Tài liệu Bai giang công nghệ gom su

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ GỐM SỨ Giảng viên : HỒ THỊ NGỌC SƯƠNG. TP. Hồ Chí Minh - Năm 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ 1. 1. GIỚI THIỆU VỀ GỐM SỨ (CERAMIC) Công nghệ sản xuất gốm sứ còn mang tính thực nghiệm, nguyên liệu phần lớn ở dạng tự nhiên và lao động thủ công còn đóng vai trò to lớn và vẫn còn tồn tại quan điểm xem ceramic như là quá trình sản xuất các sản phẩm gốm thô, đất nung , gốm mỹ nghệ… Đặc trưng cơ bản của quá trình công nghệ là quá trình nghiệt độ cao. Khái niệm gốm sứ có thể hiểu theo công nghệ sản xuất ra nó. Các sản phẩm gốm sứ được sản xuất từ các nguyên liệu dạng bột mịn, tạo hình rồi đem nung đến kết khối ở nhiệt độ cao. 1.2. PHÂN LOẠI CÁC SẢN PHẨM GỐM SỨ Có rất nhiều cách phân loại các sản phẩm gốm sứ, ví dụ gồm các cách phân loại sau: - TP hóa và pha gồm có hệ Al2O3.SiO2 , hệ MgO. SiO2 , hệ Al2O3.SiO2.CaO, hệ thủy tinh - Độ xốp của vật liệu gồm có vật liệu xốp, vật liệu sít đặc, vật liệu kết khối Cấu trúc hạt vật liệu gồm có gốm thô, gốm mịn, gốm đặc biệt Công dụng của vật liệu gồm có gốm xây dựng, gốm mỹ thuật, gốm kỹ thuật,… Thành phần khoáng chính trong sản phẩm gồm có gốm mulit, gốm corund,… Truyền thống hình thành gồm có sành, đất nung, bán sứ, sứ Tuy nhiên ở đây chỉ đi sâu tìm hiểu cách phân loại theo cấu trúc hạt vật liệu, chia gốm thành ba loại: 1.2.1. Gốm thô KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Còn gọi là gốm xây dựng, phần lớn các loại sản phẩm nhóm này dùng làm vật liệu xây dựng, gồm các lọai gạch ngói, vật liệu nhẹ nhân tạo, sành dạng đá. 1.2.1.1. Gạch ngói Được dùng trong xây dựng, yêu cầu chất lượng tốt, giá thành thấp. Có các yêu cầu kỹ thuật đạt chỉ tiêu của nhà nước như: - Gạch xây, độ bền chống nén là quan trọng nhất. Yêu cầu 80kg/cm 2 Hệ số hóa mềm ≥0.8 - Ngói, độ bền chống uốn là chỉ tiêu quan trọng, cần đạt σuốn ≥ 70kg/viên - Độ hút nước 8 -14% Bên cạnh đó, kích thước, độ cong vênh của ngói cũng đáng quan tâm. 1.2.1.2. Vật liệu nhẹ nhân tạo Keramzit là loại phụ gia nhân tạo để sản xuất bêtông nhẹ, có khả năng cách nhiệt tốt dùng làm panel xây tường. Nếu nhà làm bằng bê tông nhẹ sẽ giảm 50% trọng lượng nhà, tường bằng panel keramzit sẽ mỏng ½ lần, sức lao động giảm 10 lần so với tường xây bằng gạch. Cấu trúc keramzit là vật thể xốp có nhiều lỗ xốp nhỏ hình cầu ngăn cách nhau bởi màng thủy tinh mỏng. Khối lượng keramit phụ thuộc vào độ phồng của nguyên liệu. Nguyên liệu chủ yếu sản xuất keramzit là đất sét có chứa nhiều khoáng monmorilonit . Yêu cầu khi nung keramzit là phải nung nhanh. 1.2.1.3. Sành dạng đá Có độ sít đặc cao, độ cứng lớn, cấu trúc mịn, xương có thể không màu hay màu nâu. Nhóm sản phẩm này gồm gạch clinke, tấm lát nền, ống dẫn và thoát nước, sành dân dụng như chum, vại… 1.2.2. Gốm mịn KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Có xương kết khối cao, độ xốp bé, cấu trúc mịn và thường bọc lớp men mỏng đẹp. Được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dân dụng, mỹ nghệ, xây dựng, và trong các ngành công nghiệp khác. Sản phẩm phân thành ba nhóm là sành mịn, bán sứ, sứ 1.2.2.1. Sành mịn Là các mặt hàng thông dụng trong sinh hoạt hàng ngày, gồm dụng cụ gia đình, hàng mỹ nghệ, gạch men, sành vệ sinh… 1.2.2.2. Bán sứ Tùy theo hàm lượng tràng thạch, bán sứ có xương không trong, thậm chí có mầu sẫm. Sản phẩm loại này kết khối tốt, cường độ cơ học cao, song độ trong kém, phần lớn là mặt hàng dày. Mặt hàng này có thể nung một lần hoặc hai lần. Nhiệt độ nung 1230 – 12900C. Có thể là hàng dân dụng. Công nghệ sản xuất bán sứ giống hệt sản xuất sứ mềm 1.2.2.3. Sứ Là các sản phẩm chứa đất sét, cao lanh, cát và tràng thạch nung kết khối tạo xương tương đối trắng và trong ( China). Độ cứng theo thang Mohs 6-7 , bền cơ, bền điện, bền nhiệt, bền hóa Có các loại: Sứ dân dụng và sứ mỹ nghệ, sứ vệ sinh, sứ hóa học, sứ cách điện cao thế. 1.2.3. Gốm đặc biệt Là loại gốm có nhiều tính chất đặc biệt như độ chịu lửa cao, độ bền cơ và bền hóa cao, ngoài ra còn có nhiều tính chất điện đặc biệt khác. Gốm đặc biệt gồm các loại: - Gốm đơn oxyt : Gốm corindon, gốm zircon, … - Sứ radio KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC - Gốm bán dẫn - Gốm từ tính - Hợp kim – Gốm …  Gốm đơn oxyt Là loại sản phẩm chỉ làm bằng một loại oxyt có độ chịu lửa cao. Oxyt có thể là dạng nguyên liệu tự nhiên hay nhân tạo. Gồm các loại như gốm corindon, gốm zircon, gốm beri, gốm magiê … Gốm corindon Gốm corindon ( α – Al2O3) có những tính chất cơ bản sau: - Nhiệt độ chảy: 20500C - Khối lượng riêng 3.99 – 4 (g/cm3) - Độ cứng thang Mohs : 9 - Độ bền cơ học ở nhiệt độ thường khi ép 30000 KG/ cm2 và khi uốn 5000 KG/ cm2 Gốm corindon được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, gạch chịu lửa corindon được dùng trong lò điện nấu thép, lò silicat và các ngành công nghiệp khác. Nồi và chén coridon được dùng để nấu kim loại oxyt ở nhiệt độ cao. Trong ngành cơ khí, sử dụng dao tiện corindon ưu việt hơn các loại dao khác. Trong kỹ thuật vô tuyến điện tử, gốm corindon được dùng làm vỏ cách nhiệt của đèn chân không, đế của đèn điện…Trên máy bay và tên lửa, gốm corindon được dùng để lót buồng máy của động cơ phản lực và làm ống phun lửa, làm lớp mạ chịu nhiệt độ cao bảo vệ trên kim loại. Mặt khác gốm corindon còn dùng làm đồ trang sức Gốm zircon Gốm zircon có nhiệt độ nóng chảy cao, khoảng 27000C. Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 1.75kg/cm2 trong khoảng 2100 – 22500C. Gốm zircon có độ bền cao, đến 30 lần khi đốt nóng ở 8000C và làm nguội trong nước lạnh. Cường độ ép ( ở nhiệt độ thường) khoảng 20000kg/cm2 . Có độ bền hóa cao, ở nhiệt độ thường bền với các loại khí. Ở nhiệt độ KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC cao(20000C) không tác dụng với các kim loại kiềm, cacbonat, axit( trừ H2SO4, HF). Dùng làm chén nung nấu chảy kim loại ( iridi 14400C), dùng nấu chảy platin được 30 lần. Sản phẩm dùng để lót trong các lò ở nhiệt độ cao. Sản phẩm Zircon ổn định trong lò nấu thép chịu được 1200 lần nấu mà không cần sửa chữa. Zircon oxyt còn dùng làm lớp mạ chịu nhiệt độ cao và chống bào mòn cho các chi tiết của động cơ phản lực 1.3. TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA GỐM SỨ 1.3.1. Tính chất Các sản phẩm gốm sứ có cường độ cơ học cao, bền nhiệt như gốm zircon chịu đựng nhiệt độ 18000C, bền hóa, bền điện. Ngoài ra một số loại gốm kỹ thuật còn có các tính chất như tính áp điện, tính bán dẫn hoặc độ cứng cao chỉ sau kim cương ví dụ như gốm corindon có độ cứng theo thang Mohs là 9. 