tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể spinel và mullite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM
KHOA HÓA


BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH VÔ CƠ

Tên đề tài:

TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT
MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ
SPINEL VÀ MULLITE

TP HCM, tháng 3 năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM
KHOA HÓA


BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH VÔ CƠ

Tên đề tài:

TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT
MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ
SPINEL VÀ MULLITE

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh
SVTH: Đặng Phương Thảo - 34106054

TP HCM, tháng 3 năm 2012


LỜI CẢM ƠN

Khóa luận được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa lý, Khoa Hóa, Trường Đại
học Sư Phạm Hồ Chí Minh.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Phan Thị Hoàng Oanh, Khoa
Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, và
tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa luận này. Sự tận tụy, nhiệt tình, sự động viên
của cô trong những lúc khó khăn và những bài học đáng quý từ cô sẽ luôn là hành
trang cho tôi trên mọi nẻo đường.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Anh Tiến, đã giúp đỡ, động viên trong
suốt quá trình làm khóa luận.
Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm
TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt
khóa luận này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè, đã động viên, giúp đỡ
trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô, quý độc giả đã đọc, đóng góp
ý kiến, chia sẻ khóa luận này.
Xin chân thành cảm ơn.
Đặng Phương Thảo


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. 1

MỤC LỤC ...................................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. 5
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 10
1.1.

Chất màu cho gốm sứ .................................................................................. 10

1.1.1.

Bản chất của màu sắc [6, 7] .................................................................. 10

1.1.2.

Chất màu cho gốm sứ [6, 7] .................................................................. 11

1.1.3.

Các loại tinh thể nền dùng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ [6] ....... 12

1.2.

Nguyên nhân gây màu cho các khoáng vật [2]............................................ 13

1.2.1.

Sự chuyển electron nội ......................................................................... 13

1.2.2.

Sự chuyển electron kèm theo sự chuyển điện tích................................ 13

1.2.3.

Sự chuyển electron do khuyết tật tinh thể............................................. 14

1.2.4.

Sự chuyển các dải năng lượng .............................................................. 14

1.3.

Một số oxit gây màu thông dụng [7] ........................................................... 15

1.3.1.

Nhôm oxit (Al 2 O 3 ) ............................................................................... 15

1.3.2.

Coban oxit (CoO).................................................................................. 15

1.3.3.

Crom oxit (Cr 2 O 3 ) ................................................................................ 15

1.3.4.

Sắt oxit .................................................................................................. 16

1.3.5.

Zirconi oxit (ZrO 2 ) ............................................................................... 16

1.3.6.

Magie oxit (MgO) ................................................................................. 16

1.4.

Các phương pháp dùng chất màu trang trí sản phẩm [6]............................. 16

1.4.1.

Màu trên men ........................................................................................ 16


1.4.2.

Màu dưới men ....................................................................................... 17

1.4.3.

Màu trong men ...................................................................................... 17

1.5.

Một số loại chất màu trang trí khác [6] ....................................................... 18

1.6.

Phương pháp tổng hợp chất màu ................................................................. 18

1.6.1.

Phương pháp gốm truyền thống [7, 9] .................................................. 19

1.6.2.

Phương pháp đồng kết tủa [7, 9]........................................................... 20

1.6.3.

Phương pháp sol – gel [7, 9] ................................................................. 20

1.6.4.

Phương pháp khuếch tán rắn lỏng [7, 9] ............................................... 21

1.6.5.

Phản ứng giữa các pha rắn và cơ chế phản ứng khuếch tán [3,9]......... 21

1.6.6.

Vai trò của chất khoáng hóa ................................................................. 23

1.7.

Silica tro trấu [5] .......................................................................................... 24

1.7.1.

Tính chất của silica tro trấu................................................................... 24

1.7.2.

Ứng dụng của silica tro trấu.................................................................. 24

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................... 27
2.1.

Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 27

2.2.

Các phương pháp nghiên cứu [8] ................................................................ 27

2.2.1.

Phương pháp tổng hợp chất màu .......................................................... 27

2.2.2.

Phương pháp phân tích nhiệt (TG – DTG) ........................................... 27

2.2.3.

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................... 28

2.2.4.

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ..................................... 29

2.3.

Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ....................................................................... 29

2.3.1.

Dụng cụ và thiết bị ................................................................................ 29

2.3.2.

Nguyên liệu, hóa chất ........................................................................... 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ............................... 30
3.1.

Khảo sát tổng hợp chất màu xanh coban trên hệ spinel .............................. 30


3.1.1.

Phương pháp tổng hợp chất màu xanh Mg 0,9 Co 0,1 Al 2 O 4 ..................... 30

3.1.2.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm .................... 31

3.1.3.

Tổng hợp chất màu CoAl 2 O 4 ............................................................... 45

3.1.4.

Khả năng phát màu và độ bền màu của màu xanh coban – spinel ....... 47

3.2.

Khảo sát tổng hợp chất màu xanh lá trên hệ mullite ................................... 56

3.2.1.

Điều chế SiO 2 từ tro trấu ...................................................................... 56

3.2.2.

Tổng hợp chất màu xanh lá trên hệ mullite 3(Al,Cr) 2 O 3 .2SiO 2 .......... 58

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ............................................................... 65
4.1.

Kết luận ........................................................................................................ 65

4.2.

