HÓA LÍ SILICAT VÀ CÔNG NGHIỆP SILICAT TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP GỐM SỨ

Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU: ............................................................................................................................ 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SILIC VÀ CÔNG NGHIỆP SILICAT ............................................. 3
1.1 TỔNG QUAN VỀ SILIC ..................................................................................................... 3
1.1.1Lịch sử hình thành – thực trạng. ....................................................................................... 3
1.1.2 Khái niệm nguyên tố silic ............................................................................................... 3
1.1.3 Thuộc tính của silic. ....................................................................................................... 4
1.1.4 Ứng dụng trong ngành công nghiệp silicat. ....................................................................... 4
1.1.5 Sản xuất silic ................................................................................................................ 5
CHƢƠNG 2: SILICATE – TRẠNG THÁI SILICATE VÔ ĐỊNH HÌNH. ........................................... 8
2.1 SILICATE. ......................................................................................................................... 8
2.1.1 Khái niệm. .................................................................................................................... 8
2.1.2 Công thức hoá học của các hợp chất silicat ....................................................................... 8
2.1.3 Công thức Seger ............................................................................................................ 8
2.1.4 Cấu trúc các hợp chất (khoáng) silicat .............................................................................. 9
2.1.5 Công thức cấu trúc......................................................................................................... 9
2.1.6 Hợp chất silicat nhân tạo ...............................................................................................10
2.1.7 Vật liệu silicat ..............................................................................................................10
2.2 CÁC SILICAT Ở TRẠNG THÁI VÔ ĐỊNH HÌNH ................................................................10
2.2.1 silicat ở trạng thái lỏng ..................................................................................................10
2.2.2 Các silicat ở trạng thái thủy tinh .....................................................................................11
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA SILICAT TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP GỐM SỨ. .................18
3.1. ĐỊNH NGHĨA ...................................................................................................................19
3.2 PHÂN LOẠI ĐỒ GỐM ......................................................................................................20
3.3 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GỐM SỨ................................................................................21
3.3.1 Nguyên liệu dẻo: cao lanh và đất sét ...............................................................................22
3.3.2 Nguyên liệu gầy. ..........................................................................................................27
3.3.3Các nguyên liệu khác. ....................................................................................................28
3.4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT GỐM SỨ THỰC TIỄN.................................................................29
LỜI KẾT ....................................................................................................................................35

1


LỜI NÓI ĐẦU:
“Silicate” là thuật ngữ không còn gì xa lạ của chúng ta nữa, chúng là hợp chất
gồm silicon mang anion và có hầu hết trong cấu trúc của các vật liệu nhƣ đồ gốm
sứ, vật liệu xây dựng, chất bán dẫn… đều có hầu hết trong mọi nhà của mỗi ngƣời.
Qua đó cho ta thấy đƣợc tầm quan trọng của ngành công nghiệp silicate trong quá
trình phát triển công nghiệp hóa, hiên đại hóa đất nƣớc.
Qua bài tiểu luận “ silicate – trạng thái vô định hình và ứng dụng trong gốm
sứ”, chúng tôi trình bày:
+ Silic,công thức, trạng thái của chúng và ứng dụngtrong ngành công nghiệp
silicate.
+ Silicate và trạng thái vô định hình silicate
+ Silicate ứng dụng trong ngành công nghiệp gốm sứ.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SILIC VÀ CÔNG NGHIỆP SILICAT
1.1 TỔNG QUAN VỀ SILIC
1.1.1Lịch sử hình thành – thực trạng.
Silic (tên Latinh: silex, silicis có nghĩa là đá lửa) lần đầu tiên đƣợc nhận ra bởi
Antoine Lavoisier (năm 1787), và sau đó đã đƣợc Humphry Davy (năm1800) cho
là hợp chất. Năm 1811 Gay Lussac và Thénard có lẽ đã điều chế ra silic vô định
hình không nguyên chất khi nung nóng kali với tetraflorua silic SiF4.Năm 1824
Berzelius điều chế silic vô định hình sử dụng phƣơng pháp giống nhƣ của
Lussac.Berzelius cũng đã làm tinh khiết sản phẩm bằng cách rửa nó nhiều lần.
Vì silic là nguyên tố quan trọng trong các thiết bị bán dẫn và công nghệ cao, nên
khu vực công nghệ cao ở California đƣợc đặt tên là Silicon Valley (Thung lũng

Silicon), tức đặt tên theo nguyên tố này.Silic là thành phần cơ bản của các loại
aerolit là một loại của các thiên thạch và của các tektit là dạng tự nhiên của thủy
tinh.
Theo khối lƣợng, silic chiếm 29,5% vỏ Trái Đất, là nguyên tố phổ biến thứ hai sau
ôxy. Silic nguyên tố không tìm thấy trong tự nhiên.Nó thƣờng xuất hiện trong các
ôxít và silicat.Cát, amêtít, mã não (agate), thạch anh, đá tinh thể, đá lửa, jatpe, và
opan là những dạng tự nhiên của silic dƣới dạng ôxít.Granit, amiăng, fenspat, đất
sét, hoócblen, mica là những dạng khoáng chất silicat.
1.1.2 Khái niệm nguyên tố silic
- Nguyên tố silic, ký hiệu hoá học Si, khối lƣợng nguyên tử 28.09, số thứ tự
trong bảng Phân Hạng Tuần Hoàn là 14, thuộc Phân Nhóm Chính nhóm 4.
- Nó là nguyên tố phổ biến sau ôxy trong vỏ Trái Đất (25,7 %), cứng, có màu
xám sẫm - ánh xanh kim loại, có hóa trị +4. Là nguyên tố chủ yếu trong các
khoáng vật và đất đá (giống nhƣ cacbon trong thành phần của tất cả các chất hữu
cơ, là nguyên tố quan trọng nhất của giới thực vật và động vật).
Trong thiên nhiên silic tồn tại dƣới dạng các hợp chất:
-SiO2, chẳng hạn nhƣ cát, thạch anh, điatômit (là một dạng SiO2 vô định hình).
3