1.3.2. Ứng dụng Sản phẩm gốm sứ được sử dụng hầu như trong mọi lĩnh vực như - dân dụng: chum, vại, chén ,tách… Xây dựng : gạch, ngói,… Kỹ thuật điện và điện tử: Cầu chì, tụ điện,… Vô tuyến điện tử : làm vỏ cách nhiệt của đèn chân không, đế của đèn điện… Tự động hóa: Dao mài trong cơ khí, trong sản xuất xe máy Y học : như răng giả ( Zircon oxyt) Chương 2 KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NGUYÊN LIỆU 2.1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU 2.1.1.Nguồn nguyên liệu thiên nhiên 2.1.1.1. Đất sét Là nguyên liệu đất chứa các nhóm khoáng alumo – silicat ngậm nước, có cấu trúc lớp (khoáng sét) với độ phân tán cao Các khoáng chính gồm: - Khoáng caolinhit: Al2(Si2O5)(OH)4 - Khoáng halloysit: Al2(Si2O5)(OH)4 . 2H2O - Khoáng montmorillonit: Al2(Si2O5)2(OH)2 - Khoáng pirophilit : Al2(Si2O5)2(OH)2 - Khoáng illit( mica) Thành phần hóa của đất sét nằm trong giới hạn: SiO2 : 43 – 56% Al2O3 : 30 – 38% Fe2O3 : 0.1 – 1.5% MKN :10 – 15% Tính dẻo của đất sét được giải thích theo hai hướng, đó là thành phần có những khoáng có tính dẻo như montmorillonit, halloysit do đó đất sét có tính dẻo. Mặt khác kích thước hạt rất nhỏ ( thuộc hệ keo) do đó đất sét có tính dẻo. Đất sét là nguyên liệu cung cấp SiO2, Al2O3 , có vai trò quan trọng trong sản xuất vật liệu silicat, là thành phần chính trong xương sứ cổ điển. Tùy theo thành phần khoáng mà đất sét có nhiều tên gọi khác nhau như bentonite ( thành phần chứa chủ yếu là khoáng montmorillonit), kaolanh(caolinhit),… a>Bentonite KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Là đất sét, khoáng chính là montmorillonit, cỡ hạt rất mịn do đó bentonite rất dẻo, được dùng làm chất bôi trơn các mũi khoan khi khoan địa chất. Trong công nghệ gốm sứ thì bentonite được dùng với hàm lượng chỉ từ 3 -4%, với lý do phối liệu nhiều bentonite có tính dẻo cao do đó dễ tạo hình, nhưng nhược điểm độ co rút lớn khi sấy do đó dễ gây biến dạng sản phẩm. b>Cao lanh Thành phần khoáng chính là caolinhit, tính dẻo kém nhưng thực tế cao lanh vẫn có dẻo vì trong cao lanh vẫn có lẫn một ít khoáng dẻo (halloysit), hoặc có lẫn một ít hạt rất mịn. Cao lanh được dùng chung với đất sét để làm xương gốm sứ, nâng cao độ bền cơ cho xương. Mặt khác cao lanh cũng được dùng trong men, tạo độ ổn định cho men, chống lắng cho men. c>Pirophilit Cũng là đất sét, khoáng chính pirophilit.Thực tế, pirophilit đôi khi bị xếp vào nhóm talc do có sự thay thế đồng hình trong cấu trúc. Bảng 1 – Thành phần hóa học của nguyên liệu Cao lanh Cao lanh SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O+ (Lý thuyết) (nóng chảy) 46.6 44.52 39.5 34.39 0.3 – 1.0 0.1 – 1.0 0.2 – 1.2 0.1 – 0.7 0.1 – 0.5 K2 O MKN 13.9 Đất sét chịu lửa 57.5- 68.3 31 - 38 0.6 -3.0 0.1 – 1.5 11 – 13.5  Xác định cỡ hạt của đất sét: KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 7 Đất sét Đất sét Đất sét xốp làm sành 45 – 60 45 – 75 24 – 38 15 - 37 0.5 – 1.2 0.7 – 4.5 0.1 – 1.3 0.1 – 1.0 0.1 – 2.0 0.1 – 2.0 làm gạch 60 -80 5 – 20 3 – 15 10 - 15 3–5 0 – 18 0–3 3–1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -Theo phương pháp sàng : Đây là phương pháp cơ học đơn giản nhất. Người ta