Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NC SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MEN HIỆU ỨNG CHÌM CHO GẠCH ỐP LÁT Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN TRUNG KIÊN 7294 15/4/2009 HÀ NỘI - 2009 1 Bộ công thơng Viện nghiên cứu sành sứ thủy tinh công nghiệp báo cáo khoa học đề tài cấp bộ Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát Chủ nhiệm đề tài: K.S Nguyễn Trung Kiên Hà nội 10/2008 2 cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam Độc lập Tự Do Hạnh Phúc báo cáo khoa học đề tài khoa học công nghệ cấp bộ Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát Chủ nhiệm đề tài: K.S Nguyễn Trung Kiên Cán bộ phối hợp: Th.s Nguyễn Tuấn Anh Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp Đơn vị phối hợp: - Công ty cổ phần Trúc Thôn - Công ty TNHH Đức Minh Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài Nguyễn Trung Kiên Hà nội 10/2008 3 Mục lục Trang Phần mở ñầu 01 Phần I Cơ sở lý thuyết của ñề tài 03 I Cơ sở lý thuyết chung của men 03 1 Vai trò tác dụng của men 03 2 Phân loại men 03 3 Những tính chất của men 05 4 Men hiệu ứng chìm 08 Phần II Thực nghiệm nghiên cứu 10 I Nội dung nghiên cứu 10 II ðịnh hướng nghiên cứu 11 1 ðịnh hướng kỹ thuật 12 2 ðịnh hướng tham khảo 12 3 Căn cứ lựa chọn thành phần hóa của frit 13 4 Khảo sát lựa chọn nguyên liệu 15 III Thực nghiệm nghiên cứu 20 1 Nấu thử nghiệm lần thứ nhất 20 2 Nấu thử nghiệm lần thứ hai 24 3 Kết luận 26 Phần III Nấu sản xuất 26 1 Yêu cầu nguyên liệu 28 2 Sản xuất men hiệu ứng chìm 28 Phần IV Kết luận và kiến nghị 29 1 Kết luận 29 2 Kiến nghị 30 Tài liệu tham khảo 31 Phụ lục tính toán kinh tế 32 4 MỞ ðẦU Hiện nay trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước ngành công nghiệp gốm sứ ñã ñược ñầu tư phát triển mạnh mẽ. Nhiều thành tựu kỹ thuật, nguyên vật liệu mới, công nghệ mới ñược áp dụng vào sản xuất. Ngành sản xuất vật liệu xây dựng phát triển ñồng thời kèm theo nó các ngành sản xuất nguyên vật liệu cung cấp cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và ngành ceramic nói riêng cũng phát triển mạnh. Nguyên liệu sản xuất gạch ốp lát gồm có nguyên liệu làm xương và nguyên liệu làm men. Nguyên liệu làm xương bao gồm ñất sét, trường thạch, ñôlômit Các loại nguyên liệu này hiện nay trong nước ñã ñáp ứng ñược nhu cầu về chất lượng và số lượng. Nguyên liệu làm men bao gồm chủ yếu: 80÷90% hàm lượng frít và một số hoá chất khác, như ôxyt Al 2 O 3 , ZrO 2 Nguyên liệu làm men trang chí bao gồm men in và màu in, trong men trang trí có men hiệu ứng chìm sử dụng in lên gạch ốp lát tạo các ñường viền chìm trên sản phẩm và có tác dụng chống trơn, tạo cho viên gạch có hoa văn ñẹp hơn. Hiện nay trong nước chưa có cơ sở nghiên cứu và sản xuất men hiệu ứng chìm sử dụng cho sản xuất gạch ốp lát nên chúng ta phải nhập ngoại hoàn toàn . Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Men hiệu ứng chìm dùng cho sản xuất gạch ốp lát ñã ñược các nước công nghiệp phát triển trên thế giới (Pháp, Tây Ba Nha, Italia Nghiên cứu sản xuất từ lâu cùng với tên tuổi các hãng nổi tiếng như Quimicer, Cerdec, Fero, JonhsonMathey, Esmalglass… Với công nghệ sản xuất và thiết bị sản xuất hiện ñại, ñáp ứng ñược nhu cầu thị trường về số lượng, chất lượng sản phẩm Do nhu cầu thị trường và yêu cầu ñáp ứng cho ngành sản xuất gạch ốp lát. Viện NC Sành sứ Thuỷ tinh Công nghiệp ñã ñăng ký với Bộ Công Thương “Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát” với mục ñích sản xuất ñược hiệu ứng chìm cung cấp cho ngành sản xuất gạch ốp lát ñể chủ ñộng trong sản xuất và thay thế ngoại nhập. 5 Hợp ñồng thực hiện ñề tài khoa học công nghệ số:(61- 08/RD/Hð-KHKT) Ký giữa Bộ Công Thương và Viện nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp, ngày 25 tháng 01 năm 2008 Nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài: + Nghiên cứu nguyên liệu trong nước dùng ñể sản xuất men hiệu ứng chìm + Nghiên cứu xác ñịnh ñơn phối liệu sản xuất men hiệu ứng chìm. + Thử nghiệm các tính năng kỹ thuật của men hiệu ứng chìm. + Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm. + Triển khai sản xuất thử qui mô nhỏ. + Hiệu chỉnh công nghệ và hoàn thiên qui trình sản xuất + Triển khai sản xuất thử ở qui mô bán công nghiệp (100 kg). Triển khai sản phẩm men chìm trên dây truyền sản xuất gạch ốp lát 6 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CỦA ðỀ TÀI I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MEN 1. Vai trò và tác dụng của men Men là một loại thuỷ tinh có chiều dày: 0,15÷0,4mm, phủ lên bề mặt xương gốm sứ. Lớp thủy tinh này ñược hình thành trong quá trình nung và có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở thành sít ñặc, nhẵn bóng. Về mặt công nghệ khi sự phù hợp giữa xương và men tốt thì có tác dụng cải thiện tất cả các tinh chất của sản phẩm như ñộ bền hoá, bền cơ, bền nhiệt, bền ñiện. Về mặt kỹ thuật: Tráng men là một phương pháp trang trí sản phẩm như men màu, men rạn, men khô, men kết tinh, men khử (Ngũ sắc, huyết dụ ). Nhờ vậy khi tráng men sẽ làm tăng giá trị sản phẩm rất lớn. Yêu cầu cơ bản của men là có nhiệt ñộ chảy mong muốn có hệ số giãn nở nhiệt α phù hợp với xương, có ñộ nhớt và sức căng bề mặt thỏa ñáng. Giữa men và xương tạo một lớp trung gian, lớp trung gian này có tính chất vật lý trung gian giữa xương và men ñặc biệt là hệ số giãn nở nhiệt làm dịu nhiều ứng suất, sự xuất hiện lớp trung gian giữa men và xương hạn chế ñược các hiện tượng nứt và bong men, tăng ñộ bền cơ của sản phẩm. Nếu giữa xương và men có chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt lớn và quá trình nung nhanh thì càng cần lớp trung gian giữa men và xương ñể ñảm bảo trung hoà tính chất vật lý giữa xương và men. 2. Phân loại các loại men 2.1. Phân loại theo thành phần 1. Men chì Men không chứa bo: - Men chì ñơn giản. - Men chì có chứa bo. 2.Men không có chứa chì Men chứa bo. Men không chứa bo. - Men kiềm (Có chứa hàm lượng kiềm cao) 7 - Men có hàm lượng kiềm thấp (Men sứ) 2.2. Phân loại theo phương pháp sản xuất 1. Men sống (Thường gọi tắt là men) 2. Men frít Bao gồm chủ yếu là men nấu chảy frít hoá ñược nghiền (Có khi hàm lượng frít hoá chiếm ñến 100%), hoặc hỗn hợp của frít với 5÷20% các nguyên liệu phụ trợ theo những tỷ lệ khác nhau ñể ñiều chỉnh một số tính chất của men như: Nhiệt ñộ chảy, hệ số giãn nở nhiệt, sức căng bề mặt, chống hiện tượng men bị sa lắng. 3. Men ñược tạo thành do các chất bay hơi bám lên bề mặt sản phẩm tạo nên lớp men (Chủ yếu là men muối). 