- Muối của axit silicic (silicat). Phổ biến nhất trong thiên nhiên là các
aluminôsilicat, nghĩa là silicat mà trong thành phần của nó có nhôm. Chẳng hạn
nhƣ tràng thạch, mica, cao lanh...
- Các đất đá phức tạp phổ biến nhất nhƣ granit, gnai cấu tạo từ các tinh thể
thạch anh, fenspat và mica.
- Các axit silicic và các silicat.
1.1.3Thuộc tính của silic.
Trong dạng tinh thể, silic có màu xám sẫm ánh kim. Mặc dù là một nguyên tố
tƣơng đối trơ, silic vẫn có phản ứng với các halogen và các chất kiềm loãng, nhƣng
phần lớn axít (trừ tổ hợp axít nitric và axít flohiđríc) không tác dụng với nó.Silic

nguyên tố truyền khoảng hơn 95% các bƣớc sóng hồng ngoại.Tinh thể silic nguyên
chất hiếm tìm thấy trong tự nhiên, thông thƣờng nó nằm trong dạng silic dioxit
(SiO2). Các tinh thể silic nguyên chất tìm thấy trong tạp chất của vàng hay dung
nham núi lửa. Nó có hệ số kháng nhiệt âm.
Silic hoạt động hóa học kém hơn cacbon là nguyên tố tƣơng tự nó về mặt hóa học.
Nó có trong đất sét, fenspat, granit, thạch anh và cát, chủ yếu trong dạng điôxít
silic (hay silica) và các silicat (Các hợp chất chứa silic, ôxy và kim loại trong dạng
R-SiO3).
1.1.4Ứng dụng trong ngành công nghiệp silicat.
Silic là nguyên tố rất có ích, là cực kỳ cần thiết trong nhiều ngành công nghiệp.
Điôxít silic trong dạng cát và đất sét là thành phần quan trọng trong chế tạo bê tông
và gạch cũng nhƣ trong sản xuất xi măng Portland. Silic là nguyên tố rất quan
trọng cho thực vật và động vật.Silica dạng nhị nguyên tử phân lập từ nƣớc để tạo ra
lớp vỏ bảo vệ tế bào. Các ứng dụng khác có:
* Gốm/men sứ - Là vật liệu chịu lửa sử dụng trong sản xuất các vật liệu chịu lửa và
các silicat của nó đƣợc sử dụng trong sản xuất men sứ và đồ gốm.
* Thép - Silic là thành phần quan trọng trong một số loại thép.
* Đồng thau - Phần lớn đồng thau đƣợc sản xuất có chứa hợp kim của đồng với
silic.

4


* Thủy tinh - Silica từ cát là thành phần cơ bản của thủy tinh. Thủy tinh có thể sản
xuất thành nhiều chủng loại đồ vật với những thuộc tính lý học khác nhau.Silica
đƣợc sử dụng nhƣ vật liệu cơ bản trong sản xuất kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), và
sứ cách điện cũng nhƣ nhiều đồ vật có ích khác.
* Giấy nhám - Cacbua silic là một trong những vật liệu mài mòn quan trọng nhất.
* Vật liệu bán dẫn - Silic siêu tinh khiết có thể trộn thêm asen, bo, gali hay
phốtpho để làm silic dẫn điện tốt hơn trong các transistor, pin mặt trời hay các thiết

bị bán dẫn khác đƣợc sử dụng trong công nghiệp điện tử và các ứng dụng kỹ thuật
cao (hi-tech) khác.
* Trong các photonic - Silic đƣợc sử dụng trong các laser để sản xuất ánh sáng đơn
sắc có bƣớc sóng 456 nm.
* Vật liệu y tế - Silicon là hợp chất dẻo chứa các liên kết silic-ôxy và silic-cacbon;
chúng đƣợc sử dụng trong các ứng dụng nhƣ nâng ngực nhân tạo và lăng kính tiếp
giáp (kính úp tròng).
* LCD và pin mặt trời - Silic ngậm nƣớc vô định hình có hứa hẹn trong các ứng
dụng nhƣ điện tử chẳng hạn chế tạo màn hình tinh thể lỏng (LCD) với giá thành
thấp và màn rộng. Nó cũng đƣợc sử dụng để chế tạo pin mặt trời.
* Xây dựng - Silica là thành phần quan trọng nhất trong gạch vì tính hoạt hóa thấp
của nó.
1.1.5 Sản xuất silic
Silic đƣợc sản xuất công nghiệp bằng cách nung nóng silica siêu sạch trong lò
luyện bằng hồ quang với các điện cực cacbon. Ở nhiệt độ trên 1900 °C, cacbon
khử silica thành silic theo phản ứng
SiO2 + C → Si + CO2
Silic lỏng đƣợc thu hồi ở đáy lò, sau đó nó đƣợc tháo ra và làm nguội. Silic sản
xuất theo công nghệ này gọi là silic loại luyện kim và nó ít nhất đạt 99% tinh khiết.

5


 Làm tinh khiết
Việc sử dụng silic trong các thiết bị bán dẫn đòi hỏi phải có độ tinh khiết cao hơn
so với sản xuất bằng phƣơng pháp trên.Có một số phƣơng pháp làm tinh khiết silic
đƣợc sử dụng để sản xuất silic có độ tinh khiết cao.
 Phƣơng pháp vật lý
Các kỹ thuật làm tinh khiết silic đầu tiên dựa trên cơ sở thực tế là nếu silic nóng
chảy và sau đó đông đặc lại thì những phần cuối khi đông đặc bao giờ cũng chứa

nhiều tạp chất. Các phƣơng pháp sớm nhất để làm tinh khiết silic, lần đầu tiên
đƣợc miêu tả năm 1919 và sử dụng trong một số hữu hạn nền tảng để sản xuất các
thành phần của rađa trong Đại chiến thế giới lần thứ hai, bao gồm việc đập vỡ silic
phẩm chất công nghiệp và hòa tan từng phần bột silic trong axít. Khi bị đập vỡ,
silic bị làm vỡ để những khu vực có nhiều tạp chất yếu hơn sẽ nằm ra phía ngoài
của các hạt silic đƣợc tạo ra, chúng sẽ bị axít hòa tan, để lại sản phẩm tinh khiết
hơn.
Trong khu vực nung chảy, phƣơng pháp đầu tiên làm tinh khiết silic đƣợc sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp, các thỏi silic phẩm cấp công nghiệp đƣợc nung nóng
tại một đầu. Sau đó, nguồn nhiệt chuyển động rất chậm dọc theo chiều dài của thỏi,
giữ cho chỉ một đoạn ngắn của thỏi nóng chảy và silic đƣợc làm nguội và tái đông
đặc ở phía sau nó. Vì phần lớn các tạp chất có xu hƣớng nằm trong phần nóng chảy
hơn là trong phần tái đông đặc, nên khi quá trình này kết thúc, phần lớn tạp chất
của thỏi sẽ chuyển về đầu nóng chảy sau cùng.Đầu này sau đó bị cắt bỏ, và quy
trình này đƣợc lặp lại nếu muốn có silic với phẩm cấp cao hơn.
 Phƣơng pháp hóa học
Ngày nay, silic đƣợc làm sạch bằng cách chuyển nó thành các hợp chất silic để dễ
dàng làm tinh khiết hơn là làm tinh khiết trực tiếp silic, và sau đó chuyển hợp chất
của nó trở lại thành silic nguyên chất.Triclorosilan là hợp chất của silic đƣợc sử
dụng rộng rãi nhất nhƣ chất trung gian, mặc dầu tetraclorua silic và silan cũng
đƣợc sử dụng.Khi các khí này đƣợc thổi qua silic ở nhiệt độ cao, chúng phân hủy
để tạo ra silic có độ tinh khiết cao.