dùng các sàng với kích cỡ mắt sàng khác nhau để phân loại hạt đất sét. Phương pháp này không hiệu quả với các loại hạt kích thước nhỏ hơn 10µm. Thực tế, thường phân loại bằng phương pháp ướt. -Theo phương pháp lắng: nguyên tắc dựa vào định luật Stốc. Tốc độ lắng của các hạt rất nhỏ trong môi trường chất lỏng( nước) tỷ lệ với kích thước hạt. CT (SGK Đỗ Quang Minh) Đo tốc độ lắng của hạt, sau đó tính kích thước của hạt. Đây là phương pháp thực tế dùng để xác định cỡ hạt đất sét. Trong thực tế, giá trị đo có thể bị sai số ( do hạt đất sét không phải hình cầu, độ nhớt môi trường luôn biến đổi, tỷ trọng hạt rất khác nhau…). Phương pháp hiện đại để xác định kích thước hạt là máy Laser. 2.1.1.2. Nguyên liệu cung cấp SiO2 a> Cát Cát là nguyên liệu chính cung cấp SiO2 ( 95 – 99.5%), thành phần có thể lẫn nhiều tạo chất (Fe2O3 ) do đó cát bị nhuộm màu. Hình 1 – Sự biến đổi thù hình cát quartz KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Trong cát, SiO2 ở dạng thù hình bền ở nhiệt độ thấp (β–quartz). Khi biến đổi thù hình, thể tích riêng biến đổi khá lớn dẫn đến nứt vỡ sản phẩm. Do đó để nghiền cát, người ta đem nung cát sau đó làm nguội nhanh, nghiền. Những vết nứt trong hạt cát do biến đổi thể tích đột ngột gây nên sẽ làm quá trình nghiền sẽ trở nên dễ dàng hơn. Cát được dùng hạn chế trong xương gốm sứ, dùng ít nhằm tăng độ bền cơ, tuy nhiên khi dùng nhiều quá sẽ khó khăn trong việc tạo hình( dễ phân lớp), dễ gây vết nứt cho xương. Mặt khác, cát cũng được dùng trong men nhằm cung cấp thêm oxit silic. b>Quartzite Là một loại đá, thành phần có các tinh thể quắc hình tròn và axit silicic vô định hình làm chất kết dính. Có hai loại là quarzite tinh thể và quartzite vô định hình. Quarzite tinh thể có những tính chất là phản quang tốt, óng ánh, độ rắn theo thang Mohs bằng 7, có màu xám đen, hồng hoặc tím (tùy hàm lượng tạp chất). Quartzite vô định hình có tính chất màu vàng xám, không phản quang, độ rắn theo thang Mohs 6 -7. Có thể tồn tại cả quắczit tinh thể và quartzite vô định hình, hàm lượng tinh thể và vô định hình trong quắczit rất khác nhau nhưng thành phần hóa không khác nhau nhiều. Có ứng dụng làm VLCL Đinas do chứa SiO2 vô định hình, ít biến đổi thể tích, chứa ít tạp chất. Đá quắczit cũng có thể dùng làm bi nghiền trong máy nghiền ướt. 2.1.1.3. Tràng thạch a> Tràng thạch Là hợp chất của các silicat – alumin không chứa nước, trong thành phần còn có Na2O, K2O, CaO. Công thức hóa: Na2O, Al2O3.6SiO2 , tràng thạch natri ( sodium feldspar) K2O, Al2O3.6SiO2 , Tràng thạch kali ( potash feldspar) CaO, Al2O3.6SiO2 , tràng thạch canxi ( cancium feldspar) KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Thực tế hiếm khi gặp những loại tràng thạch đơn chất, hay gặp là hỗng hợp các loại tràng thạch này. Tùy theo hàm lượng oxyt nào nhiều thì người ta sẽ gọi tên tràng thạch theo loại oxit đó. Và có bảng thành phần hóa các loại tràng thạch như sau: Bảng 2 – Thành phần hóa các loại tràng thạch Tràng thạch SiO2 Al2O3 CaO Na2O K2O Nhiệt nóng chảy ( 0C) K2O.Al2O3.6SiO2 64.75 18.32 68.73 19.44 43.79 36.65 16.93 11500C Orthoclaz Na2O. Al2O3.6SiO2 11.83 11180C Albit CaO. Al2O3.6SiO2 20.16 15520C Anortit Tràng thạch tạo chất lỏng khi nung, và là pha thủy tinh sau