tìm hiểu về các loại frit, men frit và phương pháp tính bài phối liệu frit tráng lên tấm ốp lát ceramic
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.01 MB, 68 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ
KHOA HÓA - MÔI TRƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG
Đề tài:
TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI FRIT, MEN FRIT
VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH BÀI PHỐI LIỆU FRIT
TRÁNG LÊN TẤM ỐP LÁT GẠCH CERAMIC
Giáo viên hướng dẫn:
ThS. Võ Thị Thanh Kiều
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Thị Hằng
Nguyễn Thanh Hùng
Nguyễn Thị Liễu
Thái Thị Nguyệt
Nguyễn Nhất Thắng
Lớp: 11CDCH01
Niên khóa: 2011 - 2014
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Huế, tháng 5 năm 2014
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Lời Cảm Ơn
Trong thời gian thực hiện đề tài
khóa luận tốt nghiệp, dưới sự chỉ dẫn
tận tình của giáo viên hướng dẫn và
được phía nhà trường tạo điều kiện
thuận lợi cho chúng em tìm hiểu, học
tập và nghiêm túc để hoàn thành đề
tài này. Kết quả thu được không chỉ do
sự nổ lực của mỗi cá nhân chúng em
mà còn có sự giúp đỡ của quý thầy
(cô), gia đình, bạn bè. Cho nên chúng
tôi xin gửi lời cảm ơn phía lãnh đạo
nhà trường, đến quý thầy (cô), gia
đình và các bạn đã đã tận tình giúp
đỡ chúng em hoàn thành tốt bài báo
cáo.
Đặc biệt chúng em xin cảm ơn tới
cô giáo Võ Thị Thanh Kiều đã tận tình
hướng dẫn, dẫn dắt chúng em trong
việc tìm hiểu sâu hơn về thực tế sau
những kiến thức từ cơ sở lý thuyết
chúng em đã được học về đề tài
nghiên cứu. Chúc cô sức khỏe và công
tác tốt.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Nhóm sinh viên thực hiện
