Bài giảng công nghệ gốm ĐH BK TPHCM Chương 1 2 3

Chương 1 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT Chương 2 TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU GỐM SỨ Chương 3 TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU MEN GỐM SỨ Chương 4 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH NGÓI Chương 5 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC Chương 6 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỨ VỆ SINH

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

I KHÁI NIỆM VỀ SẢN PHẨM GỐM SỨ

Trước đây sản phẩm gốm sứ chúng ta quan niệm nó được chế tạo từ nguyên liệu cơ bản nhất là đất sét và cao lanh và một số chất phụ gia khác, chúng được nhào nặn và tạo hình thành các sản phẩm có hình dạng khác nhau sau đó được được nung ở nhiệt độ rất cao Do vậy sản phẩm gốm nói chung bao gồm có: các loại gạch ngói, tấm lát nền (

gạch tàu), chum , vại (khạp đựng nước……) , lu và đồ sứ như là: gạch ốp lát tráng men, bàn cầu, lavabol, bình lọc nước, bồn tắm, bồn tiểu…., sản phẩm sứ dân dụng: chén, đĩa, tô, bình đựng nước pha trà…

Ngày nay khái niệm về gốm sứ được thế giới hiểu biết vìnó mở rộng rất nhiều, chữ Ceramic được hiểu rộng hơn,sản phẩm gốm sứ bao gồm cả các sản phẩm không chỉ đitừ nguyên liệu đất sét và cao lanh mà gồm luôn các sảnphẩm đi từ các vật liệu khác như là : bột không thuộc họsilicát, Titamat, ferit….cho nên khái niệm về gốm sứ baogồm các sản phẩm tạo hình từ các loại nguyên liệu dạngbột, khi nung ở nhiệt độ cao chúng được kết khối rắn nhưđá, chúng cho ta rất nhiều tính chất quý giá, cường độ cơhọc cao, bền nhiệt, bền hóa học, cách điện, ngoài ra cónhững vật liệu gốm còn có những tính chất đặc biệt như:cách điện, loại tích bán dẫn, có cường độ cao như kimcương …

II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH GỐM SỨ.

Ngành gốm sứ nói chung là một ngành sản xuất có lịch sử phát triển rất lâu đời ( sau khi con người tìm ra

lửa ) Trên thế giới ngành khảo cổ đã tìm thấy rất nhiều sản phẩm gốm cổ ở rất nhiều nước khác nhau Trong viện bảo tàng London, thủ đô vương quốc Anh đã lưu giữ rất nhiều các sản phẩm gốm cổ của Ai Cập ( ngói màu xanh

……được sản xuát từ đất sét vùng sông Nin) Viện bảo

tàng Beclin cũng lưu giữ nhiều các sản phẩm gốm cổ của Pháp, Italia, Hy Lạp……Trung Quốc hiện nay cũng lưu giữ rất nhiều các sản phẩm gốm cổ như các binh lính, nhựa, đồ dùng gốm khai quật từ các lăng mộ

Việt nam chúng ta cũng đã có các vùng sản xuất gốmsứ lâu đời như: Hương Canh ( Vĩnh Phúc ), Bát Tràng (Hà Nội, Móng Cái ( Quảng Ninh ), Long Thọ ( Huế ) ,Bình Thuận , Ninh Thuận , Lái Thiêu ( Bình Dương ),Biên Hòa ( Đồng Nai ) ,Vĩnh Long, Sa Đéc …các nơi sảnxuất gốm sứ này cũng có những nét riêng thể hiện trêncác sản phẩm.

