa, sấy và cả ở khâu nung.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sản phẩm gốm sứ sau khi tạo hình lượng nước có thể tới 25%. Tức trong 1 kg phối liệu (hay sản phẩm mộc) có 0.25 kg nước. Để việc sửa mộc, vận chuyển, tráng men và nung dễ dàng bắt buộc phải sấy sản phẩm. Nhiệt hoá hơi của 1 kg nước là 585 kcal, vậy lượng nhiệt cần thiết để sấy 1kg phối liệu có thể đến 146 kcal. Khi sấy hơi ẩm sẽ thoát ra, nếu chúng thoát ra đột ngột, phần nước ở trên bề mặt hay sát bề mặt thoát ra dễ dàng nhưng hơi ẩm bên trong lòng sản phẩm thoát ra rất khó khăn do đó áp suất riêng phần của nó ở những vị trí nước tập trung sẽ tăng đột ngột, nếu áp suất ấy vượt quá lực liên kết của các hạt sét (tức cường độ phá vỡ của mộc) sẽ gây nên hiện tượng nổ sản phẩm ngay lúc sấy (hay lúc nung). Như vậy vấn đề chủ yếu của kỹ thuật sấy là sấy đồng đều để bán thành phẩm không bị nứt, sau đó là tìm các biện pháp kỹ thuật để rút ngắn thời gian sấy, giảm vốn đầu tư thiết bị, giảm diện tích sấy và tăng năng suất. 5.1. QUÁ TRÌNH SẤY SẢN PHẨM GỐM SỨ Mục đích của quá trình sấy là loại bỏ nước liên kết lý học (còn gọi là nước tự do, nằm ở các lổ trống giữa các hạt vật liệu) hay nước liên kết hoá lý (bao gồm nước hấp phụ, nước hydrat hoá và ở các loại khoáng sét ba lớp silicat là nước trương nở). Sản phẩm gốm sứ nói chung là khá dày, lúc sấy nước ở bề mặt dễ bốc hơi gây nên chênh lệch hàm ẩm ở trên bề mặt và trong lòng sản phẩm, do đó nước ở trong lòng sẽ khuyếch tán ra ngoài bề mặt và tiếp tục bốc hơi. Như vậy tốc độ sấy chẳng những phụ thuộc vào khả năng bốc hơi trên mặt sản phẩm mà còn phụ thuộc vào tốc độ khuyếch tán nước từ bên trong ra bên ngoài. 5.1.1. Chế độ sấy Đó là tổng hợp các biện pháp nhằm đảm bảo thời gian nhỏ nhất cần thiết để sấy sản phẩm có tính đến những tính chất, hình dạng, kích thước của chúng và những đặc điểm của các thiết bị sấy, cũng như cách đưa nhiệt đến sản phẩm một cách hợp lý với tổn thất nhiệt nhỏ nhất và hư hỏng sản phẩm ít nhất. Quả trình sấy được đặc trưng bằng 3 giai đoạn: giai đoạn đốt nóng, giai đoạn hằng tốc độ sấy và giai đoạn giảm tốc độ sấy như cho trong hình 18. Giai đoạn đầu của quá trình sấy được đặc trưng bằng sự đốt nóng nhanh bán thành phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ của chất tải nhiệt đã bão hoà (ở một hàm ẩm cho trước của chất tải nhiệt). Nhiệt độ của nó tương ứng với các chỉ số trên nhiệt kế ướt, còn nhiệt độ môi trường , tương ứng các chỉ số trên nhiệt kế khô. Giai đoạn thứ hai của quá trình sấy được đặc trưng bằng đoạn nằm ngang trên đường cong tốc độ sấy, điều đó chỉ ra rằng tốc độ sấy về trị số bằng tốc độ bốc hơi ẩm trên bề mặt của bán thành phẩm. Hàm ẩm của bán thành phẩm thay đổi hầu như theo đường thẳng. Giai đoạn ba của quá trình sấy được đặc trưng bởi sự giảm tốc độ sấy và sự tăng nhiệt độ của bán thành phẩm. Cường độ tách ẩm của giai đoạn này tỉ lệ với độ ẩm trung bình của vật liệu trong khoảng từ độ ẩm tới hạn đến độ ẩm cuối cùng.

5. CHƯƠNG 5: SẤY SẢN PHẨM

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 18. Các đường cong sấy

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

5.1.2. Độ co không khí Biểu đồ trên hình 19 cho chúng ta thấy: - Nước thoát ra hầu như ở cả toàn bộ thời gian sấy. - Độ co thể tích đạt đến giá trị cao nhất sau 70 h. - Độ co bắt đầu ngay ở giai đoạn 1 cùng với việc bốc hơi bao phủ quanh hạt sét và độ co tỉ lệ thuận với tốc độ thoát ẩm. - Giai đoạn 2 sản phẩm tiếp tục co và bắt đầu xuất hiện lổ xốp. - Giai đoạn 3 tiếp tục bay hơi lượng nước tự do và nước hấp phụ, thể tích ngay sau khi bước sang giai đoạn 3 là không đổi, sản phẩm chỉ co ở 2 giai đoạn đầu, lượng nước bay ra ở 2 giai đoạn này đạt gần 1/2 Cuối giai đoạn 2 sản phẩm đã bắt đầu mất tính dẻo chuyển sang trạng thái dòn. Như vậy sự co không đều ở giai đoạn này gây nên biến dạng (biến dạng dẻo). Cuối giai đoạn 2 vật thể chuyển sang trạng thái dòn khi co không đều sẽ dẫn đến hiện tượng nứt nếu ứng suất vượt quá cường độ phá vỡ của mộc. Để tránh biến dạng và nứt phải tìm biện pháp làm cho sản phẩm co đều đặn trong toàn bộ quá trình sấy. Bằng thực nghiệm người ta xác định sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và ở tâm sản phẩm. Nhưng thật ra độ ẩm ở tâm cũng rất khó xác định một cách chính xác, do đó người ta sử dụng độ ẩm trung bình của sản phẩm. Chỉ số gây nẻ nứt Wmax được tính như sau: Wmax = (Wtb - Wm)max (%) Wtb là độ ẩm trung bình của vật thể, Wm là độ ẩm trên bề mặt của sản phẩm. Chỉ số Wmax phụ thuộc vào loại khoáng sét nhiều hơn là chiều dày sản phẩm. 5.2. KỸ THUẬT SẤY Yêu cầu chung đối với thiết bị sấy là

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- Tốc độ sấy lớn nhất cho phép song vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm. - Tiêu tốn nhiệt năng riêng ít. - Sấy đảm bảo đồng đều. - Cuờng độ bốc hơi ẩm trên một đơn vị (m3 ) thiết bị lớn - Dễ điều chỉnh các thông số của động lực sấy - Cơ giới hoá việc bốc dỡ, vận chuyển sản phẩm và đạt điều kiện vệ sinh. Trong các yêu cầu trên, yêu cầu về đạt độ đồng đều là quan trọng hơn cả. Phối liệu chứa vật chất sét và cao lanh nói chung là khó sấy. Nghiên cứu quá trình sấy sản phẩm gốm sứ bằng phương pháp đối lưu với động lực sấy là hổn hợp không khí được gia nhiệt bằng hơi nước quá bão hoà, Salmang đã xây dựng nên biểu đồ như trên hình 20. Để đạt được mục đích sấy nhanh, an toàn, rẻ, mỗi loại sản phẩm với các đặc tính kỹ thuật của phối liệu riêng cần nghiên cứu kỹ để xây dựng cho chúng chế độ sấy tối ưu.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

Hình 19. Biểu đồ nghiên cứu sự tương quan giữa lượng nước thoát ra, độ co, độ xốp và thể tích ban đầu của sản phẩm (phối liệu 75% vật thể rắn, 25% nước) trong quá trình sấy Việc lựa chọn động lực sấy hợp lý sẽ góp phần hạ giá thành. Việc này cần dựa vào tiêu chuẩn về chất lượng của các loại sản phẩm để chọn cho đúng. Sấy sản phẩm gốm xây dựng do đòi hỏi về chất lượng sản phẩm về mặt màu sắc không nghiêm ngặt, cho phép chọn lò sấy tunel, động lực sấy là khói lò hay không khí nóng được gia nhiệt bằng khói lò. Sản phẩm gốm tinh vi như sứ dân dụng (bát, đĩa, ấm chén), sứ vệ sinh, sứ cách điện v.v... đòi hỏi màu sắc trắng, trong, sạch, cần chọn động lực sấy là không khí nóng được

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

gia nhiệt bằng hơi nước quá nhiệt. Sấy các loại sản phẩm này khi chọn thiết bị sấy phải căn cứ vào hình dạng, kích thước và khối lượng từng loại sản phẩm. Gốm tinh vi thiết bị sấy thích hợp là lò sấy xích chuyền, sản phẩm sứ vệ sinh hay sứ điện thích hợp là lò sấy phòng loại hiện đại, sản phẩm tạo hình bằng đổ rót nếu là gốm tinh vi thì thiết bị sấy hợp lý lại là băng sấy hay đĩa quay. Với sứ cách điện cao thế, phương thức sấy nhanh, an toàn, hiện đại nhất là sấy cao tần. Ở đây gradient nhiệt độ và gradient độ ẩm là cùng chiều.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Hình 20. Biểu đồ Salmang

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Nung là khâu quan trọng nhất trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ. Nó ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và giá thành. Khi nung, cụ thể trong vật liệu sẽ xảy ra phản ứng nhiệt độ cao của các cấu tử trong nguyên liệu, quá trình kết khối, quá trình xuất hiện pha lỏng, quá trình hoà tan và tái kết tinh các tinh thể. Tóm lại, nói tổng quát khi nung xảy ra đồng thời các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất, các qúa trình này lại do những biến đổi hoá học và biến đổi pha diễn ra rất phức tạp. Tuy nhiên, điều quan trọng nhất là kết quả của quá trình nung: tạo ra vật liệu mới có vi cấu trúc mới. Cấu trúc xương sản phẩm gốm là một hệ thống nhiều pha phức tạp bao gồm các pha thuỷ tinh, pha tinh thể và pha khí. Tỉ lệ số lượng của các pha này là thành phần pha của xương sản phẩm, nó xác định tính chất vật lý của xương sản phẩm. Vi cấu trúc của vật liệu được định nghĩa như là những đặc điểm vi cấu tạo của vật liệu, thể hiện qua hình dạng và kích thước các hạt, cách phân bố, hướng và sự tiếp xúc giữa các hạt, số lượng và chất lượng pha thuỷ tinh và sự hiện diện của lổ xốp. Chúng ta biết rằng pha rắn tinh thể tồn tại dưới hai dạng: các tinh thể đơn (trong đó các đơn vị cấu trúc như nguyên tử, ion, phân tử được sắp xếp lặp đi lặp lại theo chu kỳ một cách hoàn chỉnh và trong suốt toàn bộ mẫu vât), hay dưới dạng pha rắn đa tinh thể. Pha tinh thể trong cấu trúc vật liệu gốm sứ là một pha rắn đa tinh thể, nó được tạo nên từ tập hợp của rất nhiều các hạt tinh thể, hay được gọi ngắn gọn là hạt. Các hạt này sắp xếp sát cạnh nhau, cách nhau bởi vùng có cấu trúc không trật tự gọi là biên giới hạt như trong hình 21. Trong vật liệu gốm sứ điển hình các hạt có kích thước nằm trong khoảng 1-50 m và chỉ được nhìn thấy dưới kính hiển vi.

6. CHƯƠNG 6: NUNG

IỄ N

Hình 21. Ví dụ cấu trúc của một mẫu vật liệu đa tinh thể (được tạo nên từ rất nhiều hạt phân cách nhau bởi vùng không trật tự gọi là biên giới hạt) Quá trinh nung không những là điều kiện để hình thành nên vật liệu mới, mà ngay trong chính bản thân quá trình cũng chứa đựng nguy cơ: có thể làm cho sản phẩm bị biến dạng hay thậm chí phá hoại sự nguyên vẹn của nó, tức là làm cho sản phẩm có thể bị cong vênh hay thậm chí nứt, vỡ. Điều này đặc biệt dễ xảy ra khi dùng những nguyên liệu đất sét rất nhạy khi nung.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sản phẩm gốm sứ chỉ được nung đến kết khối, quá trình nung là không thuận nghịch và hầu như không đạt được cân bằng pha (không thực hiện đến cùng). 6.1.1. Hiện tượng kết khối và các quá trình xảy ra đồng thời với nó (phản ứng pha rắn, xuất hiện pha lỏng, quá trình hòa tan và tái kết tinh) Kết khối là quá trình giảm bề mặt (bên trong và bên ngoài hay ở chổ tiếp xúc với nhau) của các phần tử vật chất do xuất hiện hay phát triển mối liên kết giữa các hạt, do sự biến mất của lổ xốp trong vật liệu để hình thành một khối thể với thể tích bé nhất. Quá trình giảm bề mặt xảy ra đồng thời với sự xuất hiện hay tăng cường các cầu nối giữa các hạt vật thể dưới tác dụng của áp suất hay nhiệt độ, xem hình 22 minh hoạ quá trình kết khối. Đối với hiện tượng kết khối chỉ có mặt pha rắn có các giả thuyết sau: - Thuyết biến dạng dẻo (Frenkel) - Thuyết ngưng tụ và bốc hơi của Kysunsky - Thuyết khuyếch tán của Kingery Hiện nay thuyết khuyếch tán được nhiều người thừa nhận hơn cả. Chúng ta đi sâu nghiên cứu giả thuyết này. Coi hai hạt vật thể là có dạng tròn, khi nung chúng sẽ có quá trình khuyếch tán vật chất vào nhau như trong hình 23. Tuỳ thuộc vào nhiệt độ mà hiện tượng khuyếch tán xảy ra ở ranh giới bề mặt hay trong thể tích vật thể mà có sự khác nhau về trị số của hệ số khuyếch tán (chủ yếu là sự khuyếch tán của các khuyết tật, còn gọi là vacance). Thực chất của vấn đề là xét mối liên hệ giữa sự thay đổi thể tích hay chiều dài với nhiệt độ và thời gian kết khối. Trường hợp xảy ra khuyếch tán thể tích theo Frenkel mối tương quan giữa chúng có thể biểu diễn bằng phương trình sau

6.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH NUNG

Í-

V 3n 80D 4 / 5 4 / 5  . .t V0 8 a 3 KT

D

1 KTX 4 . 16  3 ta

X- là bán kính tiếp xúc giữa hai hạt Nếu tính với trường hợp co theo chiều dài thì công thức trên được tính như sau:

