Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2: CÁC NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

CHƯƠNG 2: CÁC NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Tải bản đầy đủ - 0trang

xuất sứ vệ sinh nói riêng. Có nhiều cách phân loại nguyên liệu khác nhau như: nguyên

liệu tự nhiên, nguyên liệu kỹ thuật,…phổ biến và hay dùng nhất là phân loại theo tính

chất của ngun liệu trong dây chuyền cơng nghệ: nguyên liệu dẻo, nguyên liệu gầy và

nguyên liệu làm khuôn. Ở đây sẽ đề cập đến một số loại nguyên liệu thường dùng

trong công nghệ sản xuất sứ vệ sinh.

2.1.2.1 Nguyên liệu cho xương

a. Nguyên liệu dẻo.



Là nguyên liệu cơ bản của cơng nghệ silicat. Đóng vai trò là chất tạo dẻo cho

phối liệu cho quá trình tạo hình sản phẩm. Bên cạnh đó, ngun liệu dẻo còn đóng vai

trò liên kết các hạt phối liệu với nhau hay nói cách khác nguyên liệu dẻo là cầu nối

giữa các hạt. Ngun liệu dẻo điển hình trong cơng nghệ gốm sứ là đất sét và cao lanh.

-



• Đất sét:

Là các alumosilicat ngậm nước có cấu trúc lớp, có độ phân tán cao, khi trộn với nước

có tính dẻo, khi nung tạo thành sản phẩm kết khối rắn chắc. Đất sét được tạo thành từ

quá trình thứ sinh đá gốc, quá trình này bao gồm:

• Q trình hóa học: là q trình hòa tan và rửa trơi các acid kiềm và kiềm



thổ trong đá gốc, nước, H2CO3 và các acid hữu cơ.

• Q trình cơ học: là q trình thay đổi khí hậu làm cho đá mẹ bị vỡ ra, bào





-



-



-



mòn.

Ngồi ra còn có sự đóng góp của q trình phong hóa sinh học: trong khi



tìm kiếm các chất dinh dưỡng, rễ cây lan dần trên bề mặt đất làm cho đá bị

biến chất, bùn ra hay bị mòn đi.

Trong đất sét có chứa các khống như: Khống Caolinhit: Al 2O3.2SiO2.2H2O, Khoáng

Halloysit: Al2O3.2SiO2.4H2O, Khoáng Montmorillonit: (Al2O3.2SiO2.H2O + nH2O),

Khoáng Pirophilit: Al2(Si2O5)2(OH)2

Đất sét là nguyên liệu cung cấp đồng thời Al 2O3 và SiO2. Trong đó, đất sét ln có lẫn

cát, đá vơi, tràng thạch và các tạp chất khác. Nhờ đó tính dẻo và độ phân tán cao, đất

sét có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc tạo hình vật liệu silicat.

Vì là sản phẩm của q trình phong hóa thứ sinh nên kích thước hạt đất sét tròn và ít

khuyết tật làm ảnh hưởng đến khả năng hoạt hoá của đất sét.

Đất sét có độ mịn cao nên khơng cần phải nghiền. Khả năng hút ẩm của đất sét cũng

rất lớn do kích thước của hạt rất nhỏ. Đất sét nguyên khai độ ẩm lơn hơn 20%.

Khi đất sét được trộn chung với nước, tùy theo lượng nước sử dụng mà tính chất của

hỗn hợp đất sét – nước khác nhau (ít dẻo, rất dẻo, chảy dẻo và thành dòng liên tục).

Tính dẻo của đất sét:



23



Đất sét có những khống có tính dẻo (halloysit, montmorillonite) kích thước hạt

đất sét rất mịn, độ phân tán cao nên nước có khả năng bao bọc xung quanh hạt đất sét

tạo nên lớp vỏ mỏng khơng bền, hạt đất sét thường tròn, khơng có góc cạnh nên màng

hydrate bị giữ trên bề mặt chủ yếu nhờ lực tĩnh điện. Khi đất sét chịu tác dụng lực thì

các lớp vỏ trượt lên nhau tạo tính dẻo của đất sét.

