Đạt được độ chính xác cao nhất về thành phần hoá và tỉ lệ các loại cỡ hạt, thành phần phối liệu và các tính chất kĩ thuật của nó ở các khâu khác nhau trong dây chuyền công nghệ để đảm bảo đúng tính chất cần mong muốn của các loại sản phẩm sau khi nung.Đạt được độ đồng nhất cao về thành phần hoá, thành phần hạt, lượng nước tạo hình, chất điện giải hay các loại phụ gia v.v... trong phối liệu theo thời gian và vị trí khác nhau.Kiểm tra nguyên liệu và tính bài phối liệuNgười ta thường tiến hành nghiêm ngặt việc kiểm tra chất lượng đầu vào của tất cả các loại nguyên liệu dùng cho quá trình sản xuất, nhất là đối với các sản phẩm gốm có yêu cầu chất lượng cao (như gốm mịn, gốm kỹ thuật ...). Việc kiểm tra bao gồm: phân tích thành phần hoá, thành phần khoáng, các tính chất công nghệ của nguyên liệu (chẳng hạn như độ dẻo và lượng nước tạo hình thích hợp của đất sét, khả năng đổ rót, độ mịn, độ co khi sấy và nung v.v...) để từ đó tính toán bài phối liệu sản xuất xương (hay men) bao gồm cấp phối của từng nguyên liệu một, được tính theo % trọng lượng hay phần trọng lượng.Độ sạch cũng như chất lượng đạt yêu cầu của nguyên liệu, sự phân tích chính xác và tính toán đúng bài phối liệu là những tiền đề cơ bản để cho sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao.Việc tính toán các bài phối liệu đế sản xuất các loại xương gốm sẽ được nêu trong phần sau, các bài phối liệu để sản xuất men gốm sẽ được nêu trong chương Men phủ và chất màu trang trí sản phẩm gốm.Khi tính toán và thiết lập bài phối liệu nguời ta thường dùng nhiều nguyên liệu của cùng một loại (chẳng hạn đất sét có thể dùng từ hai đến ba loại). Mục đích là để ổn định thành phần phối liệu khi một nguyên liệu nào đó có thành phần dao động không mong muốn.Chuẩn bị phối liệu:Mục đích của việc chuẩn bị phối liệu là:Tạo ra phối liệu đúng theo bài cấp phối.Tiếp tục nghiền mịn các loại nguyên liệu đến cỡ hạt yêu cầu.Tạo được sự hoà trộn đồng nhất của tất cả các loại nguyên liệu trong phối liệu, có độ ẩm đồng nhất, có những thông số công nghệ tối ưu phù hợp với công đoạn tạo hình tiếp theo.
5.7 TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU MEN 5.7.1 Phương pháp 1: Hãy xác đònh công thức phân tử của men và xác đònh thành phần trọng lượng của loại men có thành phần hóa học sau đây : SiO 2 : 68,3 % AL 2 O 3 : 14,93 % Na 2 O : 5,39 % CaO : 11,37 % 1/ Xác đònh công thức phân tử : Lấy phần trăm của các ôxýt thành phần men chia cho phân tử lượng của các ôxýt đó ta được số phân tử : SiO 2 : mol Na 2 O : mol AL2O3 : mol CaO : mol 1385,1 60 3,68 = 0869.0 62 39.5 = 1447.0 103 93.14 = 203.0 56 37.11 = • Theo công thức Seger ta có : 0,0869 Na 2 O. 0,203 CaO }. 0,1447 AL 2 O 3 . 