Dự án sản xuất thử nghiệm bột màu xanh doc

bộ xây dựng
viện vật liệu xây dựng






báo cáo tổng kết đề tài khcn nhà nớc


dự án sản xuất thử nghiệm bột màu xanh
nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen
cho công nghiệp gạch gốm ốp lát

m số kc.02.da.06



chủ nhiệm dự án: ThS trần quang hào








6007

28/8/2006


hà nội 12/2005





Mục lục

Trang
mở đầu
1
Chơng 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu triển khai
4
1.1. Tình hình nghiên cứu triển khai ở ngoài nớc
4
1.2. Tình hình nghiên cứu triển khai ở trong nớc
8
Chơng 2. tổng quan Cơ sở khoa học
11
2.1. Bản chất chung về màu, màu vật chất
11
2.2. Chất màu vô cơ và bột màu gốm sứ
14
2.2.1 Chất màu vô cơ và đặc điểm chung 14
2.2.2 Bột màu gốm sứ 15
2.2.2.1 Định nghĩa 15
2.2.2.2 Phân loại 15

2.2.2.3 Cơ chế thể hiện màu sắc khi sử dụng bột màu 16
2.2.2.4 Bản chất khoáng hóa và cơ sở hóa lý tạo thành bột màu gốm sứ 17
2.2.2.5 Độ phân tán của bột màu gốm sứ 21
2.2.2.6 Yêu cầu về hàm lợng chất hòa tan, độ pH, độ ẩm của bột màu 21
2.2.2.7 Đặc trng qui trình công nghệ chế tạo bột màu bền nhiệt độ cao 21

Chơng 3. kết quả hoàn thiện công nghệ
21
3.1 Hoàn thiện kỹ thuật sản xuất
21
3.1.1 Yêu cầu nguyên liệu cho sản xuất 21
3.1.2 Công thức phối liệu cho sản xuất bột màu 30
3.1.3 Kỹ thuật đồng nhất phối liệu 31
3.1.4 Kỹ thuật nung 35
3.1.5 Kỹ thuật nghiền mịn 42
3.1.6 Qui trình kiểm tra chất lợng trong quá trình sản xuất 48
3.1.7 Kỹ thuật đồng nhất sản phẩm và sử dụng bột màu 49
3.1.8 Hoàn thiện qui trình công nghệ sản xuất 51
3.2 Kiểm tra chất lợng sản phẩm bột màu
52
3.3. Khối lợng sản xuất thử nghiệm và và kết quả áp dụng
60
3.4 Thiết lập dây chuyền thiết bị công nghệ sản xuất 400tấn/năm
63
3.4.1 Đánh giá nhu cầu thị trờng và thiết kế năng suất, cơ cấu sản phẩm 63
3.4.2 Công nghệ sản xuất 64
3.4.3 Khái toán hạng mục chính cho đầu t dây chuyền công nghệ sản xuấti 66
3.4.4 Sơ bộ tính toán kinh tế cho dây chuyền CN sản xuất 400 tấn/năm 67
3.5 Tổng hợp đánh giá chung két quả hoạt động Dự án
69

3.5.1 Đánh giá độ tin cậy về kết quả hoàn thiện CN và chất lợng sản phẩm 69
3.5.2 Đánh giá kết quả đào tạo 71
3.5.3 Đánh giá kết quả thu đợc so với đề cơng 71
3.5.4 Những khó khăn gặp phải và biện pháp khắc phục 72
Kết luận và kiến nghị

74
Phụ lục 1. Hồ sơ kết quả phân tích kiểm tra

Phụ lục 2. Hồ sơ xây dựng nhà xởng, thiết bị công nghệ, hình ảnh hoạt động Dự án

Phụ lục 3. Hồ sơ áp dụng sản phẩm bột màu cho công nghiệp gạch gốm ốp lát

Phụ lục 4. Hồ sơ tài liệu giới thiệu kết quả nghiên cứu KHCN và sản phẩm

Tài liệu tham khảo




tóm tắt nội dung dự án
Dự án Sản xuất thử nghiệm bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và
đen cho công nghiệp gạch gốm ốp lát với mã số KC.02.DA06 đợc triển khai thuộc
Chơng trình Khoa học và Công nghệ cấp Nhà Nớc Nghiên cứu Khoa học và Phát
triển Công nghệ Vật liệu mới giai đoạn 2001-2005. Mục đích của Dự án nhằm hoàn
thiện đợc công nghệ chế tạo bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen có chất
lợng đảm bảo thay thế đợc bột màu nhập ngoại sử dụng trong công nghiệp gạch gốm
ốp lát, và dây chuyền thiết bị công nghệ phù hợp với điều kiện triển khai trong nớc.
Đề tài nghiên cứu triển khai (RD-9733, RD-35 - Bộ Xây Dựng) đã xác định cơ
bản công nghệ sản xuất bột màu loại tổng hợp bền nhiệt (cụ thể là màu xanh nớc biển,

xanh lá cây, nâu và đen cho gạch gốm ốp lát). Các kết quả nghiên cứu đó đợc áp dụng
và hoàn thiện về các phơng pháp công nghệ, qui trình sản xuất với các thông số kỹ
thuật cần thiết khi tiến hành Dự án sản xuất thử với dây chuyền thiết bị công nghệ qui
mô pilot tại Viện Vật liệu xây dựng.
Về công nghệ sản xuất, đã hoàn thiện đợc nh sau:
+ Đánh giá, lựa chọn đợc các loại nguyên liệu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để chế
tạo bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen, qua đó thiết lập đợc các mức chất
lợng cần thiết của nguyên liệu để sản xuất.
+ Hoàn thiện đợc phơng pháp công nghệ thiêu kết nhiệt độ cao tổng hợp bột
màu bền nhiệt với các thông số kỹ thuật của qui trình sản xuất đối với bột màu xanh
nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen. Qui trình sản xuất bao gồm các thông số kỹ thuật
công đoạn chuẩn bị phối liệu, nung tổng hợp khoáng bền có màu, nghiền mịn và hiệu
chỉnh sản phẩm.
+ Hoàn thiện qui trình kiểm tra nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm trong
quá trình chế tạo bột màu.
+ Hoàn thiện khả năng sử dụng bột màu để trang trí màu sắc sản phẩm gạch gốm
ốp lát, phù hợp với men gạch gốm ốp lát.



+ Thiết lập đợc qui trình sản xuất qui mô 400 tấn/năm và tính toán kinh tế sơ bộ
làm cơ sở cho tính toán đầu t sản xuất bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen
cho sản xuất gạch gốm ốp lát phù hợp với nớc ta.
Về chất lợng sản phẩm bột màu và kết quả áp dụng:
+ Bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen của sản xuất thử nghiệm đã
đạt đợc yêu cầu chất lợng về bản chất khoáng hoá, gam màu thể hiện, bền màu với
nhiệt độ sử dụng, độ mịn và một số chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết khác nh đã đăng ký và
tơng đơng với bột màu nhập ngoại.
+ Đã sản xuất đợc hơn 30 tấn sản phẩm đạt yêu cầu chất lợng. Đã áp dụng
thành công hơn 20 tấn sản phẩm tại 5 cơ sở sản xuất gạch gốm ốp lát, với 18 lần cung

cấp khác nhau đợc thể hiện bằng các hợp đồng cung cấp, hiện nay đã thực sự đa vào
sử dụng đợc 90-95 % và thay thế thành công bột màu nhập ngoại.
+ Tỷ lệ sử dụng bột màu đợc cơ sở đánh giá là tơng đơng với bột màu nhập
ngoại nhng giá cả phù hợp hơn, thấp hơn khoảng 5-15 %.
Kết quả áp dụng thành công sản phẩm bột màu vào sản xuất gạch gốm ốp lát,
thay thế bột màu nhập ngoại và kết quả hoạt động Dự án đã hoàn thiện đợc công nghệ
sản xuất bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen. Qui trình sản xuất với những
điều kiện thiết bị công nghệ hoàn thiện đợc hoàn toàn phù hợp với điều kiện triển khai
ở nớc ta, tạo ra sản phẩm bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen có chất
lợng đảm bảo sử dụng cho gạch gốm ốp lát, thay thế đợc bột màu nhập ngoại có gam
màu cùng loại. Nhìn chung kết quả hoàn động Dự án sản xuất thử nghiệm đã đạt đợc
những yêu cầu cơ bản những nhiệm vụ đề ra.







Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
1

mở đầu

Dự án Sản xuất thử nghiệm bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen cho
công nghiệp gạch ốp lát mã số KC.02 DA06 đợc triển khai hoạt động từ 11/2003 đến
11/2005 thuộc Chơng trình Khoa học và Công nghệ cấp Nhà Nớc Nghiên cứu Khoa

học và Phát triển Công nghệ Vật liệu mới giai đoạn 2001-2005. Cơ quan chủ trì Dự án là
Viện Vật liệu xây dựng (Bộ Xây Dựng), chủ nhiệm Dự án là Thạc sỹ Trần Quang Hào.
Mục tiêu của Dự án bao gồm:
+ Mục tiêu khoa học:
- Hoàn thiện công nghệ chế tạo bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen
(loại tổng hợp bền nhiệt).
- Sản phẩm của công nghệ là bột màu (xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen)
có chất lợng đảm bảo sử dụng thay thế đợc bột màu nhập ngoại có gam màu tơng ứng
với tỷ lệ tơng đơng.
+ Mục tiêu kinh tế-xã hội của Dự án bao gồm:
- Dây chuyền thiết bị công nghệ sản xuất phù hợp với khả năng triển khai trong
nớc.
- Tạo ra sản phẩm trên cơ sở điều kiện sản xuất trong nớc, tạo thêm công ăn việc
làm và củng cố thêm đội ngũ chuyên gia kỹ thuật lĩnh vực bột màu. Giá bán bột màu sẽ
thấp hơn khoảng 10-15% so với giá nhập ngoại, góp phần giảm giá thành sản phẩm gạch
gốm ốp lát và giảm chi tiêu ngoại tệ nhập khẩu bột màu hàng năm.
Những nội dung công nghệ cần hoàn thiện:
- Đánh giá, lựa chọn các loại nguyên liệu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để chế tạo bột
màu. Thiết lập các mức tiêu chuẩn chất lợng yêu cầu đối với nguyên liệu cho sản xuất
đại trà.
- Hoàn thiện các phơng pháp, các thông số kỹ thuật của qui trình sản xuất ra sản
phẩm. Qua đó thiết lập qui trình sản xuất và thiết kế công nghệ phù hợp.

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
2
- Thiết lập, điều chỉnh và hoàn thiện qui trình kiểm tra nguyên liệu, bán thành
phẩm, thành phẩm trong quá trình chế tạo bột màu. Xây dựng hoàn thiện qui trình đánh

giá và điều chỉnh chất lợng sản phẩm theo yêu cầu của ngời sử dụng.
- Hoàn thiện khả năng sử dụng bột màu để trang trí màu sắc sản phẩm gạch gốm
ốp lát, phù hợp với men và một số điều kiện công nghệ của cơ sở sản xuất
Dự án đợc phát triển từ những kết quả nghiên cứu thành công về công nghệ sản
xuất bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen ở cấp đề tài Nghiên cứu-Triển khai
cấp Bộ (mã số RD-9733 và RD-35, Bộ xây dựng). Thông qua giai đoạn sản xuất thử
nghiệm, các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đợc áp dụng vào thực tế nhằm
hoàn thiện một bớc nữa về công nghệ sản xuất. Sản phẩm bột màu xanh nớc biển, xanh
lá cây, nâu và đen có chất lợng cao và sử dụng phù hợp đối với công nghiệp gạch gốm ốp
lát và thay thế đợc bột màu nhập ngoại. Qui trình, thiết bị công nghệ sản xuất phù hợp
với điều kiện triển khai trong nớc.
Sản xuất gạch gốm ốp lát ở nớc ta trong thời gian hơn mời năm qua đã phát triển
nhanh chóng thành một ngành công nghiệp mạnh. Tổng công suất thiết kế đã đạt trên 150
triệu m
2
/năm và sản lợng thực tế ớc tính đạt đợc 75-80%. Với những điều kiện máy
móc thiết bị công nghệ và kỹ thuật hiện đại, tiên tiến của thế giới, việc sử dụng bột màu
có chất lợng cao nhập ngoại đã có ý nghĩa đáng kể tạo ra đợc sản phẩm đạt chất lợng
theo tiêu chuẩn ISO, EN và TCVN hiện hành. Nhu cầu sử dụng bột màu các loại ớc tính
3000 - 3500 Tấn/năm, hàng năm phải nhập ngoại và thực tế cả nớc cha có một cơ sở
nào có công nghệ sản xuất loại sản phẩm này.
Trong nhiều năm qua, bột màu gốm sứ nói chung đã đợc nhiều nhà khoa học và
đơn vị nghiên cứu trong nớc quan tâm, ví dụ nh trờng ĐH Bách khoa Hà nội, trờng
Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, trờng Đại học Quốc gia Hà nội, Viện Luyện
kim màu, Viện nghiên cứu Công nghệ Xạ hiếm, Nhiều đề tài nghiên cứu đã có nhiều
thành công nhất định về kỹ thuật chế tạo ra bột màu nào đó và hi vọng muốn triển khai áp
dụng vào thực tế sản xuất. Tuy vậy, thực tế đến nay vẫn cha có công trình nghiên cứu
nào đợc công bố đã phát triển thành công nghệ sản xuất bột màu chất lợng cao, bền
nhiệt độ cao và có sản phẩm có tính hàng hoá cung cấp cho ngành sản xuất gốm sứ nói
chung, sản xuất gạch gốm ốp lát nói riêng. Song song với Dự án này, Viện công nghệ Xạ

Hiếm đang thực hiện đề tài cấp Nhà Nớc Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột màu cho

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
3
công nghiệp gốm sứ mã số KC.02.22, về khoa học sẽ có đợc nhiều kết quả tốt đóng góp
sự phát triển nghành sản xuất bột màu gốm sứ ở Việt nam trong thời gian tới.
Yêu cầu của công nghiệp sản xuất gạch gốm ốp lát theo công nghệ hiện đại nung
nhanh một lần đòi hỏi bột màu phải có chất lợng cao mới thoả mãn trang trí màu sắc đẹp
và ổn định. Để có đợc cờng độ màu cao, có độ bền màu yêu cầu, chịu đợc nhiệt độ sử
dụng 1150- 1200
0
C - tối u nhất hiện nay là phơng pháp công nghệ thiêu kết ở nhiệt độ
cao 1250-1400
0
C (cao hơn nhiệt độ sử dụng khoảng 100-150
0
C) tạo ra những chất màu có
dạng tinh thể cấu trúc bền. Bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen là trong số
những bột màu sử dụng phổ biến trong công nghiệp gạch gốm ốp lát, chúng thuộc loại bột
màu tổng hợp bền và đợc chế tạo theo phơng pháp công nghệ thiêu kết ở nhiệt độ cao.
Kết quả nghiên cứu RD đã đợc phát triển thành sản xuất thử nghiệm là những
bớc đi cần thiết có tính khoa học. Kết quả sản xuất thử nghiệm khẳng định đợc tính phù
hợp công nghệ với tình hình nớc ta hiện nay. Chất lợng nguyên liệu ổn định, kỹ thuật
công nghệ sản xuất hợp lý, thiết bị công nghệ tạo ra đợc sẽ ổn định đợc việc tạo ra
khoáng hoá màu bền và ổn định đợc những yêu cầu khác về chất lợng. Kết quả áp dụng
sản phẩm bột màu của sản xuất thử ở qui mô nhiều tấn và nhiều lần đã đánh giá đợc chất
lợng đạt yêu cầu và tính công nghệ đảm bảo cho việc chuyển giao. Trong thời gian tới

các kết quả nghiên cứu này sẽ đợc chuyển giao và phổ biến phát triển thành sản xuất lớn
hơn cung cấp hàng hóa ra thị trờng, góp phần giảm chi tiêu ngoại tệ hàng năm do phải
nhập khẩu

















Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
4
Chơng 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu triển khai
1.1. Tình hình nghiên cứu triển khai ở nớc ngoài [5,6,7]
Bột màu gốm sứ nói chung, bột màu cho gạch gốm ốp lát nói riêng đã đợc nghiên
cứu và sản xuất mạnh ở các nớc có công nghiệp gạch gốm ốp lát phát triển, ví dụ nh
Italia, Tâyban nha, Bồ đào nha, Pháp, Đức, Anh, Trung quốc, Nhật, Mỹ, vv. Nghiên cứu

triển khai của họ đã gắn liền với nhu cầu sử dụng của ngành, nên các nớc đó đã hình
thành đợc những trung tâm nổi tiếng chuyên bột màu nh Faenza (Italia), Castellon (Tây
Ban Nha), Stoke-on-Tren (Anh), Cerdec (Pháp), Có những hãng nổi tiếng trên thế giới
về sản xuất bột màu nh: Ferro-Cerdec, Unicer, Frita, Onix, Jonson, Itaca, Soco,
Esmalglass, vv
Sản xuất bột màu gốm sứ (gạch gốm ốp lát) của các nớc đó đã đợc ở qui mô
công nghiệp, sản phẩm đa dạng, có trình độ chuyên môn hoá cao. Tổ chức dịch vụ kỹ
thuật hỗ trợ luôn đi cùng với các hoạt động tiêu thụ sản phẩm cho nên đã có rất nhiều
thành công về nghiên cứu triển khai sản xuất bột màu gốm sứ nói chung, bột màu cho
gạch gốm ốp lát nói riêng. Những kết quả nghiên cứu triển khai của thế giới về bột màu
gốm sứ nói chung, bột màu xanh lá cây, xanh nớc biển, nâu và đen sử dụng thích hợp
cho sản xuất gạch gốm ốp lát nói riêng, có thể đợc tóm tắt thể hiện một số nội dung
chính sau đây:
Bản chất bột màu gốm sứ, bột màu cho gạch gốm ốp lát:
+ Bột màu gốm sứ là một số hợp chất vô cơ có khả năng phát màu khi sử dụng
chúng. Thực tế có nhiều loại đợc sử dụng, nhng chỉ có một số loại có gam màu cơ bản,
có bản chất khoáng hoá bền, có cờng độ phát màu mạnh mới đợc lựa chọn để sử dụng
trong sản xuất gạch gốm ốp lát. Màu thể hiện tuỳ thuộc vào hợp chất của một số nguyên
tố hoá học có đặc tính tạo màu. Một số nguyên tố thuộc nhóm chuyển tiếp hoặc nhóm đất
hiếm có khả năng phát màu mạnh, ví dụ nh Crôm, Coban, Niken, Sắt, Mangan, Vanadi,
Kẽm, Selen, Cadmi, Praseodymium. Nồng độ (hàm lợng) của chúng ảnh hởng mạnh tới
khả năng phát màu (cờng độ màu).
+ Độ bền bột màu phụ thuộc vào khả năng bền của dạng tinh thể khoáng màu.
Dạng cấu trúc khoáng màu bền thờng là Spinen, Corindon, Mulít, Olevin, Cordierit,

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
5

Zircon, Badelit, Periclaz, Trong đó, các nguyên tố phát màu đợc tham gia nh là một
thành phần chính, hoặc là thành phần của dung dịch rắn (thay thế hoặc trộn lẫn) của cấu
trúc tinh thể đó. Bột màu bền nhân tạo đợc tổng hợp ở nhiệt độ rất cao (khoảng 1250-
1400
o
C), môi trờng nung thích hợp, cho nên chúng có khả năng bền đến nhiệt độ này
(Phơng pháp công nghệ thiêu kết nhiệt độ cao ). Khi nung sử dụng sản xuất gạch gốm ốp
lát ở nhiệt độ thấp hơn (nhiệt độ nung gạch gốm ốp lát khoảng 1140-1200
o
C), bản chất
khoáng hoá hầu nh không bị biến đổi, màu bền, rất ít bị thay đổi, phát màu mạnh và dễ
ổn định đợc việc trang trí màu sản phẩm.
Bột màu bền có thể có nguồn gốc tự nhiên (bột màu tự nhiên), nhng thờng lẫn
nhiều tạp chất nên loại này chỉ cho cờng độ màu trung bình. Tạp chất nhiều và thành
phần không ổn định sẽ không thuận lợi cho ổn định trang trí màu gạch gốm ốp lát trong
sản xuất công nghiệp. Do sử dụng những nguyên liệu đã đợc tổng hợp bền trong tự nhiên
nên dây chuyền công nghệ sản xuất bột màu tự nhiên sẽ đơn giản hơn, chỉ gồm các công
đoạn kỹ thuật khai thác tuyển chọn và nghiền mịn là chính.
+ Khi sử dụng, bột màu chịu tác động mạnh của nhiệt độ cao, môi trờng (môi
trờng khí nung, phối liệu xơng hoặc men, ), cơ chế hiện màu của chúng là rất phức tạp.
Tuy vậy, cơ chế hiện màu gốm sứ đợc giải thích sẽ xẩy ra theo 2 dạng: Chất màu bị biến
đổi, hoà tan (gọi là màu hoà tan) và chất màu bền, không bị biến đổi mà phân tán trong
xơng, men (gọi là màu phân tán). Đối với sản xuất gạch gốm ốp lát theo công nghệ nung
nhanh (40-60 phút/chu kỳ) và đồng thời sử dụng loại bột màu bền nhiệt độ cao, cơ chế thể
hiện màu chủ yếu là phân tán, do đó đã làm tăng lên đáng kể hiệu quả trang trí ổn định
màu sản phẩm. Độ mịn bột màu có ý nghĩa ảnh hởng mạnh đến hiệu quả phát màu.
So với bột màu cho một số lĩnh vực khác (nh in, sơn, ), bột màu thơng phẩm
hiện nay cho gạch gốm ốp lát có độ mịn trung bình, hạt mịn có kính thớc 1-2 àm có
không quá 40-50%, chủ yếu là các hạt 10-15àm, và phân bố thành phần hạt tùy thuộc
vào từng loại màu.

+ Sản xuất công nghiệp gạch gốm ốp lát đòi hỏi trong bột màu không có chất hoà
tan đợc trong nớc, có độ pH trung tính (6,5-7,5) để đảm bảo khi sử dụng bột màu
không làm thay đổi những tính chất lu biến của hồ phối liệu (xơng hoặc men có sử

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
6
dụng bột màu). Độ ẩm có trong bột màu không chỉ là thấp mà còn cần ổn định để dễ dàng
ổn định tỷ lệ sử dụng bột màu khi pha chế (thông thờng độ ẩm khoảng 0,3 - 0,5%).
Phơng pháp công nghệ sản xuất bột màu gốm sứ:
Để tạo độ mịn và độ đồng nhất cao cho phối liệu sản xuất bột màu gốm sứ, theo
phơng pháp công nghệ những năm 70-80 trớc đây ngời ta thờng sử dụng phơng
pháp hoà tan và đồng kết tủa các muối tan chứa oxýt nguyên liệu. Phơng pháp này cho
phép đạt độ mịn và đồng nhất rất cao, bảo đảm trong quá trình nung các phản ứng tạo
màu đạt mức tối đa. Tuy vậy chi phí sản xuất rất cao, tỷ suất hữu ích có màu trong các
muối hoà tan thấp.
Trong những năm gần đây với sự tiến bộ khoa học công nghệ, cho phép chế tạo
nguyên liệu dạng oxýt có độ mịn rất cao, với kích thớc nhỏ hơn 1-3 àm. Khi đó phối liệu
đễ dàng đảm bảo độ đồng nhất cần thiết và phơng pháp công nghệ hoà tan và đồng kết
tủa nêu trên hiện nay khi áp dụng không có hiệu quả kinh tế khi triển khai sản xuất công
nghiệp.
Phơng pháp Sol-gel tạo ra trực tiếp bột màu từ các phản ứng hoá học trong dung
dịch đã có đợc một số kết quả khả quan trong một số loại bột màu cho các ngành khác
(nh sơn, in, nhựa, ). Tuy vậy, đến nay phơng pháp công nghệ này vẫn cha đợc áp
dụng phổ biến trong ngành gốm sứ, vì bột màu sản xuất theo công nghệ này thờng có
hoạt tính hoá học cao (cha bền), rất dễ xẩy ra mất màu khi ở nung gốm sứ ở nhiệt độ
cao.
Nh vậy, phơng pháp công nghệ chủ yếu đợc áp dụng trong ngành sản xuất bột

màu gốm sứ của nhiều nớc trên thế giới là nung thiêu kết tổng hợp các khoáng bền màu
từ các nguyên liệu oxýt ban đầu có độ mịn cần thiết. Để đạt đợc yêu cầu độ mịn sản
phẩm bột màu ngời ta có thể sử dụng máy nghiền siêu mịn (gia tốc, hành tinh, ) hoặc
máy nghiền thùng quay với tấm lót, bi nghiền bằng gốm oxýt Nhôm hay oxyt Zircon chịu
mài mòn cao (nh loại ALUBIT 90 trở lên). Trong đó nghiền bằng máy siêu mịn cho chất
l
ợng tốt hơn (bột màu có độ mịn cao hơn). Có thể nghiền mịn theo phớng pháp khô
hoặc ớt, phơng pháp liên tục hoặc gián đoạn. Trong quá trình nghiền có thể có hệ thống
phân ly để tăng hiệu quả nghiền.