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Ở đây: V- là sự thay đổi thể tích; V0- thể tích ban đầu; n- số điểm tiếp xúc; - sức căng bề mặt; - khoảng cách giữa các nguyên tử; D- hệ số khuyếch tán; K- hằng số Bolzmann; T- nhiệt độ tuyệt đối (K); a- bán kính lổ xốp; t- thời gian. Trong trường hợp khuyếch tán thể tích trị số D được tính như sau

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

L  20 3 D    L0  2a 3 KT 

2/5

t 2/5

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 22. Quá trình kết khối các hạt tròn Al2O3 khi nung ở nhiệt độ 17501840 C (phóng đại 1500 lần)

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Hình 23. Mô tả quá trình khuyếch tán vật chất khi nung theo Frenkel

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

R-bán kính của hạt; còn r tính bằng x2 r 2R

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Trong quá trình kết khối thể tích của hệ giảm dần các lổ xốp sẽ được lấp đầy và biến thành lổ xốp kín rồi tách ra. Độ xốp còn lại chừng 10% thì quá trình kết khối chậm lại song không dừng hẳn. Nếu độ xốp đạt khoảng 8-10% thì các hạt không bị ngăn cách bởi các bọt khí nữa mà tiếp xúc với nhau bắt đầu quá trình tái kết tinh. Nếu duy trì lâu hay tăng nhiệt độ thì thể tích các hạt có thể đạt và vượt kích thước các hạt vật liệu ban đầu khoảng 2-3 lần. Quá trình tái kết tinh thường tiến hành theo 3 giai đoạn: tạo mầm, các mầm lớn lên thành tinh thể thực sự, các tinh thể trưởng thành. Quá trình này xảy ra song song với quá trình kết khối. Động lực của quá trình tái kết tinh là năng lượng tự do của hệ. Năng lượng của mặt lồi nhỏ hơn mặt lõm, dưới tác dụng của chuyển động nhiệt, các nguyên tử vượt qua ranh giới mạng tinh thể mặt lồi làm cho tinh thể mặt lồi ngày một tăng. Quá trình tái kết tinh sẽ ngừng khi năng lượng tự do triệt tiêu. Quá trình tái kết tinh sẽ tăng mạnh đặc biệt khi có mặt chất khoáng hoá, ngược lại các tạp chất ngăn cản sự lớn lên của tinh thể. Khi hiện tượng tái kết tinh xảy ra rất nhanh các tinh thể lớn có thể xuất hiện ứng suất nội làm giảm cường độ cơ học của mẫu. Nếu có mặt tạp chất (kể cả lổ xốp) thì một mặt cường độ của mẫu giảm, mặt khác quá trình hàn lổ cũng giảm hay ngưng lại. Quá trình xuất hiện pha lỏng tồn tại trong đại bộ phận gốm khi nung. Các yếu tố sau đây của pha lỏng xuất hiện đóng vai trò quan trọng: - Góc thấm ướt của pha lỏng. Tốt nhất nằm trong khoảng 900-00 là có góc thấm ướt tốt, có khả năng xâm nhập vào biên giới giữa các hạt pha rắn. - Lượng pha lỏng hình thành càng nhiều càng tốt (tuy nhiiên không được quá nhiều dễ làm biến dạng sản phẩm), sẽ tạo điều kiện cho quá trình kết khối mãnh liệt hơn. Quá trình xuất hiện pha lỏng thường kèm theo các tác động sau - Phân bố lại các hạt, tạo nên trật tự mới của vật liệu. - Pha mới xuất hiện ở thành lổ xốp có tác dụng hàn các lổ xốp và làm các hạt đa tinh thể lớn lên. Khi kết thúc quá trình kết khối thì pha rắn tái kết tinh, quá trình sít đặc tăng mạnh, lúc này độ nhớt, độ thấm ướt, sức căng bề mặt của pha lỏng và sự phụ thuộc của chúng vào sự biến thiên nhiệt độ, thời gian lưu rất quan trọng trong việc hình thành nên những lổ xốp kín trong vật liệu.

y

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

6.1.2. Các hệ 1, 2, 3 và 4 cấu tử trong công nghiệp gốm sứ (xem giáo trình hoá lý silicat) 6.1.3. Sự biến đổi vật chất của các loại nguyên liệu khi nung (xem chương nguyên liệu) 6.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NUNG VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 6.2.1. Thành phần hoá học Lý thuyết và thực nghiệm đều chỉ ra rằng thành phần hoá học của phối liệu là yếu tố chủ yếu quyết định độ chịu lửa của nó tức là quyết định nhiệt độ và khoảng kết khối. 6.2.2. Kích thước và thành phần cỡ hạt Ảnh hưởng đến quá trình tạo hình và quá trình kết khối.Nói chung kích thước hạt càng bé, phối liệu càng kết khối tốt. Nếu kích thước hạt đạt độ mịn mong muốn có thể hạ thấp nhiệt độ nung cực đại đến khoảng 20-350C. Khi kết khối có mặt pha lỏng kích thước hạt vật liệu ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến độ hoà tan của hạt rắn trong pha lỏng dẫn đến làm thay đổi mạnh các tính chất của pha đó (chẳng hạn như , , ...). Kết quả là làm thay đổi mọi tính chất của sản phẩm. Ví dụ sứ giàu SiO2 chỉ đạt độ bền cơ cao nhất khi các hạt SiO2 đạt độ mịn 5-15 m. 6.2.3. Mật độ của bán thành phẩm Độ sít đặc của các hạt nói riêng và sản phẩm nói chung có ảnh hưởng đến quá trình kết khối. Mật độ càng cao, kết khối càng thuận lợi. Điều này càng có ý nghĩa đáng kể khi nung gốm đặc biệt (từ nguyên liệu ôxit tinh khiết) quá trình kết khối đơn thuần xảy ra ở trạng thái rắn. Ép sản phẩm bán khô với áp lực cao mộc sẽ rất sít đặc. 6.2.4. Nhiệt độ nung cực đại và thời gian lưu Nhiệt độ nung cực đại hợp lý tmax và thời gian lưu là yếu tố rất cơ bản, có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sản phẩm nung và chính lại do thành phần hoá học của phối liệu quyết định. Tuỳ theo thành phần hoá học mà hiện tượng kết khối nói chung hay các phản ứng hoá học giữa các cấu tử nói riêng xảy ra ở trạng thái rắn hay ở giai đoạn đầu là kết khối pha rắn và cuối cùng lại xuất hiện thêm pha lỏng. Trường hợp kết khối có mặt pha lỏng thì lượng pha lỏng xuất hiện và tính chất của nó (ví dụ như , ,  v.v...) quyết định điều kiện nung. Với phối liệu có khoảng kết khối hẹp nên nung ở nhiệt độ nung thực thấp hơn nhiệt độ nung lý thuyết từ 20-300C và kéo dài thời gian lưu ở nhiệt độ đó lâu hơn. Phối liệu có khoảng kết khối rộng cho phép nung ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ lý thuyết 20-300C song rút ngắn thời gian lưu ở nhiệt độ đó một ít vẫn thu được sản phẩm tốt đồng thời giảm được năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm. 6.2.5. Tốc độ nâng và tốc độ giảm nhiệt độ Tốc độ nâng nhiệt độ lúc nung sản phẩm gốm sứ phụ thuộc chủ yếu là quá trình biến đổi các cấu tử trong phối liệu theo nhiệt độ và đặc tính của từng loại sản phẩm (dày, mỏng, to, nhỏ v.v...), tuỳ thành phần khoáng vật của phối liệu mà ứng với các

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

khoảng nhiệt độ nhất định sẽ xảy ra quá trình biến đổi thù hình, hiệu ứng thu, toả nhiệt, phản ứng hoá học, kết khối, xuất hiện pha lỏng v.v... Tóm lại trong quá trình nâng nhiệt chúng ta phải quan tâm đến: - Các nguyên liệu phụ (nhất là các hợp chất thiên nhiên) như đá vôi, đôlômit hay tạp chất có hại khác nhau (Na2SO4, MgSO4 dễ tan...) - Chiều dày thành, hình dáng sản phẩm. - Lưu ý đến các khoảng nhiệt độ có các hiệu ứng đột biến (bao gồm cả biến đổi thù hình, phân huỷ ...) - Cấu tạo và loại lò nung. - Đặc tính của sản phẩm (để chọn nung một lần hay 2 lần, có tráng men hay không, nung trong bao hay nung trần) Tốc độ giảm nhiệt độ không hợp lý lúc làm nguội (trong trường hợp sản phẩm gốm sứ không thuộc loại đơn giản, thành mỏng, khối lượng bé) còn nguy hiểm hơn tốc độ nâng nhiệt độ không hợp lý. Tốc độ làm nguội chẳng những có ảnh hưởng đến việc phát triển các tinh thể pha rắn mà còn liên quan đến sự xuất hiện ứng suất nội trong sản phẩm chứa pha thuỷ tinh. Pha lỏng khi hạ nhiệt độ sẽ chuyển từ trạng thái dẻo nhớt sang dòn kèm theo co thể tích lớn. Nếu co không đều (ngoài nguội nhanh co trước) gây ứng suất làm nứt vỡ sản phẩm nhất là loại lớn, dày và hình dạng phức tạp. Trường hợp pha rắn có mặt các khoáng có đặc tính biến đổi thù hình mãnh liệt sẽ làm thay đổi cấu trúc và thể tích ở giai đoạn chuyển pha lại càng nguy hiểm nếu chế độ làm nguội không hợp lý. Thông thường pha thuỷ tinh trong sản phẩm gốm sứ chuyển từ trạng thái dẻo nhớt sang dòn trong phạm vi 900-8000C, do đó từ nhiệt độ nung cực đại đến khoảng 9500C được phép làm nguội nhanh, sau đó tốc độ làm nguội giảm dần. Loại sản phẩm chứa nhiều SiO2 dạng tự do thì ở 5730C là giai đoạn nguy hiểm. 6.2.6. Môi trường khí Trong quá trình nung sản phẩm gốm sứ, môi trường khí giữ vai trò quan trọng vì nó có thể làm thay đổi thành phần hoá học và kéo theo là làm thay đổi tính chất của sản phẩm. Các loại môi trường: ôxy hoá, khử, trung tính, môi trường chân không hay có các khí bảo vệ khác (với các loại gốm đặc biệt có thể dùng môi trường khí O2, N2 v.v...). Khi nung sứ dân dụng ta cần chú ý các giai đoạn sau đây: 6.2.6.1. Đối với sứ mềm châu Á nung ở nhiệt độ 1280-13000C + 900-10500C: duy trì môi trường ôxy hoá mạnh để tạo thuận lợi cho quá trình phân huỷ các hợp chất CaCO3, MgCO3 hoặc thực hiện phản ứng cháy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong nguyên liệu. + 1050-12500C: môi trường ôxy hoá hay trung tính (thường tráng men đục) vì nếu là môi trường khử (dư CO) sẽ xảy ra phản ứng 2CO CO2 + C

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

và các hạt cacbon sẽ bám lên bề mặt sản phẩm gây nên khuyết tật chấm đen. + 1250-13000C: duy trì môi trường khử (dư CO) để khử màu nâu của Fe3+ sang dạng Fe+2 để sứ trắng hơn. Fe2O3 + CO 2FeO + CO2 FeO tạo nên dễ dàng phản ứng với SiO2 để tạo thành silicat sắt dễ nóng chảy FeO + SiO2 FeO.SiO2 (wustit, t0nc = 11700C) 2FeO + SiO2 2FeO.SiO2 (fayalit, t0nc = 12050C) Nếu như FeO tạo nên chưa kịp phản ứng với SiO2 mà môi trường lại là ôxy hoá (dư O2) thì Fe2+ lai dễ chuyển thành Fe+3: 4FeO + O2 2Fe2O3 Và ngay cả các silicat sắt cũng có thể xảy ra phản ứng Fe2+ chuyển thành Fe+3 trong môi trường ôxy hoá (dư ôxy) 2(2FeO.SiO2) + O2 2Fe2O3 + 2SiO2

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Hàm lượng CO dư trong khói lò ở giai đoạn khử cần từ 2-5%. 6.2.6.2. Đối với sứ mềm châu Âu nung ở nhiệt độ trên 13500C Nung ở môi truờng ôxy hóa. Giới hạn nhiệt độ của môi trường ôxy hoá là 1350 0C. Trên nhiệt độ này sứ phải được nung trong môi trường khử. 6.2.6.3. Đối với sứ cứng châu Âu nung ở nhiệt độ 14500C Trong khoảng nhiệt độ 1000-10500C tuyệt đối phải được nung trong môi trường ôxy hoá để cacbon (bồ hóng) không đọng lại trên xương hay không giữ lại bồ hóng tồn tại trong xương từ những giai đoạn trước. Trong khoảng nhiệt độ 1050-12500C thì nung trong môi trường khử mạnh với hệ số đốt cháy n = 0.7. n = lượng ôxy (không khí) thực tế cần khi đốt cháy / lượng ôxy (không khí) cần trên lý thuyết khi đốt cháy. Trên nhiệt độ 12500C đến nhiệt nung cuối cùng (14500C) thì nung trong môi trường trung tính với hệ số đốt cháy n = 0.95-0.98, như vậy hầu như bằng lượng không khí cần trên lý thuyết khi đốt cháy. 6.2.7. Vai trò và tác dụng của chất khoáng hoá Có vai trò như chất xúc tác, có tác dụng thúc đẩy quá trình kết khối, cải thiện tính chất của sản phẩm nung (tăng độ bền cơ, bền nhiệt, bền điện), cho phép hạ thấp nhiệt độ nung khi chọn đúng chất khoáng hoá với hàm lượng sử dụng tối ưu. Chất khoáng hoá đặc biệt phát huy tác dụng tốt đối với gốm đặc biệt. Tuy nhiên với gốm thông dụng khi hàm lượng các phụ gia  3% mà cải thiện được chất lượng sản phẩm một cách đáng kể thì cũng gọi là chất khoáng hoá.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Khái niệm men phủ: là lớp phủ silicat hay là lớp phủ ôxit dùng để phủ lên bề mặt vật liệu (gốm hay kim loại) giúp nó bền hơn dưới ảnh hưởng của môi trường và nhiệt độ, giúp nâng cao cường độ cơ học và thẩm mỹ, làm cho bề mặt xương gốm bóng láng và không thấm nước. Thường được sử dụng nhất là lớp phủ silicat tráng lên gốm gọi là men gốm, tráng lên kim loại gọi là men phủ kim loại. Ở đây chúng ta chỉ nghiên cứu về men silicat tráng lên sản phẩm gốm sứ (từ nay về sau gọi là men). Một sản phẩm gốm thông thường còn được trang trí, vẽ bằng những chất màu hay men màu khác nhau (nhất là gốm dân dụng, xây dựng va mỹ nghệ). 7.1. MEN SỨ 7.1.1. Định nghĩa Men về bản chất là một lớp thuỷ tinh mỏng (chiều dày 0.1-0.4 mm) phủ lên bề mặt xương gốm sứ. Nhiệt độ chảy của nó được chọn phụ thuộc vào nhiệt độ kết khối của xương gốm sứ, thông thường dao động trong khoảng 900-14000C. Tuy nhiên, so với thuỷ tinh thông thường thì nó cũng có những tính chất khác: nó không đồng nhất, lớp trên khi nung phản ứng với môi trường của lò nung, lớp dưới thì phản ứng với xương, trong lớp men có những chất không tan hay kết tinh. 7.1.2. Phân loại men Men có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. - Theo sản phẩm: men sành, men sứ. - Theo độ láng bề mặt: men láng, men sần. - Theo môi trường nung trong lò: men ôxi hoá hay men khử. - Theo nhiệt độ nung: men dễ chảy (nhiệt độ nung 710-11200C), men chảy trung bình (nhiệt độ nung 1060-12000C), men khó chảy (nhiệt độ nung 1200-12800C) và men rất khó chảy (nhiệt độ nung trên 12800C, thường dùng để tráng lên đồ sứ). - Theo thành phần chất chảy sử dụng: men chì, men alkali, men tràng thạch. Cách phân loại này có liên quan chặt chẽ đến cách phân loại theo nhiệt độ nung. Chẳng hạn men dễ chảy có hai nhóm chính có nhiệt độ chảy khá gần nhau là men chì (nhiệt độ nung 710-11200C) và men alkali (nhiệt độ nung (750-10600C)). Trong men alkali thưòng dùng thêm bor (thường dùng Na2CO3, borax, côlemanit). Men chì và men alkali làm cho bề mặt men láng bóng. Men chảy trung bình thường dùng chất chảy là ôxit chì (dễ chảy) và tràng thạch (khó chảy). Men khó chảy thường dùng tràng thạch và các nguyên liệu khác như đá vôi, ZnO, BaO... Men rất khó chảy được chể tạo từ quắc, tràng thạch và cao lanh. Chất chảy ở đây là tràng thạch. - Theo cách sản xuất men có thể chia ra thành: + Men sống (hay là men nguyên liệu): chuẩn bị bằng cách nghiền chung nguyên liệu, chủ yếu là tràng thạch. Ngoài ra còn các nguyên liệu khác là đá vôi, đôlômit,