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT 8
DANH MỤC CÁC BẢNG 9
LỜI MỞ ĐẦU 10
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 11
!"#$
%" &"'"$
PHẦN II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ FRIT VÀ MEN FRIT 13
'(')*+,
1.1.1 Men 13
( /0/12
.34506378290
6:;<00-=0>?/@8A@B4506290CD/>3-A6?3-EFG.>39D82/3
1.1.2. Frit [3,7] 14
( /0/12
.34506378CD/>
1.1.3. Men frit 15
1.1.4. Engob [3,11] 15
1.1.5. Màu gốm, men màu 16
%HI03-J>3783-J>2K:6E2),L
%902K:+
"M#NOPNO
+
1.2.1. Phân loại frit [11,12] 17
ND/>Q-R3-I;+
ND/>3R0-/1>ST0R063-I;>D:06UV0-W
ND/>4X3-I;W
ND/>>DA06Y
%ND/>S53Y
LND/>28ZY
+ND/>2K:Y
1.2.2. Phân loại men frit 20
2.2.1. Men trong [3] 20
2. 2.2. Men đục [3] 20
2.2.3. Men mờ [3,11] 21
2.2.4. Men màu [3] 22
[\]^_`NOPNO
1.3.1. Nguyên liệu để sản xuất frit 22
-R206:;<0G/1:>a0-/<0
-R206:;<0G/1:0-=0>?AbQc>-:d>e)W,%
1.3.2. Nguyên liệu để sản xuất men frit 28
ND/>W
8AG80-)*W,W
J>@f>)W,Y
-J>S/106/I/),g
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Oh'_[OP)*+*,
g
1.4.1. SiO2 30
1.4.2. B2O3 31
1.4.3. PbO 32
1.4.4. Kiềm _ K2O, Na2O, Li2O 33
1.4.5. CaO 34
1.4.6. BaO 34
1.4.7. MgO 35
1.4.8. ZnO 35
1.4.9. Al2O3 36
1.4.10. TiO2 36
1.4.11. SnO2 37
1.4.12. ZrO2 37
%'i`P
W
1.5.1. Sự tạo thành lớp men. Sự tạo thành lớp trung gian giữa xương và men. Độ nhớt của men [3,7].
38
%]a>?A>-K0-GjF290W
]U%]UkY
%T0-j>378290Y
%]a-V0->-K0-GjF>D:066/80g
1.5.2. Sức căng bề mặt của men [3,7] 41
1.5.3. Sự giãn nở nhiệt của men [3,7] 43
1.5.4. Độ cứng của men [3,7] 44
%TUl03-E06G?/mn>opj3%
%TUl0Gq0%
%TUl03-E062K/2r0L
1.5.5. Tính chất điện [3,7] 46
1.5.6. Độ bền hóa của men [3,7] 47
1.5.7. Sự tạo màu [7] 48
1.5.8. Độ trong suốt của men [2] 49
1.5.9. Độ bóng của men [2] 49
Ls]([tuP
%g
1.6.1. Khuyết tật bề mặt men 50
Lv>290*UA06290%g
Lw3-=0Q/2%
1.6.2. Men bị tách 51
1.6.3. Men nhỏ giọt, vón cục 52
1.6.4. Men bị sần 52
1.6.5. Màu loang lỗ trên bề mặt men [7] 53
1.6.6. Men chảy không đều 53
1.6.7. Khuyết tật khi tráng chuông 53
1.6.8. Khuyết tật do men 54
1.6.9. Khuyết tật do quá trình sản xuất 54
Chương 2. TÍNH BÀI PHỐI LIỆU FRIT 56
" &"'"$
%L
x$]PPOi'H"
%L
2.2.1. Công thức Seger 56
y0--K2Gpz063.306:;<0G/1:Sp8mKAF-E/G/1:0-/l:Ao;>Lg
y0--K2Gpz063.306:;<0G/1:Sp8mKAF-E/G/1:2T>Ao;>L
y0--K2Gpz063.306:;<0G/1:Sp8mKAS{U|@:063-A3.3Ao/>S}Sp8mKA2K3r0>-/n:L
Chương 3. ĐỊNH HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP 65
~ •
L%
^"'"
L%
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
(tu
LL
(t~
LL
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
DANH MỤC VIẾT TẮT
- CMC: Cacbon metyl cellulos
- MKN: Mất khi nung
- PTL: Phần trăm trọng lượng
- STPP: Sodium tripoly photphat hay Natri triphosphate
- TL: Trọng lượng
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại theo tính chất và nhiệt độ chảy trung bình 20
Bảng 1.2. Phân loại theo tính chất và nhiệt độ chảy thấp 20
Bảng 2.1. Thành phần hóa của nguyên liệu 59
Bảng 2.2. Thành phần hóa theo phần trăm trọng lượng của frit M2 59
Bảng 2.3. Tính toán các oxyt của frit M2 63
Bảng 2.4. Phần trăm trọng lượng của nguyên liệu trong phối liệu frit M2 64
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
9
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
LỜI MỞ ĐẦU
Nhu cầu của con người ngày càng phát triển, không chỉ ăn đủ no mặc đủ
ấm mà là ăn ngon mặc đẹp. Vì vậy nhu cầu về nhà cửa đẹp càng là vấn đề quan
trọng trong cuộc sống của mỗi gia đình. Và gạch men là một trong những vật
liệu giúp ngôi nhà có tính thẩm mĩ và tính độc đáo cao. Men frit chính là lớp áo
ngoài của gạch men, chính nó làm tăng tính thẩm mĩ, tính đa dạng về màu sắc,
mẫu mã cho gạch và nó sẽ đáp ứng được thị hiếu của mỗi người.
Như vậy men frit và nguyên liệu để sản xuất men frit là frit chính là yếu tố
quan trọng cần phải quan tâm. Để đáp ứng vấn đề này chúng tôi mạnh dạn làm
đề tài “Tìm hiểu về các loại frit, men frit và phương pháp tính bài phối liệu
frit tráng lên tấm ốp lát gạch ceramic”
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
10
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài.
Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta đã có những chuyển biến
tích cực từ bao cấp chuyển sang kinh tế thị trường. Cùng với sự phát triển chung
của nền kinh tế đất nước, các doanh nghiệp Việt Nam cũng từng bước trưởng
thành và phát triển không ngừng lớn mạnh cả về thế và lực. Nhanh hòa nhập vào
nền kinh tế khu vực và thế giới.
Một trong những ngành công nghiệp Việt Nam đã có được những tăng
trưởng theo những chiến lược mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế, xã hội. Hơn
thế nữa, để thu hút đầu tư nước ngoài nước ta đã không ngừng xây dựng các cơ
sở hạ tầng. Các khu công nghiệp mọc lên và các nhà máy cũng không ngừng
được xây dựng. Trong đó các nhà máy gạch men cũng được xây dựng lên với sự
chuyển giao công nghệ của Italia, của Tây Ban Nha…
Cùng với quá trình đổi mới phát triển nền kinh tế đất nước và các ngành
công nghiệp khác, ngành công nghiệp gạch ốp lát không ngừng phát triển hoàn
thiện tổ chức sản xuất kinh doanh, với những sản phẩm đạt chất lượng cao đã đáp
ứng được nhu cầu trong nước. Đồng thời giải quyết được vấn đề việc làm cho
hàng trăm lao động, giảm sự mất cân đối trong cán cân thương mại của đất nước.
Mặc dù với nguyên liệu phong phú và có sẵn ở trong nước, nhưng hiện nay
ở nước ta có rất ít nhà máy sản xuất frit để đáp ứng nhu cầu sản xuất cho các
nhà máy gạch men ở Việt Nam. Mà đa số chúng ta đều phải nhập frit ở nước
ngoài với giá thành cao.
Trong lúc đó cuộc sống của con người ngày càng đầy đủ thì nhu cầu đòi hỏi
về thẩm mĩ của con người ngày càng cao. Để đáp ứng nhu cầu đó đòi hỏi gạch
men ngày càng đa dạng về mẫu mã, kích thước, màu sắc. Và men là một trong
nhiều yếu tố quyết định. Men không chỉ giúp gạch làm tăng tính thẩm mĩ mà còn
làm tăng độ bền cơ, độ bền hóa, độ hút nước, độ mài mòn. Tuy nhiên xét về số
lượng, chất lượng, mẫu mã thì men của Việt Nam sản xuất ra không bằng men
của các nước trên thế giới. Hơn nữa với việc nhập khẩu frit với giá thành cao đã
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
11
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
làm cho các doanh nghiệp gặp nhiều khó khăn trong việc giảm giá thành. Vì vậy
gạch men của chúng ta chỉ có thể kinh doanh trong nước mà chưa thể xuất khẩu
ra thị trường thế giới với số lượng lớn.