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
7
Bản chất khoáng hóa bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen:
Bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen (loại tổng hợp bền) đợc sử dụng
rất phổ biến trong sản xuất gạch gốm ốp lát. Các loại sản phẩm này hầu nh không có
nguồn gốc từ tự nhiên mà phải tổng hợp nhân tạo. Qui trình chế tạo ra chúng theo phơng
pháp công nghệ thiêu kết nhiệt độ cao từ những nguyên liệu cần thiết nh đã trình bầy ở
phần trên. Về bản chất khoáng hoá và cơ sở các hợp chất tạo thành chúng có một số nội
dung sau:
+ Xanh lá cây Green):
Hợp chất Crôm (Cr
2
O
3
) là thành phần cơ bản của bột màu xanh lá cây (vì thế còn
đợc gọi là màu xanh crôm). Nguyên liệu Cr
2

O
3
cũng có độ bền nhất định nên trong một
số trờng hợp có thể đợc sử dụng nh là bột màu gốm sứ, nhng đối với gạch gốm ốp lát
hiện nay không sử dụng đợc vì có cờng độ thể hiện màu trung bình, độ bền trung bình.
Tổng hợp Cr
2
O
3
với Al
2
O
3
và SiO
2
sẽ tạo ra đợc bột màu xanh lá cây tinh khiết,
đẹp và bền, sử dụng rất thích hợp trong sản xuất gạch gốm ốp lát. Cr
2
O
3
trong bột màu
không tồn tại độc lập mà ở dạng khoáng có cấu trúc bền là (Cr,Al)
2
O
3
- dạng Corindon và
3(Cr,Al)
2
O
3

.2SiO
2
dạng Mulit. Nguyên tố Cr tham gia vào cấu trúc mạng tinh thể ở trạng
thái dung dịch rắn rất bền và tuỳ theo hàm lợng có thể tạo ra đợc những tông màu đậm
nhạt khác nhau. Tỷ lệ các oxýt này hợp lý và Cr
2
O
3
khoảng 60-70 % sẽ cho bột màu có
cờng độ mạnh nhất, bền nhất.
+ Xanh nớc biển (Blue-Green):
Màu xanh nớc biển (xanh dơng, xanh blue green hay xanh Pháp) đợc tổng hợp
tơng tự nh bột màu xanh lá cây nhng có tham gia đáng kể của CoO. Khi đó dạng
khoáng bền tạo thành không chỉ là dạng khoáng có cấu trúc bền là (Cr,Al)
2
O
3
- dạng
Corindon và 3(Cr,Al)
2
O
3
.2SiO
2
nh đối với bột màu xanh lá cây mà còn có dạng Spinen
rất bền nữa CoO.Cr
2
O
3
do Cr

2
O
3
kết hợp với CoO. Sắc màu xanh nớc biển tuỳ thuộc vào
hàm lợng tơng đối của Cr
2
O
3
so với CoO trong thành phần.
+ Bột màu nâu (Brown):
Có nhiều cách sử dụng nguyên liệu để tạo ra đợc bột màu nâu bền nhiệt có độ
đậm nhạt và ánh màu nâu khác nhau. Khoáng màu nâu Spinen có công thức chung là
(Zn,Fe,Mn)O.(Cr,Fe)
2
O
3
. Với những thành phần tham gia khác nhau, tỷ lệ khác nhau sẽ
tạo ra đợc nhiều loại có ánh màu nâu khác nhau. Khi bổ xung NiO, sẽ tạo ra đợc màu

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
8
nâu sẫm tơng tự màu Sôcôla. Nhng khi bổ xung Al
2
O
3
với một số tỷ lệ khác nhau, sẽ
tạo ra đợc nhiều loại có màu nâu nhạt hơn. Hàm lợng Cr

2
O
3
hợp lý sẽ làm tăng lên
đáng kể độ bền của bột màu. Bột màu nâu của Mangan, Crôm và Antimoan cũng đợc sử
dụng cho gạch gốm ốp lát. Tuy vậy, bột màu nâu phổ biến hiện nay trên thị trờng là theo
hệ ZnO - Cr
2
O
3
- Fe
2
O
3
mà cấu trúc dạng khoáng ZnO.(Cr,Fe)
2
O
3
. Nh vậy, hệ màu nâu
bền nhiệt có khá nhiều loại và cũng có nhiều tài liệu nớc ngoài đã công bố kết quả
nghiên cứu của họ. Việc quyết định chế tạo loại nào, có sắc màu và độ đậm nhạt mức nào
sẽ tuỳ thuộc chủ yếu vào tình hình nguyên liệu và theo thói quen của cơ sở sử dụng.
+ Bột màu đen (Black):
Bột màu đen bền phổ biến sử dụng trong sản xuất gạch gốm ốp lát có những loại
chủ yếu sau:
- Đen Spinen của Coban, Crôm và Sắt: (Co,Fe)O.(Cr,Fe)
2
O
3

- Đen Spinen của Niken, Crôm và Sắt: (Ni,Fe)O.(Cr,Fe)
2
O
3

- Đen Spinen của Coban, Niken, Crôm và Sắt: (Co,Ni,Fe)O.(Cr,Fe)
2
O
3

- Đen Hematit của Crôm và Sắt (không có Coban và Niken) : FeO.(Cr,Fe)
2
O
3

Bột màu đen dạng Spinen có độ bền rất cao, sử dụng rất tốt cho men (men in, men
nền) gạch gốm ốp lát. Bột màu đen hệ Hematit có độ bền kém hơn trong môi trờng men
nóng chẩy, nên chỉ sử dụng vào xơng gạch gốm ốp lát (gốm granit).

1.2 Tình hình nghiên cứu triển khai trong nớc
Sản xuất gạch gốm ốp lát ở nớc ta trong thời gian hơn mời năm qua đã phát triển
nhanh chóng thành một ngành công nghiệp mạnh. Cùng với những điều kiện máy móc
thiết bị công nghệ và kỹ thuật hiện đại, tiên tiến của thế giới, việc sử dụng bột màu có
chất lợng cao nhập ngoại đã có ý nghĩa đáng kể tạo ra đợc sản phẩm đạt chất lợng
theo tiêu chuẩn ISO, EN, TCVN hiện hành. Với năng lực sản xuất gạch gốm ốp lát của cả
nớc hiện nay đã đạt trên dới 150 triệu m
2
/năm (trong đó gạch gốm granit khoảng 20%,
gạch ceramic khoảng 80%). Tiêu tốn bột màu đợc tính trung bình nh sau: khoảng 0,4
kg/m

2
gạch granit, 0,02 kg/ m
2
gạch ceramic. Vì vậy nhu cầu sử dụng bột màu thực tế là
rất lớn và có khả năng tăng hơn nữa trong những năm tới, nhng đến nay cả nớc vẫn
cha có một cơ sở nào sản xuất bột màu lĩnh vực này.

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
9
Đối với bột màu gốm sứ nói chung trong nhiều năm qua đã đợc nhiều nhà khoa
học và đơn vị nghiên cứu trong nớc quan tâm, ví dụ nh trờng ĐH Bách khoa Hà nội,
trờng ĐH Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, trờng Đại học quốc gia Hà nội, Viện
Luyện kim màu, Viện Nghiên cứu CN xạ hiếm, Các đề tài nghiên cứu với mục đích tạo
ra đợc loại bột màu nào đó sử dụng đợc cho gốm sứ, thay thế nhập ngoại. Một số kết
quả nghiên cứu đã đợc áp dụng thử nghiệm vào thực tế nhng nhìn chung qui mô nghiên
cứu cha đợc tập trung, chế tạo mới ở mức độ nhỏ lẻ, manh mún và chỉ là một số màu dễ
chế tạo, dạng oxýt, bột màu nhẹ lửa và dễ áp dụng đối với sản xuất gốm sứ dân dụng và
gốm sứ mỹ nghệ.
Đối với bột màu cho gạch gốm ốp lát, Viện Vật liệu xây dựng (Bộ xây dựng) đã
hoàn thành 2 đề tài nghiên cứu triển khai (cấp Bộ): RD-9733 Nghiên cứu công nghệ chế
tạo bột màu (xanh và đen) cho gạch gốm granít ốp lát (1997-1999) và RD-35 Nghiên
cứu công nghệ chế tạo bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây, nâu và đen cho men gạch
gốm ốp lát (2000-2002). Với qui mô nghiên cứu công nghệ trong phòng thí nghiệm đã
đa ra đợc những yêu cầu cơ bản về công nghệ chế tạo và kết quả thử nghiệm áp dụng
bột màu vào gạch gốm ốp lát cho thấy phù hợp và thay thế đợc bột màu nớc ngoài.
Nghiên cứu đã tạo ra đợc s
ản phẩm bột màu với 4 dạng nh sau:

1. Màu xanh lá cây hệ Cr-Al-Si (tồn tại tinh thể khoáng bền dạng Corindon và Mulit)
2. Màu xanh nớc biển hệ Cr-Co-Al-Si (tinh thể khoáng bền dạng Spinen, Corindon
và Mulit).
3. Màu nâu hệ Zn-Fe-Cr (tồn tại tinh thể khoáng bền dạng Spinen).
4. Màu đen hệ Co-Ni-Cr-Fe (tồn tại tinh thể khoáng bền dạng Spinen) và bột màu đen
hệ Fe-Cr (tồn tại tinh thể khoáng bền dạng Hematit).
Kết quả nghiên cứu đã tạo ra đợc bột màu, tơng đơng với bột màu của một số
hãng nớc ngoài nh Cerdec, Itaca, Ferro, về bản chất khoáng hoá bền, về màu thể hiện,
độ mịn và một số chỉ tiêu cần thiết khác nữa. Điều kiện công nghệ chế tạo có tính gần với
thực tế và phù hợp với khả năng triển khai sản xuất ở trong nớc.
Một số chất lợng cơ bản của bột màu đợc kiểm tra đánh giá, có so sánh đối
chứng với bột màu nớc ngoài, đợc tóm tắt thể hiện nh sau:


Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
10
Độ mịn, , àm
Tên sản phẩm
Khoáng màu bền tạo đợc
Dmax D tb D90 D50 D10
1. Xanh nớc biển
CoO.Cr
2
O
3
(Spinen),
(Cr,Al)

2
O
3
(Corindon),

3(Cr,Al)
2
O
3
.2SiO
2
(Mulit)
35 6,9 15 5,2 0,3
2. Xanh lá cây
(Cr,Al)
2
O
3
(Corindon),
3(Cr,Al)
2
O
3
.2SiO
2
(Mulit)
75 6,3 15 3,4 0,2
3. Nâu
ZnO.(Fe,Cr)
2

O
3
(Spinen)
65 9,0 22 6,4 0,2
4. Đen
(Co,Ni)O.(Fe,Cr)
2
O
3

(Spinen)
33 9,4 18 8,8 0,5
Bản chất khoáng hoá bền và các chỉ tiêu chất lợng khác của bột màu nớc ngoài
(nh độ mịn, độ ẩm, pH, hàm lợng muối hoà tan, ) đợc kiểm tra đánh giá trong quá
trình nghiên cứu và đã coi đó là những những mức chỉ tiêu chất lợng cụ thể trong việc
nghiên cứu xây dựng quá trình công nghệ, các phơng pháp kỹ thuật cơ bản, cần thiết
cho việc tạo bột màu thay thế tơng đơng bột màu nớc ngoài.
Các phơng pháp nghiên cứu đợc sử dụng có tính khoa học, thực tế; Qui trình và
các giải pháp kỹ thuật của công nghệ có tính hợp lý, học tập theo phơng pháp công nghệ
phổ biến hiện nay của nớc ngoài; Chất lợng sản phẩm đạt yêu cầu sử dụng cho gạch
gốm ốp lát. Đó là những kết quả thực tế và các báo cáo tổng kết đã đợc Hội đồng khoa
học kỹ thuật chuyên ngành Bộ Xây Dựng đánh giá cao. Các kết quả nghiên cứu này cần
đợc phát triển thành sản xuất thử nghiệm để khẳng định thêm một bớc nữa phơng
pháp công nghệ cần thiết, tính phù hợp của công nghệ với tình hình triẻn khai trong nớc
và chất lợng sản phẩm với qui mô lớn hơn đáp ứng đợc yêu cầu sử dụng của sản xuất
gạch gốm ốp lát.

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
11
Chơng 2. tổng quan cơ sở khoa học

Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo bột màu xanh nớc biển, xanh lá cây,
nâu và đen cho công nghiệp gạch gốm ốp lát là nhiệm vụ cơ bản của Dự án. Quá trình
thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm cũng nh quá trình thực hiện nghiên cứu RD trớc
đây đã dựa trên những cơ sở khoa học cần thiết nh sau:
2.1 Bản chất chung về màu, màu vật chất [1, 2, 3,5]
- Màu (của vật thể) là một cảm nhận trực quan ánh sáng bức xạ từ vật thể tới mắt
ngời. Khi chiếu ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) lên vật thể, nó sẽ hấp thụ hoặc cho
xuyên qua một số bớc sóng nào đó, hoặc có bớc sóng nào đó bị phản xạ lại - Tập hợp
các bức xạ phản chiếu từ bề mặt vật thể đợc truyền đến mắt (ngời) và tại đây theo cơ
chế cảm thụ của mắt, ngời ta sẽ có cảm giác về màu của vật thể đó. Nh vậy, màu của
vật thể mà con ngời ta nhận biết đợc không chỉ phụ thuộc vào tính chất vật chất vật thể
đó mà còn phụ thuộc vào tính chất ánh sáng trong môi trờng quan sát.
- Màu của vật thể mà ta quan sát và cảm thụ đợc là kết quả của các quá trình cơ
bản sau đây:
+ Quá trình tơng tác giữa các dao động điện từ tạo ra tia sáng tới với các phân
tử của chất;
+ Quá trình hấp thụ có chọn lọc bớc sóng ánh sáng do đặc điểm về cấu trúc của
phân tử có màu quyết định;

+ Quá trình tác động của các tia sáng đợc phản chiếu hay đi xuyên qua chất lên
võng mạc (hay lên một dụng cụ quang học có khả năng phân biệt màu sắc).
Trong các quá trình tơng tác trên, quá trình thứ hai có ý nghĩa quyết định và tạo
nên sự khác biệt rất đa dạng về màu sắc của thế giới tự nhiên. Và nếu không có ánh sáng
thì mọi vật đều tối đen (không có màu sắc). Để nhận biết đợc màu của chất thì phải có
ánh sáng. Tuy nhiên ánh sáng nhìn thấy đợc chỉ là một phần rất nhỏ của cả dòng điện từ
mà con ngời ta có thể nhìn thấy trực tiếp đợc.
Màu sắc cũng có thể phát sinh khi dòng điện từ tác dụng lên chất không thể cảm
thụ đợc bằng mắt thờng. Chẳng hạn khi chiếu tia tử ngoại lên một số sơn, vải và chúng
bắt đầu phát ra những màu sắc khác nhau. Các electron đã hấp thụ năng lợng của các tia

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
12
đập vào và bắt đầu phát nó ra, dới dạng sóng với bớc sóng khác đi mà mắt ngời có thể
cảm thụ đợc.
- Dới tác động của các dao động điện từ của tia sáng tới, các electron trong phân
tử làm thay đổi trạng thái electron trong phân tử đó. Trạng thái electron trong phân tử là
cơ sở để giải thích màu sắc. Độ linh động của các electron, khả năng di chuyển từ mức
năng lợng này sang mức năng lợng khác, từ nguyên tử này sang nguyên tử khác của
chúng - tất cả những nguyên nhân đó tạo nên khả năng xuất hiện màu sắc.
Mức lợng tử nội năng của các phân tử là nguyên nhân hấp thụ chọn lọc bớc sóng
ánh sáng. Mỗi dạng phân tử có mức nội năng đặc trng của chúng và mức năng lợng
kích hoạt nếu nh từ 158 đến 300 kj/mol sễ tơng ứng với bớc sóng trong dải phổ nhìn
thấy là 760 và 400 nm. Điều đó có nghĩa chỉ có những chất mà các phân tử của chúng
chuyển sang trang thái kích hoạt do tác động của mức năng lợng 158-300kj/mol mới có
khả năng hấp thụ chọn bớc sóng trong phổ nhìn thấy đợc.
Nếu năng lợng kích hoạt lớn hơn 300 kj/mol thì vật chất sẽ hấp thụ ánh sáng vùng

phổ cực tím, nếu nhỏ hơn 158 kj/mol thì vật chất hấp thụ ánh sáng vùng phổ hồng ngoại.
Cả 2 trờng hợp này vật chất đều không có màu. Nh vậy giá trị max đặc trng cho màu
vật chất, sẽ là thớc đo năng lợng kích hoạt của phân tử chất đó.
- Có thể nói rằng màu của vật thể mà con ngời ta cảm nhận đợc bằng mắt khi có
một bức xạ có bớc sóng xác định nào đó tác động lên võng mạc của mắt ngời quan sát.
Mắt con ngời ta chỉ có thể nhận biết màu của vật chất hấp thụ phần ánh sáng có bớc
sóng thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy đợc (760 - 400 nm).
Vật chất (vật thể) có thể có hấp thụ ánh sáng có bớc sóng ngoài vùng này nh
ng
không làm cho mắt ngời nhận biết và phân biệt đợc thông qua cảm nhận màu sắc. Sự
hấp thụ ánh sáng theo bớc sóng từ 760 đến 400 nm sẽ cho cảm giác nhận biết màu từ
màu đỏ, da cam, vàng, lục, đến lam, tím.
Vật chất có thể hấp thụ theo một hay nhiều nhóm bớc sóng khác nhau, tạo ra cảm
giác nhận biết về các màu khác nhau, nh: đỏ, xanh, vàng, nâu, đen, trắng, Hấp thụ
năng lợng ánh sáng có chọn lọc bớc sóng là thuộc tính tự nhiên của vật chất, đợc
quyết định bởi bản chất hoá học, cấu trúc hình học, , tức là do các liên kết nội tại của

