Khóa luận tốt nghiệp cao đẳng tìm hiểu về các loại frit, men frit và phương pháp tính bài phối liệu frit tráng lên tấm ốp lát gạch cẻamic

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

TỔNG QUAN VỀ FRIT VÀ MEN FRIT

Lớp phủ gồm hai loại:

- Lớp phủ tráng lên sản phẩm gốm sứ hay còn được gọi là men sứ

- Lớp phủ tráng lên kim loại

Men sứ là một lớp thủy tinh mỏng, có độ dày từ 0,1 đến 0,4mm, được phủ lên bề mặt xương gốm sứ Nhiệt độ nóng chảy của men phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy của xương gốm, thường nằm trong khoảng nhất định.

So với thủy tinh thông thường, loại thủy tinh này có những tính chất khác biệt, không đồng nhất Cụ thể, lớp trên của nó phản ứng với môi trường lò nung trong khi lớp dưới lại tương tác với xương Thêm vào đó, trong men còn chứa các chất không tan hoặc đã kết tinh.

Men giúp bề mặt sản phẩm trở nên sít đặc, nâng cao tính chất kỹ thuật và chất lượng trang trí Lớp men phủ tạo thành màng thủy tinh mỏng, tăng cường độ bền cơ học, bền hóa học và bền điện của sản phẩm, đồng thời bảo vệ khỏi sự xâm nhập của chất lỏng và khí Điều này giúp bề mặt nhẵn bóng, có độ ánh đẹp, nâng cao tính thẩm mỹ và chất lượng sản phẩm, đồng thời bảo vệ các chi tiết trang trí bên dưới lớp men.

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 7

1.1.1.3 Nguyên nhân tại sao sử dụng men frit cho gạch ốp lát ceramic

Theo phạm vi nhiệt độ người ta chia men thành các loại:

- Men dễ chảy có nhiệt độ nung từ 710  1120 o C

- Men chảy trung bình có nhiệt độ nung từ 1060  1200 o C

- Men khó chảy có nhiệt độ nung từ 1200  1280 o C

- Men rất khó chảy có nhiệt độ nung lớn hơn 1280 o C

Nhiệt độ nung của men cho gạch ốp ceramic dao động từ 1080 đến 1100 độ C, trong khi gạch lát ceramic yêu cầu nhiệt độ từ 1140 đến 1190 độ C Để đạt được những nhiệt độ này, cần sử dụng men dễ chảy hoặc men chảy trung bình Việc sản xuất các loại men này đòi hỏi sử dụng các chất chảy như PbO, B2O3, alkali và trường thạch theo tỷ lệ phù hợp.

Để sản xuất gạch men ốp lát ceramic, cần frit hóa các chất chảy độc hại hòa tan trong nước Sau đó, kết hợp frit với cao lanh và các nguyên liệu khác như đất sét, tràng thạch, Al2O3 để tạo thành men frit phù hợp.

Frit là quá trình nấu chảy phối liệu ở nhiệt độ cao, sau đó làm lạnh đột ngột trong nước để tạo ra những hạt nhỏ, giúp quá trình nghiền dễ dàng hơn Đây là một hỗn hợp thủy tinh nóng chảy, còn được gọi là quá trình thủy tinh hóa, và được xem như một men chảy trước.

- Frit sẽ làm cho nhiệt độ nóng chảy của men giảm xuống khoảng 60  80 o C

- Frit sẽ làm tăng độ bóng của men

- Frit sẽ chuyển hóa những nguyên liệu dễ hòa tan trong nước thành các nguyên liệu khó tan, và khuyếch tán những chất không hòa tan (ZrO2)

- Frit sẽ khử được tính độc hại của các oxyt gây độc có trong men như oxyt chì

- Frit giúp cho quá trình đồng nhất và phân tán các oxyt gây màu trong men tốt hơn

Frit thường được nấu ở nhiệt độ từ 1250 đến 1400 độ C, và phải đạt được độ trong suốt mà không còn phần nào chưa nóng chảy Để kiểm tra, người ta sử dụng kẹp để kéo frit thành sợi mỏng; nếu sợi không xuất hiện những chỗ chưa chảy, frit đạt yêu cầu Ngược lại, nếu frit chưa đạt, quá trình nghiền sẽ gây ra hiện tượng thủy phân, dẫn đến khuyết tật trong men.

Men frit là loại men có đặc tính dễ chảy, với nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với men sống từ 60 đến 80 độ C Thành phần chính của men frit bao gồm 80 đến 90% nguyên liệu và 10 đến 20% cao lanh, đất sét chưa nung.