Với tất cả các lý do trên việc chúng tôi chọn đề tài “Tìm hiểu về các loại
frit, men frit và phương pháp tính bài phối liệu frit tráng lên tấm ốp lát
Ceramic” là một đề tài đáng được quan tâm hiện nay.
2. Mục tiêu đề tài.
- Tìm hiểu về các loại frit, men frit tráng lên tấm ốp lát Ceramic.
- Tính bài phối liệu Frit.
3. Ý nghĩa của việc thực hiện đề tài.
Việc tìm hiểu các loại frit, men frit và phương pháp tính bài phối liệu frit sẽ
làm tiền đề cho việc sản xuất gạch Ceramic để đáp ứng được nhu cầu của người
tiêu dùng và các ngành công nghiệp. Vấn đề này đang được rất nhiều nhà khoa
học quan tâm vì hầu hết các loại frit và men frit đang được sử dụng trong sản
xuất gạch Ceramic ở nước ta hiện nay chủ yếu được nhập ngoại từ các nước
ngoài như Trung Quốc.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài.
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Frit
+ Men Frit
- Phạm vi nghiên cứu đề tài: Tìm hiểu trên cơ sở lý thuyết và phương pháp
tính bài phối liệu frit.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu mà chúng tôi áp dụng ở đây chủ yếu là thu thập thông
tin từ báo chí, internet, báo cáo khoa học, sách học từ trường đại học, cao đẳng….
Nghiên cứu tài liệu giúp thu thập được các thông tin cần thiết như các khái
niệm liên quan đến frit, men frit, các lọai, nguyên liệu, vai trò, tính chất, cũng
như các khuyết tật của frit và men frit.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
12
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
PHẦN II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ FRIT VÀ MEN FRIT
1.1. Các khái niệm [3,7].
1.1.1 Men
1.1.1.1. Khái niệm
Lớp phủ gồm hai loại:
- Lớp phủ silicat (men).
- Lớp phủ oxyt.
Lớp phủ silicat gồm:
- Lớp phủ tráng lên sản phẩm gốm sứ hay còn được gọi là men sứ.
- Lớp phủ tráng lên kim loại.
Vậy men sứ được định nghĩa như sau: Men về bản chất là một lớp thủy tinh
mỏng, chiều dày từ 0,1 ÷ 0,4mm phủ lên bề mặt xương gốm sứ. Nhiệt độ nóng
chảy phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy của xương, thông thường trong khoảng
900 ÷ 1400
o
C.
Tuy nhiên so với thủy tinh thông thường thì nó cũng có những tính chất
khác. Nó không đồng nhất, lớp trên khi nung thì phản ứng với môi trường lò
nung, lớp dưới thì phản ứng với xương. Ngoài ra trong men còn có những chất
không tan hay kết tinh.
1.1.1.2. Tác dụng của men
Men có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở nên sít đặc lại. Điều này
nâng cao được tính chất kỹ thuật và sử dụng cũng như chất lượng trang trí của
sản phẩm. Lớp men phủ thành một màng thủy tinh mỏng làm tăng độ bền cơ
học, bền hóa học, bền điện của sản phẩm đồng thời bảo vệ cho sản phẩm khỏi bị
xâm nhập của chất lỏng và chất khí, làm cho bề mặt nhẵn bóng và có độ ánh đẹp,
nâng cao chất lượng, tính thẩm mỹ của sản phẩm. Men còn bảo vệ các chi tiết
trang trí khác nằm dưới men.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
13
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
1.1.1.3. Nguyên nhân tại sao sử dụng men frit cho
gạch ốp lát ceramic.
Theo phạm vi nhiệt độ người ta chia men thành các loại:
- Men dễ chảy có nhiệt độ nung từ 710 ÷ 1120
o
C.
- Men chảy trung bình có nhiệt độ nung từ 1060 ÷ 1200
o
C.
- Men khó chảy có nhiệt độ nung từ 1200 ÷ 1280
o
C.
- Men rất khó chảy có nhiệt độ nung lớn hơn 1280
o
C.
Do nhiệt độ nung của men cho gạch ốp ceramic khoảng từ 1080 ÷ 1100
o
C
và cho gạch lát ceramic khoảng 1140 ÷ 1190
o
C.
Ứng với nhiệt độ như vậy nên phải sử dụng men dễ chảy hoặc men chảy
trung bình. Và để được các loại men như vậy thì ta phải sử dụng các chất chảy:
PbO, B
2
O
3
, alkali, trường thạch theo tỷ lệ thích hợp.
Tuy nhiên những chất chảy này đa số đều hòa tan trong nước và rất độc nên
phải frit hóa. Sau đó lấy frit cộng với cao lanh, và các nguyên liệu khác như đất
sét, tràng thạch, Al
2
O
3
tạo thành men frit phù hợp để sản xuất sản phẩm gạch
men ốp lát ceramic.
1.1.2. Frit [3,7].
1.1.2.1. Khái niệm
Frit là quá trình nấu chảy trước phối liệu ở nhiệt độ cao sau đó làm lạnh
đột ngột trong nước lạnh để tạo những hạt nhỏ giúp quá trình nghiền dễ hơn. Frit
được biểu thị như một hỗn hợp thủy tinh nóng chảy hay còn gọi là quá trình thủy
tinh hóa. Frit còn được coi như một men chảy trước.