7. CHƯƠNG 7: MEN PHỦ VÀ CHẤT MÀU TRANG TRÍ SẢN PHẨM GỐM

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

magnedit, ôxit màu và cao lanh. Men sống thuộc nhóm men có hàm lượng kiềm thấp dùng trang trí lên sản phẩm sứ. + Men frit: các nguyên liệu độc hay là tan trong nước dùng trong men dễ chảy cần thiết phải nấu chảy từ trước thành thuỷ tinh ít tan trong nước (hợp chất của chì, borax, sôđa, pôtat v.v...). Người ta cũng frit hoá những men trong đó cần sự khuyếch tán các chất không hoà tan trong men. Các loại men frit nói chung có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn men sống 60-800C, nhưng lại có nhược điểm là rất dễ lắng, vì vậy thường phải đưa thêm vào men 10-20% caolin, đất sét chưa nung để chống lắng và triệt tiêu kiềm tự do, hay có thể đưa thêm vào một lượng nhỏ keo hữu cơ carboxymethylcelulozy CMC, dextrin v.v.... Các ví dụ về men frit: Men dễ chảy dành cho sành: 1,0 RO 0,1-0,4 Al2O3 1,5 SiO2 0-0,5 B2O3 Trong đó RO có thể là PbO hoặc có thêm các ôxit baz. Nhiệt độ nung men này 90011000C. Men dành cho sứ xốp nằm trong giới hạn sau 1.0 RO 0.0-0,25 Al2O3 0.6-3.0 SiO2 0.1-0.752 B2O3 Nhiệt độ nung men này là 1000-10800C, RO chủ yếu là PbO và có thêm một lượng nhỏ kiềm và vôi. + Men muối: men được tạo thành do bay hơi muối bám lên bề mặt sản phẩm tạo nên lớp men. Men muối thường được dùng trong công nghiệp sành dạng đá để tạo các lọ quý, để trang trí sản phẩm, để tăng độ bền hoá cho dụng cụ bền hoá, bình đựng axit, sứ vệ sinh, ống dẫn... do men muối là loại men bền axit, khó chảy và bền không khí cao. Với sự hiện diện của hơi nước, NaCl phản ứng với SiO2 và ở nhiệt độ trên 11500C tạo nên lớp thuỷ tinh có thành phần như sau: 1.0 NaO 0.5-1.0 Al2O3 2.8-5.5 SiO2. - Tuỳ theo vẻ ngoài của men chúng ta có thể chia ra: men trong, men đục, men màu, men tinh thể, men bóng hay mờ (bán mờ)... + Men trong: là lớp men mỏng, không có bọt khí và các tinh thể không hoà tan hay là các hợp chất kết tinh ra, dể bảo đảm cho độ trong của nó. Đó có thể là men sống hay men frit có chúa 10-20% cao lanh lọc. + Men đục: trong men này có các phần tử làm đục men. Hệ số làm đục tối đa nếu như có sự khuyếch tán các hạt kích thước 2-200 nm. Đó có thể là những tinh thể nhỏ, bọt khí hay các giọt lỏng. Sự làm đục men có thể bằng: Pigment (chất gây màu): những pigment không tan trong men khuyếch tán đều đặn. Đối với men đục màu trắng thì dùng SnO2, CeO2, Sb2O3, ZrO2, ZrSiO4, các fluorid là thích hợp nhất. Thông dụng nhất người ta dùng ZrSiO4 có chỉ số khúc xạ 2.0. ZrSiO4 được đưa vào khi frit hoá và kết tinh lại khi làm lạnh. Phương pháp dùng SnO2 (chỉ số khúc xạ 2.0) có khác, nó được đưa vào khi nghiền men như là những phần tử dị thể có chỉ số khúc xạ cao hơn môi trường (chỉ là 1.5).

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Các tinh thể kết tinh lại: từ trong men kết tinh lại các mầm tinh thể với hệ số khúc xạ cao (chẳng hạn TiO2, ZrSiO4). Việc làm đục này tuỳ thuộc rất lớn vào tốc độ thích hợp cuả việc làm nguội men. Các phần tử tách ra: một chất chảy tách ra dưới dạng các giọt phân tán mà khi làm nguội nó vẫn ở dạng thuỷ tinh (thuỷ tinh bor) hay kết tinh lại (thuỷ tinh phôtpho). Hiệu quả làm đục trong trường hợp này không lớn, bởi vì sự khác nhau của chỉ số khúc xạ của hai pha không lớn. Các bọt khí phân tán: xảy ra ở các men tràng thạch có độ nhớt cao. Các phương pháp làm đục hiệu quả nhất là làm đục bằng pigment hay các mầm tinh thể tách ra. + Men màu: chế tạo bằng cách nhuộm màu men trong. Các phương pháp nhuộm màu như sau: Nhuộm màu ion: chẳng hạn màu xanh dương côban, xanh lá đồng, màu vàng sắt, màu xanh lá hay màu tím của mangan. Pigment (chất gây màu): đưa vào các chất màu không tan (xanh lá crôm, màu nâu sắt) Nhuộm màu keo: bằng sự khuyếch tán các hạt kim loại Cu, Au có kích thước10100 nm tạo nên màu đỏ. + Men tinh thể: chứa các tinh thể với độ lớn đến trên 1mm. Những tinh thể này tạo nên bởi anortit, vôlastônit, forsterit, ôlivin (MgO.FeO.SiO2), fayalit, diopsit (CaO.MgO.SiO2), cordierit, celsian, vilemit (2ZnO.SiO2), mullit, corund, hematit, rutil. + Men mờ: có được nhờ sự phát triển các tinh thể nhỏ trên bề mặt men. Bằng cách nung ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chảy hay tăng cao hàm lượng Al 2O3, CaO, ZnO, MgO, hay TiO2 so với hàm lượng SiO2 có trong men. Các tinh thể anortit, vôlastônit tuỳ theo hàm lượng thích hợp mà có thể phát triển thành các tinh thể lớn hay chỉ làm mờ bề mặt của men. Phụ gia ZnO hay TiO2 cũng làm mờ bề mặt tốt 7.1.3. Các tính chất của men Ở đây chúng ta xét các tính chất của men có vai trò to lớn trong quá trình thành tạo nó như độ nhớt, sức căng bề mặt. Tính chất có vai trò to lớn trong quá trình thành tạo cũng như sử dụng là sự dãn nở nhiệt của men. Các tính chất sau khi men đã hình thành như độ cứng, tính chất điện, độ bền hoá học... 7.1.3.1. Sự thành tạo lớp men. Sự thành tạo lớp trung gian giữa xương và men. Độ nhớt của men Chiều dày lớp men tạo thành phụ thuộc vào độ xốp của xương gốm, đặc biệt khi lổ xốp nhỏ vừa (d = 50-2 nm) và vi xốp (d < 2 nm) ít hơn số lượng lổ xốp lớn (d > 50 nm), phụ thuộc vào thời gian nung men và tính chất của huyền phù, độ dày của lớp men tráng. Khi nung trong men diễn ra các quá trình phân huỷ các chất đầu, chẳng hạn như CaCO3 và các phản ứng khác và chúng nóng chảy.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

MnO + 1/2 O2 Sb203 + O2 11000C

2Fe304 + 1/2 O2

Fe2O3

MnO2 Sb2O5

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

3Fe3O4 6FeO + O2 Tại nhiệt độ tối ưu men có độ nhớt 2.102 - 2.103 Pa.s. Độ nhẵn bề mặt của men phụ thuộc vào độ nhớt đúng của nó khi nung. Nếu độ nhớt thấp men sẽ có nhiều bọt khí (do sự phân hủy, phản ứng của xương và men hay khí của môi trường trong lò bị giữ lại khi men đóng rắn trong quá trình nung) ngoi lên trên lớp bề mặt và bề mặt men cần thời gian để ổn định sau khi khí thoát ra. Khi độ nhớt của men cao và sức căng bề mặt lớn thì khí thoát ra tạo nên trên bề mặt những kênh hình ống hay phễu (tạo khuyết tật lổ chân kim). Khi độ nhớt của men đúng thì thì các bọt khí tập trung nơi biên giới xương-men và không làm ảnh hưởng đến bề mặt men. Các cation kim loại kiềm làm giảm mạnh nhất độ nhớt của men theo chiều sau + Li >Na+>K+. Sự hình thành lớp trung gian: trong thời gian nung thường nảy sinh giữa men và xương một lớp trung gian có độ dày 10-50 m. Lớp trung gian này có thành phần hoá, hàm lượng và thành phần pha tinh thể, pha khí v.v... khác với xương và men. Sự xuất hiện lớp trung gian phụ thuộc vào thành phần hoá, thành phần hạt của xương và men, vào thời gian và nhiệt độ nung, vào độ xốp của xương... Trong các nguyên liệu để hình thành lớp trung gian thì CaO là phụ gia tốt nhất, nó cũng chống nứt men tốt. Do vậy trong hầu hết các loại men đều có CaCO3 đưa vào. Trong quá trình nung CaO trong men tan ra thì trong xương cũng như vậy, kéo theo sự tan của những phần tử khác, qua đó lớp trung gian được hình thành và phát triển từ cả hai phía. Ngoài CaCO3 người ta còn dùng vôlastônit (CaO.SiO2) và đôlômit (có tác dụng kém hai loại kia). Phụ gia CaCO3 cho vào men có tác dụng chống nứt men tốt do: - Tăng hệ số dãn nở cho xương. - Tăng quá trình tạo lớp trung gian. - Cản trở sự trương nở của xương. 7.1.3.2. Sức căng bề mặt (năng lượng bề mặt) Sức căng bề mặt của một pha lỏng tác dụng lên ranh giới của pha lỏng theo chiều hướng thu nhỏ bề mặt của nó. Đối với các silicat nóng chảy nằm trong khoảng 300 dyn/cm2. Sức căng bề mặt của một pha lỏng silicat nóng chảy phụ thuộc vào nhiệt độ nung hay thành phần hoá của nó. Tính sức căng bề mặt theo phương pháp cộng tuỳ theo thành phần hoá của men.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sức căng bề mặt của men tăng theo dãy sau: B2O3, ZnO, CaO, NiO, V2O5, Al2O3, MgO, SnO2, Cr2O3 và giảm theo dãy sau: SrO, BaO, SiO2, TiO2, NaO, PbO, K2O, Li2O. 7.1.3.3. Sự dãn nở nhiệt của men Khi làm lạnh ở nhiệt độ chuyển hoá men có độ nhớt 1013 Pa.s. Ở nhiệt độ phòng men có độ nhớt 1020 Pa.s. Cũng như một lớp thuỷ tinh ở dưới nhiệt độ chuyển hoá men có tính dòn và tính chất quyết định bây giờ, ảnh hưởng đến quan hệ giữa xương và men là hệ số dãn nở nhiệt . Sự khác nhau của  của xương (x) và  của men (m) thể hiện ra khi làm nguội sản phẩm, tức là khi cả xương và men cùng co lại. Nếu x < m men chịu ứng suất kéo. Nếu x > m men chịu ứng suất nén. Men chịu ứng suất nén tốt hơn nên nếu không tạo được xương và men có  bằng nhau thì tốt nhất x > m, tuy nhiên giới hạn cho phép là x - m  0.5.10-6 K-1. Trên hình 24 thể hiện tương quan giữa hệ số dãn nở nhiệt x và m.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Hình 24. So sánh giữa hệ số dãn nở nhiệt của xương và men Men mỏng đi thì giảm được ứng suất giữa xương và men. Nhưng men mỏng quá (< 150 m) thì sẽ bị sần. Như vậy men phải đạt được độ dày ít nhất 150-250 m (0.15-0.25 mm). 7.1.3.4. Độ cứng của men Đây là một thông số quan trọng trong quá trình sử dụng men. - Độ bền chống lại vết xước: dùng cho gốm dân dụng, gạch men, gốm kỹ thuật. Xác định bằng kim cương hay những vật liệu có độ cứng cao xong đối chiếu với mẫu đã xác định trước. Vd: Tấm ốp  3 Mohs, tấm lát  5 Mohs - Độ bền lún: của một mẫu nén bằng kim cương. Cũng xác định cho các loại gốm sứ trên.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- Độ bền chống mài mòn: biểu thị bằng sự hao mòn của vật liệu sau khi mài. Tấm lát đặc biệt cần tính chất này. 7.1.3.5. Tính chất điện của men Khả năng dẫn điện là do ảnh hưởng chính của kiềm. Hàm lượng kiềm càng cao thì khả năng dẫn điện càng lớn, ứng với sự dao động của các ion kiềm trong mạng lưới thuỷ tinh. Vì vậy men cho sứ cách điện không dùng kiềm. 0,8 PbO 0,2 Al2O3 1,7 SiO2 /0,2 ZrO2 0,2 ZnO 0,75 B2O3 0 Men này nung ở 800 C. PbO cao làm giảm sự dao động của các ion kiềm. Điện trở của men tăng theo các ôxit sau: CaO, BaO, B2O3, PbO, Fe2O3, MgO, ZnO, SiO2. 7.1.3.6. Độ bền hoá Men trong quá trình sử dụng phải bền với môi trường, chẳng hạn nước, không khí (CO2), bền trong môi trường axit và kiềm loãng. Ổ đây còn có vấn đề men bền khi gốm được dùng trong thực phẩm. Men sứ trên thực tế không thải ra các chất độc hại. Vấn đề chính là ở chổ men nhẹ lửa, rất không bền với các chất axit từ trong thực phẩm. Men sẽ bền hoá nếu ít kiềm. PbO và B2O3 cùng làm giảm độ bền hoá. Các ôxit nâng cao độ bền hoá: SiO2, Al2O3. Khi Al2O3 tăng thì độ bền hoá tăng nhưng phải < 18% nếu không sẽ làm xấu đi các tính chất của men. 7.1.4. Công thức men Để tính toán thành phần men người ta dùng công thức Seger dưới dạng: (RO + R2O) nR2O3 mRO2 Ở đây (RO + R2O) là các ôxit badơ, tổng của nó được quy về bằng 1 mol. R2O3 là các ôxit trung tính, tính bằng mol RO2 là các ôxit axit, tính bằng mol. Đối với men sứ thì nR2O3/mRO2 thưòng dao động trong khoảng từ 1/9 đến 1/11, nghĩa là lượng mol của ôxit axit gấp 9-11 lần ôxit trung tính. Một yếu tố nữa chúng ta quan tâm là hệ số axit của men. y = RO2 / (R2O + RO + 3R2O3) Như vậy hệ số axit càng lớn thì SiO2 càng nhiều và men có nhiệt độ chảy cao hơn. Công thức Seger cho một cái nhìn tổng quan về các thành phần của men, chúng ta có thể dễ dàng so sánh các loại men với nhau, cũng có thể biết khả năng chảy của nó. Tuy nhiên không được đánh giá nó quá cao, vì nó không xét dến khả năng phản ứng của những nguyên liệu khác nhau đưa vào cùng một ôxit (Na 2O trong tràng thạch, trong cacbônat hay trong sulfat). Nó chỉ là định hướng và không có khả năng xác định toàn diện.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

