CHUYấN NGNH SILICAT Ngi son: TS Nguyn Vn Dng KHOA HO K THUT TRNG I HC BCH KHOA 2005 ễN TP HO HC SILIC V HO Lí SILICAT S b v hoỏ hc silic Nguyờn t silic, ký hiu hoỏ hc Si, lng nguyờn t 28.09, s th t bng Phõn Hng Tun Hon l 14, thuc Phõn Nhúm Chớnh nhúm Silic chim 27% khl v qu t m chỳng ta cú th nghiờn cu c L nguyờn t ch yu cỏc khoỏng vt v t ỏ (ging nh cacbon thnh phn ca tt c cỏc cht hu c, l nguyờn t quan trng nht ca gii thc vt v ng vt) Trong thiờn nhiờn silic tn ti di dng cỏc hp cht: - SiO2, chng hn nh cỏt, thch anh, iatụmit (l mt dng SiO2 vụ nh hỡnh) - Mui ca axit cú ụxy ca silic (axit silicic) = silicat Ph bin nht thiờn nhiờn l cỏc aluminụsilicat, ngha l silicat m thnh phn ca nú cú nhụm Chng hn nh trng thch, mica, cao lanh Cỏc t ỏ phc ph bin nht nh granit, gnai cu to t cỏc tinh th thch anh, fenspat v mica Cỏc axit silicic v cỏc silicat SiO2 l mt ụxit axit, nú ng vi cỏc axit silicic ớt tan nc, cụng thc chung nSiO2.mH2O Ngi ta ch tỏch c trng thỏi t axit ụctụsilicic v axit mờtasilicic - Axit octụsilicic H4SiO4 Vd silicat t axit ny l khoỏng ụlivin (Mg,Fe)2SiO4 hay 2FeO.SiO2 (ụctụsilicat manhờ v st); - Axit metasilicic H2SiO3 Vd silicat t axit ny l khoỏng vụlastụnit CaSiO3 hay CaO.SiO2 (mờtasilicat canxi) - Axit pụlisilicic: khụng cú bng chng v s tn ti ca chỳng Tuy nhiờn cỏc mui ca chỳng (silicat) rt phong phỳ Vd mui t axit gi s ny: + khoỏng ụctụklaz KAlSi3O8 (hay K2O.Al2O3.6SiO2) (trisilicat aluminụkali) + khoỏng caolinit H4Al2Si2O9 (hay Al2O3.2SiO2.2H2O) + mica trng H4K2Al6Si6O24 (hay K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O) + amian CaMg3Si4O12 (hay CaO.3MgO.4SiO2) Cỏc silicat c bit ph bin thiờn nhiờn Fenspat (trng thch), mica, t sột, amian, hot thch (talc) (3MgO.4SiO2.H2O) v nhiu khoỏng vt khỏc u l cỏc silicat thiờn nhiờn Cụng thc hoỏ hc ca cỏc hp cht silicat Khỏ phc Khụng cú s tn ti ỳng ngha ca cỏc axit silisic tng ng Ngi ta cú th vit khỏc i ụi chỳt theo nguyờn tc mt mui bt k ca axit cha ụxy cú th coi nh hp cht ca ụxit axit vi ụxit baz (hoc ụxit baz mui kộp) Vd: CaCO3 l hp cht ca CaO v CO2, Al2(SO4)3 l hp cht Al2O3 v SO3 v.v Cú th vit cụng thc hoỏ hc silicat = ụxit to thnh silicat theo th t cation t thp n cao, gia chỳng l du chm, v cui cựng l ụxit silic (SiO2) Cỏc ụxyt c vit cựng mt hng Cụng thc hoỏ hc cỏc hp cht silicat dựng biu din thnh phn hoỏ hc nht nh ca cỏc khoỏng cht silicat cú cu trỳc tinh th Ngoc n cong nu cú cụng thc hoỏ hc th hin s thay th ng hỡnh cỏc cation cho Cụng thc Seger õy l mt bin th ca cụng thc hoỏ hc trờn dựng biu din thnh phn hoỏ hc cú thay i ca men gm s cú cu trỳc vụ nh hỡnh (bn cht ca men gm s l thu tinh) Cụng thc Seger c vit theo th t tng nhúm ụxit, mi nhúm cú th cú nhiu hng khỏc nh sau: ụxit baz (ch yu cỏc ụxit ca kim loi kim v kim th) + ụxit trung tớnh + ụxit axit, ú tng cỏc ụxit baz ca kim loi kim v kim th c quy v bng 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 Cu trỳc cỏc hp cht (khoỏng) silicat C s cu trỳc mng li silicat l t din silic-ụxy SiO44-, c gi l n v cu trỳc Trong mi hp cht silicat silic luụn cú s phi trớ l 4, liờn kt Si-O l liờn kt ion-cng hoỏ tr vi 50% l liờn kt ion Cỏc t din ch cú th liờn kt vi theo mt nh chung qua mt ụxy chung Ion Al+3 cú th - thay th phn Si4+ cu silic-ụxy to nờn cu aluminụ-silic-ụxy - hay to nờn nhng cu trỳc riờng nh [AlO6]9- cú s phi trớ l v [AlO5]7- cú s phi trớ Cụng thc cu trỳc Ngi ta chia lm loi, tu theo s trựng hp ca t din [SiO4] hay cu aluminụ-silic-ụxy thnh cỏc nhúm cu trỳc khỏc - Cu trỳc tinh th nhn: silicat cú nhng t din u ng hng Vd: khoỏng ụlivin (Mg,Fe)2[SiO4] - Silicat cú nhúm kớch thc gii hn - Silicat cú nhúm to nờn mng li hỡnh xớch n v xớch kộp (cu trỳc bng di di vụ tn) Vd: volastonit Ca3[Si3O9] cu trỳc xớch n - Silicat cú cu trỳc tm lp: Vd: caolinit Al4[Si4O10](OH)8 - Silicat cú nhúm to nờn cu trỳc khung: Vd: cỏc dng thự hỡnh ca quc, trng thch kali K[AlSi3O8]3 Hỡnh dng liờn hp gia cỏc t din hỡnh thnh mng li cú nhiu loi: n, nhúm cu trỳc gii hn, trựng hp mch thng nh xớch n v xớch kộp, tm lp, khung nh ó núi trờn to nờn s phong phỳ v cu trỳc cho cỏc hp cht silicat Hp cht silicat nhõn to - Thu tinh tan Na2SiO3, K2SiO3 (ngi ta iu ch bng cỏch nu núng chy SiO2 v NaOH hay K2CO3 hay Na2CO3): ging nh thu tinh, nhiờn tan c nc Khi tan nc gi l thu tinh lng - Cỏc vt liu gm s, thu tinh, xi mng, vt liu chu la: l cỏc vt liu silicat nhõn to, c sn xut t cỏc hp cht silicat thiờn nhiờn Nguyờn liu chớnh ca cỏc slict nhõn to núi trn l cỏc silicat thiờn nhiờn, quỏ trỡnh nung, nu ó bin i cỏc hp cht silicat ban u thnh cỏc hp cht silicat mi, cú cu trỳc hon ton mi Trong cỏc hc phn cụng ngh sn xut riờng bit chỳng ta s nghiờn cu quỏ trỡnh trờn xy nhit cao nh th no, s thay i cu trỳc cỏc khoỏng theo nhit , s bin i thự hỡnh, hỡnh thnh cỏc khoỏng mi, s hỡnh thnh pha lng, bin i thnh phn pha, s hỡnh thnh vi cu trỳc mi ca vt liu nh th no Vt liu silicat Dựng núi chung cỏc vt liu vụ c khụng kim loi thu c bng quỏ trỡnh x lý nhit cỏc nguyờn liu thiờn nhiờn hay nhõn to cú cha cỏc hp cht silic (ch yu l cỏc hp cht silic thiờn nhiờn nh iụxit silic SiO2 v cỏc khoỏng silicat) Cỏi tờn silicat cng c chn ch cho mt ngnh sn xut cụng nghip ly nguyờn liu c bn l iụxyt silic v cỏc khoỏng silicat, ú l ngnh cụng nghip silicat Trong cỏc ti liu nc ngoi, t ceramics dựng ch chung cho tt c cỏc sn phm silicat hay c dựng ch riờng cho gm s CHNG 1: M U 1.1 NH NGHA Gm: l vt liu vụ c khụng kim loi, cú cu trỳc a tinh th, ngoi cú th gm c pha thy tinh Nguyờn liu sn xut gm gm mt phn hay tt c l t sột hay cao lanh Phi liu sn xut gm c to hỡnh v thiờu kt nhit cao lm cho vt liu cú c nhng tớnh cht lý húa c trng T gm cũn c dựng ch nhng sn phm lm t vt liu gm S: s l vt liu gm mn khụng thm nc v khớ (< 0,5%) thng cú mu trng S cú bn c hc cao, tớnh n nh nhit v húa hc tt S c dựng sn xut gia dng, m ngh hay xõy dng Nh vy s l mt loi gm c trng m cng bit T gm s õy dựng nhn mnh (ging nh thộp st thộp) gm: Sn phm bng vt liu gm Ceramics: Gm, gm, ngh sn xut gm Pottery: gm, ngh sn xut gm, lũ gm Ceramic : Ceramic tile, ngha l tm p lỏt (cũn dựng t gch) bng gm, dựng phõn bit vi tm p lỏt bng xi mng hay bng granit Thiờu kt: Nung v gi nhit cao vt liu dng bt kt Nung l giai on quan trng nht, di tỏc dng ca nhit vt liu s kt v cú th xy phn ng lm thay i mt phn hay thay i hon ton thnh phn pha to nờn vt liu mi Nh vy õy xy s bin i v cht, t nguyờn liu ban u di nh hng ca nhng phn ng nhit cao ó hỡnh thnh nờn mt vt liu a tinh th cú thnh phn pha (khoỏng) hon ton khỏc vi thnh phn khoỏng ca nguyờn liu ban u Nhng pha tinh th mi hỡnh thnh (chng hn mullit) cú vai trũ quyt nh lm cho sn phm cú cng, bn húa, bn nhit So sỏnh : KIM MC THY HA TH Luyn kim: Quỏ trỡnh iu ch kim loi t qung v quỏ trỡnh ch bin cỏc hp kim Sn xut gm õy c coi nh l luyn th, t l m, la l cha 5850C caolinit mt nc húa hc thnh metacaolinit : 5850C Al2O3.2 SiO2 2H2O Al2O3.2SiO2 + 2H2O Vt liu lỳc ny rt giũn 9000C bt u hỡnh thnh spinen Al2O3.SiO2, vt liu ht dũn Thng gm phi nung qua nhit ny, khong 800 - 9000C 10000C v ln hn: hỡnh thnh mullit, õy l khoỏng chớnh cú nh hng quyt nh hỡnh thnh nờn nhng tớnh cht ca s Cỏc giai on cụng ngh Gia cụng v chun b phi liu