Ảnh hưởng của frit từ tro bay dùng thay thế feldspar đến các tính chất cơ lý của xương gạch ốp lát ép bán khô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ảnh hưởng frit từ tro bay dùng thay feldspar đến tính chất lý xương gạch ốp lát ép bán khô (Effects of fly ash-based frit as a feldspar replacement material on the physical properties of dry-pressed ceramic tile bodies) CAO THỌ TÙNG Tung.CT20202166M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Ngọc Minh Viện: Kỹ thuật hóa học HÀ NỘI, 08/2022 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: CAO THỌ TÙNG Đề tài luận văn: Ảnh hưởng hàm lượng canxi oxit frit từ tro bay dùng thay feldspar đến tính chất lý gạch lát ceramic Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số HV: CB202166M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 18/7/2022 với nội dung sau: Bổ sung phần Mở đầu với mục Đặt vấn đề, Đối tượng phạm vi nghiên cứu, Mục tiêu đề tài Cập nhật TCVN 13113:2020 Gạch gốm ốp lát – Định nghĩa, phân loại, đặc tính kỹ thuật ghi nhãn thay cho TCVN 7745:2007 Mục I.1.1 Chỉnh sửa sai sót hình ảnh Hình I.3, Mục I.3.1 Bổ sung đơn vị cho Bảng I.6, Mục I.3.3 Loại bỏ nhận định ảnh hưởng tro bay công nghệ đốt than tầng sôi đến sản xuất xi măng Mục I.5.1 Loại bỏ phần số liệu cũ ghi nhận cách 20 năm bổ sung TLTK Mục I.5.3 Loại bỏ phần số liệu cũ ghi nhận cách 10 năm Mục I.5.4 Bổ sung sở tính tốn, lựa chọn đơn phối liệu đối chứng phần Phụ lục Thu gọn nội dung phần bàn luận thành phần hóa học đơn phối liệu nấu frit Mục III.2.1 Mục III.2.2 Bổ sung hình ảnh bề mặt xương gạch độ phóng đại x10 Hình III.19, Mục III.3.3 Bổ sung ảnh hưởng loại frit đến cường độ uốn độ co tổng xương gạch nhiệt độ nung khác Mục III.3.5, III.3.6 Bổ sung phần tính tốn thành phần hóa học phối liệu xương gạch sử dụng frit 47 thay phần feldspar Bảng III.12, Mục III.3.7 Bổ sung kết nghiên cứu ảnh hưởng frit 47 đến cường độ mộc xương gạch Hình III.23, Mục III.3.8 Chỉnh sửa kết luận luận văn Ngày 10 tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Mẫu 1c ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CANXI OXIT TRONG FRIT TỪ TRO BAY DÙNG THAY THẾ FELDSPAR ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA GẠCH LÁT CERAMIC Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn TS Vũ Thị Ngọc Minh Cô tận tình hướng dẫn tơi q trình học tập việc nghiên cứu, hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô thuộc Bộ môn Công nghệ Vật liệu Silicat trường Đại Học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện cho thời gian học tập, nghiên cứu thực luận văn Xin cảm ơn Ông Chu Văn Giáp – Viện trưởng, ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp tạo điều kiện cơng việc để tơi tham gia nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin cảm ơn Công ty Cổ phần NPG Hưng Yên cung cấp nguyên liệu đất sét, cao lanh feldspar cho đề tài Xin cảm ơn hai em sinh viên Nguyễn Hồng Sơn Cung Thanh Sơn lớp Cơng nghệ vật liệu silicat K62 hỗ trợ số bước chuẩn bị phối liệu Do giới hạn kiến thức khả lý luận thân nhiều thiếu sót hạn chế, kính mong dẫn đóng góp Thầy, Cơ để luận văn tơi hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Nhiệt điện than nguồn lượng quan trọng trình phát triển kinh tế đời sống Việt Nam Tuy nhiên, tro bay – hai sản phẩm rắn trình đốt than nhà máy nhiệt điện, vấn đề môi trường nhiều ngành quan tâm kích thước hạt mịn có chứa kim loại nặng Mặc dù ứng dụng sản xuất xi măng, bê tông gạch khơng nung lượng dùng tro bay cịn hạn chế yêu cầu nghiêm ngặt thành phần hóa học lượng cacbon chưa cháy hết Vì vậy, hướng ứng dụng cần khai phá phát triển Đề tài tổng hợp frit từ tro bay nhiệt điện Mông Dương I, đá vôi, sô đa thạch anh cách nung chảy đồng hỗn hợp nguyên liệu làm lạnh nhanh nước để trì hoạt tính pha thủy tinh Nhiệt