- Mặc dù người Trung Hoa giữ bí mật quốc gia về kỹ

thuật sản xuất đồ gốm sứ nhưng sau nhiều năm nghiên cứu thất bại, đầu năm 1769 Yohan Firicdericborger (

cộng hòa liện bang Đức ) đã thành công việc sản xuất gốm sứ Trung Hoa ngay tại Châu Aâu Tuy ngành gốm sứ có lịch sử phát triển lâu đời nhưng việc sản xuất gốm sứ công nghiệp lại mới phát triển từ giữa thế kỷ thứ 19 và sang thế kỷ 20 mới phát triển mạnh và người ta rất quan tâm đến các tính chất rất đặc biệt của vật liệu gốm sứ

Trong lĩnh vực gốm sứ xây dựng hiện nay chúng ta cũngđã có những phát triển mạnh mẽ cả về số lượng, chủngloại và chất lượng đủ khả năng đáp ứng cho nhu cầuxây dựng cơ bản của đất nước trong thời kỳ phát triển,hiện nay chỉ riêng các sản phẩm gạch xây và ngói lợpchúng ta sản xuất hàng năm khoảng 20 – 30 tỷ viên.Gạch ốp lát tráng men từ 120 – 140 triệu m2/ năm Sảnphẩm sứ vệ sinh từ 3 triệu đến 4 triệu sản phẩm/ năm.Đặc biệt là tất cả các nhà máy sản xuất này chúng tađều nhập công nghệ tiên tiến của Đức , Nhật , Italia, cácnhà máy này nằm tập trung nhiều ở Bình Dương, ĐồngNai, TPHCM, Đà Nẵng, Quảng Ninh, Vĩnh Phúc , tháiBình …và sử dụng chủ yếu nguồn nguyên liệu trongnước Hiện nay chúng ta đang tập chung nghiên cứu đểtự túc phần men nhằm giảm giá thành sản phẩm và chủđộng trong sản xuất.

III PHÂN LOẠI GỐM SỨ

- Các sản phẩm gốm sứ ngày nay rất đa dạng về chủng laọi và chất lượng sử dụng của nó cũng khác nhau cho nên việc phận laọi chúng cũng gặp nhiều khó khăn

Hiện nay chúng ta có thể phân loại các sản phẩm gốm sứ thành các dạng sau:

III.1 Gốm dân dụng :

- Các sản phẩm gốm sứ phục vụ cho nhu cầu sử dụng hàng ngày trong sinh hoạt như các loại sau: chén, đĩa,

ly, tách uống trà

III.2 Gốm sứ mỹ nghệ.

- Các loại sản phẩm gồm các loại bình bông, các con thú trang trí , tượng…

IIII.3 Gốm sứ hóa học

- Các loại sản phẩm phục vụ cho công nghiệp hóa

chất, dụng cụ trong các phòng thí nghiệm

III.4 Gốm sứ kỹ thuật điện và điện tử :

- gồm các loại :

+ Sứ bán dẫn

+ Gốm sứ tích điện

+ Điện trở và tụ điện sứ

+ Sứ cách điện

III.5 Gốm sứ xây dựng

- Gồm các loại :

+ gạch ngói tiêu chuẩn

+ gạch ốp lát tráng men và không tráng men+ Oáng dẫn nước

+ Gạch chịu lửa

+ gốm trang trí nội, ngoại thất

+ Sứ vệ sinh

Gạch nem rỗng Gạch 2 lỗ HH01 Gạch 3 lỗ HH02

Gạch đặc HH04 Gạch 2 lỗ M25

Ngói nóc Ngói mắt rồng Ngói con sò

CHƯƠNG 1

NGUYÊN LI1 Nguyên liệu dẻoỆU SẢN XUẤT

- Cao lanh - Đất sét dễ chảy

- Đất khó cháy và chịu lửa

2 Nguyên liệu gầy

- Cát quắc ( SiO2) - Đất sét nung

- Tràng Thạch ( Feldspat ) - Hoạt thạch (

Talk)

3 các loại phụ gia

- Đá vôi ( CaCO3 ) - Đá đô lomit ( MgCO3 )

- Các loại oxít kim loại màu ….PbO…

Ngoài 3 loại chính trên đây còn sử dụng một số

loại nguyên liệu khác như :