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
13
vật chất đó. Nh vậy, màu của chất đợc chúng ta nhận biết đợc là do khả năng cảm thụ
và phân biệt do tác động của bức xạ từ vật thể tới của mắt ngời. Tùy thuộc vào bớc
sóng bức xạ trong dải phổ nhìn thấy đợc, tới mắt quan sát, mà màu của vật sẽ là màu này
hay màu kia. Quan hệ này đợc thể hiện theo Hình 1.
Vật chất có thể ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí, là vô cơ hay hữu cơ, nhng màu sắc
của chúng mà con ngời ta quan sát đợc về cơ bản đều có bản chất chung nh trên đã
trình bầy. Mối quan hệ giữa màu ánh sáng hấp thụ (nhóm bớc sóng, năng lợng hấp thụ,
màu phổ của chúng) với màu của chất (khi chiếu ánh sáng ban ngày) có thể đợc thể hiện

theo Bảng 1.
- Trong tự nhiên, dới tác dụng của ánh sáng trắng lên các vật thể khác nhau, có
thể xẩy ra một số hiện tợng liên quan tới màu sắc của chúng nh sau:
a./ Khi tất cả các tia nhìn thấy đợc đều xuyên qua vật trong suốt hoặc phản xạ từ
các vật không trong suốt, kết quả là vật trong suốt không định hình nổi màu (không có
màu), còn vật không trong suốt trở thành có màu trắng.
b./ Khi tất cả các tia nhìn thấy đợc vật thể hấp thụ hoàn toàn, vật đó trở nên có
màu đen.
c./ Khi tất cả các tia nhìn thấy xuyên qua vật trong suốt hoặc phản xạ từ vật không
trong suốt đều ít nhiều bị yếu đi do chúng bị hấp thụ một phần, khi đó sắc thái màu của
vật thể thay đổi từ xám sáng đến xám đen.
d./ Khi vật thể chỉ hấp thụ một phần những tia nhìn thấy, phần còn lại hoặc xuyên
qua hoặc phản xạ lại, vật thể sẽ có màu sắc nào đó.
- Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng hấp thụ ánh sáng
của các vật thể khác nhau. Đờng cong quang phổ hấp thụ đợc xây dựng thể hiện quan
hệ năng lợng hấp thụ và dải bớc sóng hay tần số ánh sáng bị hấp thụ, qua đó xác định
đợc giá trị năng lợng bị hấp thụ cực đại và tơng ứng tại đó là bớc sóng hay tần số ánh
sáng bị hấp thụ nhiều nhất và đặc trng hình dạng đờng cong của mối quan hệ đó. Màu
sắc của vật thể đ
ợc xác định phân biệt bằng giá trị max và đặc trng hình dáng đờng
cong hấp thụ.




Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
14

Màu của phổ
Tím Chàm Lục Vàng Đỏ
, nm 400 500 600 700 Sự sâu màu

Vàng


Da cam


Đỏ


Đỏ tía



Chàm


Lục

Sự cao màu
Hình 1. Màu sắc liên quan tới bớc sóng bức xạ
Bảng 1 . Quan hệ màu ánh sáng bị hấp thụ và màu của chất
Bớc sóng của vạch
hấp thụ, nm
Năng lợng,
kj/mol
Màu của ánh sáng

hấp thụ
Màu của chất
400-435 299-274 Tím Lục - Vàng
435-480 274-249 Lam Vàng
480-490 249-244 Lam - Lục nhạt Da cam
490-500 244-238 Lam - Lục nhạt Đỏ
500-560 238-214 Lục Đỏ tía
560-580 214-206 Lục - Vàng Tím
580-595 206-200 Vàng Lam
595- 605 200-198 Da cam Lam - Lục nhạt
605-750 198-149 Đỏ Lục - Lam nhạt


2.2. Chất màu vô cơ và bột màu gốm sứ [1, 2, 4, 8]
2.2.1 Chất màu vô cơ - Đặc điểm chung
- Trong đa số các chất vô cơ, màu đợc quyết định bởi các bớc chuyển điện tích
từ nguyên tử của nguyên tố này sang nguyên tử của nguyên tố khác. Đóng vai trò chủ yếu

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
15
trong trờng hợp này là trạng thái hóa trị của nguyên tố của lớp điện tử ngoài cùng của
chúng. Trong phân tử của các chất có màu, mức năng lợng của các electron phân bố khá
gần nhau. Điều đó cho phép chất hấp thụ những lợng tử có năng lợng không lớn lắm
ứng với bớc sóng trông thấy. Số electron trong nguyên tử càng nhiều thì các mức năng
lợng càng sít nhau và đặc biệt có quĩ đạo trống thì càng dễ có màu.
- Từ đặc điểm của các chất vô cơ có màu ngời ta rút ra mối liên hệ giữa màu của
chất và vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Các hợp chất vô cơ mà phân tử đợc tạo

bởi những nguyên tố s, p có ion lớp với lớp vỏ electron đợc lấp đầy: các cation của kim
loại kiềm, kiềm thổ và các anion của các nguyên tố phi kim thuộc ba chu kỳ đầu đều
không có màu.
- Những hợp chất (chủ yếu là oxít) của các nguyên tố nằm tại ranh giới qui ớc
kim loại - phi kim nh antimoan, bímut, chì, nhôm cũng không có màu. Những hợp chất
của các nguyên tố thuộc phân nhóm phụ - nhóm IV (titan, zicon) có màu trắng. Thành
phần của các hợp chất phân nhóm này có đặc điểm là không thể chuyển electron ở oxy và
ở các cation từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích vì không có các orbital tự do.
Đa số trờng hợp các ion có lớp vỏ cha hoàn chỉnh tạo ra những hợp chất có màu.
ở các nguyên tố thuộc chù kỳ IV, màu đợc quyết định bởi bớc chuyển electron từ
orbital d này sang orbital d khác. Trạng thái tồn tại của chất ảnh hởng đáng kể tới màu
của chúng vì làm thay đổi khoảng cách giữa các ion, nguyên tử và các hạt nhân dẫn tới
làm thay đổi thế chuyển điện tích. ở trạng thái rắn, trong chất có sự phân bố trật tự của
các hạt. Sự tơng tác mạnh của các hạt nằm gần nhau làm xuất hiện nhiều mức năng
lợng dẫn tới tăng khả năng chuyển electron. Vì vậy phổ trở nên dày đặc gồm một số lớn
những dải rộng kéo dài vài chục nm và chồng lên nhau. Vị trí của các dải hấp thụ mạnh
nhất sẽ quyết định màu của chất.
2.2.2. Bột màu gốm sứ
2.2.2.1. Định nghĩa: Bột màu gốm sứ đợc định nghĩa là những hợp chất vô cơ có khả
năng phát màu mạnh đợc sử dụng để trang trí màu sắc sản phẩm gốm sứ".
2.2.2.2. Phân loại:
Có rất nhiều loại bột màu đợc sử dụng để trang trí màu sắc sản phẩm gốm sứ và
thực tế cũng có nhiều cách phân loại, tùy theo tiêu chí khác nhau.

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
16
Trong lĩnh vực gốm sứ có một số cách phân loại nh sau:

a./ Theo nguồn gốc tạo thành (có bột màu tự nhiên, nhân tạo, );
b./ Theo màu thể hiện (có bột màu xanh, đỏ, vàng, );
c./ Theo chất tạo thành (có màu của Crôm, Coban, Sắt, );
d./ Theo tính chất bền (có bột màu bền hay không bền, );
e./ Theo mục đích sử dụng (có bột màu cho men, cho engobbe, cho xơng, cho đề
can, bột màu cho men nền hay men in, men vẽ, bột màu trên men hay dới men, );
f./ Theo phạm vi nhiệt độ sử dụng (có bột màu cao nhiệt, thấp nhiệt, );
g./ Theo sản phẩm gốm sứ (có bột màu cho sứ điện, cho sứ dân dụng, cho gốm sứ
xây dựng, bột màu cho gốm sứ mỹ nghệ, );
h./ Theo cơ chế thể hiện màu khi sử dụng (có bột màu hòa tan hay bột màu phân
tán).