độ chuyển thủy tinh frit đánh giá thông qua phân tích nhiệt DSC, đo hệ số giãn nở nhiệt quan sát kết tinh thủy tinh nhiễu xạ tia X Frit dùng để thay phần feldspar phối liệu gạch ốp lát ceramic ép bán khô Kết cho thấy, với lượng dùng 4% phối liệu, cường độ viên mẫu tăng 10 MPa độ hút nước giảm 3,4 % so với mẫu đối chứng nhiệt độ nung 1170oC Điều cho phép giảm nhiệt độ nung 20 – 30oC trì tính chất lý mức tốt so với mẫu đối chứng Đề tài cung cấp giải pháp hữu hiệu cho việc xử lý sử dụng tro bay nhiệt điện HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC TỔNG QUAN CHƯƠNG I I.1 Gạch gốm ốp lát ép bán khô I.1.1 Giới thiệu gạch gốm ốp lát ép bán khô I.1.2 Công nghệ sản xuất gạch lát ceramic I.2 Tình hình sản xuất gạch lát ceramic I.3 Feldspar I.3.1 Nguồn gốc tính chất I.3.2 Vai trò feldspar công nghiệp gốm sứ I.3.3 Nhu cầu sử dụng feldspar I.4 Frit I.4.1 Frit tác dụng xương gạch ốp lát I.4.2 Thủy tinh silicat 11 I.4.3 Tình hình sản xuất frit Việt Nam 13 I.4.4 Nghiên cứu ứng dụng thủy tinh thải frit làm nguyên liệu sản xuất sản phẩm ceramic 14 I.5 Tro bay 15 I.5.1 Tro bay 15 I.5.2 Các đặc tính tro bay 17 I.5.3 Tình hình phát thải tro bay 19 I.5.4 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng tro bay 21 I.6 Mục tiêu nghiên cứu 26 CHƯƠNG II Các phương pháp nghiên cứu 27 II.1 Các phương pháp khảo sát tính chất nguyên vật liệu 27 II.1.1 Thành phần hóa học 27 II.1.2 Thành phần khoáng vật học 27 II.1.3 Phân tích hình thái 27 II.1.4 Thành phần hạt 27 II.2 Quy trình chế tạo frit 27 II.2.1 Nhiệt độ chảy mềm frit 29 II.2.2 Xác định hệ số giãn nở nhiệt dài frit 29 II.2.3 Phân tích nhiệt trọng lượng, nhiệt vi sai TG-DTA nhiệt quét vi sai DSC 30 II.3 Quy trình chế tạo mẫu gạch 31 II.4 Các phương pháp khảo sát tính chất lý gạch lát ceramic 32 II.4.1 Xác định độ nhớt hồ nghiền 32 II.4.2 Xác định độ co 32 II.4.3 Xác định cường độ sau nung 32 II.4.4 Xác định độ hút nước, độ xốp khối lượng thể tích 33 II.4.5 Phân tích thành phần khống phương pháp nhiễu xạ tia X 33 II.4.6 Xác định hệ số giãn nở nhiệt dài xương gạch 33 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 III.1 Nguyên liệu 34 III.1.1 Thành phần hóa học nguyên liệu 34 III.1.2 Phân tích SEM tro bay Mông Dương 34 III.1.3 Thành phần hạt tro bay 35 III.1.4 Thành phần khoáng học tro bay 35 III.1.5 Phân tích nhiệt TG - DTA 36 III.2 Các tính chất frit 37 III.2.1 Thành phần hóa học mẫu frit theo tính tốn 37 III.2.2 Thành phần hóa học mẫu phối liệu frit sau nghiền 37 III.2.3 Thành phần hóa học frit sau nung 38 III.2.4 Phân tích nhiệt quét vi sai DSC 40 III.2.5 Nhiệt độ biến mềm frit 42 III.2.6 Hệ số giãn nở nhiệt frit 42 III.3 Gạch gốm ép bán khô 43 III.3.1 Cấp phối phối liệu gạch lát ép bán khô 43 III.3.2 Độ nhớt hồ nghiền 44 III.3.3 Ngoại quan mộc ép mẫu sau nung 44 III.3.4 Ảnh hưởng loại frit đến độ hút nước xương gạch nhiệt độ nung khác 48 III.3.5 Ảnh hưởng loại frit đến cường độ uốn xương gạch nhiệt độ nung khác 49 III.3.6 Ảnh hưởng loại frit đến độ co tổng xương gạch nhiệt độ nung khác 50 III.3.7 Đơn phối liệu điều chỉnh 51 III.3.8 Cường độ mộc 52 III.3.9 Độ hút nước, độ xốp biểu kiến khối lượng thể tích xương gạch sử dụng Frit 47 53 III.3.10 Độ co nung tổng xương gạch sử dụng Frit 47 55 III.3.11 Cường độ uốn xương gạch sử dụng frit 47 56 III.3.12 Thành phần khoáng xương gạch 57 III.3.13 Xác định hệ số giãn nở nhiệt 58 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN 60 IV.1 Kết luận 60 IV.2 Hướng phát triển đồ án tương lai 60 PHỤ LỤC 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình I.