6


Trong công nghệ Siemens, các thỏi silic có độ tinh khiết cao đƣợc đƣa vào
triclorosilan ở nhiệt độ 1150 °C. Khí triclorosilan phân hủy và lắng đọng silic bổ
sung trên thỏi, làm to nó theo phản ứng sau:
2HSiCl3 → Si + 2HCl + SiCl4

Silic sản xuất từ phƣơng pháp này và các công nghệ tƣơng tự gọi là silic đa tinh
thể.Silic đa tinh thể thông thƣờng có tạp chất ở mức 1 phần tỷ hoặc thấp hơn.
Cùng thời gian đó, DuPont đã sản xuất silic siêu sạch bằng cách cho tetrachorua
silic phản ứng với hơi kẽm nguyên chất ở nhiệt độ 950 °C, theo phản ứng:
SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2
Tuy nhiên, kỹ thuật này đã vấp phải những vấn đề thực tế (chẳng hạn nhƣ sản
phẩm phụ clorua kẽm đông đặc lại và dính vào sản phẩm) và cuối cùng nó đã bị bỏ
đi để sử dụng chỉ mỗi công nghệ Siemens.
 Tinh thể hóa
Công nghệ Czochralski thông thƣờng đƣợc sử dụng để sản xuất các tinh thể silic
đơn có độ tinh khiết cao để sử dụng trong các thiết bị bán dẫn bằng silic ở trạng
thái rắn.
 Đồng vị
Silic có chín đồng vị, với số Z từ 25 đến 33. Si28 (đồng vị phổ biến nhất, 92,23%),
Si29 (4,67%) và Si30 (3,1%) là ổn định; Si32 là đồng vị phóng xạ sản xuất bằng
phân rã agon. Chu kỳ bán rã của nó, đƣợc xác định là khoảng 276 năm, và nó phân
rã bằng bức xạ beta thành P32 (có chu kỳ bán rã 14,28 năm) và sau đó thành S32.
 Cảnh báo, tác hại của silic
Các bệnh nghiêm trọng về phổi đƣợc biết đến nhƣ bệnh nhiễm silic (silicosis)
thƣờng gặp ở những ngƣời thợ mỏ, cắt đá và những ngƣời phải làm việc trong môi
trƣờng nhiều bụi silic. Các bệnh này thƣờng không chữa đƣợc vì vậy cần phải tuân
thủ về các nguyên tắc oan toàn lao động để hạn chế các bệnh trong ngành công
nghiệp silic.

7


CHƢƠNG 2: SILICATE – TRẠNG THÁI SILICATEVÔ ĐỊNH HÌNH.
2.1 SILICATE.
2.1.1 Khái niệm.

Silicate là một hợp chất gồm có silicon mang anion.Đa số chất silicat là ôxít,
nhƣng hexafluorosilicate ([SiF6]2−) và các anion khác cũng tồn tại.Chất này tập
trung chủ yếu vào anion Si-O. Silicat là thành phần chủ yếu của vỏ Trái Đấtvà
hàng ngàn khoáng vật khác đều là silicat nhƣ:các silicat đặc biệt phổ biến trong
thiên nhiên. Fenspat (tràng thạch), mica, đất sét, amian, hoạt thạch (talc)
(3MgO.4SiO2.H2O)
Các hợp chất silicat bao gồm các anion silicat đƣợc cân bằng điện tích bởi nhiều
cation khác nhau. Có vô số các ion silicat có thể tồn tại và tạo thành hợp chất với
nhiều cation khác nhau. Do đó nhóm hợp chất silicat rất lớn, trong đó kể cả các
khoáng vật tự nhiên và nhân tạo.
2.1.2Công thức hoá học của các hợp chất silicat
Công thức hoá học của các hợp chất silicat khá phức tạp.Không có sự tồn tại đúng
nghĩa của các axit silisic tƣơng ứng. Ngƣời ta có thể viết khác đi đôi chút theo
nguyên tắc một muối bất kỳ của axit chứa ôxy cóthể coi nhƣ hợp chất của ôxit axit
với ôxit bazơ (hoặc 2 ôxit bazơ trong muối kép).
Công thức hoá học các hợp chất silicat dùng để biểu diễn thành phần hoá học nhất
định của các khoáng chất silicat có cấu trúc tinh thể.
2.1.3Công thức Seger
Đây là một biến thể của công thức hoá học trên dùng để biểu diễn thành phần hoá
học có thay đổi của men gốm sứ có cấu trúc vô định hình (bản chất của men gốm
sứ là thuỷ tinh).
Công thức Seger đƣợc viết theo thứ tự từng nhóm ôxit, mỗi nhóm có thể có
nhiềuhàng khác nhau nhƣ sau: ôxit baz (chủ yếu các ôxit của kim loại kiềm và
kiềm thổ),ôxit trung tính, ôxit axit, trong đó tổng các ôxit baz của kim loại kiềm và
kiềm thổđƣợc quy về bằng 1.
Vd: 0.1-0.25 K2O, 0.1-0.35 Al2O3….

8

2.1.4Cấu trúc các hợp chất (khoáng) silicat
Cơ sở cấu trúc mạng lƣới silicat là tứ diện silic-ôxy [SiO4]4-, đƣợc gọi là đơn vị
cấutrúc.Trong mọi hợp chất silicat silic luôn có số phối trí là 4, liên kết Si-O là liên
kết ion-cộng hoá trị với 50% là liên kết ion. Các tứ diện chỉ có thể liên kết với nhau
theomột đỉnh chung qua một ôxy chung. Ion Al+3 có thể:
- thay thế 1 phần Si4+ trong cầu silic-ôxy tạo nên cầu aluminô-silic-ôxy.
- hay tạo nên những cấu trúc riêng nhƣ [AlO6]9- có số phối trí là 6 và [AlO5]7- có
sốphối trí 5.
2.1.5Công thức cấu trúc
Ngƣời ta chia ra làm 5 loại, tuỳ theo sự trùng hợp của tứ diện [SiO4] hay cầu
aluminô-silic-ôxy thành các nhóm cấu trúc khác nhau :
- Cấu trúc tinh thể nhọn: silicat có những tứ diện đều đẳng hƣớng.
Vd: khoáng ôlivin (Mg,Fe)2[SiO4]
- Silicat có nhóm kích thƣớc giới hạn.
- Silicat có nhóm tạo nên mạng lƣới hình xích đơn và xích kép (cấu trúc băng dải
dài vô tận).
Ví dụ : volastonit Ca3[Si3O9] cấu trúc xích đơn
- Silicat có cấu trúc tấm lớp:
Ví dụ: caolinit Al4[Si4O10](OH)8
- Silicat có nhóm tạo nên cấu trúc khung:
Ví dụ: các dạng thù hình của quắc, tràng thạch kali K[AlSi3O8]3
Hình dạng liên hợp giữa các tứ diện hình thành mạng lƣới có nhiều loại: đơn,
nhóm cấu trúc giới hạn, trùng hợp mạch thẳng nhƣ xích đơn và xích kép, tấm lớp,
khung nhƣ đã nói ở trên tạo nên sự phong phú về cấu trúc cho các hợp chất silicat.