Đề xuất ......................................................................................................... 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 66
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 67


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ phản ứng giữa MgO và Al 2 O 3 ........................................................... 22
Hình 3.1: Quy trình tổng hợp chất màu xanh coban .................................................... 30
Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG của mẫu SC1 ....................................... 32
Hình 3.3: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG của mẫu SC2 ....................................... 32
Hình 3.4: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG của mẫu SC3 ....................................... 33
Hình 3.5: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG của mẫu SC4 ....................................... 33
Hình 3.6: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-900-30 ................................................ 34
Hình 3.7: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-1000-30 .............................................. 35
Hình 3.8: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-900-30 ................................................ 35
Hình 3.9: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-1000-30 .............................................. 36
Hình 3.10: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-900-1h .............................................. 37
Hình 3.11: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-1000-1h ............................................ 37
Hình 3.12: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-900-1h .............................................. 38
Hình 3.13: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-1000-1h ............................................ 38
Hình 3.14: Ảnh SEM của mẫu SC1-01-1000-1h.......................................................... 39
hình 3.15: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-900-2h ............................................... 40
Hình 3.16: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-1000-2h ............................................ 41
Hình 3.17: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-900-2h .............................................. 41
Hình 3.18: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-1000-2h ............................................ 42
Hình 3.19: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-1100-1h ............................................ 43
Hình 3.20: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-1100-1h ............................................ 43
Hình 3.21: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC1-01-1100-2h ............................................ 44
Hình 3.22: Giản đồ phổ XRD của mẫu SC3-01-1100-2h ............................................ 44
Hình 3.23: Giản đồ phổ của mẫu SCa-1000-1h ........................................................... 46

Hình 3.24: Giản đồ phổ XRD của mẫu SCb-1000-1h .................................................. 46
Hình 3.25: Quy trình thử nghiệm màu men ................................................................. 47
Hình 3.26: Men trong ................................................................................................... 47
Hình 3.27: Chất màu SC1 ............................................................................................. 48
Hình 3.28: Chất màu SC3 ............................................................................................. 49
Hình 3.29: Chất màu SC1 ............................................................................................. 50
Hình 3.30: Chất màu SC3 ............................................................................................. 51
Hình 3.31: Chất màu SC1 ............................................................................................. 52
Hình 3.32: Chất màu SC3 ............................................................................................. 52
Hình 3.33: Ảnh hưởng của lượng nước ........................................................................ 54
Hình 3.34: Chất màu CoAl 2 O 4 ..................................................................................... 55
Hình 3.35: Quy trình điều chế silica tro trấu ................................................................ 57
Hình 3.36: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG của mẫu MR1 .................................... 59
Hình 3.37: Giản đồ phân tích nhiệt TG - DTG của mẫu MR2 ..................................... 59
Hình 3.38: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR1-1000-30 ................................................ 60
Hình 3.39: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR2-1000-30 ................................................ 60
Hình 3.40: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR1-1000-1h ................................................ 61
Hình 3.41: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR2-1000-1h ................................................ 61
Hình 3.42: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR1-1000-2h ................................................ 62
Hình 3.43: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR2-1000-2h ................................................ 62
Hình 3.44: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR1-1100-2h ................................................ 63
Hình 3.45: Giản đồ phổ XRD của mẫu MR2-1100-2h ................................................ 64


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Màu của các chất có một dải hấp thụ ở phần phổ trông thấy khi bức xạ bằng
ánh sáng ban ngày......................................................................................................... 11
Bảng 1.2. Một số mạng lưới tinh thể dùng tổng hợp chất màu cho gốm sứ ................ 12
Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu của các mẫu ......................................................... 31

Bảng 3.2: Thành phần nguyên liệu của các mẫu .......................................................... 45
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên màu men SC1 ................................................. 49
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên màu men SC3 ................................................. 49
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian lưu đến màu men SC1 ......................................... 51
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian lưu đến màu men SC3 ......................................... 51
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng chất màu đến màu men .................................... 53
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của lượng nước đến chất lượng màu men ................................. 54
Bảng 3.9: Kết quả khảo sát chất màu CoAl 2 O 4 ........................................................... 55
Bảng 3.10: Thành phần hóa học của tro trấu (%) ......................................................... 57
Bảng 3.11: Thành phần phối liệu của mẫu MR ............................................................ 58


MỞ ĐẦU
Ngay từ thời xa xưa, sau khi tìm ra lửa, con người đã sản xuất được đồ gốm để
phục vụ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày. Ở Việt Nam, đồ gốm cũng đã xuất hiện từ rất
lâu và phát triển thành những làng nghề, những cơ sở nổi tiếng như Hương Canh, Bát
Tràng, Móng Cái, Lái Thiêu, Biên Hòa…
Từ xưa, các nguyên liệu dùng để sản xuất gốm được lấy chủ yếu từ tự nhiên,
gia công đơn giản, màu được điều chế từ các khoáng vật tự nhiên chứa các nguyên tố
gây màu, cùng với bí quyết và kinh nghiệm đã làm ra những sản phẩm rất đẹp mà
khoa học khó tái tạo lại được.
Ngày nay khoa học về gốm phát triển rất mạnh, không chỉ dừng lại ở gốm dân
dụng, gốm mỹ nghệ mà đã mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như gốm kỹ thuật. Màu
được tổng hợp theo thành phần và nguyên liệu ban đầu hay trên các hệ tinh thể đáp
ứng được khả năng bền màu, bền nhiệt, bền cơ và cho nhiều màu phong phú.
Ở các nước phương Tây, công nghệ sản xuất chất màu đã và đang được phát
triển và thương mại hóa. Một số nước ở châu Á cũng phát triển lĩnh vực này như Thái
Lan, Indonesia, Đài Loan…
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây cũng phát triển mạnh về gốm sứ. Năm
2005 đạt công suất 120 triệu m2 gạch ốp, lát ceramic và granit nhân tạo. Tuy nhiên

lĩnh vực chất màu thì còn rất mới mẻ, do những đòi hỏi của chất màu phải bền nhiệt
(đến 1200oC), bền cơ… trong khi các khoáng tự nhiên thường có thành phần không ổn
định, lẫn nhiều tạp chất, gây khó khăn cho quá trình tổng hợp cũng như hạn chế trong
việc sử dụng. Vì vậy việc nghiên cứu tổng hợp chất màu nhân tạo là rất quan trọng và
cần thiết trong xu hướng hiện nay.
Một trong những khoáng tinh thể nền cho nhiều màu đẹp là mullite, có thành
phần là silica. Tuy nhiên, nguồn silica trong tự nhiên chủ yếu tồn tại trong đất sét và
cát nên khả năng phản ứng chưa cao, điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Gần đây người
ta đã tìm ra một nguồn giàu silica có hoạt tính cao hơn rất nhiều (tồn tại ở dạng vô
định hình) trong vỏ trấu và xơ dừa, điều này mở ra nhiều hướng phát triển cho nhiều
ngành sử dụng silica.