- Thạch cao ( CaSO4 0,5 H2O )để làm khuôn đổ rót

- Bột samốt: làm bao nung - Silicát lỏng

I NGUYÊN LI ỆU DẺO

 I.1 khái niệm đất sét : Là nguyên liệu thiên nhiên

đa khoáng thuộc nhóm Hyđro alumosilicate có

độ phân tán cao ,kết hợp với nươc tạo thành khối

dẻo ,giữ nguyên hình dáng sau sấy và có cường

độ như đá saukhi nung

 Công thức chung của đất sét :

m.Al2O3 m.SiO2pH2O

dơn giản như sau :

 R2O.AL2O3 .6SiO2 (Feldspar ) + CO2 + H2O 

AL2O3 .2SiO2.2H2O (Caolinnit)+ R2CO3 + 4SiO2

I.3 P HÂN LO ẠI ĐẤT SÉT

 Đất sét nguyên sinh : Là loại đất sét phong hóa

từ các loại đá và chúng nằm nguyên tại chỗ tạo thành các mỏ sét , Loại đất sét này có đặc điểm

là : Thành phần hạt thô ,kém dẻo,lẫn nhiều sạn

sỏi cát thạch anh ,thành phần hóa ổn định

 Đất sét thứ sinh : Là loại đất sét dược phong hóa

từ các loại đá và sau đó được đưa đi dến vị trí

khác nhờ các tác động của thiên nhiên : gió ,

mưa , dòng chảy ,tạo thành các mỏ sét Loại đất sét này có thành phần hạt mịn , độ dẻo cao

,Thành phần hóa không ổn định ,lẫn nhiều tạp

chất hữu cơ , màu sắc biến đổi rất lớn

Q UÁ TRÌNH PHONG HÓA ĐÁ THIÊN NHIÊN THÀNH Đ ẤT SÉT

MỎ SÉT SÉT ĐANG KHAI THÁC

I.4 THÀNH PH ẦN KHOÁNG VẬT CỦA ĐẤT SÉT

 Khoáng Caolinnit: Công thức hóa học :

AL2O3.2SiO2.2H2O Đây là thành phần khoáng cơ

bản của đất sét , cấu tạo dạng tấm ,vẩy Kích

thước riêng biệt của các tấm thường là 0,1 – 0,3

m ,Chiếu dày cụm phân tố : 7,2 AO ít hấp phụ và

phồng trương trong nuớc , Khi sấy nước liên kết

hóa học dễ bị tách ở nhiệt độ 550 – 6000C

Kaolinit:

Al2O3.2SiO2.2H2O( SiO2=46,5%; Al2O 3

=39,5%; H2 O =14%)

CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI TINH THỂ KHOÁNG CAOLIN.

 Khoáng Montmorilonite : Công th ức hóa

h ọc :AL2O3.4SiO2nH2O Khoáng v ật này

r ất dễ hấp phụ các ion Fe, Mg, Na …

Chi ều dày cụm phân tử từ 9 – 21,4 Ao

,kích th ước riêng biệt của các tấm nhỏ hơn

1  m R ất dễ hấp thụ và phồng trương

trong n ước , có độ phân tán rất cao , độ

d ẻo cao ,dễ gây nứt khi sấy và nung

Công thức cấu tạo : Al4[Si8O20][OH]4

.nH2O

(SiO2= 66,7%; Al2 3=38,2%; H 2O= 5%)

 Khoáng Th ủy mica : ( Ilit ) Có công thức

hóa h ọc : K2O.4AL2O3.7SiO2.pH2O M ạng

l ưới tinh thể giống vớiMontmorilonite đặc

tr ương nhóm này là sự thay thế đồng hình

c ủa các Cation riiêng biệt Ví dụ : Si+4 có

th ể thay thế bằng AL+3 hay Mg+2 Kích

th ước các phần của nó đến 1  m

Công th ức cấu tạo :

K2 Al4[Al2Si2O20] [OH]4.pH2O (SiO2 = 45,2%; Al2O3 = 38,2%;

H2O = 4,5% ; K2O = 11,8%)

 Tùy thu ộc vào hàm lượng khoáng vật

trong đ ất sét mà chúng ta có các loại đất sét khác nhau :