9


2.1.6 Hợp chất silicat nhân tạo
- Thuỷ tinh tan Na2SiO3, K2SiO3 (ngƣời ta điều chế bằng cách nấu nóng chảy

SiO2và NaOH hay K2CO3 hay Na2CO3): giống nhƣ thuỷ tinh, tuy nhiên tan đƣợc
trongnƣớc,khi tan trong nƣớc gọi là thuỷ tinh lỏng.
- Các vật liệu gốm sứ, thuỷ tinh, xi măng, vật liệu chịu lửa: là các vật liệu silicat
nhân tạo, đƣợc sản xuất từ các hợp chất silicat thiên nhiên.
Nguyên liệu chính của các silicat nhân tạo nói trên là các silicat thiên nhiên, trong
quá trình nung, nấu đã biến đổi các hợp chất silicat ban đầu thành các hợp chất
silicat mới, có cấu trúc hoàn toàn mới.Trong các học phần công nghệ sản xuất
riêng biệt. Chúng ta sẽ nghiên cứu quá trình trên xảy ra ở nhiệt độ cao nhƣ thế nào,
sự thay đổi cấu trúc các khoáng theo nhiệt độ, sự biến đổi thù hình, hình thành các
khoáng mới, sựhình thành pha lỏng, biến đổi thành phần pha, sự hình thành vi cấu
trúc mới của vật liệu nhƣ thế nào.
2.1.7Vật liệu silicat
Dùng để nói chung các vật liệu vô cơ không kim loại thu đƣợc bằng quá trình xử lý
nhiệt các nguyên liệu thiên nhiên hay nhân tạo có chứa các hợp chất silic (chủ yếu
là các hợp chất silic thiên nhiên nhƣ điôxit silic SiO2 và các khoáng silicat). Cái
tên silicat cũng đƣợc chọn để chỉ cho một ngành sản xuất công nghiệp lấy nguyên
liệu cơ bản là điôxyt silic và các khoáng silicat, đó là ngành công nghiệp silicat.
Trong các tài liệu nƣớc ngoài, từ ceramics dùng để chỉ chung cho tất cả các sản
phẩm silicat hay đƣợc dùng để chỉ riêng cho gốm sứ.
2.2 CÁC SILICAT Ở TRẠNG THÁI VÔ ĐỊNH HÌNH
Trong vật chất ngƣng tụ (rắn và lỏng), các phần tử cấu tạo (nguyên tử, ion) có thể ở
trạng thái có trật tự (đối xứng, tuần hoàn trong không gian), ta nói chung có cấu
trúc tinh thể. Các phần tử cấu tạo cũng có thể không có trật tự nào cả, ta nói chung
ở trạng thái vô định hình. Các chất ở trạng thái vô định hình có thể là chất lỏng
hoặc chất rắn thủy tinh.
2.2.1 silicat ở trạng thái lỏng
Chất lỏng là trạng thái trung gian giữa chất rắn và chất lỏng.Khi nung nóng các
chất rắn, năng lƣợng nhiệt làm đứt các liên kết, phá vỡ các ô mạng.Nhiệt độ tăng,
các phân tử cấu tạo dao động với biên độ lớn dần, các phân tử chuyển từ trạng thái
10

có trật tự thành mất trật tự, vật thể không giữ đƣợc hình dạng cụ thể, chảy
lỏng.nhiệt độ tiếp tục tăng, các phần tử dao động nhiệt, chuyển động tƣơng đối tự
do trong không gian, thành chất khí. Ngƣợc lại, khi làm nguội, các phân tử khí
ngƣng tụ tạo chất lỏng, sau đó sắp xếp lại trật tự tạo chất rắn tinh thể.
Chất lỏng cũng có thể có cấu trúc nào đó trƣớc khi đóng rắn. Có ba giả thiết về cấu
trúc chất lỏng: giả thiết chất lỏng không sai sót (chất lỏng tinh thể), chất lỏng có
hƣớng (chất lỏng vi tinh), chất lỏng không trật tự (giả tinh thể).
a) chất lỏng không sai sót (bernal)
Pha lỏng và pha tinh thể tạo thành nó có cùng cấu trúc. Sự chuyển từ trạng thái rắn
sang trạng thái lỏng không có sự làm đứt liên kết, mà chỉ định hƣớng lại lực tác
dụng. Trong chất lỏng không có sai sót cấu trúc so với tinh thể.Ở vùng nhiệt độ
nóng chảy, chất lỏng có độ nhớt lớn.Các silicat ở trạng thái lỏng thƣờng là các chất
lỏng bernal.
b) chất lỏng có hƣớng
Các phân tự cấu tạo chất lỏng có trật tự với độ bền liên kết trong phân tử rất lớn
nhƣng độ bền liên kết giữa các phân tử yếu, các phân tử trong chất lỏng có khả
năng định đặc trƣng.Các chất lỏng từ Se, B2O3 thuộc loại này.
c) chất lỏng không trật tự (Frenkel)
Chất lỏng không tạo thành từ các phức cao phân tử, mà từ các ion tích tụ, cấu trúc
luôn biến đổi. Khi tăng nhiệt độ, các sai sót tích tụ nhanh, trong cấu trúc có nhiều
sai sót nhƣ liên kết bị đứt, nhiều lỗ xốp xuất hiện. Khi làm nguội rất không tạo thủy
tinh. Các chất lỏng từ kim loại, clorit và nitrit nhƣ NaCl, NaNO3 là các chất lỏng
không trật tự.
2.2.2 Các silicat ở trạng thái thủy tinh
* Khái niệm định nghĩa thủy tinh
Việc định nghĩa “thủy tinh” là chất vô cơ nóng chảy bị làm quá lạnh về trạng thái
rắn mà không kết tinh” là xuất phát từ cách tạo thủy tinh. Để chuyển một vật thể từ
dạng kết tinh sang dạng thủy tinh thông thƣờng phải tiến hành qua giai đoạn nấu

chảy và sau đó làm quá lạnh (Trạng thái quá lạnh là trạng thái hệ chất vô cơ nóng
chảy ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh).
11


 Vai trò của độ nhớt trong quá trình tạo thủy tinh
Thực tế cho thấy rằng không phải mọi chất đem làm quá lạnh đều tạo ra thủy
tinh.Nƣớc quá lạnh có độ nhớt rất nhỏ, khó tạo hình, và không tạo thủy tinh.
Những chất lỏng khi làm quá lạnh có khả năng tạo thủy tinh thƣờng có độ nhớt
tăng nhanh và liên tục theo chiều giảm nhiệt độ (về mặt trị số độ nhớt có thể tăng
từ một vài poaz đến 1014 poaz. Còn những chất lỏng dễ kết tinh thƣờng có độ nhớt
tăng chậm khi làm lạnh ở khoảng nhiệt độ trƣớc nhiệt độ kết tinh). Độ nhớt của
hỗn hợp nóng chảy là yếu tố cơ bản đăc trƣng cho khả năng chuyển thành trạng
thái thủy tinh.
Vì vậy có đƣợc độ nhớt cao trong khoảng nhiệt độ kết tinh là nguyên nhân cơ bản,
tuy không phải là duy nhất, quyết định khuynh hƣớng đóng rắn thành thủy tinh
của các hỗn hợp nóng chảy. So sánh các số liệu (bảng 1) chúng ta thấy r độ nhớt
của nhóm thứ hai cao hơn (từ 106–109 lần) độ nhớt nhóm thứ nhất. Sự khác nhau
đó quyết định tính chất của chúng khi làm quá lạnh.