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất gạch ốp lát éo bán khơ Hình I.2: Sản lượng sản xuất doanh nghiệp sản xuất gạch ốp lát lớn Việt Nam [4] Hình I.3: Giản đồ pha hệ orthoclase-albite [5] Hình I.4: Quá trình kết khối có mặt pha lỏng Hình I.5: Ảnh hưởng nhiệt độ tới enthalpy trình tạo thủy tinh [9] 10 Hình I.6: Cấu trúc thủy tinh silicat 12 Hình I.7: Cấu trúc thủy tinh Silicat - kiềm - kiềm thổ 13 Hình I.8: Cơng nghệ đốt than phun 16 Hình I.9: Cơng nghệ đốt than tầng sơi hồn tồn 16 Hình I.10: Phân tích XRD tro bay cơng nghệ đốt than phun (a) [16] công nghệ đốt than tầng sôi (b) [17] 18 Hình I.11: Phân tích SEM tro bay cơng nghệ đót than phun (a) cơng nghệ đốt than tầng sơi hồn tồn (b) [18] 19 Hình I.12: Phân bố cỡ hạt tro bay [19] 19 Hình I.13: Giản đồ pha cấu tử hệ SiO2-Al2O3-CaO [44] 25 Hình II.1: Quy trình nấu frit 28 Hình II.2: Lò nung frit 29 Hình II.3: Thiết bị dilatomet L76PT/1400 hãng Linseis 30 Hình II.4: Quy trình chế tạo mẫu gạch 31 Hình III.1: Ảnh SEM tro bay Mông Dương 34 Hình III.2: Thành phần hạt tro bay Mông Dương 35 Hình III.3: Biểu đồ XRD tro bay Mơng Dương 35 Hình III.4: Giản đồ phân tích TG-DTA 36 Hình III.5: Làm lạnh nhanh tạo frit 38 Hình III.6: Bột frit nghiền 39 Hình III.7: Hạt khơng nghiền frit 39 Hình III.8: Phân tích DSC mẫu Frit 47 40 Hình III.9: Giản đồ XRD mẫu thu sau ủ kết tinh frit 41 Hình III.10: Khảo sát độ chảy frit 51 frit 47 42 Hình III.11: Hệ số giãn nở nhiệt mẫu Frit 51 42 Hình III.12: Hệ số giãn nở nhiệt mẫu Frit 47 43 Hình III.13: Hệ số giãn nở nhiệt mẫu Frit 43 43 Hình III.14: Độ nhớt hồ nghiền 44 Hình III.15: Mẫu mộc ép đề tài 45 Độ hút nước, % 10 1170 1150 1140 0 Hàm lượng frit, % 10 Hình III.24: Ảnh hưởng hàm lượng frit tới độ hút nước gạch theo nhiệt độ nung Độ xốp biểu kiến, % 20 1170 1150 15 10 0 Hàm lượng frit, % 10 Hình III.25: Ảnh hưởng hàm lượng frit tới độ xốp biểu kiến gạch theo nhiệt độ nung 2.5 Khối lượng thể tích, % 2.4 2.3 2.2 1170 1150 1140 2.1 2.0 hàm lượng frit, % 10 Hình III.26: Ảnh hưởng hàm lượng frit tới khối lượng thể tích gạch theo nhiệt độ nung Tiếp tục quan sát ảnh hưởng hàm lượng frit đến độ kết khối gạch thông qua độ hút nước, độ xốp biểu kiến khối lượng thể tích 54 Khi hàm lượng frit tăng đến 10%, đồ thị độ xốp, độ hút nước khối lượng thể tích mẫu xương gốm (Hình III.24 đến Hình III.26) thể xu hướng tương tự xu hướng quan sát độ co nung tổng Độ xốp độ hút nước có xu hướng giảm hàm lượng frit hàm lượng 10% nhiệt độ nung 1150°C 1140°C Còn nhiệt độ nung 1170°C, xu hướng giảm diễn theo độ tăng hàm lượng frit thay Biên dạng đường độ xốp độ hút nước tương tự Khối lượng thể tích nhiệt độ nung 1150°C 1140°C tuân theo quy luật độ hút nước độ xốp Khối lượng thể tích tăng theo hàm lượng frit hàm lượng thay 10% đảo ngược mẫu thay 10% Ở nhiệt độ nung 1170°C, khối lượng thể tích tuân theo quy luật độ hút nước độ xốp nhiệt độ Khi hàm lượng frit thay tăng lên, độ hút nước, độ xốp biểu kiến giảm khối lượng thể tích tăng lên Điều giải thích lượng pha lỏng 1170°C có độ nhớt đủ thấp đủ nhiều để lấp kín lỗ xốp sau tạo Xét theo tiêu độ hút nước, gạch ốp lát ceramic cấp BIIa có độ hút nước – 6%, mẫu đối chứng có nhiệt độ nung 1170°C đạt độ hút nước 3,52% phù hợp Trong đó, từ mẫu thay 2% nung 1150°C mẫu thay 4% nung 1140°C đạt chất lượng Điều chứng tỏ khả hạ nhiệt độ nung sản phẩm frit thay rõ ràng Như vậy, độ hút nước xương gạch thay frit tuân theo quy luật xác định mục III.3.4: độ hút nước giảm nhiệt độ nung hàm lượng frit thay tăng lên Cả hai thí nghiệm độ hút nước giảm hàm lượng thay từ 8% trở xuống Ở hàm lượng thay từ 4%, nhiệt độ nung giảm 20°C III.3.10 Độ co nung tổng xương gạch sử dụng Frit 47 Khi hàm lượng frit phối liệu 6%, xu hướng chung quan sát kết khảo sát độ co nung tổng tăng theo nhiệt độ nung (Hình III.27) Điều mẫu thiêu kết tốt nhiệt độ nung tăng nên co nhiều Khi hàm lượng frit tăng đến 10% độ co mẫu có xu hướng giảm Về ngoại quan, mẫu có xu hướng bị cong vênh Điều lượng pha lỏng tạo nhiều dùng nhiều frit, khiến mẫu bị mềm biến dạng nhiệt