khi làm nguội. Tràng thạch là vật liệu không có tính dẻo, đóng vai trò là chất chảy trong mộc và men gốm sứ nên sự biến đổi thù hình của tràng thạch không được quan tâm. Tràng thạch kali thường được dùng trong xương sứ hoạc bán sứ vì có độ nhớt lớn và khoảng chảy rộng. Ngược lại tràng thạch natri lại được sử dụng nhiều trong men vì độ nhớt nhỏ và nhiệt độ nung thấp, có tác dụng làm men dễ chảy và dễ dàn đều…Tùy theo yêu cầu thực tế, tùy loại sản phẩm mà người ta sẽ chọn lựa sử dụng loại tràng thạch nào. b> Pecmatit Là loại đá lẫn SiO2 dạng quắc( có thể 30%), tràng thạch kali và những tạp chất khác. Để làm giàu nguyên liệu chọn phương pháp tuyển nổi, phân ly điện từ…Dùng trong sản xuất sản phẩm sứ hoặc bán sứ c> Grannite Là loại đá với thành phần khoáng biến đổi trong giới hạn rộng, quắc: 20 – 40%,ortoklaz: 40 – 60%, mica : 5 – 20%. Có màu đen, xám, vàng, đỏ (tùy thuộc tạp chất). KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Thường dùng ở dạng tự nhiên, mài bóng làm gạch ốp tường, trong các công trình kiến trúc, mỹ thuật… 2.1.1.4. Hoạt thạch a> Hoạt thạch Là các silicatmagiê ngậm nước có cấu trúc lớp, công thức Mg3(Si2O5)2(OH)2 hoặc 3MgO.4SiO2.H2O, có cấu trúc tương tự khoáng sét do đó có tính dẻo. Là nguyên liệu để sản xuất gốm điện. Khi nung, hoạt thạch mất nước ở 700 – 9000C Bảng 3 – Thành phần hóa của Hoạt thạch Oxyt Lý thuyết Thực tế SiO 63.5 55 - 63 2 Al O 2 3 0.5 - 5 Fe O 2 3 0.5 - 5 MgO 31.8 27 - 33 Na O+ K O 2 2 MKN 0.2 – 0.8 4.7 4.5 - 7 b> Amiang Khoáng dạng sợi,có độ bền cơ nhất định, đủ để ứng dụng trong công nghệ, có các tính chất như độ bền uốn cao, cách điện, cách nhiệt, bền hóa, rẻ. Ứng dụng lớn trong công nghiệp, đặc biệt sản xuất vật liệu xây dựng, khuôn đúc… Sợi amiang có cấu trúc sợi rất ngắn do đó dễ phát tán, bay lơ lửng trong không khí gây bệnh nám phổi, ung thư phổi… Amiăng khắc phục được khuyết điểm lớn nhất của vật liệu ceramic là độ bền uốn thấp. Hiện nay hơn 3000 loại sản phẩm chứa sợi amiăng. Amiang Có hai nhóm Serpentin ( amiang trắng) và amphibole KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Serpentin ( amiăng trắng) là tên chung gọi các khoáng krizotin, antigorit, kritozin – amiăng. Công thức hóa Mg3Si2O5(OH)4, ngoài ra còn lẫn Fe2O3, MnO, NiO, chu kỳ bán rã của amiang trắng là 0,3 – 11 ngày. Amphibole gồm các loại actinolite, amosite, antofilite, crocidolite, termolite. Cấu trúc các khoáng loại này có các tứ diện [SiO 4]4- tạo xích dài song song với nhau do đó có khả năng tạo vật liệu dạng sợi. Nhóm amphibol khi vào phổi sẽ nằm lại rất lâu trong đó, gây ra các khối u, triệu chứng viêm. Sau một thời gian ủ bệnh, từ 10 – 20 năm, các khối u sẽ phát tác thành ung thư và các bệnh về phổi. Amiang thuộc nhóm này đã bị cấm buôn bán trao đổi triệt để trên toàn thế giới vì rất độc hại, hiện nay amiang trắng là loại sợi amiang duy nhất được phép buôn bán, vận chuyển ở nhiều quốc gia, đặc biệt là các nước phát triển. 