4. Men tự tạo (Phối liệu trong quá trình nung hình thành trên bề mặt sản phẩm một bề mặt tương ñối phẳng nhẵn và bóng) Các loại men sống có thành phần chủ yếu là ñất sét và các chất trợ chảy, ngoài ra có thể có các chất mang màu. Loại men này có thể là men chứa chì hoặc không chứa chì và thường thuộc loại nhóm men có hàm lượng kiềm thấp (Men sứ). Men khử và men luster có thể sản xuất theo kiểu men sống hoặc frít, thành phần của nó có thể là tổ hợp của các nhóm, trừ nhóm men không chứa bo. Men muối là loại men có thành phần thuộc nhóm men có hàm lượng kiềm thấp. 2.3. Phân loại theo nhiệt ñộ nung 2.3.1 Men khó chảy Men này có nhiệt ñộ nóng chảy cao trong khoảng 1250÷1450 o C, có ñộ nhớt lớn thường là men kiềm thổ, men Feldspar hoặc men ñá vôi. Loại men này có hàm lượng SiO 2 cao và hàm lượng kiềm thấp. Nguyên liệu thường dùng ñể sản xuất men là quazit, Feldspar, ñá vôi, ñá phấn, ñôlômit, talc, caolanh, ñất sét ðó là các loại nguyên liệu không tan trong nước, nên phương pháp sản xuất loại men này là sản xuất men sống. Loại này thường ñược tráng lên sản phẩm sứ, sành, sành dạng ñá. 8 Men ñất sét thường dùng ñể tráng lên sản phẩm ống dẫn, sản phẩm bền hoá hoặc bình ñựng axít. Loại men này mặc dù có nhiệt ñộ chảy thấp hơn so với những men ñã nên trên, nhưng vẫn ñược xếp vào loại men này. 2.3.2. Men dễ chảy Men loại này có nhiệt ñộ nóng chảy thấp (Dưới 1250 o C), ñộ nhớt của men khi nóng chảy nhỏ. ðây là loại men nghèo SiO 2 nhưng giàu kiềm và các loại ôxyt kiềm loại khác, thường ñược tráng lên sản phẩm sành dạng ñá hoặc hàng ñất sét nung. Men loại này có thề là men chì hoặc men không chì. Trường hợp người ta ñưa vào thành phần men các hợp chất dễ chảy mà khả năng hoà tan của nó trong nước lớn hoặc ñộc thì phải frít hoá trước. Các loại men frít nói chung có nhiệt ñộ nóng chảy thấp hơn men sống: 60÷80 o C, nhưng lại có nhược ñiểm là rất dễ lắng, vì vậy thường pha, ñưa thêm vào men: 10÷20% cao lanh, ñất sét chưa nung ñể chống lắng và triệt tiêu bớt kiềm tự do. Ngoài ra còn có thể thêm chất ñiện giải. ðối với việc sản xuất men thì ñiều quan trọng cần chú ý là phải tìm men có khoảng chảy mền rộng, có nghĩa là tìm ra men có thành phần sao cho men ñó có ñộ nhớt ít thay ñổi hay thay ñổi chậm khi thay ñổi nhiệt ñộ, ñể cho men có thể nóng chảy hoàn toàn và bám chắc vào xương mà không có hiện tượng chảy dồn men, men có ñộ chảy dàn ñều tốt. 3. Những tính chất của men 3.1. Hệ số giãn nở nhiệt Sự giãn nở của men ñược biểu thị bằng sự giãn nở của vật khi nâng lên một ñộ gọi là hệ số giãn nở. Sự chênh lệch hệ số giãn nở của men và xương trong phạm vi hẹp sẽ không gây khuyết tật vì men có khả năng ñàn hồi trong một phạm vi nhất ñịnh, trước những ứng lực sinh ra, nên giữ ñược cho men không bị nứt, bị bong. Tuy nhiên nếu ứng lực sinh ra lớn hơn ñộ bền thì sẽ có hiện tượng nứt men hoặc bong men. Quá trình giãn nở nhiệt của men cũng tương tự như thuỷ tinh, khi làm nguội dưới ñiểm chuyển hoá men sẽ ñóng rắn, nên phải làm nguội hoàn toàn và hệ số giãn nở phải tương ñương với xương sứ. 9 Nếu