độ nung Xét theo mẫu đối chứng nung 1170°C, mẫu xương có thay frit có độ co nung thấp nhiệt độ nung cần 1150 1140°C Khi xét đến mức độ kết khối thông qua độ hút nước độ xốp biểu kiến, mẫu thay 4% frit nung 1150°C có chất lượng tương đương với mẫu đối chứng nung 1170°C Còn với mẫu nung 1140°C, mức thay cần phải lên tới 6, 8% frit Dù giảm thêm 10°C so với nung 1150°C với hàm lượng frit thay cao ảnh hưởng nhiều tới giá thành sản phẩm 55 12 Độ co nung, % 10 1170 1150 1140 0 Hàm lượng frit, % 10 Hình III.27: Ảnh hưởng nhiệt độ hàm lượng frit thay đến độ co nung xương gạch Kết thu tương đồng với kết qủa thu mục III.3.6 Độ co nung tổng có xu hướng tăng đến 6% thí nghiệm nung chậm thí nghiệm riêng nung nhanh với frit 47 8% Sau đảo chiều giảm xuống hàm lượng thay cao (8% nung chậm 10% nung nhanh) Điều chứng tỏ lượng pha lỏng tạo nhiều dễ dẫn đến nở thể tích làm xương biến mềm Sự nở thể tích kéo theo xu hướng giảm khối lượng thể tích quan sát Hình III.27 III.3.11 Cường độ uốn xương gạch sử dụng frit 47 Cường độ uốn, MPa 80 70 60 50 40 1170 1150 1140 30 20 10 0 Hàm lượng frit, % 10 Hình III.28: Ảnh hưởng hàm lượng frit nhiệt độ nung đến cường độ uốn Đối với loạt mẫu nung 1170°C, độ xốp, độ hút nước, khối lượng thể tích cường độ mẫu 4%, 6% 8% frit có mức chênh lệch khơng lớn, cho phép dung sai điều chỉnh sản xuất quy mơ lớn cao trường hợp cịn lại Đặc biệt, mẫu xương gạch không cấp BIIa mà rơi vào vùng phân loại cấp cao BIb Việc lựa chọn mức độ thay phạm vi 4-8% frit lúc phụ thuộc vào tính tốn kinh tế chi phí cho frit khả giảm nhiệt độ nung cạnh tranh chất lượng sản phẩm 56 Đối với loạt mẫu nung 1150°C, độ xốp, độ hút nước, khối lượng thể tích cường độ mẫu 4%, 6% 8% frit có mức chênh lệch lớn song phạm vi hai cấp gạch liền kề có BIIa cấp cao BIb III.3.12 Thành phần khoáng xương gạch 1000 Q: Quartz M: Mullite 800 600 400 Q M M 200 Q M MQ M Q Q Intensity (a.u.) Q Q QM 00 Fr it co nt en t( % ) 10 20 30 40 50 60 70 80 2-Theta Hình III.29: Phân tích XRD mẫu xương gạch sử dụng frit thay Q 800 600 400 Q Q M MQ M Q M 200 Q QM Q Cường độ nhiễu xạ (a.u.) 1000 1160 Nh iệt độ nu ng 1150 (oC ) 01140 1170 10 20 30 40 50 60 70 80 2-Theta Hình III.30: Ảnh hưởng nhiệt độ tới thành phần khoáng xương gạch sử dụng 4% frit 47 thay 57 Phân tích XRD xương gạch sử dụng Frit 47 nung 1150°C, từ kết thấy xương gạch có hai khống quartz mullite Có thể thấy chiều cao peak nhiễu xạ quartz giảm rõ rệt tăng hàm lượng frit Cùng với chiều cao peak nhiễu xạ mullite chân tất peak nhiễu xạ có xu hướng tăng lên (Hình III.29) Điều thể nóng chảy sớm frit góp phần hòa tan quartz, kết tinh mullite nhiều Khi so sánh giản đồ XRD mẫu chứa 4% frit nung nhiệt độ 1140, 1150 1170°C (Hình III.30) thấy xu hướng chung sau: Khi tăng nhiệt độ nung chân tất peak nhiễu xạ tăng thể gia tăng pha vơ định hình Mẫu nung 1140°C có hàm lượng quartz cao sau đến 1150 1170°C Mẫu nung 1150°C có hàm lượng mullite cao sau đến 1170 1140°C Như vậy, mẫu phối liệu chứa 4% frit nung 1150°C thể tối ưu mức độ thay nhiệt độ nung III.3.13 Xác định hệ số giãn nở nhiệt Hình III.31 trình bày thay đổi hệ số giãn nở nhiệt mẫu xương đối chứng nung 1170°C mẫu xương sử dụng 4% frit thay feldspar nung 1150°C Hệ số giãn nở nhiệt hai mẫu có điểm nhảy vọt khoảng nhiệt độ từ 525-575°C phù hợp với nhiệt độ chuyển pha quartz (573°C) Nhìn chung, hệ số giãn nở nhiệt xương không bị ảnh hưởng hàm lượng frit Hệ số giãn nở nhiệt xương 100°C 6,1 x 10-6 K-1, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật gạch ốp lát ceramic cấp độ theo TCVN 11313:2020 58 Hình III.31: Hệ số giãn nở nhiệt (trên) Mẫu xương đối chứng nung 1170°C (dưới) Mẫu xương sử dụng 4% frit thay nung 1150°C 59 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN IV.