7.1.5. Một số nguyên liệu chính dùng để sản xuất - PbO: nhiệt độ nóng chảy thấp (8800C). Silicat chì cũng dễ nóng chảy. Men chì có nhiệt độ chảy thấp, chảy tốt và bóng. Men chì thường được dùng dưới dạng frit hoá. Nguyên liệu chính là PbO, minium Pb3O4 hay chì cácbônat 2PbCO3.Pb(OH)2 (còn gọi là chì trắng). Men chì độc nên không dùng trong dụng cụ đựng thức ăn. - K2O và Na2O: men kiềm là men dễ chảy quan trọng thứ hai được dùng sau chì. Tính chất của nó cũng tương tự men kiềm. Trong men kiềm người ta hay dùng thêm B2O3. Được đưa vào dưới dạng tràng thạch hay cacbônat (chảy ở 8520C), borax (chảy ở 7410C). - Li2O: mặc dù có nhiệt độ nóng chảy rất cao (trên 17000C) nhưng Li2O lại là chất giúp chảy mạnh. Thường đưa vào bằng Li2CO3, ít hoà tan trong nước nên có thể dùng trong men sống. Đặc biệt hoạt động ở nhiệt độ cao. Từ men chảy vừa trở đi dùng thay cho chì. - CaO (bền đến 25720C): được dùng nhiều trong sản xuất men. Thường đưa vào dưới dạng CaCO3 tinh khiết, đá vôi, đá phấn, đôlômit, vôlastônit. Từ 10000C trở đi có tác dụng tạo pha lỏng. CaO tăng chiều dày của lớp trung gian chống nứt, bong men. Tuy nhiên CaO lại hay kết tinh trên bề mặt men làm men mờ trên bề mặt hay đục nên không được dùng nhiều quá. Đôlômit cũng có tác dụng làm đục. Nhưng chất làm đục tốt nhất là vôlastônit, thường được dùng để tạo men mờ. - MgO (có nhiệt độ nóng chảy cao): chỉ được dùng với hàm lượng nhỏ để tăng độ bóng của men hay chống nứt men do giảm dược hệ số dãn nở. Thường được dùng để tạo men co trong gốm mỹ nghệ. Đưa vào dưới dạng đôlômit hay các khoáng khác như stêatit 3MgO.4SiO2.H2O, talc (từ 3MgO.4SiO2.H2O đến 4MgO.5SiO2.H2O), chúng cũng là nguồn cung cấp SiO2 cho men. - ZnO (thường gọi là kiềm trắng, có nhiệt độ nóng chảy thấp): chỉ dùng trong men với một lượng nhỏ làm tăng độ chảy láng, nếu dùng nhiều lại gây đục do kết tinh trong quá trình làm nguội. - Al2O3: có tác dụng tăng nhiệt độ chảy của men nhưng lại kéo dài khoảng chảy của men. Tăng độ nhớt, tăng độ bền hoá của men. Tăng độ bền màu dùng trong men (chú ý Al2O3 dễ có ảnh hưởng tới màu cần tạo). Như đã nói ở phần trên, tỉ lệ SiO2/Al2O3 của men nằm trong khoảng 9 - 11, nếu tăng qua nhiều Al2O3 (đến 2 chẳng hạn thì men sẽ đục). Al2O3 được đưa vào trong đất sét, cao lanh và tràng thạch. - SiO2: có vai trò quan trọng nhất để tạo men. Được đưa vào trong đất sét, cao lanh, tràng thạch hay cát quắc. SiO2 là một ôxit tạo thuỷ tinh nhưng khó chảy, có ảnh hưởng quyết định đến độ chảy của men. Đưa vào nhiều quá cũng sẽ gây nên khả năng kết tinh. Tăng độ bền hoá của men. Là thành phần chủ yếu trong các loại frit. - B2O3: là thành phần quan trọng trong men. Có thể thay thế SiO2 trong men, tạo lớp trung gian tốt như CaO. Có tác dụng hạ nhiệt độ nóng chảy của men. Thường dùng chung trong men kiềm và chúng phải được frit. Dùng quá nhiều sẽ tạo màng bor. Thường được dưa vào dưới dạng B2O3 tinh thể hay ngậm nước, borax Na2B2O4.10H2O, côlêmanit 2CaO.3B2O3.5H2O.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

- SnO2: không hoà tan trong men mà phân tán đều làm cho men có màu trắng đục. Sự tạo đục phụ thuộc vào độ mịn của nó. Đây là chất gây đục điển hình, gây đục ngay cả khi có mặt các ôxit gây đục khác như ZrO2, TiO2 ...Thường người ta dùng chất tạo đục là 5% SnO2 + 5% TiO2. SnO2 không độc. - TiO2: là chất tạo đục nhưng hạn chế vì khả năng tan rất lớn và phụ thuộc vào tốc độ làm nguội. Thường dùng chung với ZnO cho hiệu quả tốt. - ZrO2: là chất gây đục thường dùng thay cho SnO2. Thường được đưa vào frit. Thường dùng dưới dạng ZrO2 hay ZrO2.SiO2. Thường người ta frit hoá cùng với các ôxit khác như K2O, Na2O, ZnO, CaO, B2O3, PbO. 7.1.6. Phương pháp sản xuất và tráng men Men được sản xuất theo 2 phương pháp là men sống (men nguyên liệu) hay men frit. Men sống được nghiền ướt đến độ mịn qua hết sàng 10000 lổ/cm2 (0.063 mm). Men nghiền thô hơn sẽ gây hiện tượng nhám trên bề mặt nhất là đối với men đục. Nghiền quá mịn gây cuốn men và bong men. Men quá loãng bề mặt men cũng bị nhám. Men quá dày dễ gây nứt men. Lượng nước khi nghiền cũng còn tuỳ thuộc vào độ hút nước của mộc khi tráng nhưng nói chung để men có độ ẩm 67 % và tỉ trọng 1.85 là hợp lý. Xương khi tráng men cũng có những yêu cầu về độ xốp nhất định. Sành phải có độ hút nước 10-15%, tấm lát tường 6-10%, xương đem tráng men không xốp thì phải cho thêm keo vào men. Men frit thường rất dễ bị lắng. Chống lắng bằng cách thêm vào đất sét hoặc cao lanh với hàm lượng < 20% (hay có thể thay bằng bentônit) và các chất khác như tinh bột dextrin (loại này cho quá nhiều dễ gây cuốn men, để lâu ngày gây thối men), keo glutôin hay các keo khác (CMC) với lượng tối đa 2-3%. Sản xuất frit cho men: Cần chú ý tỉ lệ lượng SiO2 /(R2O + RO) khi frit từ 1 - 3. Tốt nhất là 2.5 nếu không lượng kiềm sẽ tan mạnh vào nước. Có thể đưa thêm một lượng rất nhỏ Al2O3 (hay nguyên liệu chứa Al2O3) rất tốt cho frit. Các phương pháp tráng men như sau: dội men (hay có thể quét men), nhúng men, phun men. 7.1.7. Khuyết tật của men và một số biện pháp khắc phục Các khuyết tật thường xuất hiện là: nứt men, bong men, cuốn men, phồng men, tạo nên các bọt nhỏ như lổ chân kim, trên bề mặt men có hiện tượng màu sắc không đồng nhất hoặc có những màu không mong muốn, men mờ nhám. Đặc biệt đối với hiện tượng lổ chân kim, nguyên nhân là do khí thoát ra trong quá trình men chảy lỏng. Khí hình thành trong xương hay từ trong men (nếu từ trong men thì các bọt khí thường rất nhỏ) và bắt nguồn từ - Không khí còn lại trong phối liệu đúc rót.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

- Trong phối liệu có chứa những thành phần cháy. - Trong phối liệu có chứa những chất tạo khí trong quá trình nung (SiC, C, SO 42-, FeS2).

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

- Bản thân men thoát khí do các ôxit trong men hay chất màu sinh ra. Thường là cobalt, crôm, mangan, zircon... Từ nguyên nhân trên ta có thể đưa ra các biện pháp khắc phục: - Hút chân không phối liệu. - Làm sạch phối liệu hoặc đất sét. - Nung cao lửa lên. - Làm cho men chảy dàn đều tốt hơn (chảy lỏng hơn) - Đối với men zircon cần nghiền mịn hay dùng ZrO2.SiO2. 7.2. TRANG TRÍ SẢN PHẨM GỐM VÀ CHẤT MÀU DÙNG TRONG VIỆC TRANG TRÍ Ta có sơ đồ trang trí sản phẩm sứ như sau:

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Mầu

G N

Men mầu

Engob

dưới men

trên men trong men

H Ư

Luster

TR ẦN

Chất màu

TRANG TRÍ

Bền vừa

Rất bền

Bóng

Mờ

Dạng bột

Ít bền

10 00

Chất màu kim loại

-L

Í-

7.2.1. Bản chất của chất màu gốm

ÁN

Chất màu gốm = (Chất tạo màu + Chất mang màu) + chất tạo thuỷ tinh + chất trợ màu

IỄ N

ÀN

Chúng ta có những định nghĩa sau: - Chất tạo màu: sắc tố (pigment). - Chất mang màu: là bán thành phẩm để sản xuất chất màu. Chúng thường là các hợp chất tạo khoáng có mạng tinh thể nhất định. Nó quyết định là màu đem dùng có bền trong quá trình sản xuất và sử dụng không. - Chất tạo thuỷ tinh: là chất trợ dung thích hợp. Việc lựa chọn nó phụ thuôc vào nhiệt độ nung chất màu. Nó phải xác định sự liên kết chặt chẻ của chất màu gốm và men (phải có hệ số dãn nở nhiệt tương tự như thuỷ tinh) đồng thời không được tác dụng lên chất trợ màu. Thường đó là các frit hay bản thân men đem dùng.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

- Chất trợ màu: có tác dụng làm tăng cường tác dụng của chất màu gốm. Yêu cầu của chất màu gốm là màu phải ổn định trong quá trình sản xuất cũng như trong quá trình sử dụng. Điều này phụ thuộc vào việc sử dụng chất mang màu. Sự ổn định của chất mang màu lại phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của nó. Một số các kiểu mạng lưới tinh thể của chất mang màu được cho trong bảng 25. Kiểu mạng tinh thể Công thức đại diện Spinel loại I. MgO.Al2O3 Spinel loại II. 2ZnO.TiO2 Zircon ZrO2.SiO2 Baddeleyit ZrO2 Corund -Al2O3

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Rutil TiO2 Imenit FeO.TiO2 Perovskit CaO.TiO2 Granat 3CaO.Al2O3.3SiO2 Willemit 2ZnO.SiO2 Titanit CaO.TiO2.SiO2 Mullit 3Al2O3.2SiO2 Bảng 25. Phân loại chất mang màu theo kiểu mạng tinh thể Chất mang màu spinel loại 1: Công thức phân tử X2+Y3+2O4 hay XO.Y2O3 trong đó: X 2+ = Mg2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Fe2+, Mn2+, Ca2+, Cu2+ Y3+ = Al3+, Fe3+, Cr3+, V3+, Mo3+, W3+ Sự thay thế đồng hình giữa các ion X2+ và Y3+ trong cấu trúc spinel tạo nên một loạt các chất mang mầu ổn định mà một số ví dụ được cho trong bảng 26.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

Ơ H

ẠO

Đen

Nâu

U Y

Thành phần hoá CoO.Al2O3 NiO.Al2O3 CuO.Al2O3 FeO.Cr2O3 MgO.Fe2O3 NiO.Fe2O3 ZnO.Fe2O3 MnO.V2O3 FeO.V2O3 MgO.V2O3 ZnO.V2O3 FeO.Al2O3 CdO.Cr2O3 CoO.Cr2O3 MgO.Cr2O3 NiO.Cr2O3 ZnO.Cr2O3 ZnO.Al2O3 MgO.Al2O3

Màu của spinel Xanh dương

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TR ẦN

Trắng

H Ư

Xanh lá

Ghi chú: Spinel có V2O3 được tổng hợp trong môi trường khí trơ

10 00

Bảng 26. Các ví dụ chất mang màu spinel loại I. Chất mang màu spinel loai 2: Công thức phân tử X2+2Y4+O4. Sự thay thế đồng hình giữa các ion X và Y có thể tạo nên các chất mang màu cho trong bảng 27.