12




Ảnh hƣởng lực nguyên tử đến độ nhớt trong quá trình tạo thủy tinh:

Để giải thích tại sao các chất lỏng tạo thủy tinh có độ nhớt cao còn phải xét đến
bản chất và tác dụng của các lực tƣơng tác giữa các nguyên tử. Lực tƣơng tác đó
đƣợc phản ánh qua năng lƣợng kích thích sự chảy nhớt. Đại lƣợng này đƣợc xác

định bằng công cần thiết để di chuyển một nguyên tử từ vị trí này sang vị trí khác
cạnh đó. Độ nhớt có giá trị tỷ lệ nghịch với số nguyên tử (phân tử) có đủ năng
lƣợng thực hiện công đó. Vì thế lực tƣơng tác giữa các nguyên tử (ion, phân tử)
càng yếu độ nhớt càng nhỏ; Độ nhớt ca các chất dễ tạo thủy tinh thƣờng khá lớn,
ví dụ ở nhiệt độ nóng chảy (B2O3) = 40 Kcal/mol; (SiO2) = 151 Kcal/mol. Còn
ở các chất không o thy tinh thƣờng khá nhỏ: (Fe) = 6 Kcal /mol. Nhƣ vậy quá
trình chảy của các hỗn hợp nóng chảy tạo thủy tinh không thể giải thích đƣợc bằng
cơ chế bẻ gẫy các liên kết nguyên tử nhƣ với kim lọi và muối nóng chảy. Trong
trƣờng hợp thủy tinh có chứa SiO2 và B2O3 có thể coi rằng khi chảy các liên kết SiO, B-O không bị bẻ gẫy mà chúng chỉ bị chuyển vị trí. Những liên kết định hƣớng
đó có đặc trƣng kiểu “bản lề” linh động, nhờ thế thủy tinh có thể chảy lỏng mà
không cần bẻ gãy hoàn toàn các liên kết. Các quá trình gây ra bởi sự chuyển vị trí
các liên kết định hƣớng (lƣu động, tác dụng hóa học, khuếch tán, kết tinh) xảy ra
rất chậm vì đó là đặc tính hóa học đặc trƣng của các loại thủy tinh cao phân tử.

Lực tƣơng tác giữa c ion F đƣợc tính theo công thức:

13


Với

Z: hóa trị ion;

r: bán kính ion
Căn cứ vào lực tƣơng tác F của các ion có thể chia các cation thành ba nhóm (xem
bảng giá trị F)
Nhóm các ion tạo thủy tinh nhƣ B2+, Si4+, Ge4+..có F khá lớn

Nhóm các ion gây phá mạng nhƣ Na+, Ca2+.. có F khá nhỏ

Nhóm các ion trung gian nhƣ Al3+, Ti4+..có giá trị F nằm ở giữa hai loại trên

Các ion tạo thủy tinh có khả năng tạo ra các đa diện hợp thành mạng lƣới không
gian liên tục ba chiều biến hình mang tính thống kê. Các ion phá mạng không tạo
thành thủy tinh, khi đƣa vào hệ thống các ion tạo thủy tinh nó làm yếu các liên kết
của mạng lƣới. Các ion trung gian, bản thân nó không tạo đƣợc thủy tinh nhƣng nó
có thể tham gia vào mạng lƣới thủy tinh cùng với các ion khác.

14



Một số đặc tính cấu trúc của các hợp chất tinh thể có khả năng chuyển thành
trạng thái thủy tinh.
Về mặt cấu trúc những hợp chất có thể tạo thủy tinh có những đặc điểm riêng nhƣ
sau:
a) Lực nguyên tử: Xét cấu trúc của các oxit phức tạp kiểu AmBnOx. Trong các oxit
này oxy là nguyên tố tích điện âm, còn A và B là các nguyên tố tích điện dƣơng.
Nguyên tố B là các cation điện tích lớn, bán kính nhỏ nhƣ Si4+, B3+, P5+..có khả
năng tạo mạng thủy tinh. Các nguyên tố A là các cation kim lọi có hóa trị thấp
Me+, Me2+, Me3+.. bán kính ion lớn khó có khả năng tạo thủy tinh.
b) Tỷ lệ giữa điện tích của ion trung tâm ZB và số phối trí KB của nó với oxy
ngƣời ta chia các oxit ra làm ba loại:
a- Lọi Anizô có ZB/KB>1
b- Lọi Izô có ZB/KB< 1
c- Lọi Kêzô có ZB/KB =1
Tỷ số ZB/KB là một thông số phản ánh độ bền của liên kết tĩnh điện B-O.Trong ba
loại oxit trên, loại Anizô và Izô-không có khả năng tạo thủy tinh (trừ photpat).
Loại thứ ba ngƣợc lại rất dễ chuyển thành trạng thái thủy tinh.Loại này gồm các
silicat, gacmanat và borat. Những cấu trúc kiểu này có thể tạo thành mạng không

gian ba chiều kiểu n [BO ≦. Ví dụ trong các silicat, liên kết của oxy với hai ion
silic cạnh nhau Si-O-Si có năng lƣợng liên kết hoàn toàn nhƣ nhau, đó là điều kiện
để nảy sinh các kết cấu dạng dải, dạng mạch, dạng khung liên tục mà ta đã quen
biết khi đề cập đến trạng thái tập hợp của các silicat trong giáo trình Hóa lý silicat.
Do khả năng tạo ra mạng cấu trúc nên các oxit loại mazô, dễ dàng tạo thủy tinh khi
bị quá lạnh.
c) Hệ số silicat (Tỷ số giữa số ion silic và số ion oxy) fSi:

Về mặt liên kết tất cả các nhóm cấu trúc kiểu tứ diện có thể phân thành năm loại
(bảng 3).
15


Bảng 2.2: Phân loại các tứ diện [SiO4-] theo nguyên tắc hóa học và điện tích của
chúng.