th + thy To hỡnh Sy sn phm th - thy Nung th + Ngoi cũn giai on cụng ngh cn thit na ú l men v trang trớ sn phm Trỏng men thng sau sy hay sau nung ln Trong nh ngha gm, cõu "nguyờn liu sn xut gm gm mt phn hay tt c l t sột hay cao lanh" ch ỳng vi gm truyn thng Nhng yờu cu cao v rt khỏc ca cỏc ngnh luyn kim, k thut in, in t cho ngnh gm ó l nguyờn nhõn phỏt trin ca cỏc loi gm k thut m nguyờn liu sn xut khụng thuc silicat chng hn nh cỏc oxit tinh khit, cacbua v cỏc hp cht khỏc Tớnh cht ca mt s gm k thut khỏc hn vi tớnh cht ca cỏc sn phm gm truyn thng ch to t t sột v cao lanh, v vỡ th, nhng im ging gia chỳng l ch cựng c sn xut bng cỏch s dng cỏc cụng ngh ging c bit l quỏ trỡnh thiờu kt nhit cao 1.2 LCH S PHT TRIN Rt khú xỏc nh chớnh xỏc no ngh gm i, ngha l bao gm cỏc quỏ trỡnh to hỡnh, sy v nung, bin nguyờn liu t sột thnh gm Ngi ta cho rng ngh gm bt u ti vựng Trung ụng v Ai Cp khong 4500 - 4000 nm TCN Khong 4000 - 3000 nm TCN ó hỡnh thnh mt s trung tõm gm vựng ny Trong thi gian ny ó phỏt minh bn xoay Mt bc tin ln v phớa trc l vic phỏt minh thy tinh khong 2000 - 1000 nm TCN, to iu kin phỏt minh men gm m ni ting nht l hn hp Ai Cp, ú l hn hp ca t sột, cỏt v tro g lm vai trũ cht tr dung v cỏc oxit ng hay mangan to mu Sau nung nú lm cho b mt gm cú mt lp nhn búng v cú mu Thi Trung C Chõu u ó cú nhng trung tõm rt ln sn xut gm nh Faenza í (t ú dú danh t faience hay cũn gi l snh), hay Mallorca l mt hũn o a Trung Hi (t ú cú tờn mt hng majolica, cng cú ngha l snh Loi snh ny xng cú mu, xp, c men c v trang trớ nhiu mu sc) Vo nhng nm 600 TCN nc Trung Hoa c ó sn xut c s n th k SCN (i ng) ngh s Trung Quc ó rt phỏt trin n th k 16 i nh Thanh thỡ bc vo thi k cc thnh Chõu u mói n nm 1709, mt ngi c l Johann Friedrich Bottger ó sn xut c s ging s Trung Quc Nm 1759 ngi Anh Josial Wedgwood sn xut c snh dng ỏ (mt loi snh cú xng mn, trng, kt tng i tt, cht lng hn hn snh thụng thng cha bng s) Trong 1/4 cui cựng ca th k 18 snh dng ỏ ó y lựi mt hng majolica Trong th k 19 chõu u mt hng ny thay th cho s t tin Ch sau giỏ c hng s r i, vi nhng tớnh cht tuyt vi ca nú mi y lựi c mt hng snh dng ỏ Vit Nam, ụng cha ta ó sn xut c gm t thi thng c, cỏch õy 4500 nm Vo thi u cỏc vua Hựng chỳng ta ó cú gm Phựng Nguyờn, gũ Mun (Vnh Phỳ) nung nhit 800 - 9000C, xng gm bt u c tinh luyn T th k 11 chỳng ta ó sn xut c gm men i Vit ni ting vi cỏc trung tõm H Bc, Thanh Húa, Thng Long, Nng T thi Trn cú gm Thiờn Trng (H Nam Ninh) vi sn phm bỏt a, bỡnh l ph men ngc, men nõu T cui i Trn vo th k 14 bt u hỡnh thnh lng gm Bỏt Trng ni ting n ngy 1.3 PHN LOI GM Theo cu trỳc v tớnh cht sn phm: gm thụ, gm mn, gm c bit Theo mt hng: thc cht l phõn loi theo nguyờn liu ch yu sn xut sn phm ú nh gch ngúi, snh trng thch, snh ỏ vụi, s frit, s corundon Theo lnh vc s dng: theo nhúm sn phm cú c tớnh k thut ging Nú cho ta mt khỏi nim chung v vai trũ ca ngnh k thut gm nn kinh t quc dõn PHN LOI GM THEO LNH VC S DNG Gm dõn dng Gm húa hc Gm lm vt liu mi, ỏ mi Gm lm dao tin gm (Ceramics ) Gm ph kim loi Gm m ngh Gm xõy dng Gm lm rng gi Gm chu la S cỏch in Gm dựng k thut in, vụ tuyn Gm t tớnh S t in S ỏp in Gm bỏn dn Lớp phủ nano Mu trờn men Mu men Mu men Men (chảy từ lớp men bột) Màu d-ới men Engobe (men lót) X-ơng (mộc kết khối) Engobe d-ới (chống dính) Hình Cấu trúc cắt ngang sản phẩm gốm tiêu biểu CHNG 2: NGUYấN LIU Theo truyn thng ngi ta chia nguyờn liu sn xut gm s lm loi chớnh : Nguyờn liu do: cỏc loi cao lanh v t sột, chỳng to iu kin to hỡnh phi liu Tớnh õy l cỏc khoỏng sột m Nguyờn liu khụng do, loi c gi l nguyờn liu y: lm gim s co