Màu spinel

2MnO.SnO2

Nâu

2FeO.TiO2

ÀN

2MnO.TiO2 Xanh lá

2CoO.TiO2 2CoO.SnO2

Bảng 27. Các ví dụ chất mang màu spinel loại II.

IỄ N

2ZnO. TiO2

Da cam

ÁN

-L

Í-

Trắng

Công thức hoá học

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ZrO2.SiO2 ZrO2.SiO2

Xanh lá

ZrO2.SiO2

Vàng

ZrO2.SiO2

Da cam

ZrO2

Hồng

ZrO2

10 00

Hồng cá hồi

ZrO2

Zr-Si-Pr Zr-Si-V

H Ư

Ca, Y, In

ZrO2

Zr-Si-Cr

Tuỳ theo tỷ lệ ZrO2:SiO2

Zircon baddeleyit

Vàng

Zr-Si-V

Zr-Si-Mn

TR ẦN

Xanh lá

P, Mn

Xám

dương-

U Y

Xanh xanh lá

Zr-Si-V

ZrO2.SiO2

dương

ẠO

Xanh sáng

Chất biến Các nguyên tố cơ tính sở

Kiểu

Màu spinel

Chất mang màu trên cơ sở ziếccôn và bayđêlit: Chất tạo màu chính trong nhóm này là vanađi, các ví dụ của chúng được cho trong bảng 28.

Zr-V Zr-V Zr-Cr-Ti Zr-Al-Zn-Fe-Cr

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Bảng 28. Các ví dụ chất mang màu trên cơ sở zircon và baddeleyit Chất mang màu dạng granat: Công thức 3X2+O.Y3+2O3.3Z4+O2 Chất mang mầu các dạng khác: Là các ôxit không màu có cấu trúc tinh thể như côrun. Các ôxit tạo màu hoà tan vào trong nó tạo thành dung dịch rắn. Một ví dụ khác là một loạt các chất mang màu trên cơ sở willemit 2ZnO.SiO2 tạo nên bởi sự thay thế đồng hình Zn2+ bằng các nguyên tố kim loại chuyển tiếp. 7.2.2. Phương pháp sản xuất chất mang màu và màu gốm. 7.2.2.1. Sản xuất chất mang màu - Nghiền trộn và đồng nhất hoá nguyên liệu. - Nung ở nhiệt độ tối ưu để có chất mang màu. - Nghiền cực mịn, thường còn lại 0.02% trên sàn 0.063 mm. 7.2.2.2. Sản xuất chất màu gốm Nghiền chung chất mang màu hay chất tạo màu, chất thuỷ tinh hoá và chất trợ màu. Thường người ta frit hoá chất mang màu hay chất tạo màu cùng với chất tạo thuỷ tinh, sau đó đem frit này nghiền chung với chất trợ màu.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

7.2.3. Các phương pháp dùng chất màu để trang trí sản phẩm gốm 7.2.3.1. Màu trên men Sản xuất bằng cách kết tủa các hợp chất hoà tan vào nước hoặc dung môi. Chất trợ dung rất quan trọng làm cho màu bóng và liên kết chặt chẽ với men. Chứa rất ít Al2O3 và SiO2, chủ yếu là chất dễ chảy (PbO, các ôxit kim loại kiềm, B2O3) Nhiệt độ nung 600-8000C sau khi vẽ màu lên men. Do nung ở nhiệt độ thấp nên màu trên men rất phong phú. Thành phần của một số màu trên men được cho trong bảng 29. Màu trên men còn chia làm 3 loại là: ít bền, bền vừa và rất bền. 7.2.3.2. Màu trong men Về thực chất cũng giống màu dưới men, dùng các chất màu ổn định từ các chất mang màu ổn định, nung ở nhiệt độ 1200-12800C, phần trang trí chìm vào trong men. Chất lượng như màu dưới men nhưng gam màu phong phú hơn.

2 100%

15-30%

Cr2O3 0.5CoO.0.5ZnO.Cr2O3 0.25Fe2O3.ZnO Fe2O3.Cr2O3 Co2O3.Mn2O3.Cr2O3

20 20 15-20 20 22

10 00

Í-

-L

ÁN

TO ÀN Đ IỄ N D

Fe2O3.Al2O3

1 0.25CoO.0.35ZnO. 0.1B2O3.0.4PbO.0.5SiO2 CoO.Al2O3

Fe2O3 Pb2Cr2O3

Chất chảy Ký hiệu chất chảy 3 -

H Ư

Chất màu

chất

TR ẦN

% màu

17-20 22

Màu tạo thành khi nung

4 -

5 Xanh nước biển

85-70

3 4 1 1 5 6 1 5

80 80 85-80 80 43.5 5 83-80 78

Xanh da trời Xanh lục Lam lục Nâu sáng Nâu Đen Đỏ Đỏ

san

hô 18 7 82 Bảng 29. Thành phần của một số màu trên men

Đỏ vàng

7.2.3.3. Màu dưới men Vẽ màu lên xương đã nung hay mộc đã sấy khô - Tráng men - Nung sản phẩm gốm (1250-14300C). Màu bền nhưng gam màu không phong phú.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1360

9 30 1360

56 32 13.6 1410

N U Y

64.6 13.6 21.8 1250

10+5 15% cao 25 lanh Bảng 30. Các ví dụ thành phần màu dưới men cho các sản phẩm sứ

Í-

10 00

12 -

61 -

5 95

H Ư

Cr2O3 SiO2 Xương sứ nung lần 1 Xương sứ đã nung Co3O4 U3 O8 Al(OH)3 MnCO3 AlPO4 Nhiệt độ nung chất mang màu/0C Lượng men thêm vào, %TL

Hồn g

ẠO

Xanh lá

Thành phần, %TL Màu Xanh Nâu dương tối

TR ẦN

Nguyên liệu

Thí dụ một số màu dưới men được cho trong bảng 30 và 31. Để có cái nhìn tổng quan, chúng ta xem bảng tổng kết các loại hình trang trí màu gốm và các số liệu công nghệ cơ bản được cho trong bảng 32.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Màu Xanh dương Xanh dương sứ Vàng titan Đỏ hồng Gạch Nâu đen Xanh crôm Xanh Victoria

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Thành phần chất mang màu CoO.0.33-1.0Al2O3 CoO.Al2O3.SiO2 ZnO.TiO2 (rutil) CaO.0.5SiO2 +2%K2Cr2O7 3.0SnO2 2Fe2O3.0.06Al2O3.0.1ZnO.1.5SiO2 Cr2O3.Fe2O3 Cr2O3 0.25K2O 0.25Al2O3 1.5SiO2 0.25CaO 0.25Cr2O3

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Bảng 31. Ví dụ thành phần mol của một số chất mang màu cơ bản của màu dưới men ở nhiệt độ nung 12500C

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Thành phần Số lượng màu

Dưới men chất mangmàu rất hạn chế

Cách trang trí Trên men Trong men chất mang màu+trợ dung (hay chất màu+trợ dung) thực tế không hạn chế hạn chế (không có màu đỏ thắm) lên men, sau khi đã nung men dầu ether, dầu thông, nhựa thơm

U Y

Thông số

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Nung trang trí nhiệt độ/0C

1200-1280

1) <1250 2) 1250-1430 1-1.5 25-35 ôxy hoá khử lò nhiệt độ cao đốt bằng lò đốt bằng khí khí không dùng lần nung nung lần 3, chi phí cao trang trí (lần 3) hơn trong men dưới men

lần nung

nung lần 3

TR ẦN

4-5 ôxy hoá lò điện để nung trang trí

10 00

thời gian/giờ môi trường loại lò

H Ư

650-850

trên men

chịu đựng tốt

tuỳ theo loại từ 5 đến 1 mgdm-2 Pb từ 3 đến 0.1 mgdm-2 Cd hạn chế

-L Í-

Vị tri của màu trang trí sau khi nung Độ chịu axit và kiềm Độ thôi các chất hại sức khoẻ

lên xương đã nung lần 1 nước, xirô, glucos, keo arập, dextrin, glycerin

ẠO

Cách phủ màu Chất phụ gia

-2

< 0.1 mgdm Pb

IỄ N

ÀN

ÁN

Bền cơ trong quá trình sử không hạn chế dụng Ghi chú: 1) Thêm chất màu và trợ dung vào chất mang màu để tráng lên sành và sành dạng đá, 2) Tráng lên sành dạng đá mềm và sứ cứng Bảng 32. Các loại trang trí màu gốm và số liệu công nghệ cơ bản

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

7.2.4. Chất màu từ kim loại quý Người ta thường trang trí màu của kim loại vàng, đôi khi của platin. 7.2.4.1. Luster Đó là những rezinat kim loại tạo nên những hiệu qủa màu lấp lánh trên đồ gốm do sau khi nung nảy sinh một lớp kim loại hay ôxit kim loại . 7.2.4.2. Email Đó là lớp màu dày có sử dụng chất chảy rất nhớt để có thể tạo được những đường nét sắc sảo. Có thể là trong hay đục. 7.2.4.3. Engob Đó là lớp phủ trên xương gốm, dùng để che phủ xương gốm không có màu thích hợp (chẳng hạn ở sành xốp hay sành dạng đá), để làm mịn bề mặt xương, hay để đạt được hiệu quả trang trí của lớp màu tráng lên. Nó thường được dùng để tạo một lớp trung gian giữa xương gốm và lớp men trong. Trong trường hợp engob dùng để thay men, nó phải được cho thêm chất trợ dung thích hợp (nếu không phải nghiền nó thật mịn) Engob có tính chất như men đất. Trong thành phần của nó người ta dùng đất sét dễ chảy có màu thích hợp cùng với trường thạch, thạch anh, caolin hay chính bản thân men. Engob nếu tráng lên xương đã nung phải có độ co khi sấy nhỏ. Muốn có engob màu thì phải dùng đất sét trắng, các phụ gia và các ôxit gây màu. Ví dụ engob màu xanh dương thêm 1 - 3% Co3O4, xanh lá 1 - 3% CuO, nâu 5 10% MnO2 và màu đỏ nâu 3 - 8% Fe2O3. 7.3. CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN BÀI MEN 7.3.1. Các bảng tra Các bảng tra thường dùng trong tính toán men là: trọng lượng mol của những nguyên liệu cơ bản thường dung trong sản xuất men gốm (bảng 33), trọng lượng nguyên tử và trọng lượng mol các ôxyt thường dùng trong sản xuất men gốm (bảng 34).

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

44(CO2)

CaO.SiO2 CaO.Al2O3.2SiO2 CaCO3.MgCO3

116.16 278.20 184.40

88(CO2)

MgCO3 3MgO.4SiO2.H2O (1/3 của 378) K2CO3 K2O.Al2O3.6SiO2 2KNO3 (K2O.N2O5)

84 126

44(CO2) 6

138 556 202

44(CO2) 108(N2O5)

Na2O.Al2O3.5SiO2 Na2O.Al2O3.6SiO2 2NaNO3 (Na2O.N2O5) Na2CO3 PbO Pb3O4 (1/3 của 684) 2PbCO3.Pb(OH)2 =

464 524.4 170 106 223

108(N2O5) 44(CO2) 6(O) 35

44(CO2)

-L

Í-

100

TR ẦN

H Ư

Cácbônat kali Tràng thạch kali Nitrat kali (sanpetr) Nephelin syênit Albit Nitrat natri Cacbônat natri Litharge Minium Cacbônat chì

206 197

Cacbônat manhê Talc

ÁN

Na2O Na2O Na2O Na2O PbO PbO PbO

N 180(H2O) 36

Vôlastônit Anortit Đôlômit

K2O K2O K2O

ÀN

382 162

CaCO3

10 00

CaO CaO CaO và MgO MgO MgO

Na2O.2B2O3.10H2O CaO.B2O3.2H2O

Cacbônat (Whiterite) Cacbônat canxi (đá vôi, đá phấn)

CaO

IỄ N

MKN 36 54(H2O)

2CaO.3B2O3.5H2O 1 / 2 của 412 bari BaCO3

BaO

TL 258 124

ẠO

B2O3

Công thức phân tử Al2O3.2SiO2.2H2O 2H3BO3 (B2O3.3H2O)

U Y

B2O3 B2O3

Nguyên liệu Caolinit Axit boric (tinh thể) Borax Borat canxi (không dùng cho frit) Côlemanit

Ôxyt Al2O3 B2O3

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

228 258



Bốn loai nguyên liệu này phải quy về 1 mol. Ví dụ: Minium, Pb 3O4 chứa 3 nguyên tử chì, quy về 1 mol, nghìa là 684:3=228 g.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

ẠO

ÔXYT

TR ẦN

Al2O3 B2O3 BaO CO2 CaO CdO

G N

H Ư

TRL NGTỬ 27 11 137.4 12 40 112.4 35.5 59 19 56 56 1 39 6.9 24.3 55 14 23 58.7 16 31 207 121.75 28.3

Nhôm Bor Bari Cacbon Canxi Cadmi Chlor Cobalt Fluor Sắt Sắt Hydro Kali Liti Manhê Mangan Nitơ Natri Nikel Ôxy Phôtpho Chì Antimoan Silic

10 00

TỐ

KÝ HIỆU Al B Ba C Ca Cd Cl Co F Fe Fe H K Li Mg Mn N Na Ni O P Pb Sb Si

NGUYÊN

U Y

1/3 của 773 SiO2 Cát quắc SiO2 60 SnO2 Ôxyt thiếc SnO2 151 ZrO2 Ôxyt zircôn ZrO2 123.2 ZrO2 Silicat zircon ZrO2.SiO2 183.30 ZnO Ôxyt kẽm ZnO 81 Bảng 33. Bảng trọng lượng mol các nguyên liệu cơ bản thường dùng trong sản xuất gốm

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TRL MOL ÔXYT 102 70 153 44 56 128.4