1,138 SiO 2 . • Như vậy ∑ RO +R 2 O = 0,0869 + 0,2030 = 0,2899 <1 . Như vậy chưa thỏa mãn điều kiện của công thức Seger cho nên ta phải tính lại số phân tử của các thành phần trên : SiO 2 : mol ; AL 2 O 3 : mol Na 2 O : mol ; CaO : mol Vậy công thức men của nó là : 0,3Na 2 O . 0,7CaO . 0,5AL 2 O 3 . 3,923SiO 2 923,3 2899,0 138 , 1 = 5,0 2899,0 1447 , 0 = 3,0 2899,0 0869 , 0 = 7,0 2899,0 203 , 0 = • 2/ Xác đònh thành phần trọng lượng :: • Đến đây bài toán trở nên khá phức tạp để xác đònh được thành phần trọng lượng cũng như là tỷ lệ thành phần phối liệu men , có rất nhiều phương pháp giải khác nhau nhưng tất cả các phương pháp này cũng đều chỉ là phương hướng tính toán cơ bản giúp cho chúng ta tiến hành thực nghiệm nhanh hơn mà thôi . Sau khi tính toán xong chúng ta phải tiến hành thí nghiệm rất nhiều lần mới có được một phối liệu sản xuất men đúng như mong muốn . Ở đây chỉ nêu ra cách tính chung nhất mà thôi . • Trước hết : + 0,3Na 2 O : Ta có thể lấy ở trong feldspar Natri có công thức hóa học như sau : • Na 2 O . AL 2 O 3 . 6SiO 2 • Cho nên trong fensfat sẽ có : • 0,3Na 2 O . 0,3AL 2 O 3 . 1,8SiO 2 . ( PTL : 167,1 ) • + 0,7CaO : Khi nhiệt phân CaCO 3 có phản ứng sau : • CaCO 3 ⇒ CaO + CO 2 ⇑ • 100 56 44 • x 0,7 x56 • x = (0,7x56) x100 : 56 = 70 PTL • cho nên ta lấy CaO ở trong loại đá vôi này được . • • + 0,5AL 2 O 3 : Trong feldspar đã có 0,3 AL 2 O 3 cho nên chỉ cần 0,2 AL 2 O 3 nữa thôi . Lượng này có thể dùng ôxýt nhôm nguyên chất nhưmg giá thành cao ít khi dùng ,mà thực tế hay dùng cao lanh vì ngoài cung cấp oxýt nhôm nó còn làm tăng khả năng chống sa lắng men và dính bám men khi tráng men lên bề mặt sản phẩm . • Cao lanh có công thức : AL 2 O 3 . 2SiO 2 . 2H 2 O • Cho nên lượng caolanh đưa vào sẽ là : • 0,2AL 2 O 3 . 0,4SiO 2 .0,4H 2 O ( PTL 51,80 ) . • + 3,923.SiO 2 : thành phần này đã có ở trong feldspar và cao lanh cho nên chỉ còn thiếu một lượng là : • 3,923 - ( 0,4 + 1,8 ) = 1,723SiO 2 . Lượng này ta đưa vào bằng cát thạch anh 1,723SiO 2 (PTL 103,38 ) . • Như vậy thành phần trọng lựơng của loại men trên như sau : • 100 %392,28Tổng cộng 26,1103,38Cát thạch anh1,723.SiO 2 13,351,8Caolanh0,2AL 2 O 3 . 0,4SiO 2 .0,4H 2 O 17,970,0Đá vôi0,7.CaO 42,7167,1Feldspar0,3Na 2 O.0,3AL 2 O 3 1,8SiO 2 ( % )PTL Thành phần phối liệu menTên nguyên liệu Công thức phân tử 5.7.2 . Phương pháp 2 • Bài toán : Tính toán thành phần phối liệu chế tạo men frit có thành phần hóa học sau (% ) : • SiO 2 AL 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O • 71,76 0,85 0,15 8,44 3,62 14,36 • Nguyên liệu sử dụng có thành phần hóa học như sau : 41,73-58,27 Sôđa 43,7656,24H 3 BO 3 1,93 12,22-O,660,118,8466,25Feldspar 49,52 19,6227,060,6-3,2Đôlomit 44,0 0,254,60,20,30,7Đá vôi O,53 0,520,120,598,33Cát MKNB 2 O 3 Na 2 OK 2 OMgOCaOFe 2 O 3 AL 2 O 