men (Ở dưới nhiệt ñộ chuyển hoá) khi làm nguội co lại mạnh hơn xương sẽ hình thành trong sản phẩm ứng suất kéo (Hệ số giãn nở của men quá lớn) và sinh ra vết nứt. Trường hợp ngược lại sẽ xuất hiện hiện tượng bong men. Chú ý men có hệ số giãn nở nhiệt lớn Khi nung giãn nở mạnh, khi làm nguội co nhiều. Men có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ Khi nung nở ít, co ít khi làm nguội. Nếu tráng lên sản phẩm mỏng thì men sẽ làm cho sản phẩm bị biến hình tuỳ theo ứng lực kéo hay nén mà uốn cong lồi lõm. Thường phương pháp này ñược dùng ñể kiểm tra sản phẩm. Theo kinh nghiệm thì hệ số giãn nở của men tăng theo dãy sau: : Al 2 O 3 < K 2 O < NaO < Li 2 O Giảm theo dãy sau: Cao > ZnO > MgO > SnO 2 > B 2 O 3 > SiO 2 Theo Purdy và Potts thì ñộ sít ñặc của phối liệu tăng sẽ làm giảm hệ số giãn nở nhiệt. R.Riecke ñã chứng minh hệ số giãn nở nhiệt phụ thuộc nhiều vào dạng thù hình của SiO 2 cho vào phối liệu. H.Kohl chứng minh là Feldspar ñưa vào thì sự giãn nở nhiệt của phối liệu sẽ tăng, nhưng chỉ tăng ñến 1180 o C, ở nhiệt ñộ này ñộ giãn nở nhiệt của phối liệu giảm. CaCO 3 có tác dụng tăng sự giãn nở. Về ứng lực giữa xương và men theo Steger cho biết là ứng suất qua nhiều lần nung thì thay ñổi, do làm lạnh ñột ngột ở vùng trên nhiệt ñộ thoát ứng lực làm cho sự giãn nở nhiệt của men giảm ñi. ðể xác ñịnh hệ số giãn nở nhiệt của men người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau: - Phương pháp tính toán theo quy tắc cộng α = α 1 P 1 + α 2 P 2 + α 3 P 3 + …… Trong ñó P 1 , P 1 , P 1 …… là hàm lượng % các ôxýt trong frít. α 1 , α 2 , α 3 … các hệ số ứng với các ôxýt ấy [...]... (NH)4VO3 ch y, men chìm s th m vào men n n trong khi men n nv n tr ng thái x p thì men hi u ng chìm s th m sâu vào trong men n n, k t h p v i men hi u ng chìm có t tr ng cao thì th m sâu vào trong men n n t t hơn 3 K t lu n Qua quá trình th c nghi m nghiên c u và ñi u ch nh frít hi u ng chìm rút ra các k t lu n sau: - Phù h p v i ñi u ki n nung men g ch lát n n h s giãn n nhi t c a frit hi u ng chìm 100÷110x10-7/oC... u ch nh men thích h p S c căng b m t c a men l n, kh năng th m ư t c a men v i xương kém, thư ng x y ra khuy t t t như ph ng, r p n t men, b t s i tăm cu n men 4 Men hi u ng chìm Men hi u ng chìm là lo i men có ñ nh t th p, nhi t ñ ch y th p, t tr ng c a men cao, các ch t trang trí ñư c áp d ng (theo các phương pháp v , phun, in lư i…) s ph n ng v i men n n, nó làm nóng ch y và m t ph n s b chìm vào... t k t qu phân tích bài men hi u ng chìm ñang ñư c dùng trong s n xu t t i các nhà máy g ch p – lát, cho vi c ph i h p men t các nguyên li u s n có trong nư c Các nhà máy g ch p lát khu v c phía B c hi n ñang s d ng ph bi n 2 s n ph m b t men hi u ng chìm sau: Fritta - 999/138; Ferro – 590/2CO 15 K t qu kh o sát b t nguyên li u khô và thành ph n hóa h c men cho bi t r ng: b t men nh p ngo i ñư c ph... Grum-Grzimailo và Wagner ñã nghiên c u các hi u ng t s k t h p nh ng lo i men d ch y khác nhau Batschwarov ñ xu t các men d ch y cho g ch p lát như sau : B ng 1: Các men d ch y: Lo i men 1146 1147 1148 1149 Nhi t ñ ch y 970 970 970 970 Nâu bóng Xanh mat Xanh kim lo i Tr ng Frit 58 60 58 58 Broric