Việt Nam là một nước với truyền thống nông nghiệp lâu đời, cây lương thực
chủ yếu là cây lúa. Sau mỗi mùa thu hoạch người dân thường đốt rơm rạ và vỏ trấu để
bắt đầu vụ mùa mới, điều này làm cho môi trường bị ô nhiễm. Mới đây đã có một số
công ty thu gom lại để sử dụng làm nguồn nguyên liệu chạy các động cơ. Tuy nhiên
cách sử dụng đó vẫn không đem lại hiệu quả kinh tế và giá trị của cây lúa chỉ dừng lại
ở việc làm lương thực. SiO 2 tro trấu có nhiều ứng dụng, ở đây chúng tôi sử dụng SiO 2
để tổng hợp chất nền mullite trong điều chế màu cho gốm sứ. Việc sử dụng silica tro
trấu sẽ giúp nâng cao giá trị cây lúa, hạn chế ô nhiễm môi trường và hạ giá thành sản
phẩm.
Với những lý do trên tôi xin chọn đề tài “Tổng hợp một số chất màu trên nền
tinh thể spinel và mullite” với mong muốn góp phần phát triển lĩnh vực chất màu
cho gốm sứ, hạ giá thành sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh sản phẩm gốm của Việt
Nam trên thị trường thế giới.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Chất màu cho gốm sứ

1.1.1. Bản chất của màu sắc [6, 7]
Màu sắc của vật chất gồm tám màu cơ bản sau: trắng, đen, đỏ, da cam, vàng, lục,
lam và tím. Từ tám màu cơ bản có thể phối thành vô vàn tông màu khác nhau.
Màu sắc bao gồm:
- Sắc thái màu (đơn màu): là các màu đặc trưng như xanh, đỏ, tím, vàng,...
- Tông màu: chỉ sự biến đổi trong một phạm vi một đơn vị màu, ví dụ màu đỏ
gồm đỏ gụ, đỏ san hô, đỏ tía…
- Cường độ màu: là khả năng phát màu hay sự thuần khiết của đơn màu.
Lý thuyết chất màu chỉ ra rằng màu sắc mà mắt ta phân biệt được là do vật chất
hấp thụ ánh sáng một cách có chọn lọc. Sở dĩ vật chất hấp thụ ánh sáng có chọn lọc là
do cấu trúc hình học của bản thân nó quyết định tức là do các dạng liên kết hóa học
của vật chất, các nguyên tố (bao gồm ion, phân tử hay hợp chất) quyết định.
Ánh sáng phát ra với các bước sóng khác nhau, nhưng mắt người chỉ có thể cảm
nhận được ánh sáng có bước sóng trong vùng khả kiến từ 400 nm đến 800 nm. Cảm
giác màu sắc là một chuỗi các quá trình sinh lý và tâm lý phức tạp khi bức xạ trong
vùng khả kiến chiếu vào võng mạc của mắt. Một tia màu với một khoảng bước sóng
xác định khi đập vào võng mạc sẽ gây cho ta một cảm giác về một màu sắc xác định.
Màu của một vật thể tùy thuộc vào bước sóng của ánh sáng bị phản xạ hay bị hấp thụ
trên vật thể đó. Trong trường hợp vật thể trong suốt, màu sắc tùy thuộc vào bước sóng
của ánh sáng truyền qua nó.
Nếu ánh sáng chiếu vào vật thể mà bị khuếch tán hoàn toàn hoặc đi qua hoàn toàn
thì đối với mắt ta chất đó có màu trắng hoặc không màu.
Nếu vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia của ánh sáng trắng thì ta thấy vật đó có
màu đen.
Nếu sự hấp thụ chỉ xảy ra ở một khoảng nào đó của vùng khả kiến thì các bức xạ ở
khoảng còn lại khi đến mắt sẽ gây cho ta cảm giác về một màu nào đó.


Bảng 1.1. Màu của các chất có một dải hấp thụ ở phần phổ trông thấy khi bức xạ
bằng ánh sáng ban ngày

Bước sóng của dải hấp thụ

Màu của ánh sáng bị hấp

Màu nhận được

(nm)

thụ

< 400 nm

Tia tử ngoại

Không màu

400 – 435

Tím

Lục – vàng

435 – 480

Lam

Vàng

480 – 490

Lam – lục nhạt

Cam

490 – 500

Lục – lam nhạt

Đỏ

500 – 560

Lục

Đỏ tía

560 – 580

Lục – vàng

Tím

580 – 595

Vàng

Lam

595 – 605

Cam

Lam – lục nhạt

605 – 750

Đỏ

Lục – lam nhạt

> 750

Tia hồng ngoại

Không màu

Để một hợp chất có màu không nhất thiết λ max của nó phải nằm ở vùng khả kiến
mà chỉ cần cường độ hấp thụ ở vùng khả kiến đủ lớn. Nói một cách khác tuy cực đại
của vân hấp thụ nằm ngoài vùng khả kiến nhưng do vân hấp thụ trải rộng sang vùng
khả kiến nên hợp chất vẫn có màu. Tất nhiên để có được sự hấp thụ thấy được ở vùng
khả kiến thì λ max của chất cũng phải gần với ranh giới của vùng khả kiến.
1.1.2. Chất màu cho gốm sứ [6, 7]
Chất màu cho gốm sứ về bản chất là khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có màu.
Chất màu cho đồ gốm phải có các đặc trưng sau: bền màu dưới tác dụng của nhiệt độ
cao, bền với các tác nhân hóa học, bền với ánh sáng, với khí quyển, không biến đổi
màu dưới tác dụng của men nóng chảy ở nhiệt độ cao.
Trong tự nhiên có rất nhiều khoáng có màu và có khả năng bền màu ở nhiệt độ
cao. Tuy nhiên chúng có hàm lượng màu không cao và thường lẫn nhiều tạp chất,
đồng thời thành phần của các khoáng thường không ổn định, gây khó khăn cho việc
gia công và trang trí sản phẩm.

Yêu cầu của chất màu gốm ngày nay là phải bền, ổn định trong quá trình sản xuất
cũng như trong quá trình sử dụng. Do vậy, chất màu thông thường được sử dụng cho
gốm sứ là những chất màu tổng hợp bền nhiệt.
Chất màu cho gốm sứ chủ yếu thuộc hệ dung dịch rắn (dung dịch rắn xâm nhập
hay dung dịch rắn thay thế). Như vậy cấu trúc của chất màu không hoàn chỉnh, các
thông số mạng lưới tinh thể bị sai lệch. Mặc khác biến dạng không chỉ xảy ra ở một
dải điện tử nhất định mà cả các dải lân cận dẫn đến khả năng hấp thụ ánh sáng không
phải ở một bước sóng đặc trưng mà cả một dải bước sóng, vì vậy mới có nhiều tông
màu khác nhau.
Chất màu cho gốm sứ ngoài các yếu tố đã nêu còn phải kể đến dạng thù hình của
nguyên tố tạo nên. Ví dụ Cr 2 O 3 trong β-Al 2 O 3 cho màu xanh, Cr 2 O 3 trong α-Al 2 O 3
màu đỏ ngọc.
Trong sản xuất chất màu cho gốm sứ, nhiệt độ nung và môi trường nung là những
yếu tố quyết định đến khả năng tạo màu, độ bền màu của chất màu lúc sử dụng.
1.1.3. Các loại tinh thể nền dùng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ [6]
Chất màu cho gốm sứ được tổng hợp dựa trên cơ sở mạng lưới tinh thể nền của
một số chất. Các mạng lưới này phải bền ở nhiệt độ cao, bền với tác dụng của các môi
trường xâm thực, không hòa tan hoặc hòa tan rất ít trong men.
Bảng 1.2. Một số mạng lưới tinh thể dùng tổng hợp chất màu cho gốm sứ
Kiểu mạng tinh thể

Công thức đại diện

Spinel

MgAl 2 O 4

Cordierite

2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2

Corundum

Al 2 O 3

Silimanit

Al 2 O 3 .SiO 2

Grenat

3CaO.Al 2 O 3 .SiO 2

Mullite

3Al 2 O 3 .2SiO 2

Cassiterite

SnO 2

Rutin

TiO 2

Augite

Ca(MgFeAl)[Si 2 O 6 ]

Phosterit

2MgO.SiO 2

Điôpzit

CaMg[Si 2 O 6 ]

Sphen

CaO.Al 2 O 3 .SiO 2

Các tinh thể nền không có màu, muốn tạo màu chúng ta phải đưa vào cấu trúc tinh
thể những ion sinh màu. Trong khóa luận, sử dụng hai cấu trúc là:
-

Cấu trúc spinel

-

Cấu trúc mullite

Việc đưa các ion mang màu vào mạng lưới tinh thể nền thường được thực hiện
bằng phản ứng giữa các pha rắn của các oxit. Ion sinh màu khi đó nằm ở hốc trong
mạng lưới tinh thể nền hay thay thế ion trong mạng lưới tinh thể nền.
1.2. Nguyên nhân gây màu cho các khoáng vật [2]
Ở một số ít khoáng vật nguyên nhân gây màu liên quan đến hiện tượng phản xạ và
tán xạ bên trong khoáng vật. Còn đa số nguyên nhân gây màu là do sự hấp thụ các bức

xạ điện từ. Các quá trình điện từ bao gồm: sự chuyển electron bên trong kim loại hoặc
trong các nguyên tử cấu trúc tinh thể, sự chuyển điện tử do các khuyết tật trong mạng
tinh thể, sự chuyển mức giữa các dải năng lượng.
1.2.1. Sự chuyển electron nội
Trong nguyên tử, sự hấp thụ ánh sáng sẽ dẫn đến sự kích thích các electron nằm ở
obitan d hoặc f, làm cho ánh sáng truyền qua có màu. Cường độ màu tương quan với
cường độ hấp thụ.
Một số khoáng vật thuộc loại này gồm: monazite, bastnasite, xenotime, gadolinite,
một số apatite, calcite, fluorite, scheelite,…
1.2.2. Sự chuyển electron kèm theo sự chuyển điện tích
Ngoài những chuyển mức năng lượng mà ở đó electron bị kích thích định vị thuộc
phạm vi một nhóm nguyên tử, còn có những chuyển mức mà trong đó electron chuyển
từ một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử này đến một nguyên tử hoặc một nhóm
nguyên tử khác. Đó là sự chuyển mức kèm theo sự chuyển điện tích. Quá trình này cơ
bản là quá trình quang hóa oxy hóa khử và được kích hoạt trong đa số các hợp chất


bởi các tia cực tím có năng lượng cao. Tuy nhiên, các dải hấp thụ có thể xuất hiện
trong vùng khả kiến làm chất có màu.
Sự chuyển điện tích diễn ra thuận lợi khi các nguyên tố nằm cạnh nhau trong một
cấu trúc tinh thể có khả năng tồn tại ở nhiều mức hóa trị khác nhau, chẳng hạn: Fe+2
và Fe+3, Mn+2 và Mn+3, Ti+3 và Ti+4. Sự chuyển điện tích diễn ra dễ dàng khi có sự mất
cân bằng về điện tích do sự thay thế đồng hình, chẳng hạn, sự thay thế của Fe+2 và
Mg+2 bởi các ion Al+3 và Fe+3. Các yếu tố này (sự tồn tại ở nhiều mức hóa trị và sự
thay thế đồng hình của các nguyên tố không đồng hóa trị trong một cấu trúc tinh thể)
có thể làm cho sự chuyển điện tích xuất hiện nhờ những năng lượng kích thích nhỏ
(ánh sáng kích thích ở trong vùng khả biến) và tạo ra màu trong các khoáng vật.
Cường độ của các dải phổ chuyển điện tích thường gấp từ 100 đến 1000 lần so với
sự chuyển mức năng lượng của các electron 3d trong các ion kim loại chuyển tiếp.
Một số khoáng vật có màu do sự chuyển điện tích gồm: augite, biotite, cordierite,