 Đ ất sét đơn khoáng : Là các loại đất sét

ch ỉ có đơn thuần một loại khoáng sét : Đất caolanh , Đ ất Betonite

 Đ ất sét đa khoáng : là loại đất sét có từ 2 khoáng v ật trở lên : đất sét chịu lửa , đất sét d ễ chảy , đất sét bazan …

I.5 T HÀNH PH ẦN HÓA HỌC

Oxýt silic : (SiO2 ) Có trong đ ất sét

kho ảng 48 – 70 % ,tồn tại ở hai dạng : liên

k ết khoáng và tự do Đây là thành phần

chính trong d ất sét , tham gia phản ứng với

AL2O3 t ạo nên các thành phần khoáng mới

có c ường độ cao sau khi nung Nếu tồn tại

ở trạng thái tự do nhiều sẽ gây cho đát sét kém d ẻo ,khó tạo hình và xốp sản phẩm.

Oxýt nhôm : (AL2O3) Có trong đ ất sét từ 8 – 40 % ,và ch ỉ tồn tại ở trong thành phần

khoáng sét D ựa vào thành phần này ta

chia đ ất sét thành 3 loại :

2 Đ ất sét khó chảy và chịu lửa : hàm lượng

ôxýt nhôm 22-30%

3.Cao lanh : Hàm l ượng ôxýt nhôm Lớn hơn

30 % Hàm l ượng oxýt nhôm ảnh hưởng

nhi ều đến tính dẻo của đất sét

 Ôxýt can xi : (CaO) Th ường ở trong đất sét

d ạng muối cacbonat Nó làm giảm khả năng

liên k ết và hạ thấp nhiệt độ nung, làm giảm

kho ảng nhiệt độ nóng chảy của đất sản phẩm

d ễ bị phế phẩm khi nung Nếu hàm lượng

CaCO3 cao thì không th ể sản xuất đựơc gốm

sứ

1 Đất sét dễ chảy có hàm lượng ôxýt nhôm từ

15 – 22 % ,

 Oxýt s ắt : Fe2O3 Thông th ường tồn tại

trong đ ất sét ở dạng tự do ,nó làm thay

đ ổi màu sắc của caolanh và đất sét Khi

t ồn tại ở trong khoáng sét thì không làm thay đ ổi màu của đất và khó tách ra khỏi khoáng sét Hàm l ượng chiếm khoảng từ 0,7 – 12 % Đây là thành ph ần vừa có hại

v ừa có lợi trong sản xuất gốm sứ xây

d ựng ,tùy theo chủng loại sản phẩm mà chúng ta l ựa chọn nguyên liệu cho phù

h ợp

 Các lo ại ôxýt kiềm : K2O và Na2O có

trong đ ất sét khoảng từ 1 – 3 % ,Thường

t ồn tại ở dạng khoáng feldspar Đây là

thành ph ần có lợi cho sản xuất gốm sứ vì

nó làm gi ảm nhiệt độ nung cho sản phẩm

Nh ưng nếu tồn tại trong đất sét ở dạng

mu ối thì có hại cho sản phẩm

 Ôxýt Titan : TiO2 Hàm l ượng không quá 1,5 % ,Gây bi ến đổi màu sắc trong gốm sứ

nh ất là cùng với sự có mặt của oxýt sắt

1.6 T HÀNH PH ẦN HẠT

 Thành ph ần hạt của đất sét : Là phần trăm hàm l ượng các loại hạt có trị số khác nhau trong đ ất sét

 Nhóm hạt bụi : có kích thước hạt : 5 – 50 m

Loại hạt này làm tăng khả năng lèn chặt phối liệu trong khi tạo hình nhưng cũng không nên vượt quá 30 %

 Đối với cao lanh do thành phần hạt thô cho nên kém dẻo hơn so với đất sét dễ chảy và chịu lửa

 I.7 Đ ộ dẻo của đất sét : Khi nhào trộn đất sét

với nước , đất sét sẽ có 3 trạng thái khác nhau tùy theo lượng nước nhào trộn:

 Trạng thái khô : Khi độ ẩm Từ 2 – 10 % Khi đó

đất sét chưa thể hiện tính dẻo

 Tr ạng thái dẻo : độ ẩm từ 14 – 24 % , đất sét có đ ộ dẻo cao ,tính dẻo thể hiện ngay sau khi nhào tr ộn Tạo hình rất tốt

hình càng t ốt.