1.1.2.2. Tác dụng của frit
- Frit sẽ làm cho nhiệt độ nóng chảy của men giảm xuống khoảng 60 ÷ 80
o
C.
- Frit sẽ làm tăng độ bóng của men.
- Frit sẽ chuyển hóa những nguyên liệu dễ hòa tan trong nước thành các
nguyên liệu khó tan, và khuyếch tán những chất không hòa tan (ZrO
2
).
- Frit sẽ khử được tính độc hại của các oxyt gây độc có trong men như oxyt chì.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
14
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
- Frit giúp cho quá trình đồng nhất và phân tán các oxyt gây màu trong men
tốt hơn.
Frit thường tiến hành ở nhiệt độ = 1250 ÷ 1400
o
C. Frit nấu đúng phải trong
suốt, không còn những phần không nóng chảy. Để nhận biết thì người ta dùng
kẹp kéo thành sợi mỏng, nếu sợi không thấy những chỗ chưa chảy là được,
ngược lại phải nấu tiếp. Nếu frit chưa đạt, khi nghiền sẽ xảy ra sự thủy phân dẫn
đến khuyết tật men.
1.1.3. Men frit
Men frit là loại men dễ chảy. Các loại men frit nói chung có nhiệt độ nóng
chảy thấp hơn men sống từ 60 ÷ 80
o
C. Men frit được tạo ra từ 80 ÷ 90% và 10 ÷
20% cao lanh, đất sét chưa nung.
Vì frit có nhược điểm là rất dễ lắng nên ta phải cho thêm cao lanh, đất sét
vào để chống lắng, triệt tiêu kiềm tự do và để men gắn chặt vào xương. Ngoài ra
người ta còn đưa vào men frit một lượng nhỏ STPP và chất hữu cơ CMC để điều
chỉnh độ nhớt của men, để tăng hiệu quả quá trình nghiền, và để chống lắng.
1.1.4. Engob [3,11].
Khi nung thì giữa men và xương hình thành một lớp trung gian nhưng
nhiều khi không đủ nên phải tráng một lớp engob để hổ trợ cho lớp trung gian và
để che những khuyết điểm hay bề mặt lồi lõm của xương và làm cho chất màu
nổi lên men đẹp hơn.
Engob là lớp phủ lên xương gốm, dùng để:
- Tạo một lớp trung gian giữa xương gốm và một lớp men.
- Che phủ xương gốm không có màu thích hợp (chẳng hạn ở sành xốp hay
dạng đá).
- Che phủ các khuyết tật trên xương.
- Điều chỉnh hệ số α giữa men và xương.
- Tạo hiệu quả trang trí của lớp màu tráng lên.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
15
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
- Trong trường hợp engob dùng để thay men, nó phải được cho thêm chất
trợ dung thích hợp (nếu không phải nghiền thật mịn).
Engob có tính chất như men đất. (Men đất chính là lấy những hạt đất sét
làm xương mịn nhất) Trong thành phần của nó người ta dùng đất sét dễ chảy có
màu thích hợp cùng trường thạch, thạch anh, cao lanh hay chính bản thân men.
Engob làm men đất có thể được dùng để trang trí (nếu không tráng men).
Vì engob là trung gian giữa xương và men, tức không thô như xương nhưng
không chảy như men.
Engob nếu tráng lên xương đã nung phải có độ co khi sấy nhỏ.
Muốn engob màu thì phải dùng đất sét trắng, phụ gia và các oxyt gây màu.
Ví dụ: engob màu xanh dương thêm 1 ÷ 3%Co
3
O
4
, xanh lá thì 1 ÷ 3%CuO,
nâu thì 5 ÷ 10%MnO
2
, và đỏ nâu thì 3 ÷ 8%Fe
2
O
3
.
Engob ở gạch ốp và lát thì khác nhau, ở gạch ốp chảy hơn bên gạch lát.
Lớp engob chống dính: có thành phần chính là những nguyên liệu thô, để
tránh các giọt men nhỏ bám ở mặt dưới gạch dính vào con lăn lò, làm bẩn con
lăn và làm thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng tới xương.
1.1.5. Màu gốm, men màu
1.1.5.1. Bản chất của chất màu gốm [3].
Chất màu gốm = chất tạo màu + chất mang màu + chất tạo thủy tinh + chất
trợ màu.
Trong đó:
- Chất tạo màu: chính là những sắc tố (pigment).
- Chất mang màu: là bán thành phẩm để sản xuất chất màu. Chúng thường
là các hợp chất tạo khoáng có mạng tinh thể nhất định. Nó quyết định là màu
đem dùng có bền trong quá trình sử dụng và sản xuất không.
- Chất tạo thủy tinh: hay còn gọi là chất trợ dung, nó giúp hạ thấp nhiệt độ
nung, có tác dụng làm tăng cường tác dụng của chất màu gốm .
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
16
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Yêu cầu của chất màu gốm là phải ổn định trong quá trình sản xuất cũng như
quá trình sử dụng. Nó phụ thuộc vào việc sử dụng chất mang màu. Sự ổn định của
chất mang màu lại phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của nó. Một số kiểu mạng lưới
tinh thể của chất mang màu như: spinen 1, spinen 2, zircon, corun … Ngoài ra còn
có chất mang màu dạng khác là các oxyt không màu có cấu trúc tinh thể như
corun. Các oxyt tạo màu hòa tan vào trong nó tạo thành dung dịch rắn.