3 SiO 2 Nguyên liệu • Giải : Phối liệu tính toán theo 100 phần trọng lượng men , bài toán này là vấn đề giải hệ thống phương trình bậc nhất với số phương trình bằng số các ôxýt có trong men frit . • Gọi x là lượng dùng cát • “ y “ Đá vôi • Gọi z là lượng dùng Tràng thạch • “ t “ Đôlomit • “ q “ Sôđa • a/ Thành lập phương trình : • + Với SiO 2 : Loại này cho vào men dưới dạng cát , cứ 100 phần trọng lượng men cần x phần trọng lượng cát và nó cung cấp 0,9833.x phần trọng lưọng SiO 2 ,ngoài ra SiO 2 còn nằm trong : • - đá vôi 0,007.y • - Tràng thạch 0,6625.z • - Đôlomit 0,032.t • Mặt khác Trong 100 Phần trọng lượng (PTL) men có 71,76 PTL SiO 2 . Cho nên phương trình cân bằng của SiO2 có dạng : • SiO 2 : 71,76 = 0,9833.x + 0,007.y + 0,032.t + 0,6625.z (1) • Tương tự như vậy ta có các phương trình cân bằng của các oxýt khác : • AL 2 O 3 : 0,85 = 0,005.x + 0,003.y + 0,00.t + 0,1884 .z (2) • CaO : 8,44 = 0,0052.x + 0,546.y + 0,2706.t + 0,0066.z (3) • MgO : 3,62 = 0,0.x + 0,002.y + 0,1962.t + 0,00.z (4) • Na2O : 14,36 = 0,5827.q (5) • b/ Giải hệ phương trình trên : Hệ phương trình này có thể giải theo phương pháp thế nhưng mất nhiều thời gian , nay ta giải hệ phương trinh này bằng máy tính theo chương trình. • Ta có kết quả như sau : • q = 24,644 • t = 18,39 • y = 5,63 • z = 2,54 • x = 70,63 . • * Lượng nguyên liệu hao hụt vì bay hơi trong quá trình nấu frit được tính như sau : • + Sô đa bay hơi 3,2 % cho nên lượng sô đa cần dùng là : • 24,64 X 1,032 = 25,43 PTL • Như vậy thành phần phối liệu dùng để nấu 100 PTL men frit là : • Cát : 70,63 PTL • Tràng thạch : 2,54 “ • Đá vôi : 5,63 “ • Đôlomit : 18,39 “ • Sôđa : 25,43 “ • Cộng : 122,62 PTL • c/ Tính toán thành phần phần trăm các ôxýt do từng nguyên liệu đem vào men frit : • */ Từ nguyên liệu cát : • % SiO 2 = 70,63 X 0,9833 = 69,450 • % AL 2 O 3 = 70,63 X 0,0050 = 0,353 • % Fe 2 O 3 = 70,63 X 0,0012 = 0,085 • % CaO = 70,63 X 0,0052 = 0,367 • */ Từ nguyên liệu đá vôi : • % SiO 2 = 5,63 X 0,007 = 0,039 • % Al 2 O 3 = 5,63 X 0,003 = 0,017 • % Fe 2 O 3 = 5,63 X 0,002 = 0,011 • % CaO = 5,63 X 0,546 = 3,074 • % MgO = 5,63 X 0,002 = 0,011 • */ Từ nguyên liệu tràng thạch : • % SiO 2 = 2,54 X 0,6625 = 1,683 • % AL 2 O 3 = 2,54 X 0,1884 = 0,479 • % Fe 2 O 3 = 2,54 X 0,001 = 0,003 • % CaO = 2,54 X 0,0066 = 0,017 • % K 2 O = 2,54 X 0,1222 = 0,310 • */ Từ nguyên liệu Đôlômit : • % SiO2 = 18,39 X 0,032 = 0,588 • % Fe2O3 = 18,39 X 0,006 = 0,110 • % CaO = 18,39 X 0,2706 = 4,976 • % MgO = 18,39 X 0,1962 = 0,608 • */ Từ nguyên liệu Sa : • % Na2O = 25,43 X 0,5827 = 14,81 • Như vậy chúng ta có thành phần phối liệu sản xuất men như sau : THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU VÀ THÀNH PHẦN LÝ THUYẾT MEN FRIT 