acid 20 15 20 20 Quazt 22 20 22 22 ZnO - 5 - - Lo i men ð i v i vi c tráng lên men các men d ch y, l p men trên cùng,... ng chìm - Th in lư i trên m u g ch xác ñ nh ñ chìm và bóng, phát màu c a men hi u ng chìm so v i men ngo i cùng lo i - ðánh giá và ñi u ch nh ñơn ph i li u Th l p l i ñ t ñ n ch t lư ng v i men hi u ng chìm ñ i ch ng Ưu tiên v i ñi u ki n s n xu t công nghi p n ñ nh và cho ch t lư ng n ñ nh - N u m 100 kg L y m u th so sánh t i các nhà máy, ñánh giá tính n ñ nh trong s n xu t 14 II ð NH HƯ NG NGHIÊN... p t frít chìm: FPQ14, FPQ21 v i t l Frit chìm: Caolanh : (NH)4VO3 = 85:5:10 có ch t lư ng tương ñương v i 590/2CO + Khi t ng h p men hi u ng chìm t h Frit chìm: Caolanh : V2O5 = 85:5:10 Bài men hi u ng chìm tương ng thì ñ chìm c a men khi in lên s n ph m kém hơn so v i m u ñ i ch ng Do nhi t ñ ch y c a V2O5 là 690oC cao hơn so 28 v i nhi t ñ ch y c a (NH)4VO3 là 210oC, trong quá trình nung men khi ñ... vào trong các men khác xung quanh 2 ð nh hư ng tham kh o ð t o hi u ng chìm trên men g ch p – lát, các nhà máy s d ng các lo i Frit hi u ng chìm ho c b t men ngo i nh p, ñem nghi n ư t v i cao lanh men và dung môi r i in lên b m t g ch Xu t phát t các Frit và b t men này, nhóm ñ tài ñã ti n hành kh o sát thành ph n hóa và các tính ch t cơ – hóa – lý c a chúng ñ làm cơ s tham kh o cho nghiên c u c a... u ngư i ta tráng hai men cách nhau ho c ch ng lên nhau ph i tính s c căng b m t so cho hai men ñó phù h p nhau N u không tráng hai men cách nhau và mu n có ranh gi i ti p xúc s c nét thì c hai men ñó ph i có s c căng b m t b ng nhau N u không men có s c căng b m t l n hơn s co l i, còn men có s c căng b m t nh hơn s b men có s c căng l n hơn kéo giãn ra Trư ng h p c n trang trí men co ngư i ta ta có... nh hư ng k thu t Men hi u ng chìm là s n ph m, khi nung, ñ t ñư c tr ng thái chìm, lún xu ng, th p hơn so v i m t ph ng g ch men, ngay t i v trí mà nó ñư c ph , in lên g ch ð ñ t ñư c hi n tư ng này v k thu t men c n có nh ng ñ c tính sau: + T tr ng c a lo i men này ph i cao hơn so v i các men khác cùng ñư c tráng, ph , in lên trên g ch v i nó + Men có nhi t ñ ch y th p hơn so v i các men n n cùng ñư... ph i li u FC19 t n d ng ñư c lư ng th y tinh chì trong quá trình s n xu t bóng ñèn công nghi p, gi m ñư c lư ng Pb3O4 ñưa tr c ti p vào trong bài ph i li u 29 PH N III: N U S N XU T M c tiêu là nghiên c u công ngh s n xu t men chìm (Frít chìm) nên trong quá trình nghiên c u nhóm nghiên c u ñã nh n th y s n xu t frít chìm cũng như s n xu t thu tinh, nên qui trình s n xu t cũng như qui trình n u th y . ñể sản xuất men hiệu ứng chìm + Nghiên cứu xác ñịnh ñơn phối liệu sản xuất men hiệu ứng chìm. + Thử nghiệm các tính năng kỹ thuật của men hiệu ứng chìm. + Nghiên cứu công nghệ sản xuất men. cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát với mục ñích sản xuất ñược hiệu ứng chìm cung cấp cho ngành sản xuất gạch ốp lát ñể chủ ñộng trong sản xuất và thay thế ngoại nhập. . chìm sử dụng cho sản xuất gạch ốp lát nên chúng ta phải nhập ngoại hoàn toàn . Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Men hiệu ứng chìm dùng cho sản xuất gạch ốp lát ñã ñược các nước công nghiệp