ngút sy v nung, to iu kin chng nt sy v nung, nhng ng thi cng lm gim kh nng to hỡnh So vi nguyờn liu thỡ nguyờn liu y cú cỏc ht thụ hn, ht thng khụng xp, tng i n nh v khụng bin tớnh nung, nung khụng co ngút Nguyờn liu y in hỡnh nh thch anh, corundon, t sột nung (samt) v.v Nguyờn liu khụng do, loi c gi l cht tr dung : theo quan im to hỡnh v sy thỡ loi nguyờn liu ny tng t nh loi 2, nhng chc nng chớnh ca nú l to pha lng nung iu ny s to iu kin v thỳc y nhanh quỏ trỡnh kt in hỡnh cho loi ny l trng thch alkali hay cỏc nguyờn liu cha cỏc oxyt kim th chng hn ng v mt bn cht to thnh vt liu gm thỡ nhúm (nguyờn liu do) l quan trng nht vỡ khoỏng caolinit t sột sau quỏ trỡnh nung hỡnh thnh pha tinh th mullit, l khoỏng úng vai trũ quyt nh hỡnh thnh nờn nhng tớnh cht ca gm nh ngha nguyờn liu do: nguyờn liu trn cựng vi nc to nờn vt th cú th to hỡnh c Tip theo l nhúm 3: chc nng chớnh ca nú l to pha lng nung Sau nung tn ti di dng pha thy tinh Nhúm l nguyờn liu y, nhng thc cng úng mt vai trũ quan trng vic hỡnh thnh nờn nhng tớnh cht ca s Chng hn corundon -Al2O3 lm cho sn phm s cú bn c v bn in cao Nguyờn liu c gia cụng cú c ht thớch hp, sau ú phi theo mt thnh phn nht nh, sau quỏ trỡnh nung nú cng v sớt c li v vt liu cú thnh phn pha nh yờu cu sn phm cú nhng tớnh cht k thut nht nh Ngoi cỏc loi nguyờn liu ó nờu trờn, cụng nghip sn xut gm k thut ngi ta dựng cỏc nguyờn liu tng hp nh cỏc oxit TiO2, Al2O3, ThO2, BeO v cỏc loi nguyờn liu khỏc sn xut khuụn ngi ta dựng thch cao, nha ờpụxy sn xut bao nung v cỏc vt liu chu la h tr nung ngi ta dựng samt, SiC, -Al2O3 sn xut cht mu v men ngi ta dựng cỏc oxit mang mu nh Cr2O3, CoO, CrO2, MnO2, hay cỏc oxit t him v mt s kim loi quý nh Au, Ag, Pt 2.1 NGUYấN LIU DO: CAO LANH V T SẫT 2.1.1 Ngun gc, s thnh to cao lanh v t sột Cao lanh v t sột l sn phm phong hoỏ tn d ca cỏc loi ỏ gc cha trng thch nh pegmatit, granit, gabro, bazan, rhyolit Ngoi nú cũn cú th c hỡnh thnh quỏ trỡnh bin cht trao i cỏc ỏ gc nh qucphophia Cao lanh nguyờn sinh (tc cao lanh thụ) l cao lanh hỡnh thnh ti m ỏ gc Nu sn phm phong hoỏ tn d, nhng b nc, bng h, giú cun i ri lng ng ti cỏc ch trng hỡnh thnh nờn cỏc m cao lanh hay t sột trm tớch - cũn gi l cao lanh th sinh Nh vy s hỡnh thnh cỏc m cao lanh v t sột l chu s tỏc dng tng h ca cỏc quỏ trỡnh hoỏ hc, c hc, sinh vt hc bao gm cỏc hin tng phong hoỏ, trụi v lng ng thi gian di C ch phn ng quỏ trỡnh phong hoỏ xy nh sau, nu chỳng ta coi ỏ gc trc tip phong hoỏ thnh cao lanh l trng thch kali Khi pH ca mụi trng l 3-4 thỡ khoỏng chớnh hỡnh thnh l caolinit Al2(OH)4Si2O5 2KAlSi3O8 + 8H2O 2KOH + 2Al(OH)3 + 2H4Si3O8 Al2(OH)4Si2O5 + K2O + 4SiO2 + 6H2O Khi pH ca mụi trng l 8-9 thỡ khoỏng chớnh hỡnh thnh l mụntmụrilụnit Al1,67Mg0,33[(OH)2/Si4O10]0,33Na0,33(H2O)4 Nh vy l H2CO3 v mt s acid hu c khỏc úng vai trũ rt quan trng quỏ trỡnh phong hoỏ ỏ gc thnh cao lanh Quỏ trỡnh thnh to cao lanh cú th cũn qua cỏc khoỏng trung gian chng hn muscụvit K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O ( mt dng mica ngm nc) ri mi chuyn thnh caolinit Trong nhiu trng hp xy s thay th ng hỡnh ca Fe+3 thay Al+3 thỡ c ch cũn phc hn 2.1.2 Thnh phn hoỏ v khoỏng vt : Cao lanh v t sột xột theo thnh phn hoỏ, thnh phn khoỏng cng nh cu trỳc bao gm 28 loi n khoỏng khỏc nhau, chia thnh cỏc nhúm khoỏng Mi nhúm khoỏng bao gm cỏc n khoỏng cú cu trỳc hoc tớnh cht gn ging Ba nhúm khoỏng quan trng nht i vi ngnh cụng nghip gm s l: 2.1.2.1 Nhúm caolinit c trng ca nhúm caolinit l khoỏng caolinit (tờn khoỏng ny c ly lm tờn cho c nhúm), l khoỏng ch yu cỏc m cao lanh v t