-



Sự keo tụ của đất sét trong huyền phù đất sét - nước:

Tùy thuộc vào mức độ phân tán của đất sét trong nước, hệ đất sét – nước có thể

ổn định hoặc khơng ổn định. Nếu cỡ hạt từ 0,001 – 0,1 , dung dịch keo ổn định. Nếu

cỡ hạt trong khoảng 0,1 - 10 tạo hệ huyền phù không ổn định, dễ bị kết tụ. Để tạo

huyền phù ổn định, ta có thể dùng hai phương pháp:

• Làm bền tĩnh điện: dùng các muối kim loại kiềm khi hydrate hóa trong





-



mơi trường acid yếu như: Na2O3 (soda), Na2SiO3 (thủy tinh lỏng).

Làm bền bằng các polymer: một số các phân tử khi đưa vào huyền phù đất



sét – nước sẽ ngăn cản không cho các hạt rắn xích lại gần nhau. Các chất

có thể dùng: cao su mủ (latex), CMC (carboxyl methyl cellulose)

Tác dụng của đất sét trong hồ đổ rót:

Tạo ra độ dẻo có thể tạo hình được, mộc có độ bền nhất định, khơng vỡ, nứt

trong quá trình vận chuyển. Tuy nhiên hàm lượng đất sét có trong toa phối liệu phải

thích hợp, khơng được ít hay nhiều quá. Nếu ít đất sét, hồ sẽ kém dẻo, dẫn đến khả

năng tạo hình kém, ngược lại sản phẩm mộc co nhiều.



24



-



Tiêu chuẩn kỹ thuật của đất sét:

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của đất sét

STT



Thơng số kỹ thuật



1



Độ ẩm (%)



≥ 20



2



Sót sàng 45



<4



3



Tỷ trọng



1,65



4



Thơng số lưu biến V (oG)



> 250



5



Thông số lưu biến T1 (oG)



<5



6



Mất khi nung (%)



< 10



7



Cường độ mộc (kg/cm2)



> 60



8



Thủy tinh lỏng (%)



< 0,6



Cao lanh:

Cao lanh là tên chỉ chung nguyên liệu đất có chứa nhóm alumosilicat ngậm nước,

trong đó khống chính là caolinit. Đây là hạt khơng có tính dẻo nhưng trong thực tế

ngun liệu cao lanh vẫn có tính dẻo (tuy rất ít) do cỡ hạt nhỏ từ 5 - 10 và lẫn các loại

khoáng khác.

Cao lanh là sản phẩm phong hóa ngun sinh từ đá gốc, q trình phong hóa tương tự

như đất sét. Khác với đất sét, cao lanh không bị rửa trôi nên hàm lượng tạp chất trong

cao lanh khơng nhiều, hạt cao lanh có từ màu vàng đến trắng ngà, dễ bóp vụn, hút

nước mạnh nên giá thành của cao lanh cao hơn đất sét.

Cao lanh có hàm lượng Al 2O3 cao tạo điều kiện xuất hiện khống mulite trong q

trình nung. Khống mulite giúp sản phẩm có cường độ cao, hút ẩm thấp (do kích thước

hạt nhỏ) nên chất lượng sản phẩm tốt hơn.

Do nguồn gốc đá mẹ, tuổi mỏ và mức độ phong hóa khác nhau, thành phần khống

hóa các lớp cao lanh biến động ngay khi được khai thác ở cùng một mỏ. Vì vậy cao

lanh phải được tuyển lọc trước khi sử dụng. Ngoài ra phải loại bỏ sắt trong cao lanh vì

tạp chất sắt làm xương bị chấm đen.

Do cao lanh bị phong hóa tại chỗ nên hạt cao lanh bị phong hóa tại chỗ thường gồ ghề,

chứa nhiều khuyết tật, nên khả năng hoạt hóa của cao lanh cao.