Frit có nhược điểm dễ lắng, vì vậy cần thêm cao lanh và đất sét để chống lắng, triệt tiêu kiềm tự do và giúp men gắn chặt vào xương Thêm vào đó, việc sử dụng một lượng nhỏ STPP và chất hữu cơ CMC trong men frit cũng giúp điều chỉnh độ nhớt, tăng hiệu quả nghiền và ngăn ngừa hiện tượng lắng.

Khi nung, giữa men và xương sẽ hình thành một lớp trung gian; tuy nhiên, lớp này thường không đủ dày, do đó cần tráng một lớp engob để hỗ trợ Lớp engob không chỉ giúp che đi những khuyết điểm hay bề mặt lồi lõm của xương mà còn làm cho màu sắc nổi bật hơn trên bề mặt men.

Engob là lớp phủ lên xương gốm, dùng để:

- Tạo một lớp trung gian giữa xương gốm và một lớp men

- Che phủ xương gốm không có màu thích hợp (chẳng hạn ở sành xốp hay dạng đá)

- Che phủ các khuyết tật trên xương

- Điều chỉnh hệ số α giữa men và xương

- Tạo hiệu quả trang trí của lớp màu tráng lên

- Trong trường hợp engob dùng để thay men, nó phải được cho thêm chất trợ dung thích hợp (nếu không phải nghiền thật mịn)

Engob có tính chất tương tự như men đất, được tạo ra từ các hạt đất sét mịn Thành phần của engob bao gồm đất sét dễ chảy có màu sắc phù hợp, kết hợp với trường thạch, thạch anh, cao lanh hoặc chính men Ngoài ra, engob còn có thể được sử dụng để trang trí mà không cần tráng men.

Vì engob là trung gian giữa xương và men, tức không thô như xương nhưng không chảy như men

Engob nếu tráng lên xương đã nung phải có độ co khi sấy nhỏ

Muốn engob màu thì phải dùng đất sét trắng, phụ gia và các oxyt gây màu

Ví dụ: engob màu xanh dương thêm 1  3%Co3O4, xanh lá thì 1  3%CuO, nâu thì 5  10%MnO2, và đỏ nâu thì 3  8%Fe2O3

Engob trên gạch ốp và gạch lát có sự khác biệt, với engob của gạch ốp thường chảy hơn Lớp engob chống dính được cấu tạo từ các nguyên liệu thô chính, nhằm ngăn ngừa việc các giọt men nhỏ bám vào mặt dưới gạch, gây dính vào con lăn lò, làm bẩn con lăn và ảnh hưởng đến nhiệt độ, từ đó tác động đến chất lượng xương gạch.

1.1.5.1 Bản chất của chất màu gốm [3]

Chất màu gốm = chất tạo màu + chất mang màu + chất tạo thủy tinh + chất trợ màu

- Chất tạo màu: chính là những sắc tố (pigment)

Chất mang màu là bán thành phẩm quan trọng trong sản xuất chất màu, thường là các hợp chất khoáng có cấu trúc tinh thể nhất định Đặc điểm này quyết định độ bền của màu sắc trong quá trình sử dụng và sản xuất.

Chất tạo thủy tinh, hay còn gọi là chất trợ dung, là một thành phần quan trọng giúp hạ thấp nhiệt độ nung trong quá trình sản xuất gốm Nó không chỉ làm giảm nhiệt độ mà còn tăng cường hiệu quả của chất màu gốm, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Yêu cầu về chất màu gốm là tính ổn định trong cả quá trình sản xuất và sử dụng, điều này phụ thuộc vào chất mang màu Sự ổn định của chất mang màu lại liên quan đến cấu trúc tinh thể của nó, với một số kiểu mạng lưới tinh thể như spinen 1, spinen 2, zircon và corun Ngoài ra, các oxyt không màu có cấu trúc tinh thể như corun cũng được sử dụng làm chất mang màu, và chúng có khả năng hòa tan các oxyt tạo màu, hình thành dung dịch rắn.

TÍNH BÀI PHỐI LIỆU FRIT

Dựa vào bảng thành phần hóa học cho frit trong, frit đục, và frit mờ với nhiệt độ nóng chảy trung bình và thấp, chúng tôi đã thực hiện tính toán bài phối liệu.