sột, cú cụng thc hoỏ hc l Al2O3.2SiO2.2H2O Thnh phn húa ca khoỏng ny l SiO2: 46.54%; Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96% Nu m cao lanh no cha ch yu l khoỏng caolinit thỡ cú cht lng rt cao, cha nhiu ụxyt Al2O3 v cha rt ớt cht gõy mu (hm lng oxit st Fe2O3 < 1%) Ngi ta cũn dựng Sb2O3, TiO2 hay dựng ZnO kt hp vi B2O3 (thờm vo men vi lng >0.60 M) lm c men mu Cụng thc chung cho men c dựng SnO2 nh 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 Chỳng ta xột c th mt bi men c frit hoỏ dựng SnO2 nung nhit 9800C 0.70 PbO 2.00 SiO2 0.10 K2O 0.20 Al2O3 0.40 B2O3 0.20 CaO 0.4 SnO2 Lng thờm vo nghin: 0.1 M caolinit, tc l 0.10 Al2O3 + 0.20 SiO2 (tr i lng ny ta s cú cụng thc ca frit) di dng cao lanh lc Ta cú cụng thc frit: 0.70 PbO 1.80 SiO2 0.10 K2O 0.10 Al2O3 0.4 B2O3 0.20 CaO 0.40 SnO2 Nguyờn liu frit: Minium: 0.70 x 228 = 159.60 PTL Fenspat: 0.1 x 556 = 55.60 PTL ỏ phn: 0.2 x 100 = 20.00 PTL Cỏt quc: 1.20 x 60 = 72.00 PTL Axit boric (B2O3.3H2O): 0.40 x 124 = 49.60 PTL ễxyt thic: 0.40 x 150.5 = 60.20 PTL Tng cng : 417,00 nguyờn liu i frit Lng mt frit: 0.701 x = 4.20 0.20 x 44 = 8.80 0.40 x 54 = 21.60 Tng cng 34.60 PTL mt frit Vy ta cú: lng frit = lng nguyờn liu ban u - lng mt frit 382.40 = 417 34.60 PTL Lng cao lanh thờm vo nghin chung: 0.1 M caolinit (a vo 0.10 M Al2O3)x 258 = 25.8 PTL Vy lng cao lanh thờm vo cụng on nghin cui cựng l: 25.8 x 100/382.40 = 6.79 % lng frit Nghin chung gi mỏy nghin bi 3)Cỏc bi frit dựng cho men trong, c, men sn lờn tm lỏt nh mỏy gch men COSEVCO Lng cao lanh dựng nghin chung vi frit khong < 20% Cỏc nguyờn liu s dng lm frit: trng thch, ỏ vụi, talc, ụlụmit, cỏt quc, cỏcbụnat manhờ (hay manhờzit) v cỏc loi hoỏ cht n ụxyt hay khoỏng nh cỏcbụnat kali, borax, axit boric, cỏcbụnat bari, SnO2, ZnO, PbO, ZrO2, ZrO2.SiO2 Bi men c cho di dng thnh phn hoỏ (% trng lng cỏc ụxyt men) 7.3.3.3 Men snh dng ỏ, bỏn s v s Thng cú nhit nung cao Thnh phn men n gin (thng cựng loi nguyờn liu nh xng) s dng nguyờn liu ỏ khoỏng t nhiờn Kt hp cht ch vi xng sau nung Thng men ny cú cụng thc sau: ch l pegmatit nghin, hay l nghin vi tro thc vt ụi ch l loi t sột d chy cho mt loi men nõu nung nhit 12500C Men cho s cn phi p hn thỡ chun b t trng thch, ỏ phn, SiO2, cao lanh, rt phự hp vi cụng thc ca xng Lng cao lanh c s dng nhiu hn giỳp cho vic trang s men c d dng 1)Men nung nhit 1230-13500C 0.10-0.30 K2O 0.05-0.70 CaO 0.25-0.00 MgO 0.30-0.80 Al2O3 2.50-7.50 SiO2 0.60-0.00 BaO 0.30-0.00 ZnO 2)Men nung nhit 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 Nh ó núi trờn, lng Al2O3 cú th vt hn t l 1/10 so vi SiO2 mt lng khong 0.05-0.10 M Nu phi liu men quỏ do, nhiu ngi ta phi nung trc phn cao lanh 3)Men nung nhit 12500C 0.30 K2O 0.70 CaO 0.40 Al2O3 3.50 SiO2 Bi phi liu nh sau: 166.80 PTL trng thch 70.00 PTL ỏ phn 25.80 PTL cao lanh lc 90.00 PTL cỏt quc Tng cng 352.60 PTL 4)Men nung nhit 12300C, nung nhanh vũng gi 0.30 K2O 0.70 CaO 0.35 Al2O3 2.50 SiO2 5)Bi men s cú s dng talc 0.15 K2O 0.85 MgO 0.25 Al2O3 3.00 SiO2 Bi phi liu nh sau: 39.9% talc (3MgO.4SiO2.H2O) 32.1% orthoklaz (K2O.Al2O3.6SiO2) 9.93% caolin (Al2O3.2SiO2.2H2O) 18.1% cỏt (SiO2) Tng cng 100% 7.4 MT S BI MEN CHO SNH S TRấN THC T SN XUT NUNG CC NHIT KHC NHAU 7.4.1 Vớ d v men chỡ v men kim Cụn Seger 05a-03a (1000-10400C, cụn Orton 1915-20140F) 56 Flint 27 Li2CO3 15 Cao lanh Bentụnit Cụn Seger 04a (10200C, cụn Orton 19400F) 41 Cụlemanit 34 Trng thch kali 14 Cỏcbụnat bari 11 Flint Cụn Seger 09a-08a (920-9400C, cụn Orton 1693-17510F) 70 PbO 19 Flint Cao lanh BaCO3 Cụn Seger 08a-07a (940-9600C, cụn Orton 1724-17600F) 80 PbO 19 Flint 134 SnO2 Cao lanh Nhit chy 9600C (18030F), cú th cho thờm cỏc cht mu to men mu, lờn sn phm gm thụ 57 PbO 25 Flint 12 SnO2 Cao lanh 7.4.2 Vớ d men chy trung bỡnh Cỏc loi men ny chy nhit gia cỏc cụn Seger 02a-06a (1060-12000C, cụn Orton 2048-22320F) dựng lờn mc ó qua nung ln nhit 1160-12000C (2120-21920F) Trong phi liu ca men ny cú tr dung d chy (nh ụxyt chỡ), cng nh tr dung khú chy (nh trng thch) Cụn Seger 6a (12000C, cụn Orton 22320F) 46 Nờphờlin Syờnit 64 Orthoklaz 19 Cao lanh 18 ỏ phn 17 Flint 10 Cao lanh 10 Talc Talc ỏ phn ễxyt km ễxyt km 7.4.3 Vớ d men khú chy Dựng lờn phi liu xng khỏ snh hoỏ (lng pha thu tinh ln, xng khụng xp) nung nhit cụn Seger 6a-9 (1200-12800C, cụn Orton 2232-23360F) Cht tr dung ch yu nhng men ny l trng thch, ngoi cũn dựng thờm cỏc nguyờn liu khỏc a vo CaO, ZnO v BaO Nhng men ny cng v bn axit Cụn Seger 8-9 (1250-12800C, cụn Orton 2305-23360F) 35 Orthoklaz 45 Orthoklaz 43 Orthoklaz 26 Cao lanh Cao lanh 13 Cao lanh 18 ỏ phn 12 ỏ phn 19 ỏ phn 13 Flint 35 Flint 25 Flint ZnO Nhit chy 1250-12800C ( 2305-23360F), cú th thờm cỏc ụxyt mu to men mu, lờn snh dng ỏ hay phi liu cú samụt 65 Orthoklaz 17 Cao lanh 18 CaCO3 7.4.4 Men rt khú chy Men ny dựng lờn xng s, l loi sn phm cú mc thu tinh hoỏ cao v nhit nung cao (cao hn snh dng ỏ) Nguyờn liu chớnh l cao lanh, trng thch, thch anh, tc l nhng cu t tng t nh xng Nhit nung men 1250-13000C (2282-23720F), s cng nhit nung men cú th n 1400-14500C (2552-26420F) Cụn Seger 9-10 (1280-1300 0C, cụn Orton 2336-2381 0F) 42 Orthoklaz 40 Orthoklaz 23 Cao lanh 21 Cao lanh 17 ỏ phn 21 ỏphn 10 Flint 15 Flint ZnO TiO2 TiO2 SnO2 7.5 MT S GHI CH CHO PHN TRNG MEN V TRANG TR SN PHM 7.5.1 Nhn xột v cụng thc Seger Nú c chia lm phn: nhúm ụxyt baz (R2O+RO), nhúm ụxyt trung tớnh (R2O3) v nhúm ụxyt axit (RO2) ễxit R2O v RO ễxit R2O3 ễxit RO2 - L cỏc ụxyt tr dung - To tớnh bn nhit cho - ễxyt to thu tinh men - Riờng MgO, BaO - Lm cng v bn men - Nh nung men cao vỡ l nh thp: gõy m men - Lm nh nung men cao cỏc ụxyt khú chy nh cao:l cht tr dung - Lng nhiu cú hi - Riờng B2O3 l ụxyt to thu tinh ng thi cng l ụxyt tr dung T l mol gia chỳng c mụ t theo hỡnh sau: 0.1-1.5 1.5-15 7.5.2 Nhn xột v vai trũ mt s cỏc ụxyt men v cỏc nguyờn liu cung cp chỳng SnO2: lm c 5-7%, lm c tt nht, m, trng TiO2: lm c, to mu trng ZnO: cht tr dung mnh nhit cao, gõy kt tinh men cú ớt Al2O3 ZrO2: to c, cht lng khụng bng SnO2 PbO: dựng cho men Khụng dựng PbCO3.Pb(OH)2, Pb3O4 PbO, Na2CO3: tr dung d chy CaCO3: tr dung chy trung bỡnh Trng thch: tr dung khú chy Mt s nhn xột khỏc: - Ngi ta a vo men frit 10-20% [tc khong 1/6] lng cao lanh cung cp ụxyt Al2O3 v chng lng, gõy dớnh gõy dớnh cú th dựng thờm fixative - CaCO3 cú th dựng n 18% [tc khong 1/6] (hay cú th thay, thờm mt phn bng talc 4%, ZnO 4%) - SiO2 a vo bng (feldspar 64%=2/3) hay (cỏt 21% + feldspar 42%, lng cỏt chim cỏt feldspar) - Lng cao lanh cng ln, SiO2+feldspar cng gim thỡ men cng khú chy nhng bự li men s cng cng 7.5.3 Ch to men - Nghin bi: 65-85 v/phỳt Nghin t yờu cu 1/2 kg men ch vũng 15 kg (1000g) men khụ+(400-500 cc nc)[tc 28.5-33.3%]; nghin xong cho qua sng - Nghin tay: men khụ+nghin tay; ly mt ớt+mu nghin chung khụ; cho thờm nc vo nghin t; nghin xong cho qua sng - Phun men: tt nht qua sng mesh 200 (0.074 mm; 6400 l/cm2 l 0.075 mm), mesh 250 (0.061 mm; 10.000 l l 0.060 mm), ớt nht phi qua sng mesh 100 (0.150 mm, 1600 l) Men phun phi dựng cht in gii chng lng bỡnh phun - Trỏng men: Phi cú b mt sch v khụ Ly lũ phi phun khớ nộn cho sch b mt Trc cú