Cao lanh khi mới nhập kho có chứa ẩm nên màu hơi sẫm, khi làm bay hơi hết lượng

ẩm thì cao lanh trở lại như cũ.

Vai trò của cao lanh:





-



-



-



-



-



25



Cao lanh có vai trò chính là cung cấp SiO2 và Al2O3 để tạo mulite. Cũng là







ngun liệu chính trong cơng nghệ silicat như đất sét nhưng cao lanh

không được dùng một mình do khả năng hút ẩm dễ gây co sau sấy, sau

nung gây nứt vỡ sản phẩm.

• Do đất sét và cao lanh có cấu trúc lớp nên sự co theo các hướng khác nhau

-



thì khác nhau.

Tiêu chuẩn kỹ thuật của cao lanh:

Bảng 2.2: Các thông số kỹ thuật của cao lanh



-



Mục đích sử dụng cao lanh:

Cao lanh được thêm vào phối liệu để thay thế một phần đất sắt nhằm làm tăng tốc

độ bám khn (độ dày) bởi vì nếu phối liệu nhiều đất sét sẽ dẫn đến độ co lớn, nứt và

biến dạng khi nung. Ngoài ra cao lanh còn có khả năng tăng độ trắng của sản phẩm

nhưng đất sét thì khơng.

b. Ngun liệu gầy



Trong phối liệu chỉ gồm có đất sét và cao lanh thì độ co ngót rất lớn, sản phẩm dễ

bị nứt và biến dạng. Do đó cần phải thêm vào lượng nguyên liệu gầy để khắc phục tình

trạng này và để tránh các khuyết tật của mộc xảy ra trong khi sấy. Không những thế,

tùy vào thành phần của nguyên liệu gầy mà nó còn có những tính chất khác. Ngun

liệu gầy cho vào để giảm độ co sấy, tăng độ bền cơ cho sản phẩm và tạo pha thủy tinh

cho các quá trình tiếp theo.

Tràng thạch (Feldspar)

Là hợp chất của các silicat – alumin không chứa nước. Tràng thạch là nguyên liệu

cung cấp đồng thời SiO2, Al2O3 và các oxit Natri, Kali, Canxi đóng vai trò là chất chảy

trong mộc và men (là pha thủy tinh sau khi nung). Do đó nó có vai trò quan trọng





-



26



-



quyết định cơng nghệ (nhiệt độ nung) và ảnh hưởng rất lớn đến tính chất kỹ thuật của

gốm sứ.

Dựa vào thành phần hóa người ta chia tràng thạnh thành ba loại khác nhau:

• Tràng thạch sodium Na2O.Al2O3.6SiO2: là loại chất chảy tốt nhất cho men.

Bắt đầu nóng chảy ở 1190oC và phân hủy thành leucit. Luecit nóng chảy ở

1540oC nên khoảng chảy của tràng thạch rất rộng, độ nhớt thay đổi nhanh

khi nhiệt độ tăng.

• Tràng thạch Potassium K2O.Al2O3.6SiO2: có phạm vi chảy rộng hơn tràng

thạch calcium nhưng nhỏ hơn tràng thạch Sodium. Nó có độ nhớt thay đổi

chậm khi nhiệt độ tăng. Thường được sử dụng cho xương.

• Tràng thạch Calcium CaO.Al 2O3.6SiO2: có phạm vi chảy hẹp nhất nên ít



-



-



-



dùng.

Trong tự nhiên, tràng thạch không nằm ở trạng thái riêng lẻ mà nằm ở dạng hỗn hợp

của ba loại trên nên nhiệt độ chảy dao động trong khoảng 1120 – 1190 oC, tràng thạch

tạo pha thủy tinh hòa tan các thành phần khác của phối liệu, xúc tiến quá trình tạo

thành mullit.