I.8 T ÍNH CH ẤT NHIỆT CỦA ĐẤT SÉT

 Quá trình nung làm bi ến đổi hoàn toàn tính

ch ất cơ lý của sản phẩm sau khi nung ,làm cho s ản phẩm gốm có những tính chất rất

đ ặc biệt và bền vững trong môi trường thiên nhiên

 Quá trình nung chia làm 4 giai đo ạn như

sau :

1 giai đo ạn sấy : Từ nhiệt độ thường

đ ến 2000C ,giai đo ạn này để tách nước nhào tr ộn hoặc hút ẩm có trong sản phẩm

g ốm ,giai doạn này sản phẩm bị co thể tích nhi ều, dễ bị nứt

AL2O3.2SiO2.2H2O  AL2O3.2SiO2 + 2.H2O

 và nó ti ếp tục phân hủy thành AL2O3 và SiO2 ho ạt tính

+ Từ 700-8000C : Có s ự phân hủy của các thành ph ần CaCO3 ,MgCO3 , FeCO3

,T ạo thành các oxýt riêng biệt

Quá trình này làm cho s ản phẩm xốp Từ

8000C tr ở lên các tạp chất kiềm sẽ tương tác v ới các thành phần khác tạo nên chất nóng ch ảy ,tạo điều kiện cho các phản ứng

t ạo thành các hợp chất mới trong sản

ph ẩm gốm.

3 Giai đo ạn nung : từ 900-12000C

giai đo ạn này pha lỏng thay đổi liên tục

theo h ướng tăng nhiệt ,làm cho sản phẩm

g ốm có những tính chất khác nhau.

(Mulite)+ SiO2 Khoáng mulite là

khoáng cu ối cùng khi nung sản phẩm đồ

s ứ vệ sinh hoặc gạch granite

G ỈAN ĐỒ DTA CÁC LOẠI CAO LANH

VI ỆT NAM

GI ẢN ĐỒ DTA CỦA CÁC KHOÁNG CHÍNH TRONG D ẤT SÉT VÀ CAO LANH

GIẢN ĐỒ PHA HỆ NHÔM ÔXÝT– SILIC ÔXÝT

SỰ KẾT KHỐI CỦA ĐẤT SÉT KHI NUNG ỞNHIỆT ĐỘ CAO

II NGUYÊN LI ỆU TRỢ DUNG

II.1 Tràng th ạch (feldspar) công thưc hóa

h ọc : R2O.AL2O3.6SiO2 T ồn tại trong thiên nhiên ,khi s ử dụng chúng trong sản xuất

g ốm sứ nhằm cung cấp R2O đ ể làm cho

ph ối liệu có nhiệt độ tạo pha lỏng sớm từ

đó s ẽ giảm nhiệt độ nung ,hạ giá thành sản

ph ẩm.Lượng dùng tùy thuộc vào từng loại

s ản phẩm và hàm lượng R2O có trong

feldspar mà thay đ ổi từ 10-30% trong

ph ối liệu

II.2 Các lo ại khác : Na2CO3 , K2CO3

,NaHCO3 ,các thành ph ần này nhằm cung

c ấp oxýt kim loại kiềm cho phối liệu khi

s ử dụng tràng thạch không cung cấp đủ

Nh ưng các thành phần này không sử dụng

tr ực tiếp được vì chúng hòa tan trong

n ước , do vậv phải Frite hóa trước khi sử

d ụng chúng.Khi nung gốm sứ chúng ta

cũng th ể sử dụng hàm lượng lớn đuợc vì

nó làm gi ảm khoảng nhiệt độ nung ,dễ gay

ph ế phẩm khi nung.