2.1.1.5. Nguyên liệu cung cấp CaO a> Đá vôi Công thức hóa học CaCO3. Là nguyên liệu cung cấp CaO cho công nghệ chất kết dính, xi măng, công nghệ thủy tinh. Do chứa tạp chất nên đá có màu. Công nghệ thường dùng ở dạng nguyên liệu tự nhiên, không làm giàu. CaCO3 có ba dạng thù hình là: 1. Canxit, cấu trúc tinh thể lục giác 2. Aragonhit, cấu trúc tinh thể dạng thoi, độ tinh khiết cao, chuyển thành canxit từ 1000C trở lên 3. Vaterit, cấu trúc lục giác,dễ phân hủy thành vôi khi nung nóng Nguyên liệu tự nhiên như vỏ sò, vỏ ốc tích tụ lâu ngày hoặc đá san hô là nguyên liệu cung cấp CaCO3. b>Đá phấn Là đá vôi, chứa nhiều hạt CaCO3 vô định hình, ít tạp chất do đó có màu trắng. Ứng dụng làm phấn viết bảng, xi măng trắng, men gốm sứ ( men matt). KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC c> Đá hoa cương Là đá vôi nguyên chất (99 – 99.5%). Cấu trúc CaCO3 nhỏ, mịn, khá bền vững. Màu sắc khác nhau rất đẹp (tùy loại tạp chất). Có thể trực tiếp dùng làm vật liệu xây dựng d> Đolomit Là dung dịch rắn của cacbonat canxi và magie, các ion Ca2+ và Mg2+ thế lẫn nhau trong cấu trúc. CaCO3 phân hủy ở nhiệt độ khoảng 6000C, MgCO3 phân hủy ở nhiệt độ khoảng 400 – 4800C. Sự phân hủy của đolomit nằm ở khoảng nhiệt độ 400 – 9500C. Nhiệt độ nóng chảy cao, được dùng làm VLCL trong công nghệ luyện kim, 2.1.1.6. Thạch cao Trong tự nhiên ở dạng đá thạch cao CaSO4.2H2O, dạng tinh thể tấm, màu trắng. Do lẫn tạp chất nên mầu thạch cao bị biến thành màu xám tối. Dùng làm khuôn thạch cao trong công nghệ gốm sứ, là chất phụ gia điều chỉnh độ đóng rắn cho ximăng, làm tượng trong kiến trúc, mỹ thuật, làm trần thạch cao… KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Hình 2 – Sự tách nước thạch cao Có ứng dụng cao nhất là thạch cao khan CaSO4. 0,5H2O, do có những tính chất như khả năng thủy hóa thuận nghịch, đóng rắn nhanh tạo vật liệu xốp. Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tượng mỹ thuật, trần thạch cao … Có ý nghĩa nhất trong công nghệ gốm sứ đó là dùng làm khuôn cho sản phẩm gốm sứ. Thạch cao khan CaSO4. 0,5H2O được sản xuất theo các phương pháp cổ điển như nung nóng bột đá thạch cao, thạch cao tái sinh trong nồi, chảo ( rang thạch cao). Hoặc nung nóng trong các lò quay ( chiều dài 10 – 20m), theo phương pháp này chất lượng không cao mặc dù năng suất rất cao. Thạch cao không ngậm nước CaSO4 còn gọi là thạch cao chết, màu hơi vàng, đóng rắn rất chậm hoặc hầu như không đóng rắn, không dùng làm khuôn. Được sản xuất bằng cách nung đá thạch cao ở nhiệt độ cao 800 – 10000C sau đó nghiền mịn. 2.1.1.7. Nguyên liệu cung cấp oxit nhôm Al2O3 Oxit nhôm tồn tại trong tự nhiên ở dạng khoáng corun (α – Al2O3). Trong công nghệ thường sử dụng nguyên liệu dạng oxit hoặc hydroxit, sản xuất bằng các phương pháp hóa học. Đóng vai trò quan trọng nhất là α, β, γ – Al2O3. Ở dạng đơn tinh thể trong tự nhiên, corund là KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC loại đá quý với tên thương mại là rubi, saphia. Nguyên liệu để sản xuất oxit nhôm và hydroxit nhôm là quặng bôxit. Bôxit là hỗn hợp các hydroxit nhôm và các tạp chất như SiO2, TiO2, Fe2O3 2.1.2. Nguồn nguyên liệu nhân tạo 2.1.2.1 Al2O3 kỹ thuật Sản phẩm công nghiệp thường ở dạng γ – Al2O3. Ở nhiệt độ cao (1100 – 12000C) γ – Al2O3 chuyển thành α - Al2O3, α - Al2O3 hình thành ở 12000C có dạng bột xốp, ở nhiệt độ cao hơn rất nhiều ( >14500C)sẽ xảy ra quá trình kết khối. 2.1.2.2. Oxit titan Titan tạo nhiều hợp chất với oxy, ý nghĩa nhất là TiO2, Trong tự nhiên tồn tại dưới dạng khoáng rutil, brookit và