Tràng thạch dùng trong công nghệ gốm sứ phải đảm bảo thành phần hóa cần thiết, tạp

chất sắt nói chung phải nhỏ (Fe2O3 <0.2 – 0.3%). Thực tế khi khơng có điều kiện phân

tích hóa học, ta có thể dùng cách đánh giá sản phẩm như sau: bột tràng thạch được

chọn sơ bộ đem nung ở nhiệt độ 1250 – 1350 oC, trong mơi trường oxy hóa. Quan sát

tràng thạch sau khi nung màu vàng trắng càng tốt, xét về mức lẫn Fe 2O3 ít nhất. Nếu

lẫn nhiều sẽ xuất hiện nhiều đốm vàng.

Tràng thạch chảy càng lấp đầy các khoảng trống thì quá trình kết khối càng tốt.

Tiêu chuẩn kỹ thuật của Feldspar

Bảng 2.3: Các thông số kỹ thuật của Feldspar



27



Silica (cát)

Là sản phẩm của q trình phong hóa từ đá gốc được nước hay gió mang đi, các hạt

mịn được kéo đi xa, hạt khô đọng lại ở chỗ trũng tạo thành các mỏ hay bãi cát lớn.

Một phần cát được dòng nước cuốn đến sơng ra biển sau đó sóng đánh lại vào bờ hình

thành nên các bãi cát ven biển và sông.

Khi sử dụng cát người ta luôn quan tâm đến đặc tính biến đổi thù hình – Quart và –

Quart ở 573oC kèm theo sự gia giảm thể tích rất mạnh dễ gây nứt vỡ xương khi nung.

Còn lại các nhiệt độ khác không cần phải quan tâm nhiều do sự xuất hiện pha lỏng nên

gây nguy hiểm đối với xương.

Dạng khoáng tự nhiên thường là – Quart. Dùng trong công nghệ gốm sứ cần ở dạng

không ổn định (SiO2 >95%). Có thể dùng cát loại ra từ đất sét và cao lanh trong quá

trình lọc rửa tạp chất. Cát được gia công bằng cách sàng rửa, chủ yếu các hạt khô, tạp

chất ở trong cát ở dạng sa khoáng (nhất là các dạng oxit sắt). Trước khi nghiền có thể

nung ở nhiệt độ 900 – 1000oC rồi làm nguội nhanh nhằm mục đích ổn định thành phần

khống và tạo thuận lợi cho q trình nghiền.





-



-



-



28



-



Vai trò của Silica:

• Là nguyên liệu gầy khi thêm vào phối liệu có tác dụng làm cứng sản phẩm

mộc, giảm thời gian sấy, chống co rút. Cát có nhiệt độ nóng chảy cao

khoảng 1710oC. Cát trong mộc khơng chỉ có tác dụng tăng độ bền cơ của

sản phẩm mà còn bổ sung lượng SiO2. Hơn thế nữa cát còn là thành phần

cơ bản để điều chỉnh hệ số giãn nở nhiệt của xương và men.

• Là nguyên liệu gầy giảm độ co sấy, co nung và độ hút nước của mộc. Do



-



cát khi nung sẽ giãn nở do chuyển thù hình vì thế có thể bù trừ độ co sấy,

co nung và dễ dàng khống chế sản phẩm sao cho kích thước chính xác

hơn.

Tiêu chuẩn kỹ thuật của silica:

• Ngoại quan: dạng hạt mịn, hạt màu trắng.

• Độ ẩm <5%.

• Thành phần hóa cơ bản: hàm lượng SiO2

Bảng 2.4: Các thơng số kỹ thuật của silica



Thông số kỹ thuật

Dạng bột mịn, hay phế phẩm bị hư

SiO2

Al2O3

Na2O

K2 O

0.1%

Samot (sản phẩm hỏng)

Là phế phẩm được nghiền lại thêm vào phối liệu có tác dụng làm giảm sự co rút,

đồng thời tận dụng lại một phần phế phẩm nhằm tiết kiệm.

-



Calcium carbonate (CaCO3)

Thường được đưa vào dưới dạng đá vôi, đá phấn, dolomite, wolastonit, anortit.

CaO là chất ổn định men vì nó tăng cường tính ổn định cho silicat kiềm.