glaucophane và các khoáng vật amphibole.
1.2.3. Sự chuyển electron do khuyết tật tinh thể
Nhiều khoáng vật chủ yếu là các hợp chất của kim loại kiềm và kiềm thổ có chứa
các tâm màu hay các khuyết tật mạng lưới mà chính các khuyết tật này có khả năng
hấp thụ ánh sáng tạo ra các tâm màu. Có hai loại tâm màu phổ biến: tâm F electron
chiếm các lỗ trống, tâm F’ electron chiếm các hốc mạng. Sự chuyển mức năng lượng
liên quan với các electron ở trong các nút mạng và các hốc trống có thể xuất hiện khá
phổ biến trong tự nhiên. Tuy nhiên, chúng thường bị che lấp bởi các quá trình điện tử
khác.
Một số khoáng vật thường xuất hiện các tâm màu bao gồm: halite, flourite,
calcite. Sự kích hoạt cũng được tạo ra trong các khoáng khác như: biotite, cordierite
do chúng bị nhiễm các tập chất là các khoáng có chứa các nguyên tố phóng xạ như
zircon và allanite.
1.2.4. Sự chuyển các dải năng lượng
Cơ chế tạo màu này liên quan tới những màu đậm của nhiều sulfua, arsenua và các
khoáng chất khác có họ với chúng. Nguồn gốc màu của chúng là do sự chuyển mức


năng lượng từ vùng hóa trị tới vùng dẫn trong tinh thể, các đỉnh hấp thụ thường nằm
trong vùng khả kiến.
1.3. Một số oxit gây màu thông dụng [7]
1.3.1. Nhôm oxit (Al 2 O 3 )
Nhôm oxit tồn tại dưới một số dạng đa hình, bền hơn hết là dạng α, γ.
Bản thân Al 2 O 3 không có khả năng phát màu nhưng đóng một vai trò quan trọng
đến khả năng tạo màu. Al 2 O 3 tham gia trực tiếp hoặc có ảnh hưởng rõ rệt trong phản
ứng tạo màu kiềm tính và cả màu axit. Do vậy, Al 2 O 3 có tác dụng trung hòa các cấu
tử thừa trong phản ứng tạo màu và duy trì cân bằng hóa học. Với một lượng Al 2 O 3
hợp lý có thể nâng cao độ bền màu ở nhiệt độ tiếp theo (so với màu gốc không có
Al 2 O 3 ).
Mặt khác, Al 2 O 3 có thể kết hợp với các oxit CeO, CoO, Cr 2 O 3 tạo thành các

spinel mang màu.
1.3.2. Coban oxit (CoO)
Các oxit coban rất cứng nên trong thực tế người ta thường dùng các dạng muối dễ
hòa tan hơn để đưa vào men. Màu do hợp chất coban đưa vào là màu xanh nhạt đến
màu xanh lam tùy theo hàm lượng coban. Các hợp chất này thường kết hợp với Al 2 O 3
và ZnO tạo thành các hợp chất mang màu, hàm lượng Al 2 O 3 càng cao thì màu xanh
càng nhạt.
Coban khi kết hợp với photphat hoặc arsenat cho màu tím xanh đến tím, phát màu
rõ hơn khi thêm vào một lượng nhỏ MgO. Khi trộn CoO với TiO 2 cho men màu lục,
tuy nhiên thường gây hiện tượng rạn men, nên thường được sử dụng cho men nghệ
thuật. Khi cho CoO kết hợp với oxit của mangan, sắt, crom sẽ tạo nên men màu đen từ
men trong suốt.
1.3.3. Crom oxit (Cr 2 O 3 )
Cr 2 O 3 tạo màu lục bền ở nhiệt độ cao. ZnO có ảnh hưởng xấu đến màu của Cr 2 O 3 ,
thường tạo ra màu xám bẩn. Trong men giàu chì hoặc men axit khi thêm một lượng
nhỏ Cr 2 O 3 ở nhiệt độ thấp cho màu vàng. Khi kết hợp với CaO và SnO 2 sẽ cho màu
hồng. Màu vàng thường được điều chế từ muối PbCrO 4 , màu bền đến 1040oC, ở nhiệt


độ cao hơn sẽ chuyển sang màu xanh lá, nếu trong men có hàm lượng chì lớn sẽ
chuyển sang màu đỏ.
Cr 2 O 3 không tan mà phân bố đều trong men, vì thế việc frit hóa men rất dễ dàng.
Cr 2 O 3 làm tăng nhiệt độ nóng chảy của men, nên nếu muốn giữ nguyên nhiệt độ nóng
chảy của men thì phải giảm lượng Al 2 O 3 .
1.3.4. Sắt oxit
Trong men kiềm có chứa bo, sắt oxit tạo thành màu đỏ rượu vang. Trong men
trắng đục, men nửa đục, men mờ khi thêm sắt oxit sẽ có màu nâu sáng, màu be, màu
lông cừu đến màu nâu sẫm.
1.3.5. Zirconi oxit (ZrO 2 )
Zirconi oxit tồn tại trong các hệ ZrO 2 – SiO 2 và ZrO 2 – V 2 O 5 . Khi cho một lượng