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu ảnh hưởng tro bay tới frit frit tới xương gạch ốp lát ceramic ép bán khô, số kết luận rút sau: Có thể sử dụng tro bay công nghệ đốt than tầng sôi để chế tạo frit sử dụng thay feldspar cho gạch gốm ốp lát ép bán khô; Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, phối liệu phù hợp để chế tạo frit nung 1430°C, sử dụng làm chất trợ chảy cho gạch ốp lát ceramic ép bán khơ nung 1150-1170°C có hàm lượng SiO2 50,5 – 51,4%%, Al2O3 14,2 – 15,7%, Fe2O3 < 2,92%, CaO 17,6 – 19,3%, R2O 11,1 – 11,2%; Với hàm lượng 4-8% frit phối liệu cho xương gạch có tính chất lý ổn định cấp BIb thay BIIa phối liệu đối chứng Điều giúp tăng khả cạnh tranh chất lượng mở khả giảm nhiệt độ nung; Frit giúp giảm nhiệt độ nung 20 – 30°C Với 4% fỉt, mẫu nung 1150°C trì cấp BIIa nâng lên cấp BIb dùng 6-10% frit IV.2 Hướng phát triển đồ án tương lai Trong trình thực nghiệm, mức hàm lượng tro bay sử dụng frit lượng nung tro bay cần ý Việc tìm thấy hạt khơng tan frit sau nghiền trình làm lạnh nhanh frit làm nước khả khử mạnh oxit kim loại dạng kim loại carbon dư Từ đây, hình thành hướng nghiên cứu so sánh ảnh hưởng tro bay trước sau xử lý nung đến tính chất frit tính chất gạch lát ceramic sử dụng frit Việc sử dụng nhiều soda đơn phối liệu frit khiến cho giá thành frit tăng Cần có nghiên cứu thêm việc thay soda ngun liệu thơ, giá rẻ dễ tìm Cần thử nghiệm đa dạng nguồn tro bay tầng sơi từ nhà máy khác để có đánh gíá cụ thể khả xử lý dịng cho bay 60 PHỤ LỤC Bài phối liệu đối chứng Quy đổi TPHH đất sét đỏ Bắc Ninh thành phần phần T – Q – F: Lượng khống albite có 100 phần khối lượng (PKL) đất sét: 524 × 0,22 (𝑁𝑁𝑁𝑁2 𝑂𝑂 = 0,22) = = 1,86 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 62 Oxyt mang theo vào: 1,86 × 102 = 0,36 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 524 1,86 × 360 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = = 1,28 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 524 Lượng khống orthoclase có 100 PKL đất sét: 556 × 2,52 (𝐾𝐾2 𝑂𝑂 = 2,52) = = 14,91 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 94 Oxyt mang theo vào: 14,91 × 102 = 2,73 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 556 14,91 × 360 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = = 9,65 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 556 Lượng khoáng feldspar đất sét mang vào: 𝐹𝐹 = (1,86 + 14,91) = 16,76 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Oxyt mang theo vào: 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 0,36 + 2,73 = 3,10 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 1,28 + 9,65 = 10,93 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Lượng khoáng kaolinite có đất sét: 𝑇𝑇 = (19,1 − 3,10) × Lượng SiO2 mang theo vào: 258 = 40,48 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 102 40,48 × 120 = 18,83 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 258 Lượng oxyt silic tự (quartz): 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 𝑄𝑄 = 63,2 − 10,93 − 18,83 = 33,44 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Quy đổi TPHH feldspar Yên Bái I thành phần T – Q – F: Lượng khống albite có 100 PKL feldspar: 524 × 4,5 (𝑁𝑁𝑁𝑁2 𝑂𝑂 = 4,5) = = 38,03 𝑃𝑃𝐾𝐾𝐾𝐾 62 Oxyt mang theo vào: 38,03 × 102 = 7,4 𝑃𝑃𝐾𝐾𝐿𝐿 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 524 61 38,03 × 360 = 26,13 𝑃𝑃𝐾𝐾𝐿𝐿 524 Lượng khống orthoclase có 100 PKL feldspar: 556 × 4,82 (𝐾𝐾2 𝑂𝑂 = 4,82) = = 28,51 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 94 Oxyt mang theo vào: 28,51 × 102 = 5,23 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 556 28,51 × 360 = 18,46 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 556 Lượng khoáng feldspar feldspar mang vào: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = Oxyt mang theo: 𝐹𝐹 = 38,03 + 28,51 = 66,54 