Trong các [SiO4-] ta thấy có hai loại ion oxy khác nhau. Các ion oxy liên kết đồng
thời với hai ion silic lân cận đƣợc gọi là oxy cầu nối, còn các ion oxy chỉ liên kết
với một silic, hóa trị còn lại dùng để liên kết với các Cation khác Me2+ gọi là oxy
anion. Hai loại oxy này có hai k hiệu khác nhau trong bảng 3.Tổng số oxy cần nối
( ) với oxy anion ( ) trong một tứ diện luôn bằng 4.Tỷ số giữa số ion silic và số
ion oxy đƣợc kí hiệu là fSi.Hệ số này phản ánh số liên kết của khung oxit silic. Khi
fSi giảm số liên kết của khung silic oxy giảm đi do đó hạn chế việc hình thành cấu
trúc kiểu vô tận đồng thời độ nhớt của hệ cũng giảm đi. Vì thế, đứng về mặt liên
kết mà xét thì có thể nói rằng: trong các silicat có cùng một cation khả năng tạo
thủy tinh tăng lên theo chiều tăng của fSi (từ đến ).
Có một số tác giả đã đƣa ra những tiêu chuẩn khác nhau để đánh giá khả năng tạo
thủy tinh của một chất.
Ví dụ: Goldschmidt xét khả năng tạo thủy tinh của MemOn theo tỷ lệ rMe:rO.
Theo Goldschmidt các oxit tạo thủy tinh có tỷ lệ fSi nằm trong giới hạn từ 0,2 đến

16


0,4. Một số kiến cho rằng: Các oxit tạo thủy tinh có năng lƣợng liên kết Me-O
trong khoảng 80 - 120 Kcal/mol… và nhiều tiêu chuẩn khác nữa.
Mỗi tiêu chuẩn đều có những mặt tích cực khi đánh giá khả năng tạo thủy tinh
nhƣng đồng thời cũng còn những hạn chế r rệt khi gặp phải những trƣờng hợp
ngoại lệ không giải thích đƣợc.

17


CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA SILICAT TRONG NGÀNH CÔNG
NGHIỆP GỐM SỨ.
Rất khó xác định chính xác khi nào nghề đồ gốm ra đời, nghĩa là bao gồm các quá
trình tạo hình, sấy và nung, biến nguyên liệu đất sét thành đồ gốm.Ngƣời ta cho
rằng nghề gốm bắt đầu tại vùng Trung Đông và Ai Cập khoảng 4500 - 4000 năm
TCN.
Khoảng 4000 - 3000 năm TCN đã hình thành một số trung tâm gốm ở vùng
này.Trong thời gian này đã phát minh ra bàn xoay.Một bƣớc tiến lớn về phía trƣớc
là việc phát minh ra thủy tinh khoảng 2000 – 1000 năm TCN, tạo điều kiện để phát
minh ra men gốm mà nổi tiếng nhất là hỗn hợp AiCập, đó là hỗn hợp của đất sét,
cát và tro gỗ làm vai trò chất trợ dung và các oxit đồnghay mangan để tạo màu.
Sau khi nung nó làm cho bề mặt gốm có một lớp nhẵn bóng và có màu.
Thời Trung Cổ ở Châu Âu đã có những trung tâm rất lớn sản xuất đồ gốm nhƣ
Faenza ở Ý (từ đó dó danh từ faience hay còn gọi là sành), hay Mallorca là một
hòn đảo ở Địa Trung Hải (từ đó có tên mặt hàng majolica, cũng có nghĩa là sành.
Loại sành này xƣơng có màu, xốp, đƣợc tráng men đục và trang trí nhiều màu sắc).
Vào những năm 600 TCN nƣớc Trung Hoa cổ đã sản xuất đƣợc đồ sứ.Đến thế kỷ 9
SCN (đời Đƣờng) nghề sứ Trung Quốc đã rất phát triển.Đến thế kỷ 16 đời nhà

Thanh thì bƣớc vào thời kỳ cực thịnh.
Ở Châu Âu mãi đến năm 1709, một ngƣời Đức là Johann Friedrich Bottger đã sản
xuất đƣợc đồ sứ giống đồ sứ Trung Quốc.Năm 1759 ngƣời Anh Josial Wedgwood
sản xuất đƣợc sành dạng đá (một loại sành có xƣơng mịn, trắng, kết khối tƣơng đối
tốt, chất lƣợng hơn hẳn sành thông thƣờng tuy chƣa bằng đồ sứ).Trong 1/4 cuối
cùng của thế kỷ 18 sành dạng đá đã đẩy lùi mặt hàng majolica.Trong thế kỷ 19 ở
châu Âu mặt hàng này thay thế cho đồ sứ đắt tiền.Chỉ sau khi giá cả hàng sứ rẻ đi,
với những tính chất tuyệt vời của nó mới đẩy lùi đƣợc mặt hàng sành dạng đá.
Ở Việt Nam, ông cha ta đã sản xuất đƣợc đồ gốm từ thời thƣợng cổ, cách đây 4500
năm. Vào thời đầu các vua Hùng chúng ta đã có gốm Phùng Nguyên, gò Mun
(Vĩnh Phú) nung ở nhiệt độ 800 - 9000C, xƣơng gốm bắt đầu đƣợc tinh luyện.
18


Từ thế kỷ 11 chúng ta đã sản xuất đƣợc gốm men Đại Việt nổi tiếng với các trung
tâm Hà Bắc, Thanh Hóa, Thăng Long, Đà Nẵng. Thời Trần có gốm Thiên Trƣờng
(Hà Nam Ninh) với sản phẩm bát đĩa, bình lọphủ men ngọc, men nâu. Cuối đời
Trần vào thế kỷ 14 bắt đầu hình thành làng gốm Bát Tràng nổi tiếng đến ngày nay.
3.1. ĐỊNH NGHĨA
Gốm: là vật liệu vô cơ không kim loại, có cấu trúc đa tinh thể, ngoài ra có thể gồm
cả pha thủy tinh. Nguyên liệu để sản xuất gốm gồm một phần hay tất cả là đất sét
hay cao lanh. Phối liệu sản xuất gốm đƣợc tạo hình và thiêu kết ở nhiệt độ cao làm
cho vật liệu có đƣợc những tính chất l hóa đặc trƣng.Từ gốm còn đƣợc dùng để
chỉ những sản phẩm làm từ vật liệu gốm.
Gốm sứ: sứ là vật liệu gốm mịn không thấm nƣớc và khí (< 0,5%) thƣờng có
màutrắng. Sứ có độ bền cơ học cao, tính ổn định nhiệt và hóa học tốt.Sứ đƣợc dùng
để sảnxuất đồ gia dụng, đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng.Nhƣ vậy sứ là một loại
gốm đặc trƣng mà ai cũng biết.
+ Đồ gốm: Sản phẩm bằng vật liệu gốm.
+ Ceramics: Gốm, đồ gốm, nghề sản xuất gốm.