99,9914,810,3103,6198,4340,2090,84971,76122,62Cộng 14,8114,81 25,43Sôđa 2,492-0,310-0,0030,0170,4791,6832,54Feldspar 9,282 3,6084,9760,110-0,58818,39Đôlomit 3,192 0,0113,0740,0110,0170,0395,63Đá vôi 70,26 0,3670,0850,35369,4570,63Cát Na 2 OK 2 OMgOCaOFe 2 O 3 AL 2 O 3 SiO 2 TổngCác lọai ôxýt kim lọai mang vào ( % )PTLNguyên liệu • Tóm lại : Thành phần của loại men frit cần chế tạo theo tính toán lý thuyết khá đúng so với yêu cầu ban đầu của bài toán . Các thành phần ôxýt do nguyên liệu mang vào giữa tính toán và đầu bài có sự sai số không đáng kể ,chấp nhận được . Duy nhất có thành phần xýt sắt thì cao hơn yêu cầu của bài toán , nhu vậy thực tế khi sử dụng chúng ta cần có các biện pháp công nghệ để khắc phục khống chế hàm lượng ôxýt sắt này ví dụ như : dùng máy hút sắt từ để khử sắt khi nghiền mòn tràng thạch , Bơm men lỏng qua sàng rung điện từ Chương 2 : TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU XƯƠNG GỐM SỨ I.1 Tính thành phần phối liệu chế tạo xương gốm sứ khi biết thành phần hóa học của lọai xương gốm đó . Bài tóan 1 : Khi phân tích thành phần hóa học của một lọai xương gốm có giá trò như sau (% ) : SiO 2 : 49,27 CaO : 0,75 MgO : 0,6 Fe 2 O 3 : 1,06 Al 2 O 3 : 35,74 Na 2 O : 0,82 K 2 O : 0,95 MKN : 10,81 Hãy xác đònh thành phần phối liệu để chế tạo lọai sản phẩm có thành phần hóa học như trên . Trước hết chúng ta phải lựa chọn nguyên liệu sử dụng trước , đối với thành phần K 2 O và Na 2 O cần phải đưa vào ở dạng : Feldspar Natri và Feldspar Kali : Na 2 O. Al 2 O 3 .6SiO 2 có PTL = 524 SiO 2 có PTL = 60 K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 có PTL = 556 Al 2 O 3 có PTL = 102 Na 2 O có PTL = 62 K 2 O có PTL = 94 Ở đây chúng ta tính cho 100 phần trọng lượng phối liệu sản xuất gốm sứ. • a/ Tính nguyên liệu cung cấp K 2 O và Na 2 O : • + Gọi x là lượng Feldspar kali trong 100 PTL phối liệu . • Ta có : ⇒ PTL • + Gọi y là lượng feldspar natri trong 100 PTL phối liệu . • Ta có : ⇒ PTL • Sau khi có được feldspar kali và feldspar natri , chúng ta cần phải xác đònh hàm lượng AL 2 O 3 và SiO 2 có trong đó : • - Gọi k là hàm lượng AL 2 O 3 có trong K 2 O.Al O 3 .6SiO 2 , ta có : x 95,0 556 94 = 620,5 94 95 , 0 . 556 ==x y 82 , 0 524 62 = 93,6 62 82 , 0 . 524 ==y ⇒ PTL 62,5556 102 k = - Gọi n là hàm lượng SiO2 có trong K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 ,ta có : 03,1 556 62 , 5 . 102 ==k 93,6524 102 z = 35,1 524 93 , 6 . 102 ==z -Gọi z là hàm lượng AL 2 O 3 có trong Na 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 , ta có : ⇒ PTL 62,5556 360 n = 64,3 556 360.62,5 ==n ⇒ PTL 93,6524 360 P = 76,4 524 360 . 