Bản thân CaO có nhiệt độ nóng chảy rất cao, đến 2572 oC. Nếu tạo thành hợp chất

silicat thì nhiệt độ nóng chảy chỉ còn hơn 1400oC.

CaO làm tăng chiều dày của lớp trung gian, chống nứt, bong men.

Tuy nhiên, CaO lại có nhược điểm là hay kết tinh trên bề mặt men làm men mờ.

Tiêu chuẩn kỹ thuật:

• Ngoại quan: dạng bột mịn, màu trắng sáng.

• Độ ẩm (W): <0.2%.

• Mất khi nung: 40 - 44%.

29



Thành phần hóa học cơ bản CaO: 52 - 56%.

Talc (hoạt thạch)

Cơng thức cấu tạo: 3MgO.4SiO2.2H2O

Là một loại khống thạch dạng khối, có màu lục nhạt, trắng xám hoặc vàng phớt nâu.

Thành phần hóa chủ yếu là MgO và SiO2. Bột Talc dùng trong men có tác dụng điều

chỉnh hệ số giãn nở nhiệt. Mặt khác, nó cũng góp phần làm giảm nhiệt độ nung của

sản phẩm.

Tiêu chuẩn kỹ thuật của Talc:





-



-



Bảng 2.5: Các thơng số kỹ thuật của Talc



Dạng hạt mịn, màu trắng.

SiO2

MgO

MgSiO3

Fe2O3 + TiO2

Nguyên liệu cho men

Huyền phù men thường chứa các cấu tử giống như xương gốm nhưng mịn hơn và chứa

nhiều thành phần dễ chảy hơn.

Nguyên liệu sản xuất men: đá vôi, tràng thạch, cát, cao lanh, BaCO 3, ZnO, Zircon,

CMC,… và một số chất màu.

Men là yếu tố quyết định tính thẩm mĩ của sản phẩm, là yếu tố quyết định đến tính

cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường, men có một số yêu cầu cơ bản sau: nhiệt độ

chảy của men và mộc phải phù hợp, men sau khi nung phải dàn đều, bóng láng,..

2.1.2.2

-



30



-



Barium carbonate (BaCO3)

Thường đưa vào phối liệu để cung cấp BaO. BaO làm tăng khối lượng riêng và khả

năng khúc xạ nên làm cho men sáng bóng.

BaO với hàm lượng trên 0.3% mol làm cứng men.

Tiêu chuẩn kỹ thuật:

• Ngoại quan: dạng bột mịn, màu trắng sáng.

• Thành phần hóa cơ bản BaO: 52 - 56%.

• Mất khi nung: 40 – 44%.

Wollastonite:

Là chất chảy trong toa men

Bảng 2.6: Các thông số kỹ thuật của Wallastonite



-



-



-



-



Zinc oxide (ZnO: kẽm oxit)

Thường gọi là kiềm trắng, có nhiệt độ nóng chảy thấp, vì vậy thường được dùng như là

chất trợ dung cho các loại men có tính acid và có hàm lượng Al 2O3 cao. ZnO có nhiều

tác dụng phụ thuộc vào hàm lượng sử dụng trong men.

Với lượng nhỏ làm tăng độ chảy láng, độ bóng của men và độ sáng của chất màu

(ngoại trừ màu xanh lá và xanh dương). Nếu hàm lượng CaO thấp và với sự hiện diện

của Al2O3 nó cải thiện độ đục và độ trắng của men.

Nếu dùng nhiều lại gây đục do kết tinh từ pha thủy tinh trong quá trình làm nguội làm

cho bề mặt men bị mờ.

Với hàm lượng rất cao: kết tinh thành những tinh thể silicat kẽm riêng biệt. Men nhiều

kẽm không bền acid.



Zirconium silicate (ZrSiO4)

Là chất gây đục dùng thay cho SnO2, mặc dù hiệu quả không được như SnO2, nhưng

kinh tế hơn và hiện nay được dùng rất phổ biến.