anatas. Trong công nghiệp, TiO2 được sản xuất từ quặng ilmenit ( FeTiO3). Có ứng dụng sau: TiO2 thương mại được dùng làm bột màu ( pigment) trắng, là chất tạo mầm kết tinh cho gốm thủy tinh, tạo màu trắng cho men, làm men matt, men kết tinh là nguyên liệu làm gốm titan, bột mài… 2.1.2.3. Oxyt Zircon Tồn tại trong tự nhiên ở dạng khoáng baddeleid. Trong công nghiệp sản xuất từ ZrSiO 4. Sản phẩm oxit zircon thương mại có hàm lượng ZrO2 từ 75 – 99%. Ở nhiệt độ và áp suất thường, dạng bền vững là một phương ( badelit), khoảng 1100 – 12000C chuyển thành dạng tứ diện. Dạng tứ diện bền ở nhiệt độ cao, dạng lập phương không tồn tại ở nhiệt độ thường. Sản phẩm thương mại bền khi chứa 70 – 80% dạng lập phương. Khi nung nóng 11700C, hoặc làm nguội ở 10400C có sự biến đổi thể tích lớn, dễ gây nứt vỡ sản phẩm. Có ứng dụng Làm chất tạo đục trong men, oxit zircon dạng bột mịn dùng làm vật liệu mài, là thành phần của các thủy tinh bền hóa, VLCL cao cấp.  Khoáng zircon: KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Công thức là ZrSiO4 ( 67.1% ZrO2, 32.9% SiO2 – theo lý thuyết), tinh thể dạng tứ diện, có độ bền hóa cao, không tan trong các axit ( trừ axit hữu cơ).Tồn tại trong tự nhiên với các khoáng khác như quắc, ilmenit, rutil,… 2.1.2.4. Nguyên liệu cung cấp oxit Bor. a> Oxyt Bor (B2O3) Có khả năng tạo thủy tinh tốt, trong thành phẩm, B2O3 thường ở trạng thái thủy tinh, rất háo nước, ngay cả ở trạng thái thủy tinh. B2O3 thương mại có độ tinh khiết 99%, dễ hút ẩm do đó nên bảo quãn trong bình khô ráo. b> Axit Boric (H2BO3) H2BO3 ( 56.45% B2O3,theo lý thuyết), dạng bột tinh thể màu trắng, có một lượng nước khó tách. Lượng nước trong axit boric ở 7000C, 11000C, 12000C là 0.25, 0.17 và 0.14. Axit boric được tách hết nước ở 13000C c> Borate (Na2B4O7 .10 H2O) Bị khử nước hoàn toàn ở 4500C, borate nóng chảy ở 7500C 2.1.2.5. Nguyên liệu cung cấp oxit kiềm a> Nguyên liệu cung cấp Na2O a1> Na2SO4 : - Nhiệt độ nóng chảy 8840C Nhiệt độ phân hủy 12000C - 12000C Dạng nguyên liệu tự nhiên là mirabilit : Na2SO4 .10H2O Ternadit : Na2SO4 Astrakhanit : Na2SO4.MgSO4. 4H2O KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Sunfat tự nhiên không màu, lẫn tạp chất nên có màu. Na 2SO4 phân hủy khi có mặt than cốc( khử) trong phối liệu( theo lý thuyết cần 4.22%C). Na2SO4 dễ hút ẩm nên bảo quãn nơi khô ráo. Được dùng chủ yếu trong công nghệ thủy tinh a2> Na2CO3 : - Nóng chảy ở 8520C Phân hủy ở 17500C: Na2CO3 à Na2O+ CO2 Công nghiệp thường dùng Na2CO3 khan, soda khan Na2CO3 dễ hút ẩm nên bảo quãn nơi khô ráo, thoáng. Được dùng trong công nghệ thủy tinh b> Nguyên liệu cung cấp K2O b1> Potas K2CO3 : Nóng chảy ở 8970C, có hai dạng khan và ngậm nước K2CO3.2H2O. Trong công nghệ thủy tinh dùng dạng khan. Potas khan dễ hút ẩm nên bảo quãn nơi khô ráo, thoáng. Thủy tinh dùng potas làm nguyên liệu có độ nhớt cao hơn soda làm nguyên liệu, thực tế dùng chung hỗn hợp. Potas dùng cho các thủy tinh bao bì cao cấp, pha lê, thủy tinh màu, thủy tinh quang học và kỹ thuật b2> Selit kali KNO3 : Nóng chảy ở 3360C, phân hủy ở 5000C : KNO3 à KNO2 và O2 Ở nhiệt độ cao hơn bị phân hủy thành K2O, NO2 và O2 c> Nguyên liệu cung cấp Li2O Li2CO3 , dạng tự nhiên petalit( 5.7% Li2O), spođumen ( 8% Li2O),… , các