Nh vậy, khái niệm bột màu gốm sứ (bột màu sử dụng để trang trí sản phẩm gốm
sứ) là rất rộng, đợc chỉ vật chất dù là tự nhiên hay nhân tạo miễn là có màu nào đấy khi
sử dụng để nhuộm màu sản phẩm gốm sứ, chúng đợc chế tạo thành dạng bột mịn.
Đối với một số ngành công nghiệp gốm sứ nh gạch gốm ốp lát xây dựng, sứ vệ
sinh xây dựng, sứ điện, , khái niệm bột màu gốm sứ còn phổ biến sử dụng đối với các
loại bột màu loại có chất lợng cao (có gam màu đẹp, có tính bền nhiệt độ cao, bền màu
cao, có cờng độ màu thể hiện mạnh, có độ mịn cao, ).

2.2.2.3. Cơ chế thể hiện màu sắc khi sử dụng bột màu
- Nhu cầu thực tế sản xuất đặt ra cần sử dụng bột màu để trang trí màu sắc sản
phẩm gốm sứ. Khi sản xuất gốm sứ, bột màu sử dụng sẽ chịu tác động mạnh của nhiệt độ
cao, môi trờng (môi trờng nung và tác động hoá học của phối liệu gốm sứ, ) và thực tế
cơ chế hiện màu của chúng thực tế là rất phức tạp. Tuy vậy, cơ chế hiện màu có thể đợc
diễn giải nh sau:
+ Trờng hợp bột màu bị hoà tan, bị biến đổi và phản ứng mạnh với một số thành
phần nào đó trong phối liệu xơng, men gốm sứ hoặc trong môi trờng nung. Những sản
phẩm của quá trình hoà tan biến đổi này có xuất hiện màu và sẽ thể hiện màu sắc lên sản
phẩm gốm sứ (gọi là màu hoà tan hay màu phân tử). Có nhiều trờng hợp màu sắc thể

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
17
hiện không nh màu ban đầu của của bột màu và bản chất khoáng hóa của bột màu bị
biến đổi nhiều.
Hiện tợng cơ chế này thờng xẩy ra khi sử dụng loại bột màu kém bền hoặc có độ
bền thông thờng và đối với sản xuất theo công nghệ nung thông thờng (nung không
nhanh). Do chất màu bị biến đổi nhiều nên màu sắc trang trí sản phẩm rất khó đợc ổn
định.
+ Trờng hợp bột màu không bị hoà tan, không bị biến đổi bản chất khoáng hoá
khi nung sử dụng (có thể có hoà tan biến đổi không đáng kể). Màu gốm sứ thể hiện màu
ban đầu của bột màu và tuỳ thuộc rất nhiều vào sự phân tán của các hạt màu trong phối
liệu gốm sứ đó (gọi là màu phân tán). Cơ chế này thể hiện rõ nét hơn đối với công nghệ
nung nhanh gốm sứ và sử dụng loại bột màu có bản chất khoáng hoá bền. Màu sắc thể
hiện trên sản phẩm sẽ có độ ổn định cao hơn so với cơ chế hoà tan.
Đối với sản xuất gốm sứ qui mô công nghiệp, đặc biệt là sản xuất gạch gốm ốp lát,
hiện nay thế giới đã phổ biến áp dụng công nghệ nung nhanh và đồng thời phổ biến sử
dụng bột màu có độ bền cao đối với nhiệt độ cao - đã làm tăng rất đáng kể độ ổn định
chất lợng phát màu (làm tăng lên đáng kể độ ổn định trang trí màu sản phẩm).
2.2.2.4. Bản chất khoáng hóa và cơ sở hoá lý tạo thành bột màu gốm sứ
Bản chất khoáng hóa:

- Màu thể hiện sẽ tuỳ thuộc vào hợp chất của một số nguyên tố hoá học có đặc tính
tạo màu có trong bột màu. Độ bền và gam màu thể hiện không chỉ tuỳ thuộc vào dạng
hợp chất của nguyên tố hoá học có trong nó mà còn tuỳ thuộc vào dạng tinh thể khoáng
tạo thành có bền hay không.
Những nguyên tố hoá học có đặc tính phát màu mạnh là một số nguyên tố thuộc

nhóm chuyển tiếp hoặc nhóm đất hiếm, ví dụ nh Crôm, Coban, Niken, Sắt, Mangan,
Vanadi, Kẽm, Selen, Cadmi, Praseodym, Nồng độ (hàm lợng) của hợp chất nguyên tố
này ảnh hởng mạnh tới khả năng phát màu (cờng độ màu) của chúng.
- Dạng cấu trúc khoáng bền cần tạo ra có thể là Spinel, Corindon, Mulít, Sphen,
Olevin, Cordierit, Zircon, Badelit, Periclaz, , trong đó, các nguyên tố phát màu có thể
đợc tham gia nh là một thành phần chính trong cấu trúc tinh thể, hoặc là thành phần

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
18
của dung dịch rắn của cấu trúc tinh thể đó (dung dich rắn thay thế hoặc dung dịch rắn
trộn lẫn).
- Bột màu bền có thể có nguồn gốc tự nhiên (bột màu tự nhiên), nhng do thờng
lẫn nhiều tạp chất nên loại này chỉ có cờng độ màu trung bình. Tạp chất nhiều và thành
phần không ổn định là những điều không thuận lợi để trang trí ổn định màu sắc hoa văn
gạch gốm ốp lát trong sản xuất công nghiệp.
- Loại bột màu bền tổng hợp nhân tạo từ những hợp chất nguyên tố phát màu
mạnh, có cấu trúc tinh thể bền tạo ra đợc khi nung ở nhiệt độ cao (1250-1400
0
C) - rất
thích hợp sử dụng trong sản xuất gạch gốm ốp lát. Hiện nay ngời ta đã tổng hợp đợc
rất nhiều loại bột màu bền với những gam màu khác nhau, với độ đậm nhạt khác nhau.
Bột màu sử dụng trong sản xuất gốm sứ có dạng cấu trúc tinh thể Spinel nói chung có đặc
tính nổi trội về khả năng bền đối với một số tác nhân ảnh hởng đến màu sắc khi sử dụng
chúng nh nhiệt độ, môi trờng khí, tác nhân hóa học của xơng hay men gốm sứ,
Bản chất khoáng hóa của bột màu xanh nớc biển (dạng cấu trúc tinh thể khoáng bền):
CoO.Cr
2

O
3
(Spinen), (Cr,Al)
2
O
3
(Corindon) và

3(Cr,Al)
2
O
3
.2SiO
2
(Mulit)
Bản chất khoáng hóa của bột màu xanh lá cây:
(Cr,Al)
2
O
3
(Corindon) và 3(Cr,Al)
2
O
3
.2SiO
2
(Mulit)
Bản chất khoáng hóa của bột màu nâu:
ZnO.(Fe,Cr)
2

O
3
(Spinen)
Bản chất khoáng hóa của bột màu đen:
(Co,Ni)O.(Fe,Cr)
2
O
3
(Spinen)
Một số cơ sở hóa lý tạo thành bột màu gốm sứ:

Bột màu đợc tổng hợp ở nhiệt độ cao, khoảng 1250-1400
o
C, cho nên chúng có
khả năng bền cấu trúc tinh thể. Khi sử dụng trong sản xuất gạch gốm ốp lát với nhiệt độ
nung thấp hơn (1150-1200
o
C), chúng có khả năng bền màu và dễ dàng ổn định đợc màu
sắc trang trí sản phẩm. Cơ sở hóa lý tạo thành bột màu gốm sứ nh sau:
Phản ứng tổng hợp chất màu gốm sứ:
- Nh đã biết bột màu gốm sứ là những hợp chất vô cơ bền và có màu. Bản chất
bền của chúng đợc dựa trên cơ sở các cấu tử có khả năng phát màu mạnh hoặc tham gia
tạo thành khoáng bền, hoặc tham gia dung dich rắn với khoáng bền. Để tạo ra đợc