CoO

Fe2O3 FeO H2 O K2 O Li2O MgO MnO NO2 Na2O NiO

160 72 18 94 29.8 40.3 71 46 62 74.7

P2O5 PbO Sb2O3 SiO2

142 223 291.5 60

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Thiếc Sn 118.7 SnO2 150.7 Stronti Sr 87.6 SrO 103.6 Titan Ti 47.9 TiO2 79.9 Vanađi V 51 V2 O5 182 Kẽm Zn 65.4 ZnO 81.4 Zircon Zr 91.2 ZrO2 123.2 Bảng 34. Trọng lượng nguyên tử và trọng lượngmol các ôxyt thường dùng trong men gốm 7.3.2. Tính toán bài men 7.3.2.1. Công thức Seger cho men Ôxyt kiềm Ôxyt trung tính Ôxyt axit 1RO 0.14Al2O3 1.4SiO2 Tổng phần mol các ôxyt R2O, RO bằng 1 Ôxyt trung tính biến thiên trong khoảng 0.1-1.4 mol. Lượng SiO2 thường gấp 10 lần lượng Al2O3 trong men sành xốp, trong men sành dạng đá và men sứ lượng Al2O3 có thể vượt hơn tiêu chuẩn 1/10 SiO2 khoảng 0.05 đến 0.10 M. Đối với các ôxyt axit RO2 và R2O3 thì lượng SiO2 thường dao động trong khoảng 1.5-14 mol. Các tính chất vật lý của men tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng SiO2 . B2O3 trong công thức men được đặt dưới SiO2. 7.3.2.2. Công thức (Seger) chung (hay là công thức giới hạn) của 1 loại men Là công thức Seger cho một loại men trong đó chỉ ra lượng mol tối thiểu và tối đa của từng loại ôxyt trong men ứng với một nhiệt độ nung xác định. Nhiệt độ nung đã cho có thể dao động trong khoảng 20 0C vì sự không chính xác của chất lượng các ôxyt baz. Loại lò nung sử dụng cũng như thời gian lưu cũng ảnh hưởng đến việc nung chín men. 7.3.2.3. Thế nào là tính một bài men Tính một bài men nghĩa là xác định thành phần trọng lượng nguyên liệu cần thiết để sau khi nung chảy thanh men có thành phần ôxyt đúng theo như công thức Seger đã cho. 1)Tính toán công thức Seger của men sứ từ thành phần nguyên liệu của nó Bài men sứ có thành phần phối liệu như sau (% trọng lượng): 65% orthoklaz (K2O.Al2O3.6SiO2, PTL 556) 18% đá phấn (CaCO3, PTL 100) 17% cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O, PTL 258) Thành phần phần mol của các cấu tử trên như sau: Orthoklaz 65:556 = 0.11 Đá phấn 18:100 = 0.18

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

319.6:228.3 20.2:202.0 40.0:100.0 168.0:60.0 103.2:258.0 99.2:124.0 55.6:556.0

= 1.4 PbO = 0.1 K2O = 0.4 CaO = 2.8 SiO2 = 0.4 Al2O3.2SiO2 = 0.8 B2O3 = 0.1 K2O.Al2O3.6SiO2

Chúng ta không quan tâm đến lượng H2O và CO2 bay ra vì không ảnh hưởng đến thành phần cuối cùng của công thức men.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Pb3O4 KNO3 CaCO3 SiO2 Al2O3.2SiO2.2H2O H3BO3 K2O.Al2O3.6SiO2

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Cao lanh 17:258 = 0.06 Thành phần phần mol của các ôxyt: 0.11 K2O 0.18 CaO 0.11(orthoklaz) Al2O3 0.66(orthoklaz) SiO2 0.06(cao lanh) 0.12(cao lanh) Tổng cộng ta có: 0.11 K2O 0.18 CaO 0.17 Al2O3 0.78 SiO2 Tổng RO ở đây là 0.11+0.18 = 0.29. Quy về bằng 1 ta có công thức Seger sau cho bài men trên: 0.37 K2O 0.62 CaO 0.58 Al2O3 2.60 SiO2 2)Tính toán công thức Seger của 1 bài men sành mỹ nghệ từ thành phần nguyên liệu của nó Minium 319.6 PTL Pb3O4 Đá phấn 40 CaCO3 Kali cacbônat 20.2 KNO3 Caolin lọc 103.2 Al2O3.2SiO2.2H2O Cát quắc 168.0 SiO2 Axit boric 99.2 H3BO3 Orthoklaz 55.6 K2O.Al2O3.6SiO2 Ta tính ra lượng phần mol của các ôxyt mà nguyên liệu đưa vào:

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Nguyên liệu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

PbO

CaO

K2 O

Al2O3

SiO2

B2O3

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Minium Đá phấn Kali nitrat Tràng thạch Caolin lọc Cát quắc Axit boric Tổng

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1.4

0.2

0.5

4.2

Ơ H N U Y

0.4

0.6 0.8 2.8

0.8 0.8

1.4

0.1 0.4

0.1 0.1

0.4

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Chúng ta thiết lập công thức phần mol của men: 1.4 PbO 0.4 CaO 0.5 Al2O3 4.20 SiO2 0.2 K2O 0.8 B2O3 Tổng các ôxyt kiềm: 2,0 Chúng ta được công thức Seger: 0.7 PbO 0.2 CaO 0.25 Al2O3 2.10 SiO2 0.1 K2O 0.4 B2O3 3)Tính toán công thức Seger của men từ thành phần hoá của nó Thành phần hoá (% trọng lượng) của men không cho ta một cái nhìn tổng thể về các tính chất của men cho nên chúng ta chuyển nó về công thức Seger. Ví dụ: Chuyển về công thức Seger bài men có thành phần hoá như sau: SiO2 Al2O3 PbO CaO K2 O Na2O B 2 O3 52.50% 11.32% 16.73% 5.60% 2.01% 2.36% 6.65% Các bước chuyển như sau: Tính số lượng mol các ôxyt: 52.50:60 =0.875 mol 11.32:102 =0.111 mol Al2O3 SiO2 16.73:223 =0.075 mol 5.60:56 =0.100 mol CaO PbO 3.01:94 =0.032 mol 2.36:62 =0.038 mol Na2O K2 O 6.65:70 =0.095 mol B2O3 Đưa thành các nhóm ôxyt baz, ôxyt trung tính, ôxyt axit như sau:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

0.075 PbO 0.100 CaO 0.032 K2O 0.111 Al2O3 0.875 SiO2 0.038 Na2O 0.095 B2O3 Tổng các ôxyt baz: 0.245 Quy tổng các ôxyt baz bằng 1 (chia cho 0.245) Công thức Seger như sau: 0.306 PbO 0.408 CaO 3.571 SiO2 0.131 K2O 0.453 Al2O3 0.155 Na2O 0.388 B2O3 4)Tính trọng lượng phân tử men từ công thức Seger Trọng lượng phân tử của men là tổng trọng lượng các phân tử của các ôxyt riêng biệt trong công thức Seger. Ví dụ: Tính trọng lượng phân tử của men có công thức Seger như sau:

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

0.3 CaO 0.25 Al2O3 2.00 SiO2 0.7 PbO 0.40 B2O3 Tính như sau: 0.3 CaO . 56 = 16.8 0.7 PbO . 223 = 156.1 0.25 Al2O3 . 102 = 25.5 2.0 SiO2 . 60 = 120.0 0.4 B2O3 . 70 = 28.0 Tổng 346.4 Vậy trọng lượng phân tử của men là 346.4. 7.3.3. Các bài men cụ thể và phương pháp tính toán 7.3.3.1. Men sống tráng lên sành Công thức chung cho men sành (sống-không frit) nung ở nhiệt độ 900-10600C trên cơ sở ôxyt chì như sau: 0.55-1.00 PbO 0.00-0.20 CaO 0.00-0.20 MgO 0.00-0.18 Al2O3 1.00-1.80 SiO2 0.00-0.25 ZnO 0.00-0.18 K2O (0.00-0.10 BaO nếu có)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Trong công thức này men dễ chảy nhất (nhiệt độ nung 9000C) có thành phần như sau: 1 M PbO và 1 M SiO2 . Tăng lên 0.1 M SiO2 thì nhiệt độ chảy của men sẽ tăng thêm 200C. Ví dụ như men sau đây chảy ở nhiệt độ 10000C: 1.0 PbO 1.5 SiO2 Nói chung từ công thức chung này chúng ta có thể thiết lập nhiều công thức men khác nhau có cùng nhiệt độ chảy. Trong nghiên cứu men, người ta thường khuyên không nên biến đổi thành phần của nhiều ôxyt cùng một lần. Phương pháp này giúp chúng ta hiểu được tác dụng của từng ôxyt một mới được thêm vào và xác định ảnh hưởng của nó lên tính chất cuối cùng của men. Chẳng hạn chúng ta muốn thêm vào 0.5 M ZnO cùng với 0.5 M PbO thì công thức men sẽ được viết như sau: 0.5 PbO 1 SiO2 0.5 ZnO Để làm quen dần dần với công thức men và việc tính toán nó chúng ta sẽ xét 4 ví dụ men sống đơn giản sau đây, nhiệt độ nung từ 980-10000C 1)Ví dụ tính men sành chứa PbO và SiO2 1.0 PbO 1.5 SiO2 Để sản xuất men này chúng ta có thể chọn các loại nguyên liệu nêu trong bảng nguyên liệu cho men. Chẳng hạn chọn litharge PbO có khối luợng mol là 223 và SiO2 (cát sạch) có khối lượng mol là 60. Tính toán thành phần thực tế: 1 PbO x 223 = 223 PTL litharge 1.5 SiO2 x 60 = 90 PTL SiO2 (cát sạch) Tổng cộng: 313 PTL 2)Men sành chứa litharge, cao lanh và SiO2 Trong công thức chung chúng ta có thể đưa thêm vào Al2O3. Ôxyt nhôm có thể đưa thêm vào dưới dạng cao lanh lọc sạch hay đất sét chịu lửa có màu trắng sau khi nung và có thành phần biết trước. Ôxyt nhôm rất cần thiết để tạo khả năng bám dính cho men khi tráng. Lượng Al2O3 đưa vào bằng 1/10 lượng SiO2. 1.00 PbO 0.15 Al2O3 1.50 SiO2 Nguyên liệu sử dụng: litharge, cao lanh và cát sạch. Tính bài phối liệu như sau: Nguyên Số mol nguyên liệu PbO Al2O3 SiO2 liệu đưa vào 1.00 0.15 1.50 Litharge. 1.00 x PbO -1.00 Cao lanh 0.15 x -0.15 -0.30 (Al2O3.2SiO2.2H2O) Cát sạch 1.20 x SiO2 -1.20(1.50-0.30)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

SiO2 1.50 . -0.60 -0.10 -0.80

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Như vậy chúng ta dùng: Litharge 1.00 M x 223 = 223 PTL Cao lanh 0.15 M x 258 = 38.7 PTL Cát 1.20 M x 60 = 72.0 PTL Tổng cộng : 333,7 PTL (có thể tính sang %TL) 3)Men chứa PbO, CaO, cao lanh và SiO2 Như trên đã nói, chúng ta có thể dùng CaO để thay cho một phần PbO vào công thức chung của men. Ở đây ta dùng 0.10 M CaO. 0.90 PbO 0.15 Al2O3 1.50 SiO2 0.10 CaO Ta dùng các loại nguyên liệu: litharge, đá phấn, cao lanh, cát theo các tỉ lệ như sau: 200.70 ; 10.00 ; 38.7 ; 72.0 PTL, tổng các PTL là 321.4. 4)Men chứa PbO, CaO, tràng thạch, cao lanh và cát Từ công thức chung ở trên chúng ta còn có thể biến thể ra một công thức khác nữa bằng cách thêm vào 0.10 M K2O (đồng thời giảm 0.10 M PbO) bằng nguyên liệu tràng thạch. 0.8 PbO 0.1 CaO 0.15 Al2O3 1.5 SiO2 0.1 K2O Bảng tính thành phần nguyên liệu sử dụng sẽ như sau: Nguyên liệu Số mol nguyên liệu PbO CaO K2O Al2O3 sử dụng 0.80 0.10 0.10 0.15 Litharge 0.80 PbO -0.80 Đá phấn 0.10 CaCO3 -0.10 Fenspat 0.10x(K2O.Al2O3.6 -0.10 -0.10 SiO2) Cao lanh 0.05x(Al2O3.2SiO2. -0.05 2H2O ) Cát 0.8x(SiO2)

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

0.10 (chính là 2x01.05) M nước trong caolin sẽ bay hơi trong quá trình nung nên không được tính trong bảng này. Thành phần nguyên liệu sử dụng như sau: Litharge: 178.4 PTL Đá phấn:10.0 PTL Tràng thạch: 55.6 PTL Cao lanh: 12.9 PTL Tổng cộng: 304.9 PTL

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Dĩ nhiên thay cho PTL chúng ta có thể sử dụng g, kg hay có thể chuyển sang thành phần %. Cách chuẩn bị một mẫu men mới Lượng men thí nghiệm thường dùng vào khoảng 5-10 g. Liệu được cân cẩn thận, cho lên một tấm thuỷ tinh. Sau đó nghiền mịn cho đến khi sờ không thấy nhám tay. Có thể nghiền trong cối nghiền có cho thêm chút nước. Men sẽ được tráng lên 2 mảnh gốm đất nung, với hai độ dày men tráng khác nhau (để có thể so sánh độ dày nào là tốt nhất cho sản phẩm). Men tráng dày quá, cũng như nghiền không đủ mịn sẽ dễ bị nứt. 7.3.3.2. Men sành frit hoá (trong và đục) Khái niệm frit hoá men Frit hoá men khi trong nguyên liệu sử dụng có các chất hoà tan trong nước, độc, để khuyếch tán các nguyên liệu không tan khi tạo men đục. Frit hoá cũng làm giảm nhiệt độ nung chảy men: Vd: PbO.1SiO2 không frit chảy ở 9000C PbO.2SiO2 frit chảy ở 9000C PbO.2SiO2 không frit chảy ở 11000C Như vậy một frit có thể được coi như một men chảy trước. Khi frit hoá cần phải tính lượng mất đi khi frit. Có thể frit hoá toàn bộ nguyên liệu hay chỉ một phần. Thường sau khi chế tạo frit, người ta chế tạo men bằng cách nghiền frit với cao lanh (<20%), nghiền frit với cao lanh + cát + đá phấn. Người ta có thể lập công thức Seger cho riêng frit hay lập công thức men cùng với lượng các ôxyt thêm vào khi nghiền chung. Chuẩn bị và tráng men frit Lượng cần phải chuẩn bị khoảng 100-200g. Được nấu chảy trong lò trong cốc chịu lửa, sau đó dùng kẹp sắt lấy ra ngoài và đổ vào chậu nước cho vỡ tan ra. Người ta có thể dùng 1 frit + cao lanh (tạo huyền phù) hay 2 frit + cao lanh, cát, đá phấn chẳng hạn. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số bài men frit ở các nhiệt độ nung chảy khác nhau. Trên cơ sở đó có thể biến chế ra các bài men mới. Công thức chung của men trong, frit hoá, nung ở 920-10800C 1.00-0.20 PbO 0.00-0.30 CaO 0.20-0.30 Al2O3 2.00-3.00 SiO2 0.00-0.25 K2O 0.00-0.50 B2O3 0.00-0.25 Na2O (có thể: 0.00-0.10 ZnO; MgO ) Trong men này, nếu lượng PbO nhiều dễ làm men chuyển sang màu vàng. Na2O làm cho men bóng, nhưng dễ nứt so với K2O cùng thành phần. B2O3 làm men bóng và trong, nhưng với hàm lượng lớn men sẽ rất dễ chảy và có màu xanh sữa nhạt. Lượng