th phun, trc mt lp men cú nhiu nc trỏnh xng hỳt men quỏ nhanh men bỏm khụng u, cú th s trc men - Cỏch men: nhỳng, ti, pht, phun Men dy: nt; men mng: khụng chy Men dy mm, men c 1.2 mm, men tinh th mm Men cú ch quỏ dy: i khụ, xong dựng ngún tay xoa xoa cho mng bt Trong quỏ trỡnh phi luụn luụn khuy men nu khụng s lng Trc cho chi vo phi khuy ln na + Nhỳng men Trc ht bờn trong: 1/2 bỡnh, nghiờng xoay, men tha ngoi (vt phi c nung trc) Trỏng bờn ngoi: cm ỏy v nhỳng vo men vi giõy, cú th nõng lờn tht xung nu nhiu lp dy, rỳt v men khụ khụ, phn cũn li bng cỏch cm nhỳng ngc li + Ti men lờn chu bng hai chic a, ti men lờn Ti hai lp: ch lp mt khụ, ti lp hai nu lõu s to bt khớ hay nt + Pht men: Dựng chi ch nht, rng cm Khụng dựng chi trũn Chi trũn dựng quột gúc Quột 2-3 lp Quột sau lp u khụ Mt lp quột ngang, mt lp quột dc Quột chm hn quột sn (vỡ xng hỳt men) + Phun men Cú th phun u hay phun ngt quóng Khong cỏch vũi phun n bỏn thnh phm l 30-40 cm Nu thy b mt men quỏ t, phi dng li i khụ Khụng phun men chỡ cha frit hoỏ Thng phi phun lp mi t yờu cu (tu theo mt men) Phun tm phng: t trờn xung di, t trỏi qua phi 7.5.4 Ch to mu 100 g men khụ+900 g nc+bt mu (cobalt 4%, SnO2 to c 5-7%) CHNG 8: CC SN PHM GM TRUYN THNG Sn phm gm s cú th chia lm loi: gm truyn thng (s dng t sột, cao lanh l nguyờn liu chớnh) v gm k thut i vi gm truyn thng, nguyờn liu chớnh sn xut chỳng l t sột v cao lanh, ngoi cũn cỏt, trng thch, ỏ vụi, ụlụmit Gm truyn thng chia lm loi chớnh l gm thụ v gm mn, quỏ trỡnh sn xut chỳng ph thuc vo tt c cỏc khõu quỏ trỡnh sn xut nh: - Hm lng v cht lung nguyờn liu em s dng - Hm lng cỏc nguyờn liu gy khỏc nh trng thch, cỏt - Quỏ trỡnh gia cụng v chun b phi liu, cụng ngh to hỡnh, sy (gm cng tinh thỡ cng phi chun b k, cụng ngh yờu cu cng cao) - Nhit nung, thit b nung, khng ch quỏ trỡnh nung phc hay khụng? Phõn bit cht lng cỏc loi nguyờn liu dựng cho sn xut cỏc loi gm truyn thng c cho bng 35 ễxyt Caolinit Cao lanh t sột t sột t sột t sột lm snh lm snh lm gch (lthuyt) lc chu la dng ỏ (thụ) 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 Mt 13.9 11-13.5 10-15 3-15 nung Khoỏng sột 100 90-99 84-98 62-98 50-97 Trng 0.5-4 1-4 1-9 1-7 thch Thch anh 0.5-6 1-15 1-35 3-47 Bng 35 Thnh phn hoỏ v thnh phn khoỏng ( õy l thnh phn khoỏng hp lý c tớnh t thnh phn hoỏ) ca cỏc nguyờn liu sột dựng sn xut gm s (%TL) 8.1 GCH NGểI õy l loi gm thụ chim t trng ln nht nghnh gm xõy dng, c dựng lm gch xõy tng, lm ngúi lp Núi chung loi vt liu ny cú hỳt nc cao trờn 12%, cng bn nộn t n 60 MPa, trng lng th tớch 800-2000 kg/m3 Chỳng c to hỡnh bng phng phỏp vi m n 25%, phn ln c nung nhit 930-10500C Sn phm thõn thin vi mụi trng, quỏ trỡnh sn xut cú th tn dng hng lot cỏc cht thi cụng nghip, sau s dng cú th tỏi sinh 8.1.1 Nguyờn liu Trong t sột lm gch ngúi thnh phn khoỏng ch yu l illit, ngoi cũn ỏ vụi v thch anh ễxyt st Fe2O3 nhum mu xng thnh mu sau nung T l cỏc ụxyt Al2O3/SiO2 dao ng gii hn 0.08-0.2 v tng hm lng cỏc ụxyt R2O+RO+Fe2O3 l 0.1-0.4 S phõn b thnh phn ht ca t sột sn xut gch ngúi cú ý ngha rt quan trng i vi cụng ngh sn xut nh ó nờu bng v hỡnh Trong t sột lm gch ngúi thỡ cỏc cht sau õy c coi l cú hi: - ỏ vụi: lm gim cng sn phm v gõy cỏc khuyt tt b mt Khi hm lng ỏ vụi cao nú nhum xng thnh mu vng v lm tiờu tn nhiu nng lng hn quỏ trỡnh nung - Cỏc hp cht ho tan: to nhng vt loang l trờn b mt sn phm - Cỏc ht thụ ca thch anh, thch cao hay pirit - Fluor (thng cha n 0.33% t sột illit ): gõy tỏc hi quỏ trỡnh nung Sn phm Gch l 15% Gch nhiu l Ngúi 5% 15-30% 45-65% Sn phm tng mng 2% 23-34% 39-59% Ht trờn 2mm