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 7,4 + 5,23 = 12,63 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 26,13 + 18,46 = 44,59 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Lượng khống kaolinite có feldspar: 𝑇𝑇 = (15,36 − 12,63) × Lượng SiO2 mang theo vào: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = Lượng oxyt silic tự (quartz): 258 = 6,90 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 102 6,90 × 120 = 3,21 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 258 𝑄𝑄 = 70,66 − 44,59 − 3,21 = 22,86 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Quy đổi TPHH cao lanh Phú Thọ thành phần T – Q – F: Lượng khống albite có 100 PKL cao lanh: 524 × 0,24 (𝑁𝑁𝑁𝑁2 𝑂𝑂 = 0,24) = = 2,03 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 62 Oxyt mang theo vào: 2,03 × 102 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = = 0,39 𝑃𝑃𝐾𝐾𝐿𝐿 524 2,03 × 360 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = = 1,39 𝑃𝑃𝐾𝐾𝐿𝐿 524 Lượng khống orthoclase có 100 PKL cao lanh: 556 × 1,77 (𝐾𝐾2 𝑂𝑂 = 1,77) = = 10,47 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 94 Oxyt mang theo vào: 10,47 × 102 = 1,92 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 556 62 10,47 × 360 = 6,78 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 556 Lượng khoáng feldspar cao lanh mang vào: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 𝐹𝐹 = 2,03 + 10,47 = 12,50 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Oxyt mang theo: 𝐴𝐴𝐴𝐴2 𝑂𝑂3 = 0,39 + 1,92 = 2,32 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 1,39 + 6,78 = 8,17 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Lượng khống kaolinite có cao lanh: 𝑇𝑇 = (24,60 − 2,32) × Lượng SiO2 mang theo vào: 258 = 56,37 𝑃𝑃𝐾𝐾𝐿𝐿 102 56,37 × 120 = 26,22 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 258 Lượng oxyt silic tự (quartz): 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 𝑄𝑄 = 58,06 − 8,17 − 26,22 = 23,67 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 Tính toán phối liệu xương gạch lát Bảng 0.1: Bảng thành phần T – Q – F nguyên liệu Thành phần Nguyên liệu T Q F Đất sét đỏ Bắc Ninh 40,48 33,44 16,76 Cao lanh thô Phú Thọ 56,37 23,67 12,50 Feldspar Yên Bái I 6,90 22,86 66,54 Nhiệt độ nung: tn = 1170℃ dựa theo nhà máy NPG Hưng Yên Theo TCVN với gạch đạt cấp BIIa, độ hút nước khoảng 3÷6% Bài phối liệu tính toán lựa chọn cận H = 3% → ∆𝑡𝑡 = 30 ℃ → Nhiệt độ kết khối là: 𝑡𝑡𝑘𝑘𝑘𝑘 = 1170 + 30 = 1200℃ → Nhiệt độ chảy : tc= 1180/0.74 = 1635℃ 63 Hình 0.1: “Độ chịu lửa hỗn hợp phối liệu Cao lanh - Feldspar - Thạch anh’’theo Zapp Dựa theo kết khảo sát thực tế với côn 23 côn 26 theo giản đồ Hình 0.1, đơn phối liệu đối chứng xác định là: Bảng 0.2: Đơn phối liệu đối chứng ứng với côn 23-26 26 Cấp phối, % khối lượng Nguyên liệu Côn 23-26 Côn 26 Đất sét đỏ Bắc Ninh 52 47,4 Cao lanh Phú Thọ 12 27,6 Feldspar Yên Bái 36 25 Sử dụng chế độ nung tới nhiệt độ nung tối đa 1170°C, tốc độ nâng nhiệt 10°C/phút, lưu 5’ thu kết độ hút nước mẫu đối chứng 0,1 0,6%, thấp so với yêu cầu 3-6% Như vậy, thấy loại đất sét cao lanh dễ chảy khiến cho đơn phối liệu kết khối so với tính tốn lý thuyết Do đó, để đảm bảo nhiệt độ nung tương tự cơng nghiệp, chịu lửa tính toán thành phần nguyên liệu cần nâng lên cao Cụ thể, côn lựa chọn côn chịu nhiệt 29 Hình 0.1 Khi đó, thành phần T – Q – F phối liệu sau: 𝑇𝑇 = 45, 𝑄𝑄 = 29, 𝐹𝐹 = 26 Chọn hàm lượng đất sét 50% Gọi khối lượng cao lanh feldspar phối liệu x% y% ⇒ Hệ phương trình: 64 � 56.4𝑥𝑥 + 6.9𝑦𝑦 = 45 − 0.5 × 40.48 23.67𝑥𝑥 + 22.86𝑦𝑦 = 29 − 0.5 × 33.44 Giải hệ ta được: x = 0.43; y = 0.10 Quy 100% ta được: hàm lượng nguyên liệu là: đất sét: 47.74%; feldspar 10%; cao lanh: 42.26%; Bảng 0.3 Bảng thành phần T – Q – F nguyên liệu cung cấp cho phối liệu Nguyên liệu Thành phần (%) T Q F Đất sét 