93 , 6 ==P -Gọi p là hàm lượng SiO 2 có trong Na 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 , ta có : ⇒ PTL • Như vậy : + Tổng hàm lượng Al 2 O 3 có trong 2 lọai feldspar là : 1,35 + 1,03 = 2,38 PTL • + Tổng hàm lượng SiO 2 có trong 2 lọai feldspar là : 4,76 + 3,64 = 8,4 PTL • b/ Tính lượng nguyên liệu cung cấp Al 2 O 3 : • Theo phân tích thành phần hóa học của xương gốm sứ có 35,74 PTL Al 2 O 3 ,vậy lượng Al 2 O 3 còn thiếu là : • 35,74 – 2,38 = 33,36 PTL .Lượng thiếu hụt này ta sử dụng cao lanh Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O có PTL = 258,ta xác đònh lượng dùng cao lanh sẽ là : • 102 PTL Al 2 O 3 có trong 258 PTL caolanh • 33,36 nt q nt • Tuy nhiên cao lanh có lượng mất khi nung 10% cho nên lượng dùng caolanh sẽ là : 84,38 + 8,438 = 92,818 PTL ⇒ 38,84 102 258 . 36 , 33 ==q PTL • Mặt khác khi sử dụng caolanh nó sẽ kèm theo SiO 2 cho nên ta phải tính lượng SiO 2 đó ( t ) : • ⇒ PTL 38,84258 120 t = 25,39 258 120 . 38 , 84 ==t Như vậy tổng số SiO 2 đã có trong 2 lọai feldspar và caolanh sẽ là : 8,4 + 39,25 = 47,65 PTL . Lượng SiO 2 còn thiếu là : 49,27 – 47,65 = 1,62 PTL ,lượng thiếu hụt này chúng ta sử dụng cát thạch anh để bổ xung . c/ Tính lượng nguyên liệu cung cấp CaO và MgO : Đối với 2 lọai thành phần CaO và MgO chúng ta sử dụng nguồn nguyên liệu chính là CaCO 3 và MgCO 3 trong đó : PTL của chúng như sau : CaO : 56 ; MgO : 40,3 ; CaCO 3 : 100 ; MgCO 3 : 84,3 • + Tính lượng dùng CaCO 3 , theo phương trình phản ứng hóa học : • CaCO 3 ⇒ CaO + CO 2 ↑ • Như vậy Cứ 100 PTL CaCO 3 ⇒ có 56 PTL CaO • Nên m 0,75 • Lượng dùng đá vôi là : • PTL . 4,1 56 75 , 0 . 100 ==m + Tính lượng dùng MgCO 3 ,theo phương trình phản ứng hóa học : MgCO 3 ⇒ MgO + CO 3 ↑ Tương tự như phần tính lượng đá vôi ta có lượng dùng MgCO 3 như sau : 26,1 3,40 6 , 0 . 3 , 84 ==n PTL + Chú ý : Trong thành phần phối liệu xương gốm sứ thì thành phần ôxyt sắt không có lợi cho sản xuất cho nên chúng ta cần có những biên pháp công nghệ để xử lý . • Bảng tổng hợp thành phần phối liệu như sau : 100,00109,648Tổng cộng 1,161,26Đá phấn MgCO 3 6 1,271,40Đá vôi5 1,481,62Cát thạch anh4 84,6592,818 Caolanh3 5,125,62Feldspar kali2 6,326,93Feldspar natri1 ( % )PTL Thành phần phối liệuTên nguyên liệuSố TT • Bài tóan 2 : Tính thành phần phối liệu chế tạo xương sứ khi biết thành phần hóa học của nguyên liệu và xương . • Thành phần hóa học (%) của xương sứ như sau : • SiO 2 : 71,83 ; Al 2 O 3 : 24,65 ; CaO : 0,5 • MgO : 0,38 ; K 2 O + Na 2 O : 2,65 . 100 0,59 0,14-2,9896,29Cát SiO 2 100 0,530,822,960,320,28-0,618,7166,78Feldspar 100 11,110,080,20,13-0,840,5232,0255,1Caolanh 100 10,820,190,680,370,361,142,2127,257,03Đất sét MKNNa 2 OK 2 OMgOCaOTiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 SiO 2 Tổng Cộng (%) Hàm lựợng các oxýt (%)Nguyên liệu • • Tha Tha ø ø nh pha nh pha à à n ho n ho ù ù a ho a ho ï ï c cu c cu û û a nguyên lie a nguyên lie ä ä u s u s ử ử du du ï ï ng nh ng nh ư ư sau : sau : • Bài giải : + Trong thực tế sản xuất để đảm bảo tính dẻo ,tính tạo hình sản phẩm chúng ta phải sử dụng trung bình lượng đất sét dẻo là 30 % ,cho nên lượng các oxýt riêng biệt do nó đem vào sẽ là : • - SiO2 : 0,5703 X 30 = 17,19 PTL • - Al2O3 ; 0,272 X 30 = 8,16 PTL • - K2O + Na2O : 0,0087 X 30 = 0,261 PTL • - CaO : 0,0036 X 30 = 0,108 PTL • - MgO : 0,0037 X 30 = 0,111 PTL • + Lượng các lọai oxýt còn thiếu cần phải đưa vào sẽ là : • - SiO2 : 71,83 - 17,19 = 54,64 PTL • - Al2O3 : 24,65 - 8,16 = 16,49 PTL • - K2O + Na2O : 2,65 - 0,261 = 2,389 PTL • - CaO : 0,50 - 0,108 = 0,392 PTL • - MgO : 0,38 - 0,111 = 0,270 PTL • Đến đây ta thấy : lượng Al 2 O 3 và (K 2 O + Na 2 O) còn thiếu ,ta sẽ xử dụng caolanh và feldspar vì nhóm nguyên liệu này có tất cả những thành phần chúng ta cần , ta lập hệ phương trình 2 ẩn số là caolanh và feldspar với các tham số là lượng Al 2 O 3 , K 2 O + Na 2 O còn thiếu : • Gọi : x là lượng dùng cao lanh • y là lượng dùng feldspar • Ta có hệ phương trình : • 0,0028. x + 0,1278.y = 2,389 (1) 0,3202. x + 0,1871.y = 16,490 (2) • Giải hệ phương trình trên ta có : • Lượng dùng caolanh (x) = 42,5 PTL • Lượng dùng feldspar (y) = 17,79 PTL •Với lượng dùng feldpar và caolanh này sẽ đem theo lượng SiO2 là : - Trong caolanh : 0,551 X 42,5 = 23,42 PTL - Trong feldspar : 0,6671 X 17,79 = 11,87 PTL •Trong đất sét cũng đã đem vào • lượng SiO2 = 17,19 PTL • Cộng : 52,48 PTL •Như vậy lượng SiO2 còn thiếu là : 71,83 - 52,48 = 19, 35 PTL .Phần còn thiếu này chúng ta sử dụng cát thạch anh : Lượng dùng cát thạch anh 085.20 29,96 100.35,19 = PTL PTL • + Tính thành phần CaO : • Khi dùng Feldspar sẽ đem theo vào lượng CaO là : • 0,0028 X 17,79 = 0,049 PTL • Như vậy lượng CaO còn thiếu : • 0,392 – 0,049 = 0,343 PTL • Lượng thiếu hụt này chúng ta sử dụng CaCO 3 : • Phương trình phản ứng nhiệt phân đá vôi : • CaCO 3 ⇒ CaO + CO 2 ↑ Xác đònh lượng dùng CaCO 3 : 6125,0 56 343,0.100 = PTL PTL •+ Tính thành phần MgO : • Lượng MgO còn thiếu : • 0,27 - [ ( 0,13 . 0,425 ) + ( 0,32 . 0,1779 ) ] = 0,16 PTL • Chúng ta sử dụng MgCO 3 : • Phương trình phản ứng nhiệt phân MgCO3 : • MgCO 3 ⇒ MgO + CO 2 ↑ • Xác đònh lượng dùng MgCO 3 • PTL •+ Lượng dùng đất sét thực tế là : • 30 + ( 0,1082 . 30 ) = 33,246 PTL • Do lượng mất khi nung của đất sét là 10,82 %. •+ Lượng dùng caolanh thực tế : • 42,5 + ( 0,1111 . 42,5 ) = 47,2 PTL • 33,0 3,40 3 , 84 . 16 , 0 = Thành phần phối liệu sử dụng để sản xuất là : 100 %119,2635Tổng cộng 0,280,330Đá dolomit MgCO 3 6 0,51 0,6125Đá vôi CaCO 3 5 16,8220,085Cát thạch anh 4 14,9217,79Tràng rhạch ( feldspar ) 3 39,5747,20 Caolanh2 27,8733,246Đất sét 1 ( % )PTL Thành phần phối liệu Nguyên liệu sử dụng Số TT