1.1.5.2. Men màu
Men màu cũng giống như men trong, men đục, tuy nhiên trong bài men của
nó có thêm một ít % hàm lượng các chất màu để tạo ra màu thích hợp.
1.2. Phân loại frit và men frit
1.2.1. Phân loại frit [11,12].
Trong công nghiệp, frit biểu thị cho một hỗn hợp thủy tinh nóng chảy được
làm lạnh đột ngột trong nước. Frit được sử dụng như là một chất cơ bản trong
thành phần của men, có nhiệt độ nóng chảy thấp để tạo hợp chất không tan.
Nhiều loại frit với những đặc tính khác nhau về khả năng nóng chảy, độ sáng, độ
đục và độ mờ ngày nay có sẵn trên thị trường. Tùy theo đặc tính của chúng mà
được phân loại như sau.
1.2.1.1. Frit khó chảy
Thành phần của loại frit nay nằm trong khoảng sau:
- SiO
2
: 50 ÷ 60%.
- Chất chảy: Na
2
O + K
2
O + PbO + B
2
O
3
= 20 ÷ 25%.
- Chất ổn định: Al
2
O
3
+ ZnO + BaO + CaO + MgO thường nhiều nhất là 7 ÷ 9%.
Phối liệu chứa hàm lượng SiO
2
cao nó sẽ làm tăng nhiệt độ nóng chảy của
frit và độ nhớt cao. Loại này có độ trong suốt và bóng láng đẹp. Frit này chủ yếu
dùng để làm men cho những sản phẩm có nhiệt độ nóng chảy cao. Ngoài ra nó
còn đưa vào một lượng nhỏ cho các bài men khác.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
17
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
1.2.1.2. Frit có nhiệt độ nóng chảy trung bình
Là frit mà thành phần của nó chứa hàm lượng SiO
2
nằm trong khoảng 35 ÷
50% và các oxyt giúp cho quá trình nóng chảy chiếm khoảng 30 ÷ 40%.
Frit này được sử dụng rất nhiều ở các nhà máy sản xuất gạch ốp lát
ceramic.
Độ trong suốt và bóng láng của các loại men frit này còn tùy thuộc vào
thành phần, hàm lượng va mức độ nghiền mịn của men.
Đôi khi chúng được sử dụng với hàm lượng ít để chuẩn bị cho các loại men
đặc biệt có nhiệt độ cao như men giả da, men đá hoa cương trắng.
Do bản chất dễ chảy men này được phép đưa vào một lượng lớn nguyên
liệu không frit hóa và giúp cho quá trình kết tinh đối với men matt.
1.2.1.3. Frit dễ chảy
Là frit mà trong thành phần của nó chứa các oxyt chịu lửa thấp.
Do khả năng chảy cao frit này được gọi là chất chảy. Tùy tác nhân dễ chảy
đã chứa trong đó chúng ta có thể phân ra các loại chứa chì (silicat chì) và các
loại không chứa chì (các chất chảy là B
2
O
3
và alkali).
Loại có chì:
- PbO: 65% - SiO
2
: 35%
- PbO: 75% - SiO
2
: 25%
- PbO: 85% - SiO
2
: 15%
Loại không có chì:
- Kiềm: 5 ÷ 15%
- Kiềm thổ: 5 ÷ 10%
- B
2
O
3
: 20 ÷ 30%
- SiO
2
: 40 ÷ 50%
Frit này sẽ làm hạ nhiệt độ nung của men.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
18
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
1.2.1.4. Frit trong
Loại frit này khi sản xuất cần chú ý đến việc tuyển chọn nguyên liệu, đặc
biệt là các oxyt gây màu trong men như Fe
2
O
3
, TiO
2
, nên hạn chế các oxyt này
đến mức thấp nhất có thể. Để có được frit trong suốt thì ta phải khống chế sao
cho tỷ số Al
2
O
3
/ SiO
2
= 1/10.
Frit này được dùng để sản xuất men trong, tráng lên xương trắng như sứ dân
dụng cao cấp và nó còn bảo vệ các sản phẩm trang trí màu dưới men. Khi nung
xong do men có độ trong suốt cao nên màu dưới men vẫn thấy rõ rệt và rất đẹp.
1.2.1.5. Frit đục
Frit đục khác với frit trong nhờ tính chất đục.
Frit đục được đặc trưng bởi sự kết tinh của một số oxyt trong pha thủy tinh
với hàm lượng lớn có chiết suất khác với chiết suất của pha thủy tinh.
Các oxyt tạo đục có thể là: TiO
2
, ZrO
2
, ZrSiO
4
(khoảng 8 ÷ 14%).
1.2.1.6. Frit matt
Tất cả các loại frit được đặc trưng bởi sự kết tinh của một số nguyên tố đưa
vào trong pha thủy tinh với số lượng quá nhiều được xếp vào loại frit mờ.
CaO, BaO, ZnO, TiO
2
là những chất tạo kết tinh, là những chất gây mờ
cho frit.
Frit mờ CaO, BaO thì thường không có oxyt chì.
Frit mờ oxyt kẽm thì khả năng chảy thấp, có oxyt chì (25 ÷ 30%) tạo đục
một nữa và chảy một nữa.
Frit mờ oxyt titan cũng có khả năng chảy thấp, có oxyt chì, tạo đục và luôn
có màu vàng.