47.74 19.33 0.62 2.50 Cao lanh 42.26 23.82 0.48 1.31 Feldspar 10 0.69 8.70 18.97 T – Q – F tính tốn 100 47.6 30.7 21.7 T – Q – F chọn 100 45 29 26 Nhận xét: Thành phần T – Q – F tính toán theo phối liệu xấp xỉ theo thành phần T – Q – F chọn, chấp nhận phối liệu 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] TCVN 13113:2020 Gạch gốm ốp lát - Định nghĩa, phân loại, đặc tính kỹ thuật ghi nhãn, 2020 Nguyễn Thành Đông and Huỳnh Đức Minh, Công nghệ gốm sứ Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2009 L Baraldi (2020) World production and consumption of ceramic tiles Ceramic word review T c t kê (2019) O F T N L Bowen, "The System NaAlSi3O8-KAlSi3O8-H2O," The Journal of Geology, vol 58, no 5, pp 489-511, 1950 N T Tỵ, "Nghiên cứu sản xuất frit sở trường thạch nước dùng cho sản xuất sứ dân dụng nhiệt độ nung ≤ 1250 độ C," Bộ Công thương2016 N Đ Hùng, Công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa Hà Nội: Nhà xuất Bách khoa - Hà Nội, 2006 I J McColm, Dictionary of Ceramic Science and Engineering springer, 2013 J Shelbyy, Introduction to Glass Science and Technology Royal Society of Chemistry, 2005 W H Zachariasen, "The atomic arrangement in glass," J Am Chem Soc, vol 54, pp 3841-3851, 1932 J B B E Warren, "FOURIER ANALYSIS OF X-RAY PATTERNS OF SODA-SILICA GLASS," Journal of the American Ceramic Society, vol 21, pp 259-265, 1938 A A M D.S Sanditov, "Mathematical treatment of experimental data on the viscosity of glass melts in a wide temperature range," Glass Physics and Chemistry vol 36, pp 41-44, 2010 S A Mustafi, Moh; Dewan, A; Ahmed, Samina; Khatun, Nazia, Absar, Nurul, "Effect of waste glass powder on physico-mechanical properties of ceramic tile," Bangladesh J Sci Res., vol 24, pp 169-180, 2012 D D A Nicoletta Marinoni, Valeria Diella, Alessandro Pavese, Ferdinando Francescon, "Effects of sodaelimeesilica waste glass on mullite formation kinetics and micro-structures development in vitreous ceramics," Journal of Environmental Management, vol 124, pp 100-107, 2013 N C D Lê Văn Quang, "Xu hướnng ứng dụng tro xỉ nhiệt điện sản xuất vật liệu xây dựng," in "Báo cáo phân tích xu hướng cơng nghệ," Sở khoa học cơng nghệ TP hồ Chí Minh2019 H G Tan, Y; Liu, M.; He, X; Ma, B; Chen, Fangjie, "Effect of wet- and dry-grind fly ash on the durability of concrete," ZKG International, vol 70, pp 50-55, 2017 J Q Zhiwei Zhang, Chao You, Changhua Hu, "Use of circulating fluidized bed combustion fly ash and slag in autoclaved brick," Construction and Building Materials, vol 35, pp 109-116, 2012 J L Lee, Taegyu, "Effects of High CaO Fly Ash and Sulfate Activator as a Finer Binder for Cementless Grouting Material," Materials, vol 12, 2019 66 [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] G L Hui Li, Yan Cao, "Content and Distribution of Trace Elements and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Fly Ash from a Coal-Fired CHP Plant," Aerosol and Air Quality Research, vol 14, pp 1179-1188, 2014 (2022) Xử lý nguồn tro, xỉ từ nhà máy nhiệt điện: Tạo nguồn vật liệu xây dựng A N S a M D A Thomas, "Evaluation of Fly Ash From CoCombustion of Coal and Petroleum Coke for Use in Concrete," ACI Materials Journal-American Concrete Institute, vol 104, no 1, pp 62-69, 01/01/2007 2007 W J Halstead, "USE OF FLY ASH IN CONCRETE," National Cooperative Highway Research Program., vol 127, 1986 M A Jenny Vestin, Desiree Nordmark, Anders Lagerkvist, and B L Per Hallgren, "Fly ash as a road construction material," presented at the Int Conf on Environmental and technical implications of construction with alternative materials, Gothenburg, Sweden, 2012 N T Katarina Mirkovic, Goran Mladenovic, "Effect of Different Types of Fly Ash on Properties of Asphalt Mixtures," Advances in Civil Engineering, vol 2019, 2019 R M T K Roy, "Effect of using fly ash as alternative filler in hot mix asphalt," Perspectives in Science, vol 8, pp 307-309, 2016 Z Nalbantoglu, "Effectiveness of Class C fly ash as an expansive soil stabilizer," Construction and Building Materials, vol 18, no 6, pp 377– 381, 2004 E E Mucahit Sutcu, Osman Gencel, Aliakbar Gholampour, Ebubekir Atan, Togay Ozbakkaloglu, "Recycling of bottom ash and fly ash wastes in eco-friendly clay brick production," Journal of Cleaner Production, vol 223, pp 753-764, 2019 S A Lianyang Zhang, Jinhong Zhang, "Synthesis and characterization of fly ash modified mine tailings-based geopolymers," Construction and Building Materials, vol 25, no 9, pp 3773-3781, 2011 J X Xing-hua Qin, Yu Feng, Arash Tahmasebi, Jiang-long Yu, "An Experimental Study on Production of Silica Aero-gel using Fly Ash from Coal-fired Power Plants " Advanced Materials Research, vol 1010-1012, pp 943-946, 2014 K J M Oscar M Dunens, Andrew T Harris, "Synthesis of Multiwalled Carbon Nanotubes on Fly Ash Derived Catalysts," Environ Sci Technol, vol 20, pp 7889-7894, 2009 M Sutcu, E Erdogmus, O Gencel, A Gholampour, E Atan, and T Ozbakkaloglu, "Recycling of bottom ash and fly ash wastes in ecofriendly clay brick production," Journal of Cleaner Production, vol 233, pp 753-764, 2019 M.-I M Chou, V Patel, C J Laird, and K K Ho, "Chemical and engineering properties of fired bricks containing 50 weight percent of class F fly ash," Energy Sources, vol 23, no 7, pp 665-673, 2001 G Cultrone and E Sebastián, "Fly ash addition in clayey materials to improve the quality of solid bricks," Construction and Building Materials, vol 23, no 2, pp 1178-1184, 2009 67 [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] A Zimmer and C Bergmann, "Fly ash of mineral coal as ceramic tiles raw material," Waste Management, vol 27, no 1, pp 59-68, 2007 Y Luo, S Ma, S Zheng, C Liu, D Han, and X Wang, "Mullite-based ceramic tiles produced solely from high-alumina fly ash: preparation and sintering mechanism," Journal of Alloys and Compounds, vol 732, pp 828-837, 2018 A Sarabia, J Sanchez, and R Ramírez, "Production of lightweight red ceramic floor tiles with addition of thermoelectric plant coal fly ash and its effect on physic mechanical properties," in Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol 1388, no 1, p 012017: IOP Publishing N T Liêm, "Nghiên cứu tận dụng tro xỉ than nhiệt điện cốt liệu thủy tinh để sản xuất gạch không nung," Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng2018 H T Trang, "Nghiên cứu khả sử dụng tro bay nhiệt điện sản xuất gạch gốm ốp lát," Trường đại học Xây dựng2017 I Queralt, X Querol, A López-Soler, and F J F Plana, "Use of coal fly ash for ceramics: a case study for a large Spanish power station," vol 76, no 8, pp 787-791, 1997 E Karamanova and A Karamanov, "Glass-ceramic frits from fly ash in terracotta production," Waste management & research, vol 27, no 1, pp 87-92, 2009 V H Tùng, "Phương pháp sản xuất frit từ tro xỉ nhiệt điện," Việt Nam, 2016 V H Tùng, "Phương pháp sản xuất vật liệu thủy tinh vật liệu gốm thủy tinh từ tro xỉ nhiệt điện " Việt Nam, 2019 Đ T Khiêm, "Nghiên cứu thay feldspar phối liệu xương gạch lát ceramic frit tổng hợp từ tro bay nhiệt điện Mông Dương," Đồ án tốt nghiệp- Đại học Bách khoa Hà Nội, 2020 A M E F Osborn, "Phase Diagrams for Ceramics," J Am Ceram Soc, vol 1, p 219, 1964 Z X Jinshu Cheng, Kun Yang, Hao Wu, "Viscosity, fragility and structure of Na2O–CaO–Al2O3–SiO2 glasses of increasing Al/Si ratio," Ceramics International, vol 39 pp 4055–4062, 2013 K R R a W M Carty, "The Effects of Ionic Concentration on the Viscosity of a Clay-Based System," Ceramic Engineering and Science Proceedings, vol 19, no 2, p 65, 1998 68