Hàm lượng oxit zirconium cao làm tăng nhiệt độ nung men. Trong quá trình nung, một

phần nhỏ ZrO2.SiO2 tác dụng với các cấu tử khác, phần chủ yếu còn lại vẫn không biến

đổi. Phần tham gia phản ứng nâng cao khả năng chống nứt cho men. ZrO 2.SiO2 còn có

31



-



-



-



-



tác dụng là chất ổn định màu. CaO, BaO, ZnO và Al 2O3 hỗ trợ ZrO2.SiO2 để nâng cao

khả năng gây đục. Zirconium còn có tác dụng làm trắng men.

2.1.2.3

Phụ gia

a. STTP (Sodium tripolyphosphate)

Được thêm vào trực tiếp tại máy nghiền, là chất trợ nghiền.

Khi nguyên liệu được nghiền, trên bề mặt lại xuất hiện liên kết chưa bão hòa do chúng

có khuynh hướng kết dính lại với nhau. Q trình nghiền tiếp tục cho đến khi kích

thước hạt khơng còn nhỏ hơn được nữa, năng lượng cho quá trình nghiền lúc này

chuyển thành năng lượng để phá vỡ những liên kết mới được hình thành giữa các hạt

mịn với nhau. Do đó cần thêm một chất trợ nghiền đóng vai trò như chất phụ gia ly tán

hạt, khống chế sự tiếp xúc của các hạt mịn lại với nhau, giúp rút ngắn thời gian nghiền.

STTP cần hạn chế sử dụng nhiều vì làm cho xương bị xốp, rộp, giảm độ bền cơ. Sử

dụng một lượng nhỏ có tác dụng tăng độ nhớt của men.

b. CMC (Carboxymethyl cellulose).

Dạng bột hoặc dạng hạt mịn màu trắng hoặc ngà.

- Cơng dụng: có tác dụng tăng cường khả năng bám dính của men khi phun

c. Thủy tinh lỏng (NaSiO3)

Là loại chất lỏng, sánh, màu sáng trong.

Cơng dụng: có tác dụng như chất điện giải chống keo tụ cho hồ đổ rót.

Tỷ trọng D g/l.

d. CoCl2.6H2O

Dạng hạt, màu xanh tím.

Sử dụng lượng nhỏ trong men, nếu cho nhiều sẽ làm cho men chuyển sang màu xanh

tím.

Cơng dụng: có tác dụng cải thiện màu trắng của men.



32



2.1.2.4



Khả năng thay thế nguyên liệu



Nguyên liệu là một vấn đề rất quan trọng đối với Công ty sản xuất sứ Bình

Dương nói riêng và ngành hóa silicate nói chung. Nguyên liệu quyết định đến các tính

chất của sản phẩm. Do đó, nếu ta khơng tìm được các ngun liệu thay thế, dự trữ thì

đó sẽ là mối nguy hiểm khá lớn cho công ty. Nguyên liệu của Công ty sứ Bình Dương

chủ yếu từ trong nước cung cấp và nhập từ nước ngồi. Nên cơng ty cũng nghĩ đến

việc thay thế nguyên liệu. nhưng cũng có loại nguyên liệu có thể thay thế được và

cũng có nhứng nguyên liệu mà ta không thể thay thế được.

Bảng 2.7: Khả năng thay thế nguyên liệu

Nguyên liệu



Đang dùng



Thay thế



1. Đất sét



- Việt Nam

- Thái Lan



- Anh

- Việt Nam



2. Cao lanh



- Việt Nam

- Thái Lan



- Đức

- Anh



3. Feldspar



- Feldspar Kali 100%



4. CaCO3



- 100% CaCO3



- Feldspar

K: Na = 50:50

- CaCO3:Wollastonite = 50:50



Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nguyên liệu

- Nguồn cung cấp nguyên liệu, giá thành của nguyên liệu

- Thành phần trong nguyên liệu

- Hàm lượng tạp chất lẫn trong nguyên liệu

- Hàm lượng khoáng trong nguyên liệu

- Điều kiện vận chuyển

2.2 Kiểm tra hồ - mộc – xương

2.1.2.5



33



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2: CÁC NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×