Bài tập tính toán phối liệu men

5.7 TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU MEN
5.7.1 Phương pháp 1: Hãy xác đònh công thức phân tử
của men và xác đònh thành phần trọng lượng của loại
men có thành phần hóa học sau đây :
SiO
2
: 68,3 % AL
2
O
3
: 14,93 %
Na
2
O : 5,39 % CaO : 11,37 %
1/ Xác đònh công thức phân tử :
Lấy phần trăm của các ôxýt thành phần men chia cho
phân tử lượng của các ôxýt đó ta được số phân tử :
SiO
2
: mol Na
2
O : mol
AL2O3 : mol CaO : mol
1385,1
60
3,68
=
0869.0
62
39.5
=

1447.0
103
93.14
=
203.0
56
37.11
=

• Theo công thức Seger ta có :
0,0869 Na
2
O.
0,203 CaO }. 0,1447 AL
2
O
3
. 1,138 SiO
2
.
• Như vậy ∑ RO +R
2
O = 0,0869 + 0,2030 = 0,2899 <1 .
Như vậy chưa thỏa mãn điều kiện của công thức
Seger cho nên ta phải tính lại số phân tử của các
thành phần trên :
SiO
2
: mol ; AL
2

O
3
: mol
Na
2
O : mol ; CaO : mol
Vậy công thức men của nó là :
0,3Na
2
O . 0,7CaO . 0,5AL
2
O
3
. 3,923SiO
2
923,3
2899,0
138
,
1
=
5,0
2899,0
1447
,
0
=
3,0
2899,0
0869

,
0
=
7,0
2899,0
203
,
0
=

• 2/ Xác đònh thành phần trọng lượng ::
• Đến đây bài toán trở nên khá phức tạp để xác đònh
được thành phần trọng lượng cũng như là tỷ lệ thành
phần phối liệu men , có rất nhiều phương pháp giải
khác nhau nhưng tất cả các phương pháp này cũng đều
chỉ là phương hướng tính toán cơ bản giúp cho chúng ta
tiến hành thực nghiệm nhanh hơn mà thôi . Sau khi tính
toán xong chúng ta phải tiến hành thí nghiệm rất nhiều
lần mới có được một phối liệu sản xuất men đúng như
mong muốn . Ở đây chỉ nêu ra cách tính chung nhất mà
thôi .
• Trước hết : + 0,3Na
2
O : Ta có thể lấy ở trong feldspar
Natri có công thức hóa học như sau :
• Na
2
O . AL
2
O

3
. 6SiO
2
• Cho nên trong fensfat sẽ có :
• 0,3Na
2
O . 0,3AL
2
O
3
. 1,8SiO
2
. ( PTL : 167,1 )

•
+ 0,7CaO : Khi nhiệt phân CaCO 3 có phản ứng sau :
• CaCO
3
⇒ CaO + CO
2
⇑
• 100 56 44
• x 0,7 x56
• x = (0,7x56) x100 : 56 = 70 PTL
• cho nên ta lấy CaO ở trong loại đá vôi này được .
•
• + 0,5AL
2
O
3

: Trong feldspar đã có 0,3 AL
2
O
3
cho nên chỉ
cần 0,2 AL
2
O
3
nữa thôi . Lượng này có thể dùng ôxýt nhôm
nguyên chất nhưmg giá thành cao ít khi dùng ,mà thực tế
hay dùng cao lanh vì ngoài cung cấp oxýt nhôm nó còn làm
tăng khả năng chống sa lắng men và dính bám men khi
tráng men lên bề mặt sản phẩm .
• Cao lanh có công thức : AL
2
O
3
. 2SiO
2
. 2H
2
O
• Cho nên lượng caolanh đưa vào sẽ là :
• 0,2AL
2
O
3
. 0,4SiO
2

.0,4H
2
O ( PTL 51,80 ) .

•
+ 3,923.SiO
2
: thành phần này đã có ở trong feldspar và cao
lanh cho nên chỉ còn thiếu một lượng là :
• 3,923 - ( 0,4 + 1,8 ) = 1,723SiO
2
. Lượng này ta đưa vào
bằng cát thạch anh 1,723SiO
2
(PTL 103,38 ) .
• Như vậy thành phần trọng lựơng của loại men trên như sau :
•
100 %392,28Tổng cộng
26,1103,38Cát thạch anh1,723.SiO
2
13,351,8Caolanh0,2AL
2
O
3
. 0,4SiO
2
.0,4H
2
O
17,970,0Đá vôi0,7.CaO

42,7167,1Feldspar0,3Na
2
O.0,3AL
2
O
3
1,8SiO
2
( % )PTL
Thành phần phối liệu menTên nguyên
liệu
Công thức phân tử