Ht n 2m Ht trờn 2m co sy bn kộo un [MPa] Sau sy Sau nung 10% 14-22% 51-67% 3.4-5% 4-7% 5-8% 5-8.5% 2% 38-53% 19-37% 3 3 7 hỳt nc >12% >12% >12% Bng 36 Tớnh cht v thnh phn ht ca cỏc loi nguyờn liu sột sn xut cỏc loi sn phm khỏc Hỡnh 25 Gin thnh phn ht ca cỏc loi t sột lm gch A-Cỏc sn phm n gin c bn (vớ d nh gch c), B-Gch l xõy tng, gch kớch thc ln, gch rng, C-Sn phm tng mng, ngúi sn xut gch ngúi ngi ta thng cho vo phi liu cỏc loi ph gia sau: -Ph gia hoỏ do: nõng cao ca phi liu to hỡnh, thng dựng cỏc cht thi chng hn nh tro bay nh mỏy nhit in vi c ht n 50m -Ph gia y: l loi nguyờn liu gy, lm gim nhy v co sy, hn ch s to nờn cu trỳc to hỡnh trờn mỏy ựn ộp Trong quỏ trỡnh nung nú cng nh hng n quỏ trỡnh kt khi, lm gim co nung Ngi ta thng dựng cỏt, cht thi t quỏ trỡnh sn xut si khoỏng -Ph gia lm nh: mc ớch lm gim lng th tớch ca sn phm Ngi ta dựng cỏc cht cú lng riờng thp (nh perlit dón n) hay cỏc cht quỏ trỡnh nung s chỏy v to nờn l bờn xng (nh bt ca, bt than, pụlystyren bt ) Phn ln ngi ta tn dng cỏc cht thi Mt iu kin cc k quan trng ca quỏ trỡnh sn xut l ng nht hoỏ cỏc nguyờn liu v ph gia Sau ú l quỏ trỡnh to hỡnh trờn mỏy ựn ộp chõn khụng vi m ca phi liu khong 22-25% v ỏp lc 10 kPa Trong quỏ trỡnh to hỡnh thỡ mt iu nguy him l to nờn cu trỳc ca vt liu bờn bỏn thnh phm Nguyờn nhõn l tớnh cht lu bin hc v t l dũng ca phi liu ựn ộp mỏy Sn phm b to cu trỳc bờn lũng to hỡnh, ngha l nú khụng ng nht v thnh phn v cú th nhỡn thy dng v mụ Sn phm s b kộm cht lng, s khụng t bn c sau nung 8.2 VT LIU NH NHN TO (KERAMZIT, AGLễPễRIT) 8.3 SNH (FAIENCE HAY MAJOLICA) 8.4 SNH DNG 8.5 S V SINH 8.6 S 8.6.1 C s lý thuyt ca quỏ trỡnh hỡnh thnh s Hỡnh 26 Gin pha h cu t hỡnh thnh khoỏng mullit Hỡnh 27 Gin pha h cu t hỡnh thnh s 8.6.2 Cỏch tớnh toỏn bi phi liu cỏc loi gm s v nhit nung ca chỳng Hỡnh 28 Gin T-Q-F tớnh toỏn bi phi liu cỏc loi gm s Hỡnh 29 Gin Zapp dựng tớnh nhit nung ca cỏc bi phi liu gm s 8.6.3 Cỏc tớnh cht ca s 8.6.3.1 trng 8.6.3.2 8.6.3.3 bn c hc 8.6.3.4 bn in 8.6.3.5 bn nhit 8.6.3.6 bn hoỏ 8.6.4 Cỏc loi s v phng phỏp sn xut 8.6.4.1 S dõn dng v m ngh 8.6.4.2 S xng (cha phụtphat) 8.6.4.3 S frit 8.6.4.4 S lm rng 8.6.4.5 S mm nung nhit thp vi hn hp cht tr dung d chy 8.6.4.6 S cỏch in cao th Phõn loi - S ng dõy cao th - S dựng nh v ngoi tri c im k thut sn xut - Xu hng phỏt trin - To hỡnh + To hỡnh Hỡnh 30 Mỏy ựn ộp chõn khụng to hỡnh s in + Tin bỏn khụ + ẫp bỏn khụ cỏc loi sn phm hỡnh dng n gin - Sy s in - Nung s in CHNG 9: GM K THUT 9.1 GM N ễXIT 9.1.1 Gm corindon 9.1.2 Gm zircon ZrO2 9.1.3 Gm Beri BeO 9.1.4 Gm manhờdi MgO 9.2 S RADIO 9.2.1 S cao tn vi thm thu in mụi nh hn 9.2.1.1 S corindon v s cao alumin 9.2.1.2 S mullit-corindon 9.2.1.3 S xenzian 9.2.1.4 S stờatit 9.2.1.5 S forstờrit 9.2.1.6 S anortit 9.2.1.7 S vụlastụnit 9.2.2 S cao tn vi thm thu in mụi ln hn 12 9.2.2.1 S rutin 9.2.2.2 Cht in mụi n nh nhit TiO2-MgO, TiO2-ZnO, TiO2-ZrO2 - S titanat manhờdit - S titanat km - S titanat zircụn 9.2.3 S tn s thp vi thm thu in mụi tng i ln hn 900 9.2.3.1 Cỏc loi in mụi tactrat - Titanat bari BaTiO3 - Titanat chỡ 9.3 GM BN DN 9.4 GM T TNH TI LIU THAM KHO [1] Phm Xuõn Yờn, Hunh c Minh, Nguyn Thu Thu, K thut sn xut gm s, Trng HBK H Ni 1995 [2] Quang Minh, K thut sn xut vt liu gm s, Trng HBK 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, Ti liu chuyn giao cụng ngh ca Hóng SACMI ... men Engobe (men lót) X-ơng (mộc kết khối) Engobe d-ới (chống dính) Hình Cấu trúc cắt ngang sản phẩm gốm tiêu biểu CHNG 2: NGUYấN LIU Theo truyn thng ngi ta chia nguyờn liu sn xut gm s lm loi