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
19
khoáng bền hoặc dung dịch khoáng bền đó cần có quá trình phản ứng tổng hợp xẩy ra ở

nhiệt độ cao.
Phản ứng tổng hợp chất màu cho gốm sứ thực chất là phản ứng giữa các nguyên
liệu cần thiết tạo khoáng chất màu và xẩy ra ở nhiệt độ cao 1250-1400
0
C. Đa số các
trờng hợp tạo chất màu đi từ những nguyên liệu dạng bột, cho nên quá trình phản ứng
xẩy ra ở trạng thái vật chất rắn và từ bề mặt các hạt rắn vật chất đó.
Quá trình tổng hợp đợc thúc đẩy nhanh nhờ sự xuất hiện pha lỏng ở nhiệt độ thấp.
Có thể pha lỏng xuất hiện đợc do có chất khoáng hoá, có thể do các nguyên liệu tự nóng
chẩy. Diễn biến của quá trình phản ứng tổng hợp chất màu rất phức tạp, bao gồm nhiều
giai đoạn nh phát sinh các khuyết tật và làm tơi mạng tinh thể, hình thành và phân huỷ
dung dịch rắn, xây dựng lại mạng tinh thể nếu có, quá trình chuyển dạng thù hình, khuếch
tán cation, kết khối, tái kết tinh và tơng tác các chất ban đầu.
Tốc dộ phản ứng phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
+ Hoạt tính của các chất phản ứng:
Thông thờng nguyên liệu ở dạng chuyển tiếp, trung gian sẽ có hoạt tính cao hơn.
Trong một số trờng hợp ngời ta sử dụng nguyên liệu dạng muối, dạng hydroxyt, để
tổng hợp chất màu gốm sứ. Tuy vậy, sử dụng nguyên liệu dạng oxyt dễ dàng định lợng
đúng thành phần phối liệu theo yêu cầu chế tạo bột màu.
+ Bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng:
Bề mặt tiếp xúc giữa các hạt phản ứng càng lớn, phản ứng càng nhanh, hiệu suất
tổng hợp càng lớn. Có thể tăng bề mặt tiếp xúc bằng cách tăng độ mịn nguyên liệu và có
thể ép phối liệu tăng mặt độ phối liệu. Thông thờng để phản ứng pha rắn có hiệu quả
hơn, ngời ta thờng quan tâm đến hạt nguyên liệu tham gia phản ứng phải có kích thớc
nhỏ hơn kích thớc hạt sản phẩm bột màu. Tuy vậy, nếu phản ứng xẩy ra mà quá trình
khuếch tán vật chất trong trờng hợp cụ thể diễn ra mạnh thì sự quan tâm này không có ý
nghĩa nhiều.
+ Nhiệt độ và thời gian lu ở nhiệt độ tối đa:
Nhiệt độ làm tăng khả năng khuếch tán các hạt vật chất, khi đó tốc độ phản ứng sẽ
tăng. Tốc độ nâng nhiệt độ, nhiệt độ tối đa và thời gian lu ở nhiệt độ tối đa liên quan trực

tiếp tới tốc độ và hiệu quả phản ứng tạo khoáng chất màu cần thiết.

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
20
Khi phản ứng pha rắn xẩy ra, các ion hay nguyên tử của chất phản ứng bị giữ chặt
trong lới tinh thể và trớc khi có sự tái thiết, các vị trí cân bằng trong mạng lới bị rối
loạn. Vì vậy, các dao động giữa các liên kết trở thành yếu tố chủ yếu và phản ứng chỉ diễn
ra khi dao động vợt quá giới hạn nào đó. Dao động đó dù có đủ năng lợng làm đứt liên
kết nhng các đơn vị đợc giải phóng không ở dạng chuyển động tự do mà chỉ di chuyển
sang mạng lới bên cạnh. Những phản ứng nh vậy diễn ra theo cơ chế khuếch tán, tốc độ
phản ứng pha rắn do vậy rất chậm.
Sự khuếch tán diễn ra chủ yếu thông qua những khuyết tật trong tinh thể. Việc tăng
nhiệt độ làm tăng mức độ khuyết tật, tại cùng thời gian, làm tăng độ linh động của các ion
khuếch tán. Do vậy tốc độ khuếch tán phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.
Trong thực tế phản ứng khuếch tán diễn ra chủ yếu ở lớp tiếp xúc các hạt nguyên
liệu. Phản ứng cần đợc khơi mào bởi sự di chuyển của các nguyên tử hoặc các ion từ hạt
vật chất này vợt qua lớp tiếp xúc pha và chui vào trong hạt vật chất kia. Nung ở nhiệt độ
cao là cần thiết để thúc đẩy quá trình này.
Khi quá trình khuếch tán diễn ra nhờ sự di chuyển các ion mạng lới vào trong một
vị trí khuyết tật hay vị trí trống ở tinh thể cùng hay khác loại. Đa số các khuyết tật xuất
hiện trên bề mặt hạt nguyên liệu, cho nên các hạt tiếp xúc với nhau sẽ dễ dàng diễn ra sự
khuếch tán này. Đầu tiên là tạo mầm trên bề mặt, sau đó phân tán xung quanh nhờ
khuếch tán thông thờng, cho tới khi hình thành một lớp tiếp xúc hoàn chỉnh. Tốc độ tạo
mầm tỷ lệ với nhiệt độ và số tâm hoạt động
Vai trò của chất khoáng hoá đối với quá trình kết khối màu:

Chất khoáng hoá là chất thúc đẩy tốc độ phản ứng đặc biệt đối với phản ứng pha

rắn tổng hợp khoáng chất màu bền. Trong tổng hợp chất màu cho gốm sứ, phụ gia khoáng
hóa thờng dùng một số hợp chất của Bo (H
3
BO
4
, Na
2
B
4
O
7
.10H
2
O , B
2
O
3
), muối của kim
loại kiềm Na
2
CO
3
, các hợp chất của Flo (NaF, CaF
2
, Na
2
SiF
6
).
Một số trờng hợp nguyên liệu tạo màu đồng thời đóng vai trò chất khoáng hoá, ví

dụ nh hợp chất của Vanadi, Lantan, Pha lỏng xuất hiện, có thể do chất khoáng hoá
nóng chẩy, hoặc do chất khoáng hoá tạo ơtecti với một trong các chất phản ứng tạo nóng
chẩy. Tác dụng thúc đẩy nhanh tốc độ phản ứng giữa các pha rắn là do sự xuất hiện pha
lỏng.

Báo cáo tổng kết Dự án cấp Nhà Nớc - KC.02.DA06


Viện Vật liệu xây dựng
21
Nhờ sự xuất hiện pha lỏng, có độ nhớt thấp đã thấm ớt các hạt rắn của chất phản
ứng dễ dàng, có tác dụng thúc đẩy nhanh tốc độ phản ứng, quá trình tái kết tinh sản phẩm
trong hỗn hợp.
2.2.2.5. Độ phân tán của bột màu gốm sứ
Độ mịn là một chỉ tiêu chất lợng quan trọng của bột màu liên quan trực tiếp tới
khả năng phân tán bột màu khi sử dụng. Về nguyên tắc chung, bột màu càng mịn càng dễ
phân tán trong phối liệu gốm sứ, màu thể hiện càng thật đồng đều và hiệu quả thể hiện
màu càng cao. Tuy vậy, khi khảo sát một số mẫu bột màu và tham khảo tài liệu nớc
ngoài thấy rằng độ mịn của các loại bột màu không nh nhau, phân bố thành phần hạt tuỳ
thuộc vào từng loại, vào bản chất khoáng màu của chúng. Về chỉ tiêu phân bố thành phần
hạt, thực tế thấy rằng bột màu cho gốm sứ có kích thớc thích hợp, cỡ àm.
Đối với bột màu cho sản xuất gạch gốm ốp lát thờng có kích thớc hạt 45-50
àm , trong đó 90% các hạt 10-15àm. Với độ mịn nh thế này đã đảm bảo đợc yêu cầu
của công nghệ sản xuất gạch gốm ốp lát sử dụng bột màu vào men nền, men in lới và in
rulô.
Để đạt đợc độ mịn yêu cầu, ngời ta có thể sử dụng máy nghiền siêu mịn (gia tốc,
hành tinh, ) hoặc máy nghiền thùng quay với tấm lót và bi nghiền bằng oxýt Nhôm, oxýt
Zircon chịu mài mòn cao (nh loại ALUBIT 90 trở lên). Có thể nghiền theo phớng pháp
khô hoặc ớt, liên tục hoặc gián đoạn. Trong quá trình nghiền có thể có hệ thống phân ly
để tăng hiệu quả nghiền.

2.2.2.6. Yêu cầu về hàm lợng chất hòa tan, độ pH, độ ẩm của bột màu
Công nghiệp sản xuất gạch gốm ốp lát đòi hỏi bột màu phải không có chất có thể
hoà tan đợc trong nớc, có độ pH trung tính (6,5-7,5) để đảm bảo khi sử dụng bột màu
không làm thay đổi những tính chất lu biến của hồ phối liệu (xơng hoặc men có sử
dụng bột màu).
Hàm lợng ẩm có trong bột màu phải nhỏ và ổn định để dễ dàng ổn định tỷ lệ sử
dụng bột màu khi pha chế trong sản xuất công nghiệp (thông thờng độ ẩm khoảng < 0,3-
0,5 %).
2.2.2.7. Đặc trng qui trình công nghệ chế tạo bột màu bền nhiệt độ cao

Đặc trng của qui trình công nghệ chế tạo bột màu loại tổng hợp bền nhiệt, dù là
đối với màu này hay màu kia, đều có một nét chung là phải tổng hợp khoáng màu bền
bằng phơng pháp thiêu kết ở nhiệt độ cao và sau đó là nghiền mịn. Về trình độ khoa học