nhỏ CaO vào hệ ZrO 2 – V 2 O 5 sẽ cho màu vàng rất đẹp. CuO cho men zircon có màu
lam. Ngoài ra còn tạo được màu hồng lam, màu lục và xám từ men zircon.
1.3.6. Magie oxit (MgO)
Trong men giàu MgO có thể làm cho màu lam đi từ coban chuyển sang màu tím.
MgO còn dễ làm đổi màu lục Cr 2 O 3 . MgO có tác dụng xấu với màu đỏ của sắt nhưng
có tác dụng tốt với màu đỏ của uran. Thêm MgO vào men đỏ crom sẽ làm xuất hiện
màu đen.
1.4. Các phương pháp dùng chất màu trang trí sản phẩm [6]
Tùy theo đặc tính và hướng sử dụng, người ta phân loại chất màu thành 3 loại
chính.
1.4.1. Màu trên men
Màu loại này dùng để vẽ lên sản phẩm đã tráng men và nung chín rồi, sau khi vẽ
xong chỉ cần nung lại ở nhiệt độ thấp hơn (khoảng 6000C đến 9000C). Do nung ở nhiệt
độ thấp nên màu trên men rất phong phú. Màu trên men gồm hỗn hợp chất màu với
chất chảy (chứa chủ yếu là PbO, các oxit kim loại kiềm, B 2 O 3 ). Chất chảy làm cho
màu vẽ trên sản phẩm chóng khô cứng, khi nung bám chắc vào men, đồng thời làm
tăng độ bóng của màu


Màu trên men có độ ánh quang yếu hơn màu dưới men, hình vẽ nổi trên mặt sứ, dễ
bị mòn.
Màu trên men còn được chia làm 3 loại: ít bền, bền vừa và rất bền.
1.4.2. Màu dưới men
Vẽ màu lên xương đã nung hay mộc đã sấy khô – tráng men – nung sản phẩm gốm
(12500C – 14300C).
Màu dưới men vừa tiếp xúc với xương gốm vừa tiếp xúc với men nên đòi hỏi tính
chất khắc nghiệt hơn màu trên men. Màu dưới men đẹp, có độ ánh quang cao, bám
chắc vào bề mặt gốm sứ, không bị mòn do có lớp men bảo vệ. Nhưng gam màu của
màu dưới men không phong phú do nhiệt độ nung cao, một số màu bị biến đổi ở nhiệt
độ cao. Ví dụ: màu vàng của đồng silicat khi đưa tới 12000C sẽ chuyển thành màu đỏ

tím, trên 13500C chuyển thành màu vàng xám rất tối.
Màu dưới men thường được phân thành 2 loại: loại có nhiệt độ nung chín khoảng
12000C và loại có nhiệt độ nung chín khoảng 1300 – 14000C. Màu dưới men thường
được pha thêm 20% men.
1.4.3. Màu trong men
Màu trong men được tạo ra bằng cách đưa trực tiếp một số hợp chất gây màu hoặc
các chất màu tổng hợp bền nhiệt vào men.
Độ mịn của màu đưa vào men có ảnh hưởng rất mạnh đến cường độ màu, cũng
như độ đồng đều của màu men. Màu có cỡ hạt càng mịn cho màu trong men có cường
độ màu càng cao và khả năng đồng đều màu càng cao.
Chất màu trong men phân bố theo hai cơ chế phụ thuộc bản chất của chúng:
-

Sự tạo màu trong men bằng các phân tử màu
Các phân tử chất màu được tạo thành từ các oxit của kim loại sắt, mangan,

coban, crom… hòa tan trong men nóng chảy. Màu men trong trường hợp này rất dễ bị
biến đổi màu.
-

Sự tạo màu trong men bằng các chất màu không tan trong men
Chất màu đưa vào men là những chất màu có cấu trúc bền, không tan trong

men mà chỉ phân bố đều trong men để tạo màu đục trong men. Các chất màu này có


thể là những chất màu tổng hợp bền nhiệt hoặc các khoáng thiên nhiên bền có màu.
Trường hợp này màu trong men sẽ bền hơn và ổn định hơn.
Màu trong men có nhiều gam màu phong phú hơn màu dưới men.
1.5. Một số loại chất màu trang trí khác [6]

-

Luster
Đó là những rezinat kim loại tạo nên những hiệu quả màu lấp lánh trên đồ

gốm do sau khi nung chảy sinh ra một lớp kim loại hay oxit kim loại.
-

Email
Đó là lớp màu dày có sử dụng chất chảy rất nhớt để có thể tạo được những

đường nét sắc sảo, có thể là trong hay đục.
-

Engob
Đó là lớp phủ trên xương gốm, dùng để che phủ xương gốm không có màu

thích hợp, để làm mịn bề mặt xương hay để đạt hiệu quả trang trí của lớp màu tráng
lên. Nó thường được dùng để tạo một lớp trung gian giữa xương gốm và lớp men
trong. Nếu dùng nó để thay men, phải cho thêm chất trợ dung thích hợp.
Engob có tính chất như men đất. Trong thành phần của nó người ta dùng đất
sét dễ chảy có màu thích hợp cùng với trường thạch, thạch anh, caolin, hay chính bản
thân men. Muốn có engob màu thì dùng đất sét trắng, các phụ gia và các oxit gây màu.
1.6. Phương pháp tổng hợp chất màu
Tổng hợp chất màu bằng các phương pháp cơ bản sau:
-

Phương pháp gốm truyền thống

-

Phương pháp đồng kết tủa

-

Phương pháp sol – gel

-

Phương pháp khuếch tấn rắn – lỏng

Phương pháp tổng hợp được sử dụng trong đề tài là phương pháp gốm truyền
thống.
Phối liệu tạo màu thường được nghiền trộn kỹ đến độ mịn thích hợp (dùng để tạo
màu dưới men), hoặc tách các kết tủa của các hỗn hợp kim loại sau khi hòa tan nó vào
nước (dùng để tạo chất màu trên men).
Phối liệu để chế tạo chất màu gồm:


-

Các oxit hoặc các hydroxit, các muối phân hủy ở nhiệt độ cao tạo oxit.

-

Các chất khoáng hóa: đây là các chất thúc đẩy nhanh quá trình tổng hợp chất
màu, hạ nhiệt độ nung.