+ Pottery: Đồ gốm, nghề sản xuất gốm, lò gốm.
+ Ceramic : Ceramic tile, nghĩa là tấm ốp lát (còn dùng từ gạch) bằng gốm, dùng
phân biệt với tấm ốp lát bằng xi măng hay bằng granit.
+ Thiêu kết: Nung và giữ ở nhiệt độ cao để vật liệu dạng bột kết khối.
+ Nung là giai đoạn quan trọng nhất, dƣới tác dụng của nhiệt độ vật liệu sẽ kết
khối và có thể xảy ra phản ứng làm thay đổi một phần hay thay đổi hoàn toàn thành
phần pha tạo nên vật liệu mới. Nhƣ vậy ở đây xảy ra sự biến đối về chất, từ nguyên
liệu ban đầu dƣới ảnh hƣởng của những phản ứng ở nhiệt độ cao đã hình thành nên
một vật liệu đa tinh thể có thành phần pha (khoáng) hoàn toàn khác với thành phần
khoáng của nguyên liệu ban đầu. Những pha tinh thể mới hình thành (chẳng hạn
mullit) có vai trò quyết định làm cho sản phẩm có độ cứng, độ bền hóa, bền nhiệt.
- Sản xuất gốm ở đây đƣợc coi nhƣ là luyện thổ, đất là mẹ, lửa là cha.
Ở 5850C caolinit mất nƣớc hóa học thành metacaolinit :
19


Al2O3.2 SiO2.2H2O Al2O3.2

5850
SiO2C+ 2H2O.

Vật liệu lúc này rất giòn.Ở 9000C bắt đầu hình thành spinen Al2O3.SiO2, vật liệu
hết dòn. Thƣờng gốm phảinung qua nhiệt độ này, khoảng 800 - 9000C.Ở 10000C
và lớn hơn: hình thành mullit, đây là khoáng chính có ảnh hƣởng quyết định hình
thành nên những tính chất của sứ.

Ngoài ra còn 1 giai đoạn công nghệ cần thiết nữa đó là tráng men và trang trí
sảnphẩm. Tráng men thƣờng sau khi sấy hay sau khi nung lần 1.
3.2 PHÂN LOẠI ĐỒ GỐM
- Theo cấu trúc và tính chất sản phẩm: gốm thô, gốm mịn, gốm đặc biệt.

- Theo mặt hàng: thực chất là phân loại theo nguyên liệu chủ yếu sản xuất ra sản
phẩm đó nhƣ gạch ngói, sành tràng thạch, sành đá vôi, sứ frit, sứ corundon ...
- Theo lĩnh vực sử dụng: theo 1 nhóm sản phẩm có đặc tính kĩ thuật giống
nhau. Nócho ta một khái niệm chung về vai trò của ngành kĩ thuật gốm trong nền
kinh tế quốcdân.

20


3.3 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GỐM SỨ
Ngƣời ta thƣờng chia nguyên liệu để sản xuất gốm sứ làm 2 loại chính :
- Nguyên liệu dẻo: các loại cao lanh và đất sét, chúng tạo điều kiện để tạo
hình phốiliệu dẻo. Tính dẻo ở đây là do các khoáng sét mà ra.
- Nguyên liệu không dẻo, loại đƣợc gọi là nguyên liệu gầy: làm giảm sự co
ngótkhi sấy và nung, tạo điều kiện để chống nứt khi sấy và nung, nhƣng đồng thời
cũng làmgiảm khả năng tạo hình. So với nguyên liệu dẻo thì nguyên liệu đầy có
các hạt thô hơn,hạt thƣờng không xốp, tƣơng đối ổn định và không biến tính khi
nung, khi nung khôngco ngót. Nguyên liệu đầy điển hình nhƣ thạch anh,
corundon, đất sét nung (samốt)v.v...
- Nguyên liệu không dẻo, loại đƣợc gọi là chất trợ dung : theo quan điểm tạo
hìnhvà sấy thì loại nguyên liệu này tƣơng tự nhƣ loại 2, nhƣng chức năng chính
của nó làtạo pha lỏng khi nung. Điều này sẽ tạo điều kiện và thúc đẩy nhanh quá
trình kết khối.
+ Điển hình cho loại này là tràng thạch alkali hay các nguyên liệu chứa các oxyt
kiềm thổchẳng hạn.Đứng về mặt bản chất tạo thành vật liệu gốm thì nhóm 1
(nguyên liệu dẻo) là quantrọng nhất vì khoáng caolinit trong đất sét sau quá trình

21

nung hình thành pha tinh thểmullit, là khoáng đóng vai trò quyết định hình thành
nên những tính chất của gốm.
+ Định nghĩa nguyên liệu dẻo: nguyên liệu khi trộn cùng với nƣớc tạo nên vật
thể dẻo có thể tạo hình đƣợc.Tiếp theo là nhóm 3: chức năng chính của nó là tạo
pha lỏng khi nung. Sau khinung tồn tại dƣới dạng pha thủy tinh.Nhóm 2 là nguyên
liệu đầy, nhƣng thực ra cũng đóng một vai trò quan trọng trongviệc hình thành
nên những tính chất của sứ.Chẳng hạn corundon α-Al2O3 làm cho sảnphẩm sứ có
độ bền cơ và bền điện cao.Nguyên liệu đƣợc gia công để có cỡ hạt thích hợp, sau
đó phối theo một thành phầnnhất định, sau quá trình nung nó cứng và sít đặc lại và
vật liệu có thành phần pha nhƣyêu cầu để sản phẩm có những tính chất kỹ thuật
nhất định.Ngoài các loại nguyên liệu đã nêu trên, trong công nghiệp sản xuất gốm
kĩ thuậtngƣời ta dùng các nguyên liệu tổng hợp nhƣ các oxit TiO2, Al2O3, ThO2,
BeO... vàcác loại nguyên liệu khác
Để sản xuất khuôn ngƣời ta dùng thạch cao, nhựa êpôxy.Để sản xuất bao nung
và các vật liệu chịu lửa hổ trợ khi nung ngƣời ta dùngsamốt, SiC, α-Al2O3...Để sản
xuất chất màu và men ngƣời ta dùng các oxit mang màu nhƣ Cr2O3, CoO,CrO2,
MnO2, hay các oxit đất hiếm và một số kim loại qu nhƣ Au, Ag, Pt...
3.3.1Nguyên liệu dẻo: cao lanh và đất sét
Cao lanh :caolinit Al2(OH)4Si2O5
Thành phần hoá và khoáng vật :
Cao lanh và đất sét xét theo thành phần hoá, thành phần khoáng cũng nhƣ cấu
trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng.Mỗi
nhóm khoáng bao gồm các đơn khoáng có cấu trúc hoặc tính chất gần giốngnhau.
Ba nhóm khoáng quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp gốm sứ là:
Nhóm caolinit :
Đặc trƣng của nhóm caolinit là khoáng caolinit (tên khoáng này đƣợc lấy làm
têncho cả nhóm), là khoáng chủ yếu trong các mỏ cao lanh và đất sét, có công
thức hoáhọc là Al2O3.2SiO2.2H2O. Thành phần hóa của khoáng này là
SiO2:46.54%;Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96%.Nếu mỏ cao lanh nào chứa chủ yếu là
khoáng caolinit thì có chất lƣợng rất cao vàchứa rất ít tạp chất gây màu (hàm