Chúng tôi bắt đầu bằng cách lựa chọn thành phần hóa học cho frit, đảm bảo nó phù hợp với các tiêu chí đã đề ra Dựa trên thành phần này, chúng tôi tính toán nhiệt độ chảy lý thuyết, hệ số giãn nở nhiệt và các tính chất đặc trưng của frit và men frit, với mục tiêu nhiệt độ chảy nằm trong khoảng 1000 đến 1190 °C và hệ số giãn nở nhiệt từ 50 đến 72 × 10^-6 K^-1 Sau đó, từ những thành phần hóa khả thi nhất, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích cổ điển để xác định bài cấp phối cho frit Frit sau khi nấu sẽ được trộn với cao lanh hoặc các nguyên liệu khác theo bài cấp phối men frit, rồi được tráng lên xương tấm ốp hoặc mộc tấm lát Sản phẩm sau khi nung sẽ được kiểm tra chất lượng về độ trong, độ bóng, độ phẳng và khuyết tật Nếu sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng, frit được coi là tốt và men frit với bài cấp phối đó cũng đạt tiêu chuẩn Ngược lại, nếu frit không đạt, chúng tôi sẽ điều chỉnh lại thành phần hóa học và thực hiện quy trình tương tự cho đến khi đạt yêu cầu.

Kết quả cuối cùng là xác định hàm lượng tối ưu của các oxyt trong frit và tìm ra công thức men frit phù hợp, nhằm tạo ra sản phẩm đạt chất lượng cao.

2.2 Công thức seger và tính toán bài phối liệu

Men là một loại thủy tinh vô định hình, do đó việc xác định công thức hóa học của nó gặp nhiều khó khăn Theo Seger, công thức của men có tính tương đối và phụ thuộc vào các quy ước nhất định.

- Bỏ dấu hai chấm (:), vì tỷ lệ nguyên tố không xác định

- Tổng các oxyt bazơ quy về bằng 1

Công thức Seger được biểu diễn dưới hai dạng sau:

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 50 a) Công thức Seger tổng quát:

Oxyt bazơ Oxyt trung tính Oxyt axit

Vậy công thức chung là:

- Công thức này tính bằng đơn vị là mol

- Hệ số axit : y = RO2/ (R2O+ RO + 3R2O3)

Khi hàm lượng y tăng, chỉ số RO2 cũng tăng theo, dẫn đến sự gia tăng SiO2, làm cho men có nhiệt độ nóng chảy cao hơn Những loại men có oxyt axit cao thường có nhiệt độ nóng chảy lớn Công thức Seger chung, hay còn gọi là công thức Seger giới hạn, được sử dụng để xác định các đặc tính này.

Công thức Seger chung xác định lượng mol tối thiểu và tối đa của từng loại oxyt trong men, tương ứng với một nhiệt độ nung cụ thể.

Ví dụ: Chuyển về công thức Seger bài men có thành phần hoá như sau [6] SiO2 Al2O3 PbO CaO K2O Na2O B2O3

52.50% 11.32% 16.73% 5.60% 2.01% 2.36% 6.65% Các bước chuyển như sau:

- Tính số lượng mol các ôxyt:

Quy tổng các oxyt bazo bằng 1 (chia cho 0.245) Công thức Seger như sau: 0.306 PbO

Công thức Seger cung cấp cái nhìn tổng quát về men, giúp so sánh các loại men và hiểu khả năng chảy của chúng Tuy nhiên, cần thận trọng khi đánh giá công thức này, vì nó không xem xét khả năng phản ứng của các nguyên liệu khác nhau khi kết hợp với cùng một oxyt.

Ví dụ: Na2O trong trường thạch, trong Na2CO3, trong Na2SO4 không thể phân biệt được

Công thức Seger chỉ mang tính chất định hướng, không có khả năng xác định tính chất của men một cách toàn diện

2.2.2 Cách tính toán bài phối liệu

Bảng 2.1 Thành phần hóa của nguyên liệu

N/liệu SiO2 B2O3 Al2O3 CaO BaO MgO ZnO K2O Na2O ZrO2 PbO Fe2O3 TiO2 MKN

Bảng 2.2 Thành phần hóa theo phần trăm trọng lượng của frit M2

T/phần SiO2 B2O3 Al2O3 CaO BaO MgO ZnO K2O Na2O ZrO2 PbO Fe2O3 TiO2 

2.2.2.1.Tính hàm lượng các nguyên liệu đưa vào phối liệu nhiều oxyt

ZrO2 đưa vào phối liệu dưới dạng Zircôn silicat Để đưa vào phối liệu 3 PTL ZrO2 ta cần đưa vào một lượng ZrSiO4 là:

Lượng tạp chất kèm theo là:

MgO đưa vào phối liệu dưới dạng Đôlômít Để đưa vào phối liệu 1.5 PTL MgO ta cần đưa vào một lượng Đôlômít là:

K2O đưa vào dưới dạng Tràng thạch Để đưa vào phối liệu 70% *4 = 2.772 PTL K2O ta cần đưa vào một lượng tràng thạch là:

CaO đưa vào phối liệu dưới dạng Đá vôi Để đưa vào phối liệu 7.9- 2.28- 0.21= 5.43 PTL CaO ta cần đưa vào một lượng Đá vôi là:

SiO2 đưa vào phối liệu dưới dạng cát quắc Để đưa vào phối liệu 52-1.54-0.3-15.76-0.25= 34.13 PTL SiO2 ta cần đưa vào một lượng cát quắc là:

2.2.2.2.Tính hàm lượng các nguyên liệu đưa vào phối liệu một oxyt Để đưa vào phối liệu: 0 PTL B2O3 ta cần đưa vào một lượng axit boric (B2O3.3H2O) là:

0 = 0 PTL H3BO3 Để đưa vào phối liệu: 14.9 PTL ZnO ta cần đưa vào một lượng ZnO là:

14 = 14.926 PTL ZnO Để đưa vào phối liệu: 7.9 PTL BaO ta cần đưa vào một lượng BaO là:

7 = 10.302 PTL BaCO3 Để đưa vào phối liệu: 30%*4=1.1881 PTL K2O ta cần đưa vào một lượng

2.2.2.3.Tính hàm lượng các nguyên liệu đưa vào để bổ sung cho các oxit đã đưa vào mà còn thiếu

Al2O3 cần đưa thêm vào là 7.9-0.047-0.02-4.05-0.003 = 3.8 PTL Al2O3 Để đảm bảo yêu cầu trên ta cần đưa thêm vào một lượng Al2O3 là:

Na2O cần thêm vào =1-0.66-0.003 = 0.32 PTL Na2O Để đảm bảo yêu cầu trên ta cần đưa thêm vào một lượng Na2CO3 là:

Bảng 2.3 Tính toán các oxyt của frit M2

Nguyên liệu PTL SiO2 B2O3 Al2O3 CaO BaO MgO ZnO K2O Na2O ZrO2 PbO Fe2O3 TiO2 Tổng

Tổng 111.58 51.98 0.00 7.92 7.92 7.92 1.49 14.85 3.96 0.99 2.97 0.00 0.02 0.01 100.12 Q/về100% 51.92 0.00 7.92 7.92 7.92 1.48 14.85 3.96 0.99 2.97 0.00 0.02 0.01 100.00 Phân tử lượng 60.09 69.62 101.96 56.08 153,3 40.31 81.39 94.20 61.98 123.22 223.2 159.7 79.87 molbazơ

Bài Frit M2 theo công thức Seger:

Quy đổi về 100% TL các cấu tử trong phối liệu Frit M2

Bảng 2.4 Phần trăm trọng lượng của nguyên liệu trong phối liệu frit M2

ĐỊNH HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP

Dựa trên nghiên cứu lý thuyết, chúng tôi đã hiểu rõ hơn về frit và men frit, bao gồm khái niệm, phân loại, tính chất và các khuyết tật Chúng tôi nhận thấy tầm quan trọng lớn của chúng trong sản xuất gạch Ceramic, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và khu công nghiệp hiện nay Do đó, chúng tôi mong muốn nghiên cứu và sản xuất frit và men frit trong tương lai, nhằm giảm thiểu việc nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí cao, đồng thời góp phần chủ động vào công nghệ và phát triển ngành công nghiệp trong nước.

3.2 Giải pháp Để sản xuất ra nguyên liệu quan trọng frit cũng như men frit chúng tôi dự kiến thực hiện theo các bước sau:

- Sản xuất theo các bài cấp phối khác nhau

- Kiểm tra tính chất, chất lượng của frit va men frit sản xuất được bằng cách đưa vào trong sản xuất gạch Ceramic thực tế

Tối ưu hóa bài phối liệu giúp tính toán giá thành hiệu quả và so sánh với giá thành sản phẩm nhập khẩu, từ đó đảm bảo tính kinh tế khi áp dụng vào thực tiễn.

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	1,05 MB