Hỗn hợp được nghiền mịn, nung ở khoảng nhiệt độ từ 9000C đến 12000C trong
thời gian nhất định. Hỗn hợp được ngâm trong dung dịch HCl để loại bỏ chất chảy.

Sau đó nghiền mịn thu được chất màu.
Độ mịn của hạt là một yếu tố rất quan trọng: nếu hạt quá thô sẽ giảm độ chói, nếu
hạt quá mịn chất màu dễ bị hòa tan trong pha thủy tinh nóng chảy.
1.6.1. Phương pháp gốm truyền thống [7, 9]
Phương pháp gốm truyền thống là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn là hỗn hợp
các oxit, muối ở nhiệt độ cao. Ion sinh màu có thể ở trong tinh thể nền dưới dạng dung
dịch rắn xâm nhập, dung dịch rắn thay thế hay tồn tại dưới dạng tạp chất trong tinh thể
nền. Quá trình phản ứng tổng hợp chất màu rất phức tạp, bao gồm nhiều giai đoạn.
Tốc độ phản ứng phụ thuộc các yếu tố sau:
-

Kích thước hạt

-

Nhiệt độ nung

-

Thời gian lưu

-

Hoạt tính của chất phản ứng: các chất phản ứng ở trạng thái chuyển tiếp có hoạt
tính cao hơn trạng thái bền. Quá trình khuếch tán giữa hai chất sẽ diễn ra nhanh
hơn ở những điều kiện mà các hợp chất không bền dễ được hình thành. Vì thế,
khi tiến hành phản ứng, người ta thường dùng dạng muối hoặc hydroxit phân
hủy ở nhiệt độ cao cho oxit hơn là sử dụng trực tiếp dạng oxit.

-

Bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng: bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản
ứng càng lớn, tốc độ phản ứng càng cao, hiệu suất càng lớn. Để tăng cường
diện tích tiếp xúc cần nghiền mịn, trộn kỹ phối liệu, đồng thời ép viên để tăng
mật độ.

Phương pháp gốm truyền thống là phương pháp phổ biến để điều chế các vật liệu
rắn, tuy nhiên phương pháp này có một số giới hạn:
-

Nhiệt độ nung cao và thời gian nung dài làm cho sản phẩm kém bền nhiệt động

-

Quá trình nghiền mẫu nhiều lần thường đưa tạp chất vào sản phẩm.


Để khắc phục các nhược điểm trên, nhiều phương pháp khác đã được nghiên cứu
và ứng dụng, như: phương pháp đồng kết tủa, phương pháp khuếch tán rắn – lỏng,
phương pháp sol – gel, phương pháp đồng tạo phức, phương pháp thủy nhiệt, phương
pháp vận chuyển hơi hóa học… Trong khóa luận này chỉ xin giới thiệu ba phương
pháp được sử dụng phổ biến nhất là đồng kết tủa, khuếch tán rắn – lỏng, sol – gel.
1.6.2. Phương pháp đồng kết tủa [7, 9]
Ví dụ để tổng hợp MgAl 2 O 4 theo phương pháp đồng kết tủa, ta chuẩn bị dung dịch
chứa hai muối magie và nhôm rồi thực hiện phản ứng kết tủa đồng thời các ion kim
loại magie và nhôm dưới dạng hydroxit, sao cho sản phẩm kết tủa thu được có tỉ lệ
mol Mg/Al đúng như trong sản phẩm MgAl 2 O 4 . Sau đó lọc kết tủa, rửa, sấy và nung.
Phương pháp này cho phép khuếch tán tốt các chất tham gia phản ứng, tăng bề mặt
tiếp xúc của các chất phản ứng, từ đó hạ nhiệt độ thiêu kết. Tuy nhiên phương pháp
này đòi hỏi phải lưu ý hai vấn đề sau:

-

Phải đảm bảo đúng quá trình đồng kết tủa.

-

Phải đảm bảo trong hỗn hợp pha rắn, tỉ lệ các ion kim loại đúng bằng tỉ lệ hợp
thức của chúng trong gốm.

1.6.3. Phương pháp sol – gel [7, 9]
Sol là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân phân tán trong chất lỏng. Gel là một
dạng chất rắn – nửa rắn trong đó vẫn còn giữ dung môi trong hệ chất rắn dưới dạng
chất keo hoặc polyme.
Tổng hợp gốm theo phương pháp này gồm ba bước chính:
 Tạo sol bằng hai cách:
-

Phân tán các chất rắn không tan từ cấp hạt lớn sang cấp hạt nhỏ của sol trong
các máy xay keo.

-

Tập hợp các tiểu phân có cấp hạt bé trong dung dịch thành tiểu phân có cấp hạt
lớn cỡ hạt keo.

 Sol được xử lý hoặc để lâu cho già hóa thành gel.
 Đun nóng gel để tạo thành sản phẩm mong muốn.
Phương pháp sol – gel được phát triển và ứng dụng để tổng hợp nhiều loại vật liệu
khác nhau do có các ưu điểm:

-

Có thể tổng hợp được chất màu dưới dạng bột với cấp hạt cỡ nanomet.

-

Có thể tổng hợp được chất màu dưới dạng màng mỏng hay sợi.

-

Nhiệt độ tổng hợp không cao.