1.2.1.7. Frit màu
Loại frit này chỉ khác với loại frit trên trong việc tạo màu.
Là loại frit thuộc nhóm frit dễ chảy có màu sẵn, được sản xuất dưới dạng sản
phẩm đã ổn định, chỉ dùng đối với một số màu đặc biệt: Fe, Co, Mn, Cu, Cd, Se.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
19
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Đặc biệt: Theo nhiệt độ nóng chảy và mau sắc của frit ta có bảng phân
loại frit theo thành phần oxyt như sau: [10].
Bảng 1.1. Phân loại theo tính chất và nhiệt độ chảy trung bình
Chủngloại
SiO
2
B
2
O
3
Al
2
O
3
CaO BaO MgO ZnO K
2
O Na
2
O ZrO
2
Frit trong
50 ÷ 70 0 ÷ 5 3 ÷ 105 ÷ 20 0 ÷ 4 0 ÷ 5 2 ÷ 15 2 ÷ 101 ÷ 5
0
Frit đục 50 ÷ 65 2 ÷ 7 3 ÷ 7 5 ÷ 10 0 ÷ 2 1 ÷ 5 0 ÷ 15 2 ÷ 7 1 ÷ 5 5 ÷ 15
Frit matt
51 ÷ 65 2 ÷10 3 ÷ 105 ÷ 15
0
0 ÷ 3 0 ÷ 10 1 ÷ 5 1 ÷ 7 5 ÷ 10
Bảng 1.2. Phân loại theo tính chất và nhiệt độ chảy thấp
ChủngloạiSiO
2
B
2
O
3
Al
2
O
3
CaO BaO MgO ZnO K
2
O Na
2
O ZrO
2
Frit trong 40 ÷ 60 0 ÷ 30 0 ÷ 200 ÷ 20 0 ÷ 5 0 ÷ 5 0 ÷ 20 0 ÷ 100 ÷ 10 0 ÷ 5
Frit đục
41 ÷ 60 0 ÷ 30 0 ÷ 100 ÷ 20 0 ÷ 5 0 ÷ 5 0 ÷ 20 0 ÷ 5 0 ÷ 5 0 ÷ 20
Frit matt 30 ÷ 50 0 ÷ 20 0 ÷ 200 ÷ 30 0 ÷ 400 ÷ 100 ÷ 30 0 ÷ 3 0 ÷ 3 0 ÷ 10
1.2.2. Phân loại men frit
Từ các loại frit mà ta có các loại men frit tương ứng, đó là men trong, men
đục, men matt (mờ), men màu.
2.2.1. Men trong [3].
Là lớp men mỏng, không có bọt khí và các tinh thể không hòa tan hay là
các hợp chất kết tinh ra để đảm bảo cho độ trong của nó.
Mơen trong cho ánh sáng xuyên qua, đi qua.
2. 2.2. Men đục [3].
Trong men này có các phần tử làm đục men, hệ số làm đục đạt tối đa nếu
các hạt khuyếch tán có kích thước 2 ÷ 200µm. Đó có thể là những tinh thể nhỏ,
bọt khí hay các giọt lỏng.
Men đục không cho ánh sáng xuyên qua, đi qua tức ánh sáng bị chặn lại do
chiết suất của chất làm đục > chiết suất của thủy tinh (nền, hoa văn).
Việc thủy tinh đục là do các nguyên nhân:
- Chất gây màu (pigmen) không tan.
- Tinh thể kết tinh lại: ZrO
2
, TiO
2
- Do pha phân tán khi làm nguội chuyển thành thủy tinh.
- Do bọt khí.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
20
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Cụ thể như sau:
- Pigment: những pigment không tan trong men khuếch tán đều đặn. Đối
với men đục màu trắng thì dùng SnO
2
, ZrO
2
, ZrSiO
4
, CeO
2
, Sb
2
O
3
, CaF
2
, TiO
2
.
Thông dụng nhất người ta dùng ZrSiO
4
có chỉ số khúc xạ 2,0. ZrSiO
4
được đưa
vào khi frit hóa và kết tinh lại khi làm lạnh. Phương pháp dùng SnO
2
(chỉ số
khúc xạ 2,0) có khác là đưa vào khi nghiền men, như là những phần tử dị thể có
chỉ số khúc xạ cao hơn môi trường n = 1,5.
- Các tinh thể kết tinh lại: từ trong men kết tinh lại các mầm tinh thể với hệ
số khúc xạ cao như TiO
2
, ZrSiO
4
. Việc làm đục này tùy thuộc rất lớn vào tốc độ
thích hợp của việc làm nguội men.
- Các phần tử tách ra dưới dạng các giọt phân tán mà khi làm nguội nó vẫn
ở dạng thủy tinh (thủy tinh bor). Hiệu quả làm đục trong trường hợp này không
lớn vì sự khác nhau về chỉ số khúc xạ của hai pha không lớn.
- Các bọt khí phân tán: xảy ra ở men trường thạch có độ nhớt cao.
Vậy phương pháp làm đục hiệu quả nhất là làm đục bằng pigment hay các
mầm tinh thể kết tinh lại. Vì các bọt khí thì phân tán không đều, các phần tử tách
ra ở dạng thủy tinh thì giống men nên gây đục không tốt.
2.2.3. Men mờ [3,11].
Men mờ có được nhờ sự phát triển của các tinh thể nhỏ trên bề mặt men.