lƣợng oxit sắt Fe2O3< 1%).Thông thƣờng thành phần khoáng của đất sét ngoài các
khoáng sét (ví dụ caolinit)còn chứa một lƣợng tràng thạch (do đá gốc chƣa phong
22


hóa hoàn toàn) và SiO2 tự do(hình thành trong quá trình phân hóa). Để thuận tiện
cho việc tính toán phối liệu gốmsứ, ngƣời ta quy thành phần khoáng vật của một
mỏ cao lanh theo thành phần khoánghợp lý bao gồm:
- Khoáng vật sét (tính theo caolinit) đƣợc ký hiệu là T, quy ra %.
- Thạch anh kí hiệu là Q, quy ra %.
- Tràng thạch kali kí hiệu là F, quy ra %.
T + Q + F = 100%
Nếu trong thành phần hóa của một loại cao lanh nào đó có chứa CaO hay MgO
≥1% thì lƣợng CaO hay MgO đó đƣợc coi là của cacbonat, tức là tồn tại ở dạng
CaCO3hay là MgCO3. Nếu hàm lƣợng các oxit ấy < 1% thì coi sự có mặt của
chúng là sự thaythế đồng hình của các ion Ca2+ và Mg2+ vào trong mạng lƣới tinh
thể khoáng sét.Tƣơng tự nếu hàm lƣợng FeO, Fe2O3 ≥ 1% thì ta coi chúng là hợp
chất chứa sắt (ví dụFe(OH)3).
Về mặt cấu trúc mạng tinh thể caolinit bao gồm 2 lớp: lớp tứ diện chứa cation
Si4+ở tâm, lớp bát diện chứa cation Al3+ ở tâm ứng với [SiO4]4- và [AlO6]9- . Hai
lớp nàytạo thành gói hở có chiều dày 7.21 – 7.25 A0trong đó các nhóm OH phân
bố về mộtphía. Tinh thể caolinit có dạng miếng hay dạng vảy 6 cạnh, đƣờng kính
hạt caolinit từ0.1 – 0.3 µm.

Caolinit hầu nhƣ không trƣơng nở trong nƣớc, độ dẻo kém, khả năng hấp phụ
trao đổi ion yếu (thƣờng từ 5 ÷10 mili đƣơng lƣợng gam đối với 100 g cao lanh
khô), khốilƣợng riêng của khoáng caolinit khoảng 2.41 ÷ 2.60 g/cm3.
23

Trong nhóm này còn có khoáng haloysit Al2O3.2SiO2.4H2O thƣờng đi kèm với
caolinit.Nó đƣợc coi là sản phẩm hydrat hóa của caolinit.
Phản ứng hoá học tổng quát khi nung caolinit:

Một điểm đặc biệt của cao lanh và đất sét khi nung ở nhiệt độ cao là hiện tƣợng
kết khối. Đó là quá trình sít đặc và rắn chắc lại của các phần tử khoáng vật (sản
phẩm)dạng bột tơi dƣới tác dụng của nhiệt độ hay áp suất, hoặc tác dụng đồng thời
của cả haiyếu tố đó.
Vật thể đã kết khối có cƣờng độ cơ học cao, độ xốp và khả năng hút nƣớc nhỏ,
mật độ hay khối lƣợng thể tích sẽ lớn nhất.
Hiện tƣợng kết khối có mặt pha lỏng bao giờ cũng xảy ra mãnh liệt hơn.
Sản phẩm muốn kết khối tốt trong điều kiện thông thƣờng phải nung đến nhiệt
độ≥ 0,8 T (T là độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy). Khoảng kết khối là hiệu số
nhiệt độ giữa nhiệt độ kết thúc quá trình và nhiệt độ bắtđầu kết khối (xác định đƣợc
bằng cách theo dõi diễn biến các tính chất của mẫu nungtheo nhiệt độ).Nhiệt độ bắt
đầu kết khối là nhiệt độ ứng với nó các tính chất bắt đầu thay đổi độtngột.
Nhiệt độ kết thúc quá trình kết khối là nhiệt độ mà ở đó các tính chất của sản
phẩm nung đạt đƣợc giá trị cực đại hay cƣc tiểu.
Muốn sản phẩm nung dễ dàng trong các lò công nghiệp thƣờng khoảng kết khối
phải ≥ 500C.

24


Để biểu thị quá trình kết khối ngƣời ta hay dùng các tính chất sau đây của sản
phẩmnung: độ xốp, mật độ, khả năng hút nƣớc. Trong đó khả năng hút nƣớc đƣợc
coi nhƣ làtiêu chuẩn đầu tiên để so sánh mức độ kết khối của sản phẩm nung.
Đối với gốm mịn, sản phẩm đƣợc coi là đạt độ kết khối tốt khi độ hút nƣớc của
chúng xấp xỉ 0%.Đối với nhóm gốm xây dựng độ hút nƣớc 1% đƣợc gọi là điểm
kếtkhối và nhiệt độ tƣơng ứng đƣợc coi là nhiệt độ kết khối.

Đối với nhóm gốm có xƣơng xốp và vật liệu chịu lửa, độ hút nƣớc nằm trong giới
hạn 6 - 1% đƣợc coi là kết khối khá tốt. Chúng ta xét biểu đồ nhiệt độ - độ hút
nƣớccủa sản phẩm gạch clinker với độ hút nƣớc là 6%, ứng với độ hút nƣớc 6%
gọi là điểm clinker.
Nhóm môntmôrilônit (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O)
Mạng lƣới tinh thể khoáng này gồm 3 lớp (2 tứ diện [SiO4] và 1 bát diện
[AlO6]).So với caolinit thì khoáng này có lực liên kết yếu hơn, ở đây các nhóm
OH-nằm bêntrong 3 lớp trên tạo thành gói kiểu kín.Do có sự thay thế đồng hình,
nên môntmôrilônit thƣờng chứa các cation Fe2+, Fe3+ ,Ca2+, Mg2+. Với hàm lƣợng
khá lớn. Độ phân tán cao, hạt mịn, kích thƣớc cỡ 0.06 µmcó thể chiếm đến 40%
(trong đất sét thƣờng cỡ hạt trên chỉ chiếm 5-20%, trong cao lanh từ 0.5 – 1.5%)
nên khoáng này có độ dẻo rất lớn.Môntmôrilônit là loại silicat 3 lớp nên khi có
nƣớc các phân tử H2O có thể đi sâuvào và phân bố giữa các lớp làm cho mạng lƣới
của nó trƣơng nở rất lớn, cũng chínhdo cấu trúc của bản thân nó nên khoáng này có
khả năng hấp phụ trao đổi ion lớn. Khốilƣợng riêng môntmôrilônit từ 1.7 ÷ 2.7
g/cm3
- Trong sản xuất gốm khoáng này có tênlà bentônit. Đối với gốm mịn khi phối
liệu có độ dẻo kém ngƣời ta thƣờng thêm mộtlƣợng 2 ÷ 5% bentônit để tăng độ
dẻo.

25