1.6.4. Phương pháp khuếch tán rắn lỏng [7, 9]
Ví dụ để tổng hợp MgAl 2 O 4 có thể đi từ MgO và muối nhôm. Người ta tiến hành
khuếch tán bột MgO vào dung dịch muối nhôm rồi kết tủa hydroxit nhôm. Sau đó lọc
kết tủa, sấy, nung.
Vấn đề của phương pháp này là việc chọn cấu tử làm pha rắn. Điều này phụ thuộc
vào cấu trúc tinh thể của chất phản ứng, sản phẩm phản ứng, nhiệt độ chuyển pha,
nhiệt độ bắt đầu phản ứng.
So với phương pháp gốm truyền thống, phương pháp này có thể hạ thấp nhiệt độ
nung từ vài chục đến vài trăm độ.
1.6.5. Phản ứng giữa các pha rắn và cơ chế phản ứng khuếch tán [3,9]
Phản ứng giữa các chất khí hoặc giữa các chất lỏng do các chất phản ứng rất linh
động, khuếch tán dễ dàng nên phản ứng xảy ra trên một phạm vi rộng lớn chứa trong
toàn thể tích của hệ và phản ứng có thể đạt tới trạng thái cân bằng.
Phản ứng giữa các pha rắn hoàn toàn khác do các phân tử tham gia phản ứng đều
nằm định vị tại các nút mạng tinh thể của chất ban đầu. Phản ứng chỉ xảy ra tại chỗ
tiếp xúc hai pha rắn của chất tham gia phản ứng. Cơ chế của quá trình bao gồm hai
giai đoạn tạo mầm và phát triển mầm.

Để dễ minh họa, ta xét phản ứng tổng hợp spinel MgAl 2 O 4 .
MgO + Al 2 O 3 = MgAl 2 O 4 (ΔG° 298K < 0)
Tinh thể MgO và MgAl 2 O 4 đều gồm phân mạng anion O2- gói gém chắc đặc lập
phương, còn Al 2 O 3 có phân mạng anion O2- gói gém chắc đặc lục phương. Các cation
Mg2+ và Al3+ được phân bố vào hốc tứ diện và hốc bát diện của phân mạng O2- một
cách thích hợp.
Về phương diện nhiệt động học thì phản ứng này có thể xảy ra ngay ở nhiệt độ
thường (ΔG° 298K < 0), nhưng ở nhiệt độ cao đến 1000°C vẫn không có tương tác giữa
MgO và Al 2 O 3 . Chỉ khi đun nóng lên trên 1200°C mới có thể bắt đầu tạo thành một


lớp sản phẩm MgAl 2 O 4 ở biên giới tiếp xúc giữa hai pha MgO/Al 2 O 3 . Sự hình thành
lớp sản phẩm như vậy gọi là quá trình tạo mầm.
* Quá trình tạo mầm: Trong quá trình này đòi hỏi phải làm đứt một số liên kết cũ
trong chất tham gia phản ứng, hình thành một số liên kết mới trong sản phẩm trên cơ
sở phân bố lại các ion ở chỗ tiếp xúc. Do đặc điểm phân mạng anion của MgAl 2 O 4
giống như phân mạng anion của MgO nên sự hình thành mầm tinh thể sản phẩm thuận
lợi hơn về phía mặt tinh thể MgO. Các ion O2- của mặt tiếp xúc trong Al 2 O 3 phải sắp
xếp lại một ít, mặt khác có sự dịch chuyển cation Mg2+ từ vị trí bát diện sang vị trí tứ
diện, còn cation Al3+ đi vào vị trí mới trong mầm tinh thể.
Sự phá đứt liên kết cũ, hình thành liên kết mới cũng như sự dịch chuyển các cation
chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao, vì lúc đó các cation mới có đủ năng lượng để dịch
chuyển.

MgO

Al2O3
Vị trí biên giới của
chất phản ứng

Vị trí mới của biên
giới chất phản ứng
và sản phẩm

Mg2+

Al2O3

MgO
Al3+
d

d : chiều dày lớp sản phẩm

Hình 1.1: Sơ đồ phản ứng giữa MgO và Al 2 O 3


* Quá trình phát triển mầm: là quá trình phát triển lớn dần của mầm tinh thể.
Quá trình này rất phức tạp đòi hỏi phải có khuếch tán ngược dòng của các cation Mg2+
và Al3+. Các cation Mg2+ khuếch tán từ bề mặt tiếp xúc MgO/MgAl 2 O 4 qua lớp sản
phẩm để sang mặt tiếp xúc MgAl 2 O 4 /Al 2 O 3 còn những cation Al3+ thì khuếch tán
theo chiều ngược lại.
Để đảm bảo tính trung hòa điện, cứ hai ion Al3+ khuếch tán sang trái cần có ba ion
Mg2+ khuếch tán sang phải. Phản ứng diễn ra như sau:
Trên bề mặt biên giới MgO/MgAl 2 O 4
2Al3+ - 3Mg2+ + 4MgO → MgAl 2 O 4
Trên bề mặt biên giới MgAl 2 O 4 /Al 2 O 3
3Mg2+ - 2Al3+ + 4Al 2 O 3 → 3MgAl 2 O 4
Phản ứng tổng cộng
4MgO + 4Al 2 O 3 → 4MgAl 2 O 4

Cơ chế phản ứng theo sự khuếch tán ngược dòng các cation như vậy được gọi là
cơ chế phát triển mầm Varnhe. Phản ứng trên diễn ra về phía phải nhanh gấp ba lần
phía trái. Điều này có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm khi quan sát sự thay đổi màu
sắc ở các lớp biên giới của phản ứng giữa MgO và Fe 2 O 3 . Kết quả quan sát thực
nghiệm cho thấy ferit magie (MgFe 2 O 4 ) tạo thành lớp sản phẩm phát triển về phía tiếp
xúc với Fe 2 O 3 gấp 2,7 lần so với phía tiếp xúc với MgO.
Vì rằng lớp sản phẩm càng lúc càng dày nên tốc độ phản ứng càng về sau càng
chậm lại.
1.6.6. Vai trò của chất khoáng hóa
Trong phạm vi hóa học nói chung, chất khoáng hóa giữ vai trò như chất xúc tác.
Đối với công nghiệp gốm sứ chất khoáng hóa có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình
kết nối và cải thiện tính chất của sản phẩm theo ý muốn. Tổng quát có thể nêu lên các
tác dụng sau:
- Thúc đẩy quá trình biến đổi thù hình, phân hủy các khoáng của nguyên liệu (giữ
vai trò ion, phân tử lạ - một dạng khuyết tật của tinh thể), làm tăng khả năng khuếch
tán vật thể trong phối liệu ở trạng thái rắn.