tràng thạch liti. Liti tác dụng mạnh với platin. Sử dụng trong công nghệ sản xuất gốm thủy tinh, thủy tinh kỹ thuật ánh sáng, dụng cụ đo chính xác… 2.1.2.6. Nguyên liệu cung cấp oxit chì KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Oxit chì PbO được đưa vào phối liệu bằng oxit chì PbO (chì trắng) hoặc minimum Pb3O4 (chì đỏ), là nguyên liệu rất phổ biến cho các loại men, frit, thủy tinh… a> Pb3O4 ( suric)( chì đỏ) Bột màu đỏ hay màu cam, rất độc. Điều chế bằng cách nung nóng PbO ở 360 -3680C trong môi trường oxy hóa. Không chứa tạp chất chì kim loại nên được dùng trong công nghệ. Phân hủy ở nhiệt độ 5960C: Pb3O4 à PbO + O2 b> PbO( chì trắng): Có nhiệt độ nóng chảy 8880C, sản xuất bằng cách nấu chảy chì kim loại trong môi trường oxh. Dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, có những đốm đen là chì kim loại. Rất dễ bị khử lại thành chì kim loại, dùng trong môi trường oxh. Trong phối liệu cho phép có chất oxh, không có chất khử ( cacbon). PbO ăn mòn mạnh, nấu thủy tinh phải dùng VLCL có chất lượng cao. Là chất độc, sử dụng trong hàm lượng cho phép, chú ý đến môi trường 2.1.2.7Oxyt sắt a> Fe2O3 : Có 3 dạng thù hình α, γ, δ - Fe2O3 - α - Fe2O3 ( hecmatit) với cấu trúc lục giác kiểu corund γ - Fe2O3 là dạng giả bền ,từ 5000C trở lên dễ chuyển thành dạng α. γ - Fe2O3 có tính sắt từ b> Fe3O4 (FeO, Fe2O3) : Gọi là magnhetit, có cấu trúc spinel và dễ tạo dung dịch rắn với các ferit khác, các chất này đều là vật liệu sắt từ. c> Wustit: Là một dạng dung dịch rắn của FeO và Fe2O3 , với cấu trúc lập phương kiểu KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NaCl, thành phần thường là Fe0.95O. Dưới 5000C phân hủy thành α – Fe và magnhetit 2.2. PHÂN LOẠI NGUYÊN LIỆU 2.2.1. Phân loại theo vai trò Nguyên liệu dẻo, nguyên liệu gầy, chất chảy 2.2.1.1Nguyên liệu dẻo - Nhóm đất sét Chứa những khoáng có khả năng tạo dẻo như montmorilonhit, halloysit do đó có tính dẻo. Để làm chất tạo dẻo phải cho vào đất sét một lượng nước thích hợp với từng phương pháp công nghệ cần thiết. Khi cho nước vào đất sét, ban đầu nước chiếm chỗ của không khí lẫn trong đất, các hạt đất sét nhờ vậy sẽ xích lại gần nhau hơn, dẫn đến thể tích chung giảm. Khi sấy, lượng nước này thoát ra không gây co sản phẩm mộc. Lượng nước tiếp theo sẽ tạo lớp màng nước quanh hạt đất sét tạo khối dẻo ( lượng nước trong một giới hạn xác định- giới hạn dẻo), lượng nước này tách ra khi sấy, có khả năng làm co sản phẩm mộc. Lượng nước vượt quá giới hạn dẻo sẽ tạo khối bùn nhão, hơn nữa sẽ là huyền phù đất sét – nước. Nhờ vậy đất sét có khả năng liên kết các hạt vật liệu gầy( nhờ vào lớp vỏ nước trên bề mặt.) 2.2.1.2. Nguyên liệu gầy Là nhóm nguyên liệu không có tính dẻo, có tác dụng tăng độ bền cơ mộc thô, giảm độ co sấy và nung. a> Tràng thạch Tạo pha lỏng khi nung, giúp tăng nhanh quá trình phản ứng và kết khối. Đảm bảo thành phần hóa cần thiết, tạp chất sắt nhỏ ( Fe2O3 < 0.2 – 0.3%). Tràng thạch lẫn Fe2O3 sau nung sẽ xuất hiện đốm vàng, tràng thạch lẫn nhiều TiO2 sẽ có màu đen b> Cát Dạng khoáng tự nhiên thường là α – quắc, cát dùng trong công nghệ gốm sứ cần ở dạng khoáng ổn định. Cát loại ra từ đất sét và cao lanh có thể dùng. Cát gia công bằng cách sàng, KỸỸ THUẬT GỐỐM SỨ Trang 19