Bằng cách nung ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chảy hay tăng cao hàm lượng SiO
2
có trong men. Các tinh thể anortit, volastonit, tùy theo hàm lượng thích hợp này
có thể phát triển thành các tinh thể lớn hay chỉ làm mờ bề mặt của men. Phụ gia
ZnO hay TiO
2
cũng làm mờ bề mặt tốt.
Các loại men tạo mờ bởi ZnO hoặc TiO
2
thường chứa chủ yếu là một phần
thủy tinh dễ chảy không có chì. Khi tác nhân tạo mờ là ZnO thì men không trắng
nhưng có màu xám và vàng khi sử dụng TiO
2
.
Men tạo mờ bởi các oxyt kiềm thổ nói chung là có màu trắng và có độ nhớt
đáng kể.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
21
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
2.2.4. Men màu [3].
Men màu được tạo ra bằng cách nhuộm màu cho men trong.
Các phương pháp nhuộm màu như sau:
- Nhuộm màu ion: màu xanh dương của coban, xanh lá cây của đồng, vàng
của sắt, tím đỏ của mangan. Các chất màu này hòa tan trong men.
- Pigment (chất gây màu): là các chất màu không hòa tan mà chỉ phân tán
đều trong men như xanh crôm, màu nâu sắt.
- Nhuộm màu keo: là trung gian giữa đục và hòa tan tạo thành dạng huyền
phù, dạng keo. Nhuộm màu keo được làm bằng sự khuếch tán các hạt kim loại
vàng, đồng có kích thước 10 ÷ 100nm tạo nên màu đỏ.
1.3. Nguyên liệu để sản xuất Frit và men Frit
1.3.1. Nguyên liệu để sản xuất frit
1.3.1.1. Nhóm nguyên liệu tự nhiên
a. Cát quartz ( nguyên liệu cung cấp oxyt SiO
2
) [7,8].
Cát là sản phẩm phân hủy của các khoáng chứa nhiều SiO
2
dưới tác dụng
cơ học, hóa học, khí hậu Sản phẩm phong hóa được dòng nước hay gió mang
đi, các hạt mịn bị kéo đi xa, hạt thô (tức là hạt cát) đọng lại ở chỗ trũng hình
thành các mỏ hay bãi cát lớn ở các cửa sông hay bãi biển
Loại cát chứa nhiều SiO
2
là nguyên liệu chính cho công nghệ thủy tinh và
men sứ.
Cát là nguyên liệu chính cung cấp SiO
2
(thường hàm lượng SiO
2
93 ÷
99,5%). Ngoài cát ra, có thể dùng đá thạch anh, quartz, flint để làm nguyên liệu
cung cấp SiO
2
. Cát có thể lẫn nhiều tạp chất, dễ thấy nhất là Fe
2
O
3
làm cho cát bị
nhuộm màu, loại cát này không dùng cho men sứ hay thủy tinh mà chỉ dùng làm
cát xây dựng.
b. Đá vôi (nguyên liệu cung cấp CaO ) [8].
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
22
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Đá vôi có công thức hóa học CaCO
3
là loại đá rất phổ biến trong tự nhiên.
Đá vôi là nguyên liệu chủ yếu cung cấp CaO cho công nghệ silicat. Trong công
nghệ gốm sứ, CaO là thành phần rất quan trọng của một số xương gốm và men.
Tạp chất lẫn trong đá vôi thường là Al
2
O
3
, SiO
2
, FeO, Fe
2
O
3
làm cho đá có
màu. Đá phấn cũng là đá vôi, trong thành phần có nhiều hạt CaCO
3
vô định hình
và do ít tạp chất nên có màu trắng.
Đá vôi dùng trong công nghệ slicat thường ở dạng nguyên liệu tự nhiên,
không làm giàu. Vỏ sò cũng là nguyên liệu chủ yếu cung cấp CaO có hàm lượng
cao hơn trong đá vôi và chứa ít tạp chất hơn. Tuy nhiên, vỏ sò không thể đưa vào
sản xuất với hàm lượng lớn vì giá thành cao hơn và trữ lượng không lớn như đá
vôi. Vì thế, vỏ sò chỉ làm nguyên liệu cho những công nghệ sản xuất với quy mô
nhỏ như công nghệ frit và men.
c. Đôlômit ( nguyên liệu cung cấp MgO, CaO ) [8].
Đôlômit có công thức hóa học CaMg(CO
3
)
2
hoặc CaCO
3
.MgCO
3
là dung
dịch rắn của canxi cacbonat va magie cacbonat, trong đó các ion Ca
2+
và Mg
2+
là
những hạt thay thế đồng hình trong cấu trúc.
Đôlômit là nguyên liệu cung cấp đồng thời MgO và CaO. Khi dùng
đôlômit, sự thủy hóa chậm của CaO và MgO tự do trong sản phẩm luôn là vấn
đề cần quan tâm giải quyết.
Ở nhiệt độ cao hơn 600
o
C xảy ra phản ứng phân hủy CaCO
3
CaCO
3
→ CaO + CO
2
Quá trình phân hủy này nhanh hay chậm còn phụ thuộc vào nhiệt độ và áp
suất hơi riêng phần của khí CO
2
.
MgCO
3
phân hủy ở nhiệt độ thấp hơn, khoảng (400 ÷ 480)
o
C.