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

CaO lớn hơn 0.30 M sẽ làm men bị mờ dần. Nếu không frit hoá, thì ứng với cùng nhiệt độ nung chảy phải tăng thêm 1 M SiO2. 1)Tính bài men sành trong, frit hoá Nhiệt độ chảy 980 0C 0.70 PbO 2.14 SiO2 0.30 CaO 0.27 Al2O3 0.40 B2O3 Lưọng thêm khi nghiền: 0.17 M cao lanh (0.17 Al2O3 + 0.34 SiO2) dưới dạng cao lanh lọc Công thức frit: 0.70 PbO 1.80 SiO2 0.40 B2O3 0.30 CaO 0.10 Al2O3 Thành phần frit: 0.70 x 228 = 159.60 minium 0.30 x 100 = 30.00 đá phấn 0.10 x 258 = 25.80 caolin lọc (đồng thời đưa thêm vào 0.20 M SiO2 ) (1.80-0,20 = 1.60 M SiO2 cần đưa thêm vào) 1.60 x 60 = 96.00 cát 0.40 x 124 = 49.60 axit boric kết tinh Tổng cộng: 361.00 PTL Lượng mất khi frit: 0.70 x 6 = 4.20 0.30 x 44 = 13.20 0.10 x 36 = 3.60 0.40 x 54 = 21.60 Tổng cộng: 42.60 PTL Lượng còn lại sau frit hoá: 361.00 – 42.60 = 318.40 PTL PTL cao lanh thêm vào khi nghiền: 0.17 x 258 = 43.86 PTL Như vậy % cao lanh thêm vào khi nghiền chung frit và men là: 100 x 44 / 318.4 = 13.8 % Nghiền chung trong vòng 7 giờ trong máy nghiền 5 lít. 2)Men thiếc đục frit hoá, nung ở 9800C Để làm đục men sành này, có thể cho vào 0.30-0.40 M SnO2. Lượng SnO2 ít, sẽ không đủ làm đục. Nếu quá nhiều sẽ làm men quá cứng khó chảy khi nung. SnO 2 là chất làm đục rất tốt. Người ta dùng ZrO2.SiO2 và ZrO2 để làm đục men sành và men màu. SnO2 và ZrO2 khó tan trong men, chúng ở dưới dạng các hạt nhỏ khuyếch tán không chảy, sau khi làm nguội làm cho men có màu trắng và đục.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Người ta còn dùng Sb2O3, TiO2 hay dùng ZnO kết hợp với B2O3 (thêm vào trong men với lượng >0.60 M) để làm đục men màu. Công thức chung cho men đục dùng SnO2 như sau: 0.50-0.90 PbO 2.00-3.00 Al2O3 0.10-0.25 K2O 0.00-0.25 Al2O3 0.00-0.40 B2O3 0.00-0.15 Na2O 0.20-0.50 SnO2 0.00-0.30 CaO Chúng ta xét cụ thể một bài men đục frit hoá dùng SnO2 nung ở nhiệt độ 9800C 0.70 PbO 2.00 SiO2 0.40 B2O3 0.10 K2O 0.20 Al2O3 0.20 CaO 0.4 SnO2 Lượng thêm vào khi nghiền: 0.1 M caolinit, tức là 0.10 Al2O3 + 0.20 SiO2 (trừ đi lượng này ta sẽ có công thức của frit) dưới dạng cao lanh lọc. Ta có công thức frit: 0.70 PbO 1.80 SiO2 0.10 K2O 0.10 Al2O3 0.4 B2O3 0.20 CaO 0.40 SnO2 Nguyên liệu để frit: Minium: 0.70 x 228 = 159.60 PTL Fenspat: 0.1 x 556 = 55.60 PTL Đá phấn: 0.2 x 100 = 20.00 PTL Cát quắc: 1.20 x 60 = 72.00 PTL Axit boric (B2O3.3H2O): 0.40 x 124 = 49.60 PTL Ôxyt thiếc: 0.40 x 150.5 = 60.20 PTL Tổng cộng : 417,00 nguyên liệu đi frit Lượng mất khi frit: 0.701 x 6 = 4.20 0.20 x 44 = 8.80 0.40 x 54 = 21.60 Tổng cộng 34.60 PTL mất khi frit Vậy ta có: lượng frit = lượng nguyên liệu ban đầu - lượng mất khi frit. PTL 382.40 = 417 – 34.60 Lượng cao lanh thêm vào khi nghiền chung: 0.1 M caolinit (đưa vào 0.10 M Al2O3)x 258 = 25.8 PTL Vậy lượng cao lanh thêm vào ở công đoạn nghiền cuối cùng là: 25.8 x 100/382.40 = 6.79 % lượng frit. Nghiền chung 6 giờ trong máy nghiền bi.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

3)Các bài frit dùng cho men trong, đục, men sần tráng lên tấm lát ở nhà máy gạch men COSEVCO Lượng cao lanh dùng nghiền chung với frit khoảng < 20%. Các nguyên liệu sử dụng làm frit: tràng thạch, đá vôi, talc, đôlômit, cát quắc, cácbônat manhê (hay manhêzit) và các loại hoá chất đơn ôxyt hay khoáng như cácbônat kali, borax, axit boric, cácbônat bari, SnO2, ZnO, PbO, ZrO2, ZrO2.SiO2 ... Bài men được cho dưới dạng thành phần hoá (% trọng lượng các ôxyt trong men). 7.3.3.3. Men sành dạng đá, bán sứ và sứ Thường có nhiệt độ nung cao. Thành phần men đơn giản (thường cùng loại nguyên liệu như xương) sử dụng nguyên liệu đá khoáng tự nhiên. Kết hợp chặt chẽ với xương sau khi nung. Thường men này có công thức sau: chỉ là pegmatit nghiền, hay là nghiền với tro thực vật. Đôi khi chỉ là 1 loại đất sét dễ chảy để cho một loại men nâu nung ở nhiệt độ 12500C. Men cho sứ cần phải đẹp hơn thì chuẩn bị từ tràng thạch, đá phấn, SiO2, cao lanh, rất phù hợp với công thức của xương. Lượng cao lanh được sử dụng nhiều hơn giúp cho việc trang sứ men được dễ dàng. 1)Men nung ở nhiệt độ 1230-13500C 0.10-0.30 K2O 0.05-0.70 CaO 2.50-7.50 SiO2 0.25-0.00 MgO 0.30-0.80 Al2O3 0.60-0.00 BaO 0.30-0.00 ZnO 2)Men nung ở nhiệt độ 1380-14600C 0.10-0.30 K2O 0.25-0.00 MgO 0.35-0.70 CaO 0.90-1.20 Al2O3 8.50-11.00 SiO2 0.30-0.00 BaO Như đã nói ở trên, lượng Al2O3 có thể vượt hơn tỉ lệ 1/10 so với SiO2 một lượng khoảng 0.05-0.10 M. Nếu phối liệu men quá dẻo, nhiều khi người ta phải nung trước 1 phần cao lanh. 3)Men trong nung ở nhiệt độ 12500C 0.30 K2O 3.50 SiO2 0.70 CaO 0.40 Al2O3 Bài phối liệu như sau: 166.80 PTL tràng thạch 70.00 PTL đá phấn 25.80 PTL cao lanh lọc 90.00 PTL cát quắc Tổng cộng 352.60 PTL

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

4)Men trong nung ở nhiệt độ 12300C, nung nhanh trong vòng 8 giờ 0.30 K2O 0.70 CaO 0.35 Al2O3 2.50 SiO2 5)Bài men sứ có sử dụng talc 0.15 K2O 0.85 MgO 0.25 Al2O3 3.00 SiO2 Bài phối liệu như sau: 39.9% talc (3MgO.4SiO2.H2O) 32.1% orthoklaz (K2O.Al2O3.6SiO2) 9.93% caolin (Al2O3.2SiO2.2H2O) 18.1% cát (SiO2) Tổng cộng 100% 7.4. MỘT SỐ BÀI MEN CHO SÀNH SỨ TRÊN THỰC TẾ SẢN XUẤT NUNG Ở CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU 7.4.1. Ví dụ về men chì và men kiềm Côn Seger 05a-03a (1000-10400C, côn Orton 1915-20140F) 56 Flint 27 Li2CO3 15 Cao lanh 2 Bentônit Côn Seger 04a (10200C, côn Orton 19400F) 41 Côlemanit 34 Tràng thạch kali 14 Cácbônat bari 11 Flint Côn Seger 09a-08a (920-9400C, côn Orton 1693-17510F) 70 PbO 19 Flint 9 Cao lanh 2 BaCO3 Côn Seger 08a-07a (940-9600C, côn Orton 1724-17600F) 80 PbO 19 Flint 134 SnO2 8 Cao lanh Nhiệt độ chảy 9600C (18030F), có thể cho thêm các chất màu để tạo men màu, tráng lên sản phẩm gốm thô

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

57 PbO 25 Flint 12 SnO2 6 Cao lanh 7.4.2. Ví dụ men chảy trung bình Các loại men này chảy ở nhiệt độ giữa các côn Seger 02a-06a (1060-12000C, côn Orton 2048-22320F) dùng tráng lên mộc đã qua nung lần 1 ở nhiệt độ 1160-12000C (2120-21920F). Trong phối liệu của men này có trợ dung dễ chảy (như ôxyt chì), cũng như trợ dung khó chảy (như tràng thạch). Côn Seger 6a (12000C, côn Orton 22320F) 46 Nêphêlin Syênit 64 Orthoklaz 19 Cao lanh 18 Đá phấn 17 Flint 10 Cao lanh 10 Talc 4 Talc 4 Đá phấn 4 Ôxyt kẽm 4 Ôxyt kẽm 7.4.3. Ví dụ men khó chảy Dùng tráng lên phối liệu xương khá sành hoá (lượng pha thuỷ tinh lớn, xương không xốp) nung ở nhiệt độ côn Seger 6a-9 (1200-12800C, côn Orton 2232-23360F). Chất trợ dung chủ yếu trong những men này là tràng thạch, ngoài ra còn dùng thêm các nguyên liệu khác đưa vào CaO, ZnO và BaO. Những men này cứng và bền axit. Côn Seger 8-9 (1250-12800C, côn Orton 2305-23360F) 35 Orthoklaz 45 Orthoklaz 43 Orthoklaz 26 Cao lanh 8 Cao lanh 13 Cao lanh 18 Đá phấn 12 Đá phấn 19 Đá phấn 13 Flint 35 Flint 25 Flint 8 ZnO Nhiệt độ chảy 1250-12800C ( 2305-23360F), có thể thêm các ôxyt màu để tạo men màu, tráng lên sành dạng đá hay phối liệu có samôt 65 Orthoklaz 17 Cao lanh 18 CaCO3 7.4.4. Men rất khó chảy Men này dùng để tráng lên xương sứ, là loại sản phẩm có mức độ thuỷ tinh hoá cao và nhiệt độ nung cao (cao hơn sành dạng đá). Nguyên liệu chính là cao lanh, tràng thạch, thạch anh, tức là những cấu tử tương tự như ở trong xương.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

0.1-1.5

1.5-15

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Nhiệt độ nung men 1250-13000C (2282-23720F), ở sứ cứng nhiệt độ nung men có thể đến 1400-14500C (2552-26420F) Côn Seger 9-10 (1280-1300 0C, côn Orton 2336-2381 0F) 42 Orthoklaz 40 Orthoklaz 23 Cao lanh 21 Cao lanh 17 Đá phấn 21 Đáphấn 10 Flint 15 Flint 4 ZnO 3 TiO2 2 TiO2 2 SnO2 7.5. MỘT SỐ GHI CHÚ CHO PHẦN TRÁNG MEN VÀ TRANG TRÍ SẢN PHẨM 7.5.1. Nhận xét về công thức Seger Nó được chia làm 3 phần: nhóm ôxyt baz (R2O+RO), nhóm ôxyt trung tính (R2O3) và nhóm ôxyt axit (RO2) Ôxit R2O và RO Ôxit R2O3 Ôxit RO2 - Là các ôxyt trợ dung - Tạo tính bền nhiệt cho - Ôxyt tạo thuỷ tinh men - Riêng MgO, BaO - Làm cứng và bền men - Nhđộ nung men cao vì là Ở nhđộ thấp: gây mờ men - Làm nhđộ nung men cao các ôxyt khó chảy Ở nhđộ cao:là chất trợ dung - Lượng nhiều có hại - Riêng B2O3 là ôxyt tạo thuỷ tinh đồng thời cũng là ôxyt trợ dung Tỉ lệ mol giữa chúng được mô tả theo hình sau:

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

7.5.2. Nhận xét về vai trò một số các ôxyt trong men và các nguyên liệu cung cấp chúng SnO2: làm đục 5-7%, làm đục tốt nhất, mờ, trắng TiO2: làm đục, tạo màu trắng ZnO: chất trợ dung mạnh ở nhiệt độ cao, gây kết tinh khi men có ít Al2O3 ZrO2: tạo đục, chất lượng không bằng SnO2