5.7.2 . Phương pháp 2
• Bài toán : Tính toán thành phần phối liệu chế tạo men frit có thành phần
hóa học sau (% ) :
• SiO
2
AL
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O
• 71,76 0,85 0,15 8,44 3,62 14,36

•
Nguyên liệu sử dụng có thành phần hóa học như sau :
41,73-58,27 Sôđa
43,7656,24H
3
BO
3
1,93 12,22-O,660,118,8466,25Feldspar
49,52 19,6227,060,6-3,2Đôlomit
44,0 0,254,60,20,30,7Đá vôi
O,53 0,520,120,598,33Cát
MKNB
2
O
3
Na
2
OK
2
OMgOCaOFe
2
O
3
AL
2
O
3
SiO
2
Nguyên liệu

• Giải : Phối liệu tính toán theo 100 phần trọng lượng men , bài
toán này là vấn đề giải hệ thống phương trình bậc nhất với số
phương trình bằng số các ôxýt có trong men frit .
• Gọi x là lượng dùng cát
• “ y “ Đá vôi
• Gọi z là lượng dùng Tràng thạch
• “ t “ Đôlomit
• “ q “ Sôđa
• a/ Thành lập phương trình :
• + Với SiO
2
: Loại này cho vào men dưới dạng cát , cứ 100 phần
trọng lượng men cần x phần trọng lượng cát và nó cung cấp
0,9833.x phần trọng lưọng SiO
2
,ngoài ra SiO
2
còn nằm trong :
• - đá vôi 0,007.y
• - Tràng thạch 0,6625.z
• - Đôlomit 0,032.t
• Mặt khác Trong 100 Phần trọng lượng (PTL) men có 71,76 PTL
SiO
2
. Cho nên phương trình cân bằng của SiO2 có dạng :
• SiO
2
: 71,76 = 0,9833.x + 0,007.y + 0,032.t + 0,6625.z (1)

• Tương tự như vậy ta có các phương trình cân bằng của các oxýt
khác :
• AL
2
O
3
: 0,85 = 0,005.x + 0,003.y + 0,00.t + 0,1884 .z (2)
• CaO : 8,44 = 0,0052.x + 0,546.y + 0,2706.t + 0,0066.z (3)
• MgO : 3,62 = 0,0.x + 0,002.y + 0,1962.t + 0,00.z (4)
• Na2O : 14,36 = 0,5827.q (5)
• b/ Giải hệ phương trình trên : Hệ phương trình này có thể giải
theo phương pháp thế nhưng mất nhiều thời gian , nay ta giải hệ
phương trinh này bằng máy tính theo chương trình.
• Ta có kết quả như sau :
• q = 24,644
• t = 18,39
• y = 5,63
• z = 2,54
• x = 70,63 .

• * Lượng nguyên liệu hao hụt vì bay hơi trong quá trình nấu
frit được tính như sau :
• + Sô đa bay hơi 3,2 % cho nên lượng sô đa cần dùng là :
• 24,64 X 1,032 = 25,43 PTL
• Như vậy thành phần phối liệu dùng để nấu 100 PTL men
frit là :
• Cát : 70,63 PTL
• Tràng thạch : 2,54 “
• Đá vôi : 5,63 “
• Đôlomit : 18,39 “

• Sôđa : 25,43 “
• Cộng : 122,62 PTL

• c/ Tính toán thành phần phần trăm các ôxýt do từng nguyên liệu
đem vào men frit :
• */ Từ nguyên liệu cát :
• % SiO
2
= 70,63 X 0,9833 = 69,450
• % AL
2
O
3
= 70,63 X 0,0050 = 0,353
• % Fe
2
O
3
= 70,63 X 0,0012 = 0,085
• % CaO = 70,63 X 0,0052 = 0,367
• */ Từ nguyên liệu đá vôi :
• % SiO
2
= 5,63 X 0,007 = 0,039
• % Al
2
O
3
= 5,63 X 0,003 = 0,017
• % Fe

2
O
3
= 5,63 X 0,002 = 0,011
• % CaO = 5,63 X 0,546 = 3,074
• % MgO = 5,63 X 0,002 = 0,011
• */ Từ nguyên liệu tràng thạch :
• % SiO
2
= 2,54 X 0,6625 = 1,683
• % AL
2
O
3
= 2,54 X 0,1884 = 0,479
• % Fe
2
O
3
= 2,54 X 0,001 = 0,003
• % CaO = 2,54 X 0,0066 = 0,017
• % K
2
O = 2,54 X 0,1222 = 0,310

• */ Từ nguyên liệu Đôlômit :
• % SiO2 = 18,39 X 0,032 = 0,588
• % Fe2O3 = 18,39 X 0,006 = 0,110
• % CaO = 18,39 X 0,2706 = 4,976
• % MgO = 18,39 X 0,1962 = 0,608

• */ Từ nguyên liệu Sa :
• % Na2O = 25,43 X 0,5827 = 14,81
• Như vậy chúng ta có thành phần phối liệu sản xuất men như
sau :
THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU VÀ THÀNH PHẦN LÝ
THUYẾT MEN FRIT
99,9914,810,3103,6198,4340,2090,84971,76122,62Cộng
14,8114,81 25,43Sôđa
2,492-0,310-0,0030,0170,4791,6832,54Feldspar
9,282 3,6084,9760,110-0,58818,39Đôlomit
3,192 0,0113,0740,0110,0170,0395,63Đá vôi
70,26 0,3670,0850,35369,4570,63Cát
Na
2
OK
2
OMgOCaOFe
2
O
3
AL
2
O
3
SiO
2
TổngCác lọai ôxýt kim lọai mang vào ( % )PTLNguyên
liệu
• Tóm lại : Thành phần của loại men frit cần chế tạo
theo tính toán lý thuyết khá đúng so với yêu cầu

ban đầu của bài toán . Các thành phần ôxýt do
nguyên liệu mang vào giữa tính toán và đầu bài có
sự sai số không đáng kể ,chấp nhận được . Duy nhất
có thành phần xýt sắt thì cao hơn yêu cầu của bài
toán , nhu vậy thực tế khi sử dụng chúng ta cần có
các biện pháp công nghệ để khắc phục khống chế
hàm lượng ôxýt sắt này ví dụ như : dùng máy hút
sắt từ để khử sắt khi nghiền mòn tràng thạch , Bơm
men lỏng qua sàng rung điện từ

Chương 2 : TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU XƯƠNG GỐM SỨ
I.1 Tính thành phần phối liệu chế tạo xương gốm sứ khi biết thành phần
hóa học của lọai xương gốm đó .
Bài tóan 1 : Khi phân tích thành phần hóa học của một lọai xương gốm có giá
trò như sau (% ) :
SiO
2
: 49,27 CaO : 0,75 MgO : 0,6 Fe
2
O
3
: 1,06
Al
2
O
3
: 35,74 Na
2
O : 0,82 K
2

O : 0,95 MKN : 10,81
Hãy xác đònh thành phần phối liệu để chế tạo lọai sản phẩm có thành phần
hóa học như trên .
Trước hết chúng ta phải lựa chọn nguyên liệu sử dụng trước , đối với thành
phần K
2
O và Na
2
O cần phải đưa vào ở dạng : Feldspar Natri và Feldspar Kali :
Na
2
O. Al
2
O
3
.6SiO
2
có PTL = 524 SiO
2
có PTL = 60
K
2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2
có PTL = 556 Al
2

O
3
có PTL = 102
Na
2
O có PTL = 62
K
2
O có PTL = 94
Ở đây chúng ta tính cho 100 phần trọng lượng phối liệu sản xuất gốm sứ.

•
a/ Tính nguyên liệu cung cấp K
2
O và Na
2
O :
• + Gọi x là lượng Feldspar kali trong 100 PTL phối liệu .
• Ta có :
⇒
PTL
• + Gọi y là lượng feldspar natri trong 100 PTL phối liệu .
• Ta có :
⇒
PTL
• Sau khi có được feldspar kali và feldspar natri , chúng ta cần
phải xác đònh hàm lượng AL
2
O
3

và SiO
2
có trong đó :
• -
Gọi k là hàm lượng AL
2
O
3
có trong K
2
O.Al O
3
.6SiO
2
, ta
có :
x
95,0
556
94
=
620,5
94
95
,
0
.
556
==x
y

82
,
0
524
62
=
93,6
62
82
,
0
.
524
==y

⇒
PTL
62,5556
102
k
=
- Gọi n là hàm lượng SiO2 có trong K
2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2
,ta có :

03,1
556
62
,
5
.
102
==k
93,6524
102
z
=
35,1
524
93
,
6
.
102
==z
-Gọi z là hàm lượng AL
2
O
3
có trong Na
2
O.Al
2
O
3

.6SiO
2
, ta có :
⇒
PTL
62,5556
360
n
=
64,3
556
360.62,5
==n
⇒
PTL
93,6524
360
P
=
76,4
524
360
.
93
,
6
==P
-Gọi p là hàm lượng SiO
2
có trong Na

2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2
, ta có :
⇒
PTL



• Như vậy : + Tổng hàm lượng Al
2
O
3
có trong 2 lọai feldspar
là : 1,35 + 1,03 = 2,38 PTL
• + Tổng hàm lượng SiO
2
có trong 2 lọai feldspar
là : 4,76 + 3,64 = 8,4 PTL
• b/ Tính lượng nguyên liệu cung cấp Al
2
O
3
:
• Theo phân tích thành phần hóa học của xương gốm sứ có
35,74 PTL Al

2
O
3
,vậy lượng Al
2
O
3
còn thiếu là :
• 35,74 – 2,38 = 33,36 PTL .Lượng thiếu hụt này ta sử
dụng cao lanh Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O có PTL = 258,ta xác đònh
lượng dùng cao lanh sẽ là :
• 102 PTL Al
2
O
3
có trong 258 PTL caolanh
• 33,36 nt q nt
• Tuy nhiên cao lanh có lượng mất khi nung 10% cho nên
lượng dùng caolanh sẽ là : 84,38 + 8,438 = 92,818 PTL
⇒
38,84
102

258
.
36
,
33
==q
PTL

• Mặt khác khi sử dụng caolanh nó sẽ kèm theo SiO
2
cho nên ta
phải tính lượng SiO
2
đó ( t ) :
• ⇒ PTL
38,84258
120
t
=
25,39
258
120
.
38
,
84
==t
Như vậy tổng số SiO
2
đã có trong 2 lọai feldspar và caolanh sẽ là :

8,4 + 39,25 = 47,65 PTL .
Lượng SiO
2
còn thiếu là : 49,27 – 47,65 = 1,62 PTL ,lượng thiếu
hụt này chúng ta sử dụng cát thạch anh để bổ xung
.
c/ Tính lượng nguyên liệu cung cấp CaO và MgO :
Đối với 2 lọai thành phần CaO và MgO chúng ta sử dụng nguồn
nguyên liệu chính là CaCO
3
và MgCO
3
trong đó : PTL của chúng
như sau :
CaO : 56 ; MgO : 40,3 ; CaCO
3
: 100 ; MgCO
3
: 84,3

• + Tính lượng dùng CaCO
3
, theo phương trình phản ứng hóa
học :
• CaCO
3
⇒ CaO + CO
2
↑
• Như vậy Cứ 100 PTL CaCO

3
⇒ có 56 PTL CaO
• Nên m 0,75
• Lượng dùng đá vôi là :
• PTL .
4,1
56
75
,
0
.
100
==m
+ Tính lượng dùng MgCO
3
,theo phương trình phản ứng hóa học
:
MgCO
3
⇒ MgO + CO
3
↑
Tương tự như phần tính lượng đá vôi ta có lượng dùng MgCO
3
như sau :
26,1
3,40
6
,
0

.
3
,
84
==n
PTL
+
Chú ý :
Trong thành phần phối liệu xương gốm sứ thì thành
phần ôxyt sắt không có lợi cho sản xuất cho nên chúng ta cần có
những biên pháp công nghệ để xử lý .

• Bảng tổng hợp thành phần phối liệu như sau :
100,00109,648Tổng cộng
1,161,26Đá phấn MgCO
3
6
1,271,40Đá vôi5
1,481,62Cát thạch anh4
84,6592,818 Caolanh3
5,125,62Feldspar kali2
6,326,93Feldspar natri1
( % )PTL
Thành phần phối liệuTên nguyên liệuSố TT

• Bài tóan 2 : Tính thành phần phối liệu chế
tạo xương sứ khi biết thành phần hóa học
của nguyên liệu và xương .
• Thành phần hóa học (%) của xương sứ như
sau :

• SiO
2
: 71,83 ; Al
2
O
3
: 24,65 ; CaO : 0,5
• MgO : 0,38 ; K
2
O + Na
2
O : 2,65 .

100
0,59 0,14-2,9896,29Cát
SiO
2
100
0,530,822,960,320,28-0,618,7166,78Feldspar
100
11,110,080,20,13-0,840,5232,0255,1Caolanh
100
10,820,190,680,370,361,142,2127,257,03Đất sét
MKNNa
2
OK
2
OMgOCaOTiO
2
Fe

2
O
3
Al
2
O
3
SiO
2
Tổng
Cộng
(%)
Hàm lựợng các oxýt (%)Nguyên
liệu
•
•
Tha
Tha
ø
ø
nh pha
nh pha
à
à
n ho
n ho
ù
ù
a ho
a ho

ï
ï
c cu
c cu
û
û
a nguyên lie
a nguyên lie
ä
ä
u s
u s
ử
ử
du
du
ï
ï
ng nh
ng nh
ư
ư
sau :
sau :

• Bài giải : + Trong thực tế sản xuất để đảm bảo tính dẻo
,tính tạo hình sản phẩm chúng ta phải sử dụng trung bình
lượng đất sét dẻo là 30 % ,cho nên lượng các oxýt riêng biệt
do nó đem vào sẽ là :
• - SiO2 : 0,5703 X 30 = 17,19 PTL

• - Al2O3 ; 0,272 X 30 = 8,16 PTL
• - K2O + Na2O : 0,0087 X 30 = 0,261 PTL
• - CaO : 0,0036 X 30 = 0,108 PTL
• - MgO : 0,0037 X 30 = 0,111 PTL
• + Lượng các lọai oxýt còn thiếu cần phải đưa vào sẽ là :
• - SiO2 : 71,83 - 17,19 = 54,64 PTL
• - Al2O3 : 24,65 - 8,16 = 16,49 PTL
• - K2O + Na2O : 2,65 - 0,261 = 2,389 PTL
• - CaO : 0,50 - 0,108 = 0,392 PTL
• - MgO : 0,38 - 0,111 = 0,270 PTL

• Đến đây ta thấy : lượng Al
2
O
3
và (K
2
O + Na
2
O) còn
thiếu ,ta sẽ xử dụng caolanh và feldspar vì nhóm
nguyên liệu này có tất cả những thành phần chúng ta
cần , ta lập hệ phương trình 2 ẩn số là caolanh và
feldspar với các tham số là lượng Al
2
O
3
, K
2
O + Na

2
O
còn thiếu :
• Gọi : x là lượng dùng cao lanh
• y là lượng dùng feldspar
• Ta có hệ phương trình :
• 0,0028. x + 0,1278.y = 2,389 (1)
0,3202. x + 0,1871.y = 16,490 (2)
• Giải hệ phương trình trên ta có :
• Lượng dùng caolanh (x) = 42,5 PTL
• Lượng dùng feldspar (y) = 17,79 PTL

•Với lượng dùng feldpar và caolanh này sẽ đem theo
lượng SiO2 là :
- Trong caolanh : 0,551 X 42,5 = 23,42 PTL
- Trong feldspar : 0,6671 X 17,79 = 11,87 PTL
•Trong đất sét cũng đã đem vào
• lượng SiO2 = 17,19 PTL
• Cộng : 52,48 PTL
•Như vậy lượng SiO2 còn thiếu là : 71,83 - 52,48 =
19, 35 PTL .Phần còn thiếu này chúng ta sử dụng cát
thạch anh : Lượng dùng cát thạch anh
085.20
29,96
100.35,19
=
PTL
PTL

• + Tính thành phần CaO :

• Khi dùng Feldspar sẽ đem theo vào lượng CaO là :
• 0,0028 X 17,79 = 0,049 PTL
• Như vậy lượng CaO còn thiếu :
• 0,392 – 0,049 = 0,343 PTL
• Lượng thiếu hụt này chúng ta sử dụng CaCO
3
:
• Phương trình phản ứng nhiệt phân đá vôi :
• CaCO
3
⇒
CaO + CO
2
↑
Xác đònh lượng dùng CaCO
3
:
6125,0
56
343,0.100
=
PTL
PTL

•+ Tính thành phần MgO :
• Lượng MgO còn thiếu :
• 0,27 -
[
( 0,13 . 0,425 ) + ( 0,32 . 0,1779 )
]

= 0,16 PTL
• Chúng ta sử dụng MgCO
3
:
• Phương trình phản ứng nhiệt phân MgCO3 :
• MgCO
3
⇒
MgO + CO
2
↑
• Xác đònh lượng dùng MgCO
3
• PTL
•+ Lượng dùng đất sét thực tế là :
• 30 + ( 0,1082 . 30 ) = 33,246 PTL
• Do lượng mất khi nung của đất sét là 10,82 %.
•+ Lượng dùng caolanh thực tế :
• 42,5 + ( 0,1111 . 42,5 ) = 47,2 PTL
•
33,0
3,40
3
,
84
.
16
,
0
=

Thành phần phối liệu sử dụng để sản xuất
là :
100 %119,2635Tổng cộng
0,280,330Đá dolomit MgCO
3
6
0,51 0,6125Đá vôi CaCO
3
5
16,8220,085Cát thạch anh 4
14,9217,79Tràng rhạch ( feldspar ) 3
39,5747,20 Caolanh2
27,8733,246Đất sét 1
( % )PTL
Thành phần phối liệu Nguyên liệu sử dụng
Số
TT