MgCO
3
→ MgO + CO
2
MgCO
3
trong đôlômit phân hủy ở nhiệt độ cao hơn một chút, sự phân hủy
của đôlômit nằm giữa khoảng nhiệt độ này (400 ÷ 950)
o
C.
d. Tràng thạch (nguyên liệu cung cấp Al
2
O
3
, SiO
2
, K
2
O, Na
2
O)
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
23
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
Tràng thạch là hợp chất của silicat_alumin không chứa nước.
Tràng thạch là nguyên liệu cung cấp đồng thời SiO
2
, Al
2
O
3
và một lượng
Na
2
O, K
2
O, CaO.
Trong công nghệ gốm sứ tràng thạch là nguyên liệu gầy không có tính dẻo.
Tràng thạch luôn đóng vai trò chất chảy trong mộc và men gốm sứ.
Tràng thạch được chia làm 3 loại:
- Tràng thạch Natri: có công thức phân tử là Na
2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2
, còn có tên
gọi khác là tràng thạch abít, có nhiệt độ nóng chảy là 1120
o
C và ngay lập tức
chuyển thành pha lỏng đồng nhất. Abít thích hợp trong men sứ, làm cho độ nhớt
men bé, bóng loáng hơn và có khoảng nung hẹp.
- Tràng thạch Kali có công thức phân tử là K
2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2
, còn có tên gọi
khác là tràng thạch orthoclaz, có nhiệt độ nóng chảy cao 1170
o
C. Tràng thạch
orthoclaz có tác dụng tốt trong xương sứ, có khoảng nhiệt độ nung rộng, độ nhớt
cao, sứ ít bị biến dạng nên còn gọi là tràng thạch phối liệu. Tràng thạch Kali
nóng chảy phân hủy tạo thành leucite có nhiệt độ nóng chảy cao 1700
o
C. Leucite
tan dần vào pha lỏng nóng chảy làm cho tràng thạch kali có khoảng chảy dài và
độ nhớt cao.
- Tràng thạch Canxi: có công thức phân tử là CaO.Al
2
O
3
.2SiO
2
, còn có tên
gọi là tràng thạch anortit, ít được sử dụng trong công nghệ gốm .
Trong tràng thạch Kali luôn lẫn tràng thạch Natri, và trong tràng thạch
Natri luôn lẫn tràng thạch Canxi.
Khi tràng thạch K / Na = 60 / 40 thì gọi là tràng thạch Kali.
Khi tràng thạch K / Na = 50 / 50 thì gọi là tràng thạch Natri.
Vai trò của tràng thạch trong công nghệ gốm sứ rất quan trọng vì:
- Khi nóng chảy tràng thạch có khả năng hòa tan SiO
2
.
- Quyết định điều kiện công nghệ (nhiệt độ nung).
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
24
Khoa: CN Hóa – Môi Trường GVHD: Võ Thị Thanh Kiều
- Ảnh hưởng lớn đến các tính chất kỹ thuật của sứ và men sứ. Muốn sứ có
độ trắng cao (khả năng cho ánh sáng xuyên qua lớn) ngoài việc hạn chế các oxyt
gây màu như Fe
2
O
3
, TiO
2
người ta còn đưa vào một lượng tràng thạch 29 ÷30 %.
1.3.1.2. Nhóm nguyên liệu nhân tạo ( kỹ thuật ) [8].
a. Oxyt nhôm ( Al
2
O
3
)
Sản phẩm công nghiệp thường là dạng γ_ Al
2
O
3
. Ở nhiệt độ cao 1100 ÷
1200
o
C thì γ_ Al
2
O
3
chuyển thành α_ Al
2
O
3
có dạng bột xốp.
b. Axit boric (H
3
BO
3
)
Axit boric có 56,45% B
2
O
3
(theo lý thuyết), có dạng bột, tinh thể màu trắng
luôn chứa một lượng nước, lượng nước này rất khó tách.
c. Nguyên liệu cung cấp oxyt chì (PbO)
Các nguyên liệu cung cấp có thể là oxyt chì PbO (trắng), minium Pb
3
O
4
(chì đỏ ), bazơ chì cacbonat (2PbCO
3
.Pb(OH)
2
), chì sunfua PbS. Trong công
nghiệp thường dùng hai loại chính là oxyt chì và minium.
- Oxyt chì (PbO):
+ Oxyt chì có nhiệt độ nóng chảy là 888
o
C, mật độ 9,3 ÷ 9,5 g/cM3, được
sản xuất bằng cách nấu chảy chì kim loại trong môi trường oxy hóa. Ở nhiệt độ
cao PbO và các hợp chất của nó như 2PbO.SiO
2
, PbO.SiO
2
rất dễ bị khử thành
kim loại. Vì thế, khi sử dụng PbO phải nung trong môi trường oxy hóa.
+ PbO có dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng có những đốm đen do lẫn 1 ÷
2% chì kim loại và được xem như là một tạp chất.
+ PbO có tính ăn mòn mạnh do đó nấu frit chứa chì hay thủy tinh chứa chì
cần vật liệu chịu lửa trong lò loại có chịu lửa cao. PbO dễ tạo thủy tinh có chiết
suất cao, dễ chảy láng đều trong phạm vi rộng. Khi sản xuất cũng như sử dụng
cần hết sức chú ý vì Pb và PbO rất độc, nó dễ nhiễm độc vào cơ thể và ảnh
hưởng đến môi trường xung quanh.
- Minium Pb
3
O
4
:
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
25