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

PbO: dùng cho men. Không dùng PbCO3.Pb(OH)2, Pb3O4. PbO, Na2CO3: trợ dung dễ chảy CaCO3: trợ dung chảy trung bình Tràng thạch: trợ dung khó chảy. Một số nhận xét khác: - Người ta đưa vào men frit 10-20% [tức khoảng 1/6] lưọng cao lanh để cung cấp ôxyt Al2O3 và chống lắng, gây dính. Để gây dính có thể dùng thêm fixative. - CaCO3 có thể dùng đến 18% [tức khoảng 1/6] (hay có thể thay, thêm một phần bằng talc 4%, ZnO 4%). - SiO2 đưa vào bằng (feldspar 64%=2/3) hay (cát 21% + feldspar 42%, lượng cát chiếm 1 cát 2 feldspar) - Lượng cao lanh càng lớn, SiO2+feldspar càng giảm thì men càng khó chảy nhưng bù lại men sẽ càng cứng. 7.5.3. Chế tạo men - Nghiền bi: 65-85 v/phút. Nghiền đạt yêu cầu 1/2 kg men chỉ trong vòng 15’ 1 kg (1000g) men khô+(400-500 cc nước)[tức 28.5-33.3%]; nghiền xong cho qua sàng - Nghiền tay: men khô+nghiền tay; lấy một ít+màu  nghiền chung khô; cho thêm nước vào  nghiền ướt; nghiền xong cho qua sàng. - Phun men: tốt nhất qua sàng mesh 200 (0.074 mm; 6400 lổ/cm2 là 0.075 mm), mesh 250 (0.061 mm; 10.000 lổ là 0.060 mm), ít nhất phải qua sàng mesh 100 (0.150 mm, 1600 lổ). Men phun phải dùng chất điện giải chống lắng trong bình phun. - Tráng men: Phải có bề mặt sạch và khô. Lấy ra khỏi lò phải phun khí nén cho sạch bề mặt. Trước khi tráng có thể phun, tráng trước một lớp men có nhiều nước để tránh xương hút men quá nhanh  men bám không đều, có thể rửa sơ trước khi tráng men. - Cách tráng men: nhúng, tưới, phết, phun Men tráng dày: nứt; men tráng mỏng: không chảy. Men trong tráng dày 1 mm, men đục tráng 1.2 mm, men tinh thể tráng 2 mm. Men có chổ tráng quá dày: đợi khô, xong dùng ngón tay xoa xoa cho mỏng bớt Trong quá trình tráng phải luôn luôn khuấy men nếu không sẽ lắng. Trước khi cho chổi vào phải khuấy lần nữa. + Nhúng men Trước hết tráng bên trong: đổ 1/2 bình, nghiêng xoay, đổ men thừa ra ngoài (vật phải được nung trước). Tráng bên ngoài: cầm đáy và nhúng vào men vài giây, có thể nâng lên thụt xuống nếu tráng nhiều lớp dày, rút ra và để men khô.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Để khô, tráng phần còn lại bằng cách cầm nhúng ngược lại + Tưới men Để lên chậu bằng hai chiếc đũa, tưới men lên. Tưới hai lớp: chờ lớp một khô, tưới ngay lớp hai nếu để lâu sẽ tạo bọt khí hay nứt. + Phết men: Dùng chổi chữ nhật, rộng 3 cm. Không dùng chổi tròn. Chổi tròn dùng để quét góc. Quét 2-3 lớp. Quét ngay sau khi lớp đầu khô. Một lớp quét ngang, một lớp quét dọc. Quét chậm hơn quét sơn (vì để xương hút men) + Phun men Có thể phun đều hay phun ngắt quãng. Khoảng cách vòi phun đến bán thành phẩm là 30-40 cm. Nếu thấy bề mặt men quá ướt, phải dừng lại đợi khô. Không phun men chì chưa frit hoá. Thường phải phun 6 lớp mới đạt yêu cầu (tuỳ theo mật độ men) Phun tấm phẳng: từ trên xuống dưới, từ trái qua phải. 7.5.4. Chế tạo màu 100 g men khô+900 g nước+bột màu (cobalt 4%, SnO2 tạo đục 5-7%)

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

Sản phẩm gốm sứ có thể chia làm 2 loại: gốm truyền thống (sử dụng đất sét, cao lanh là nguyên liệu chính) và gốm kỹ thuật. Đối với gốm truyền thống, nguyên liệu chính để sản xuất chúng là đất sét và cao lanh, ngoài ra còn cát, tràng thạch, đá vôi, đôlômit... Gốm truyền thống chia làm 2 loại chính là gốm thô và gốm mịn, quá trình sản xuất chúng phụ thuộc vào tất cả các khâu trong quá trình sản xuất như: - Hàm lượng và chất luợng nguyên liệu dẻo đem sử dụng. - Hàm lượng các nguyên liệu gầy khác như tràng thạch, cát... - Quá trình gia công và chuẩn bị phối liệu, công nghệ tạo hình, sấy (gốm càng tinh thì càng phải chuẩn bị kỹ, công nghệ yêu cầu càng cao). - Nhiệt độ nung, thiết bị nung, khống chế quá trình nung phức tạp hay không? Phân biệt chất lượng các loại nguyên liệu dẻo dùng cho sản xuất các loại gốm truyền thống được cho trong bảng 35. Ôxyt Caolinit Cao lanh Đất sét Đất sét Đất sét Đất sét làm sành làm sành làm gạch (lthuyết) lọc chịu lửa dạng đá (thô) SiO2 46.6 44-52 44-56 45-60 45-75 60-80 Al2O3 39.5 34-39 31-38 24-38 15-37 5-20 Fe2O3 0.3-1.0 0.6-3.0 0.5-1.2 0.7-4.5 3-15 TiO2 0.1-1.0 0.2-2 CaO 0.2-1.2 0.1-1.3 0-18 MgO 0.1-0.7 0.1-1.0 0-3 Na2O+K2O 0.1-0.5 0.1-0.5 0.1-2.0 0.1-2.0 3-1 Mất khi 13.9 11-13.5 10-15 3-15 nung Khoáng sét 100 90-99 84-98 62-98 50-97 Tràng 0.5-4 1-4 1-9 1-7 thạch Thạch anh 0.5-6 1-15 1-35 3-47 Bảng 35. Thành phần hoá và thành phần khoáng (ở đây là thành phần khoáng hợp lý được tính ra từ thành phần hoá) của các nguyên liệu sét dùng trong sản xuất gốm sứ (%TL) 8.1. GẠCH NGÓI Đây là loại gốm thô chiếm tỉ trọng lớn nhất trong nghành gốm xây dựng, được dùng làm gạch xây tường, làm ngói lợp. Nói chung loại vật liệu này có độ hút nước cao trên

8. CHƯƠNG 8: CÁC SẢN PHẨM GỐM TRUYỀN THỐNG

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Hạt trên 2mm Hạt đến 2m Hạt trên 2m Độ co khi sấy Độ bền kéo khi uốn [MPa] Sau sấy Sau nung

10% 14-22% 51-67%

Gạch nhiều lổ

Ngói

5% 15-30% 45-65%

Sản phẩm tường mỏng 2% 23-34% 39-59%

4-7%

5-8%

5-8.5%

Gạch lổ 15%

10 00

Sản phẩm

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

12%, cường độ bền nén từ 3 đến 60 MPa, trọng lượng thể tích 800-2000 kg/m3. Chúng được tạo hình bằng phương pháp dẻo với độ ẩm đến 25%, phần lớn được nung ở nhiệt độ 930-10500C. Sản phẩm thân thiện với môi trường, trong quá trình sản xuất có thể tận dụng hàng loạt các chất thải công nghiệp, sau khi sử dụng có thể tái sinh. 8.1.1. Nguyên liệu Trong đất sét làm gạch ngói thành phần khoáng chủ yếu là illit, ngoài ra còn đá vôi và thạch anh. Ôxyt sắt Fe2O3 nhuộm màu xương thành màu đỏ sau khi nung. Tỉ lệ các ôxyt Al2O3/SiO2 dao động trong giới hạn 0.08-0.2 và tổng hàm lượng các ôxyt R2O+RO+Fe2O3 là 0.1-0.4. Sự phân bố thành phần hạt của đất sét sản xuất gạch ngói có ý nghĩa rất quan trọng đối với công nghệ sản xuất như đã nêu trong bảng... và hình ...Trong đất sét làm gạch ngói thì các tạp chất sau đây được coi là có hại: - Đá vôi: làm giảm cường độ sản phẩm và gây ra các khuyết tật bề mặt. Khi hàm lượng đá vôi cao nó nhuộm xương thành màu vàng và làm tiêu tốn nhiều năng lượng hơn trong quá trình nung. - Các hợp chất hoà tan: tạo ra những vết loang lổ trên bề mặt sản phẩm. - Các hạt thô của thạch anh, thạch cao hay pirit. - Fluor (thường chứa đến 0.33% trong đất sét illit ): gây tác hại trong quá trình nung.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ÁN

-L

Í-

3.4-5%

2% 38-53% 19-37%

IỄ N

ÀN

2 3 3 3 3 5 7 7 Độ hút nước >12% >12% >12% Bảng 36. Tính chất và thành phần hạt của các loại nguyên liệu sét để sản xuất các loại sản phẩm khác nhau

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Hình 25. Giản đồ thành phần hạt của các loại đất sét làm gạch A-Các sản phẩm đơn giản cơ bản (ví dụ như gạch đặc), B-Gạch lổ xây tường, gạch kích thước lớn, gạch rỗng, C-Sản phẩm tường mỏng, ngói. Để sản xuất gạch ngói người ta thường cho vào phối liệu các loại phụ gia sau: -Phụ gia hoá dẻo: nâng cao độ dẻo của phối liệu khi tạo hình, thường dùng các chất thải chẳng hạn như tro bay nhà máy nhiệt điện với cỡ hạt đến 50m. -Phụ gia đầy: là loại nguyên liệu gầy, làm giảm độ nhạy và độ co khi sấy, hạn chế sự tạo nên cấu trúc khi tạo hình trên máy đùn ép. Trong quá trình nung nó cũng ảnh hưởng đến quá trình kết khối, làm giảm độ co khi nung. Người ta thường dùng cát, chất thải từ quá trình sản xuất sợi khoáng... -Phụ gia làm nhẹ: mục đích làm giảm khối lượng thể tích của sản phẩm. Người ta dùng các chất có khối lượng riêng thấp (như perlit dãn nở) hay các chất trong quá trình nung sẽ cháy và tạo nên lổ bên trong xương (như bột cưa, bột than, pôlystyren bọt...). Phần lớn người ta tận dụng các chất thải. Một điều kiện cực kỳ quan trọng của quá trình sản xuất là đồng nhất hoá các nguyên liệu và phụ gia. Sau đó là quá trình tạo hình trên máy đùn ép chân không với độ ẩm của phối liệu khoảng 22-25% và áp lực 10 kPa. Trong quá trình tạo hình thì một điều nguy hiểm là tạo nên cấu trúc của vật liệu bên trong bán thành phẩm. Nguyên nhân là do tính chất lưu biến học và tỉ lệ dòng của phối liệu khi đùn ép trong máy. Sản phẩm bị tạo cấu trúc bên trong lòng khi tạo hình, nghĩa là nó không đồng nhất về thành phần và có thể nhìn thấy ở dạng vĩ mô. Sản phẩm sẽ bị kém chất lượng, sẽ không đạt đủ độ bền cơ sau khi nung.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

8.2. VẬT LIỆU NHẸ NHÂN TẠO (KERAMZIT, AGLÔPÔRIT) 8.3. SÀNH (FAIENCE HAY MAJOLICA) 8.4. SÀNH DẠNG ĐÁ 8.5. SỨ VỆ SINH 8.6. SỨ

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

8.6.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hình thành sứ

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Hình 26. Giản đồ pha hệ 2 cấu tử hình thành khoáng mullit

Hình 27. Giản đồ pha hệ 3 cấu tử hình thành sứ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

8.6.2. Cách tính toán bài phối liệu các loại gốm sứ và nhiệt độ nung của chúng

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Hình 28. Giản đồ T-Q-F để tính toán bài phối liệu các loại gốm sứ

Hình 29. Giản đồ Zapp dùng để tính nhiệt độ nung của các bài phối liệu gốm sứ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

IỄ N

Ơ H

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

8.6.3. Các tính chất của sứ 8.6.3.1. Độ trắng 8.6.3.2. Độ trong 8.6.3.3. Độ bền cơ học 8.6.3.4. Độ bền điện 8.6.3.5. Độ bền nhiệt 8.6.3.6. Độ bền hoá 8.6.4. Các loại sứ và phương pháp sản xuất 8.6.4.1. Sứ dân dụng và mỹ nghệ 8.6.4.2. Sứ xương (chứa phôtphat) 8.6.4.3. Sứ frit 8.6.4.4. Sứ làm răng 8.6.4.5. Sứ mềm nung ở nhiệt độ thấp với hổn hợp chất trợ dung dễ chảy 8.6.4.6. Sứ cách điện cao thế Phân loại - Sứ đường dây cao thế - Sứ dùng trong nhà và ngoài trời Đặc điểm kỹ thuật sản xuất - Xu hướng phát triển - Tạo hình + Tạo hình dẻo

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 30. Máy đùn ép chân không để tạo hình dẻo sứ điện + Tiện bán khô + Ép bán khô các loại sản phẩm hình dạng đơn giản - Sấy sứ điện - Nung sứ điện

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

9. CHƯƠNG 9: GỐM KỸ THUẬT

Ơ H N

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

9.1.1. Gốm corindon 9.1.2. Gốm zircon ZrO2 9.1.3. Gốm Beri BeO 9.1.4. Gốm manhêdi MgO 9.2. SỨ RADIO 9.2.1. Sứ cao tần với độ thẩm thấu điện môi nhỏ hơn 9 9.2.1.1. Sứ corindon và sứ cao alumin 9.2.1.2. Sứ mullit-corindon 9.2.1.3. Sứ xenzian 9.2.1.4. Sứ stêatit 9.2.1.5. Sứ forstêrit 9.2.1.6. Sứ anortit 9.2.1.7. Sứ vôlastônit 9.2.2. Sứ cao tần với độ thẩm thấu điện môi lớn hơn 12 9.2.2.1. Sứ rutin 9.2.2.2. Chất điện môi ổn định nhiệt độ TiO2-MgO, TiO2-ZnO, TiO2-ZrO2 - Sứ titanat manhêdit - Sứ titanat kẽm - Sứ titanat zircôn 9.2.3. Sứ tần số thấp với độ thẩm thấu điện môi tương đối lớn hơn 900 9.2.3.1. Các loại điện môi tactrat - Titanat bari BaTiO3 - Titanat chì 9.3. GỐM BÁN DẪN 9.4. GỐM TỪ TÍNH

9.1. GỐM ĐƠN ÔXIT

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Xuân Yên, Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thu Thuỷ, Kỹ thuật sản xuất gốm sứ, Trường ĐHBK Hà Nội 1995. [2] Đỗ Quang Minh, Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ, Trường ĐHBK TpHCM 2002. [3] W.D. Kingery, Introduction to Ceramics, Paris-London-New York 1960. [4] Fundamentals to Ceramics. [5] Centro Ricerche Ceramiche Siti, Ceramic Technology, volume 1, Tài liệu chuyển giao công nghệ của Hãng SACMI.

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial