Tiểu luận môn Những quá trình sản xuất cơ bản Công nghệ sản xuất gốm tinh

1 Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Viên Khoa học và công nghệ Môi Trường Bộ môn Những quá trình sản xuất cơ bản Thầy: Nhóm tiểu luận môn học Nhóm 10 ************************** Trưởng nhóm: Nguyễn Thị Vui MSSV: 20093309 SĐT: 01649581873 Nguyễn Hồng Quân MSSV: 20092123 Nguyễn Minh Quân MSSV: 20092127 Nguyễn Xuân Đương MSSV: 20090771 Lê Hoàng Mỹ MSSV: 20081784 2 Mục lục 2 MỞ ĐẦU 3 NỘI DUNG I/ Nguyên vật liệu và năng lượng. 5 1.Nguyên liệu dẻo. 5 2. Nguyên liệu gầy. 6 a.Trường thạch. b. Thạch anh (quartz) 3. Nguyên liệu làm khuôn và các nguyên liệu khác. 7 4. Năng lượng. II/ Công nghệ sản xuất gốm tinh. 9 *SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 9 * Thuyết minh: 1. Gia công và chuẩn bị phối liệu. 9 a./ Nghiền b./ Chuẩn bị phối liệu 2. Tạo hình 12 3. Sấy 13 4. Nung 14 a./ Cơ sở lí thuyết của quá trình nung b./Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nung và chất lượng sản phẩm c./Các phản ứng chính tạo dòng thải 5. Men và giai đoạn tráng men. 17 a/ Công thức và nguyên liệu cho men gốm. b./ Phương pháp sản xuất men c./Các phương pháp tráng men III/ Kĩ thuật gốm sứ với vấn đề môi trường. 21 KẾT LUẬN. 22 3 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 MỞ ĐẦU Công nghiệp gốm sứ là một trong những ngành được phát triển rất sớm, ngay sau khi con người tìm ra lửa. Lịch sử thế giới đã chứng minh sự phát triển mạnh mẽ của ngành nghề này.Sự phát triển của công nghiệp gốm có sự góp phần to lớn của gốm tinh vì phạm vi sử dụng rộng rãi của nó. Gốm tinh có nhiều tính chất quý như xương kết khối cao, độ xốp bé, cấu trúc mịn và thường được bọc một lớp men mỏng đẹp, nên được sử dụng ở nhiều lĩnh vực như dân dụng, mỹ nghệ, xây dựng, Ngành khảo cổ học đã tìm thấy ở rất nhiều nơi trên thế giới những tác phẩm gốm sứ nghệ thuật cổ vô cùng độc đáo, đánh dấu từng chặng đường phát triển chói lọi của công nghiệp gốm sứ trên phạm vi toàn thế giới, đặc biệt ở Ai Cập, I-ta-li-a , Hy Lạp thời cổ đại; Trung Quốc ở thời kì nhà Thanh (thế kỉ thứ 16) và nhiều nước châu Âu châu Á khác. Ở Việt Nam, thời thượng cổ ông cha ta cũng đã sản xuất được đồ gốm,các di vật lịch sử bằng gốm của nền văn hóa thời Hùng Vương phát hiện ở nhiều địa điểm khảo cổ trên khắp đất nước, cho thấy thời kì đó tổ tiên ta đã có nền văn hóa khá rực rỡ. Đặc biệt các sản phẩm gốm thời Lí- Trần với các họa tiết trang trí kiểu hoa văn và nhiều màu sắc mang tính dân tộc độc đáo. Thời kì này, hàng gốm Việt Nam đã được xuất cảng sang Nhật Bản và các nước Đông Nam Á khác. Các cơ sở gốm lâu đời và nổi tiếng của nước ta là Hương Canh, Bát Tràng, Móng Cái, Hội An, Lái Thiêu, Biên Hòa, Ngày nay, khoa học và kĩ thuât đang phát triển rất mạnh, mang đến các phát minh về các phương pháp công nghệ mới, cũng như các loại vật liệu mới ngày 4 càng một nhiều, một hoàn thiện hơn. Đồng thời, xã hội cũng phát triển, nhu cầu về gốm sứ ngày càng tăng, với đòi hỏi cao hơn, là điều kiện để cho công nghiệp gốm sứ phát triển mạnh, song điều đó lại dẫn đến việc giải quyết bài toán về môi trường sinh thái do ảnh hưởng từ quá trình sản xuất gốm sứ . Với tinh thần đó chúng em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu cho tiểu luận môn học Những quá trình sản xuất cơ bản về: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM TINH VÀ CÁC CHẤT THẢI ĐẶC TRƯNG KÈM THEO NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG TRONG QUÁ TRÌNH. Đề tài được nghiên cứu trong phạm vi là gốm tinh, với giới hạn kích thước cho phép của tiểu luận, chúng em hi vọng và đã cố gắng trình bày những vấn đề cốt yếu nhất. Mong được sự phê bình đóng góp ý kiến của thầy giáo và các bạn! PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC 1. Hồng Quân: II/4Nung (Phần II/5), Men, I/ Nguyên vật liệu và năng lượng 2. Minh Quân:, Phần II/1,2 (Gia công và tạo hình.),I4/ Năng lượng, II/3 Sấy 3. Đương:II/3 (Sấy), II/1,2Gia công và tạo hình,II/4 Nung 4. Mỹ: Không có liên lạc 5. Nguyễn Vui: I/ Nguyên vật liệu và năng lượng,II/4Nung,III/ Môi trường, Mở đầu, Kết luận,trình bày. Riêng SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ: tất cả cùng làm NỘI DUNG I/ Nguyên vật liệu và năng lượng 5 Nguyên liệu chính để sản xuất gốm sứ nói chung và gốm tinh nói riêng là các loại cao lanh và đất sét (nguyên liệu dẻo); các loại quắc(thạch anh), trường thạch, hoạt thạch (nguyên liệu gầy) cùng một số nguyên liệu khác dạng oxit, thạch cao trong đóng khuôn gốm, và các nguyên liệu sản xuất bao nung, chất màu và men màu, 1/ Nguyên liệu dẻo Cao lanh và đất sét là sản phẩm phong hoá tàn dư của các loại đá gốc chứa tràng thạch như pegmatit, granit, gabro, bazan, rhyolit, do chịu sự tác dụng tương hổ của các quá trình hoá học, cơ học, sinh vật học bao gồm các hiện tượng phong hoá, rửa trôi và lắng đọng trong thời gian dài. Việt Nam có nhiều mỏ cao lanh và đất sét trữ lượng lớn tập trung ở vùng đồi núi dốc thoải hay thung lũng giữa các núi, như mỏ đất sét Hoành Bồ, mỏ cao lanh Tân Mài Quảng Ninh, mỏ Định Trung Vĩnh Phúc,… Các mỏ đất sét phổ biến là được tạo thành từ trầm tích lắng đọng nên thành phần hạt mịn hơn và thành phần khoáng vật phức tạp hơn. Cao lanh và đất sét xét theo thành phần hoá, thành phần khoáng cũng như cấu trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng. Mỗi nhóm khoáng bao gồm các đơn khoáng có cấu trúc hoặc tính chất gần giống nhau. Ba nhóm khoáng quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp là nhóm caolinit (Al 2O3.2SiO2.2H2O; SiO2: 46.54%; Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96%.); nhóm môntmôrilônit (Al2O3.4SiO2.H2O + jnH2O); nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica: K2O.3Al2O3.6SiO2. 2H2O. Độ dẻo của hổn hợp đất sét và cao lanh khi trộn với nước quyết đinh khả năng giữ nguyên hình dạng mới khi chịu tác dụng của lực bên ngoài mà không bị nứt. 2/ Nguyên liệu gầy 6 a.Trường thạch Về mặt hóa học trường thạch là những aluminôsilicat K, Na, Ca tức K[AlSi 3 O 8 ] hay Na[AlSi 3 O 8 ], K+ có thể được thay thế bởi Ba2+, Sr2+ nhưng rất hiếm. Trong thực tế ít khi chúng tồn tại ở dạng đơn khoáng riêng biệt mà phổ biến là các hổn hợp đồng hình. Chúng được chia ra các nhóm phụ sau : - Nhóm phụ plagioclaz: là hổn hợp đồng hình của trường thạch natri (albit Na 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 ) và trường thạch canxi (anortit CaO.Al 2 O 3 .2SiO 2 ). - Nhóm phụ ortoklaz: là hổn hợp đồng hình của trường thạch kali (K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 ) và natri. Tác dụng của trường thạch: có tác dụng tạo pha lỏng trong quá trình nung, hạ nhiệt độ nung và thúc đẩy quá trình kết khối sản phẩm gốm. Trường thạch kali có tác dụng tốt trong xương sứ vì cho phép hạ thấp nhiệt độ nung song khoảng nung rộng, sứ ít bị biến hình (nên còn gọi là trường thạch phối liệu). Trường thạch natri lại thích hợp cho men sứ: độ nhớt của men bé, dễ chảy, men bóng láng hơn. Tác dụng của trường thạch đối với xương sứ còn ở chổ khi nó nóng chảy có khả năng hòa tan thạch anh (SiO 2 ) hay sản phẩm phân hủy của cao lanh, khi dung dịch đó đạt đến bão hòa sẽ tái kết tinh mullit dạng hình kim. Vai trò của tràng thạch trong công nghiệp gốm sứ là rất quan trọng vì chẳng những nó quyết định điều kiện công nghệ (nhiệt độ nung) mà còn ảnh hưởng lớn đến các tính chất kĩ thuật của gốm sứ. Sứ muốn có độ trong cao (khả năng cho áng sáng xuyên qua lớn) ngoài việc hạn chế các oxyt gây màu (Fe 2 O 3 + TiO 2 ) phải đưa vào một lượng tràng thạch đủ lớn (29 - 30 %). b. Thạch anh (quartz) Công thức hoá học của thạch anh (quartz) là SiO 2 , nó rất phổ biến trong vỏ quả đất. Trong thiên nhiên thạch anh tồn tại dưới 2 dạng chính: - Dạng tinh thể bao gồm cát thạch anh, quaczit và sa thạch. Cát sạch chứa chủ 7 yếu là SiO2 là nguyên liệu chính cho công nghiệp thủy tinh và men sứ. - Dạng vô định hình bao gồm đá cuội (flint) và diatomit. Đá cuội nếu loại có độ cứng cao, độ bào mòn nhỏ và bề mặt ngoài nhẵn thì dùng làm bi nghiền để nghiền nguyên liệu, phối liệu gốm sứ rất tốt. Khi sử dụng thạch anh điều cơ bản là phải quan tâm đầy đủ đến đặc tính biến đổi thù hình của nó. Đặc điểm này làm chúng ta phải quan tâm đầy đủ đến các giai đoạn nung có sự biến đổi thù hình của quăc (có kèm theo sự biến đổi thể tích) để không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.Thạch anh dùng trong công nghiệp gốm tinh có hàm lượng SiO 2 càng cao và lượng các ôxyt gây màu càng ít càng tốt. 3. Nguyên liệu làm khuôn và các loại nguyên liệu khác Nguyên liệu làm khuôn Phổ biến nhất người ta hay dùng là khuôn thạch cao. Ngày xưa người ta dùng khuôn gỗ. Trong thiên nhiên thạch cao tồn tại dưới dạng đihydrat sulfat canxi CaSO 4 .2H 2 O (với 21 % nước kết tinh). Lúc sản xuất khuôn người ta dùng thạch cao chứa 0.5 phân tử nước (CaSO 4 .0.5H 2 O), dạng thạnh cao này nhận được bằng cách sấy bột thạch cao sống CaSO 4 .2H 2 O ở nhiệt độ 1700C. Khi trộn thạch cao chứa 0.5 phân tử nước với một lượng nước thích hợp (thường từ 50 -55 % khối lượng) nó sẽ thực hiện phản ứng hydrat hóa (gọi là quá trình đóng rắn) cho cường độ cơ học khá cao nhưng độ xốp lớn. Hiện nay ngoài thạch cao người ta còn dùng nhựa nhân tạo polyester hay epoxy. Công nghiệp gốm tinh còn dùng nhiều loại nguyên liệu khác như hoạt thạch (talc) 3MgO.4SiO 2 .2H 2 O, đá vôi CaCO3, đôlômit CaCO 3 .MgCO 3 (trong đó CaCO 3 chiếm 54.27% TL, MgCO 3 chiếm 45.73% TL), các hợp chất chứa BaO, TiO 2 , Zr 2 O 3 , Al 2 O 3 v.v 8 Ngoài ra còn dùng các ôxyt thuộc họ đất hiếm như La2O3, BeO, ThO2, hay các ôxyt thuộc nhóm chuyển tiếp như CoO, Cr 2 O 3 v.v thường được dùng để sản xuất chất màu. Khi sử dụng các hợp chất thiên nhiên như hoạt thạch, đá vôi v.v cần lưu ý đến lượng tạp chất trước hết là Fe 2 O 3 , TiO 2 , MnO 2 v.v có trong hợp chất đó vì đây là các ôxyt làm giảm chất lượng sản phẩm (ví dụ gây màu). Nguyên liệu làm chất màu và men nêu ở phần men. 4/ Năng lượng Năng lượng được sử dụng trong sản xuất sản phẩm gốm sứ hiện nay là điện, than, củi, gas. Nung bằng lò thủ công truyền thống: nhiên liệu chủ yếu là loại than cám 5, cám 6. Than được pha trộn theo công thức 50% than cám, 50% chất độn bao gồm giả đất, xỉ than, bùn và nước, sau đó đóng thành các bánh tròn có đường kính khoảng 13 đến 15 cm, phơi khô trước khi đưa vào lò đốt. Đối với loại lò ếch có thể dùng các loại rơm, rạ, tre, nứa để đốt lò, sau đó dùng kết hợp rơm rạ với các loại "củi phác" và "củi bửa" và sau nữa thì củi phác và củi bửa. Củi bửa và củi phác sau khi đã bổ được xếp thành đống ngoài trời, phơi sương nắng cho ải ra rồi mới đem sử dụng. Đối với loại lò đàn, tại bầu, người ta đốt củi phác còn củi bửa được dùng để đưa qua các lỗ giòi, lỗ đậu vào trong lò. Công nghệ mới trong sản xuất gốm sử dụng lò gas con thoi sử dụng nguyên liệu chính là khí gas, cho hiệu quả cao hơn và ít ảnh hưởng tới môi trường hơn. Nung bằng lò gas cho sản phẩm đạt chất lượng cao và đồng đều, tỷ lệ thành phẩm cao. Công nghệ đốt hồ than nước đang gây được sự chú ý của các Doanh nghiệp sản xuất gốm sứ của Việt Nam và trong khu vực. Hồ than nước là một loại nhiên liệu thể lỏng, sạch, được sản xuất bằng công nghệ cao thay thế dầu, tạo khí nóng để sấy 9 nung sản liệu thể lỏng này có tính lưu động giống như dầu DO Hiệu quả cháy rất cao, có thể thay thế dầu và khí gas. II/ Công nghệ sản xuất gốm tinh *SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Gia công và chuẩn bị phối liệu Tạo hình Nguyên liệu men Chế men Sấy Trang trí Tráng men Nung Thu sản phẩm 10 * THUYẾT MINH 1. Gia công và chuẩn bị phối liệu Giai đoạn này giữ vai trò rất quan trọng vì tạo điều kiện cải thiện nhiều tính chất của nguyên phối liệu cũng như chất lượng của sản phẩm nung. Bao gồm : Làm giàu và tuyển chọn nhiên liệu;Gia công thô và gia công trung bình các loại nguyên liệu; gia công tinh (nghiền mịn) nguyên phối liệu. Chuẩn bị nguyên phối liệu theo từng loại sản phẩm phù hợp với các phương pháp tạo hình khác nhau. a.Nghiền Nghiền tạo độ mịn cho nguyên phối liệu, tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt độ cao khi nung vì diện tích tiếp xúc giữa các hạt lớn, mặt khác quá trình nghiền mịn tạo ra số khuyết tật trên bề mặt các tinh thể vật chất nhiều hơn. Nghiền thô và nghiền trung bình nhằm đập và nghiền nguyên liệu dạng cục lớn đến yêu cầu cho phép nạp vào máy nghiền mịn. Thường dùng máy đập búa, đập hàm, nghiền bánh xe cho thạch anh, tràng thạch. Thường dùng máy thái đất, máy nghiền trục trơn hay máy nghiền trục loại có răng cho các nguyên liệu mềm hơn như đá phấn, đất sét, cao lanh Nghiền mịn là công đoạn nghiền quan trọng nhất trong sản xuất gốm. Yêu cầu nghiền mịn là kích thước hạt vật liệu sau khi nghiền phải ≤ 63 µm (tức qua hết sàng 10000 lỗ/cm 2) trong đó cỡ hạt từ 1- 20 µm phải chiếm đa số. Nguyên liệu nạp vào máy nghiền bi thường yêu cầu ≤ 1 mm. b. Chuẩn bị phối liệu [...]... thể với thể tích bé nhất Quá trình tái kết tinh thường tiến hành theo 3 giai đoạn: tạo mầm, các mầm lớn lên thành tinh thể thực sự, các tinh thể trưởng thành Quá trình này xảy ra song song với quá trình kết khối Quá trình xuất hiện pha lỏng tồn tại trong đại bộ phận gốm khi nung thường kèm theo các tác động sau: Phân bố lại các hạt, tạo nên trật tự mới của vật liệu, pha mới xuất hiện ở thành lổ xốp... khác Quá trình nung không những là điều kiện để hình thành nên vật liệu mới, mà ngay trong chính bản thân quá trình cũng chứa đựng nguy cơ: có thể làm cho sản phẩm bị biến dạng hay thậm chí phá hoại sự nguyên vẹn của nó, tức là làm 16 cho sản phẩm có thể bị cong vênh hay thậm chí nứt, vỡ Điều này đặc biệt dễ xảy ra khi dùng những nguyên liệu đất sét rất nhạy khi nung a .Cơ sở lí thuyết của quá trình. .. xuất hiện pha lỏng, quá trình hoà tan và tái kết tinh các tinh thể Tóm lại, nói tổng quát khi nung xảy ra đồng thời các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất, các qúa trình này lại do những biến đổi hoá học và biến đổi pha diễn ra rất phức tạp Sự khác nhau về công nghệ chủ yếu được phân biệt ở khâu nung sản phẩm Hiện có 3 loại lò nung đang được các doanh nghiệp sử dụng là lò thủ công truyền thống,... thúc đẩy công nghệ sử dụng hiệu quả năng lượng, đặc biệt là sử dụng lò gas sẽ đưa đến cuộc cách mạng giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh sản phẩm gốm sứ đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Xuân Yên, Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thu Thuỷ, Kỹ thuật sản xuất gốm sứ, Trường ĐHBK Hà Nội 1992 [2] Đỗ Quang Minh, Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ,... trong quá trình, do khí thải từ các lò nung theo nước mưa ngấm vào đất, nước; ô nhiễm do phế phẩm phế liệu ( gốm sứ, gạch vỡ, đất cát rơi vãi, ); ô nhiễm tiếng ồn, Ô nhiễm từ sản xuất gốm sứ càng ngày càng gia tăng và đang ở mức báo động Nếu không có phương án giải quyết thích hợp kịp thời, ô nhiễm sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường và sức khỏe người dân 23 KẾT LUẬN Sản xuất gốm sứ là ngành công. .. tính chất của sản phẩm Ví dụ sứ giàu SiO2 chỉ đạt độ bền cơ cao nhất khi các hạt SiO2 đạt độ mịn 5-15 Độ sít đặc của các hạt nói riêng và sản phẩm nói chung có ảnh hưởng đến quá trình kết khối Mật độ càng cao, kết khối càng thuận lợi Tốc độ nâng nhiệt độ lúc nung sản phẩm gốm sứ phụ thuộc chủ yếu là quá trình biến đổi các cấu tử trong phối liệu theo nhiệt độ và đặc tính của từng loại sản phẩm (dày,... Men giữ cho sản phẩm khỏi bị tác động của axit , kiềm, tăng tính chống thấm và tính chất khác, và đồng thời còn trang trí cho sản phẩm a/ Công thức và nguyên liệu cho men gốm Sản xuất gốm sứ ở Việt Nam đã trải qua nhiều thế kỷ, các công thức sản xuất xương, men, màu vẫn là những bí quyết của các làng nghề Nguyên liệu để chế tạo 19 men là đất sét, cao lanh, cát thạch anh, trường thạch, pecmatit, đá... nước quá nhiệt Khi chọn thiết bị sấy phải căn cứ vào hình dạng, kích 15 thước và khối lượng từng loại sản phẩm, thiết bị sấy thích hợp là lò sấy xích chuyền 4.Nung Nung là khâu quan trọng nhất trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ Nó ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và giá thành Khi nung, cụ thể trong vật liệu sẽ xảy ra phản ứng nhiệt độ cao của các cấu tử trong nguyên liệu, quá trình kết khối, quá trình xuất. .. xốp và làm các hạt đa tinh thể lớn lên Khi kết thúc quá trình kết khối thì pha rắn tái kết tinh, quá trình sít đặc tăng mạnh, lúc này độ nhớt, độ thấm ướt, sức căng bề mặt của pha lỏng và sự phụ thuộc của chúng vào sự biến thiên nhiệt độ, thời gian lưu rất quan trọng trong việc hình thành nên những lổ xốp kín trong vật liệu b.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nung và chất lượng sản phẩm Thành phần hoá... thứ tự sau: 13 - Đổ rót sản phẩm rỗng (hồ thừa) - Đổ rót sản phẩm đặc (rót hồ đầy) - Xây trên máy (loại đầu nén) - Xây trên máy (loại dao bản) và kể cả vuốt, gắn ráp bằng tay - Ép bán khô - Ép dẻo - Nện đập thủ công Phương pháp tạo hình dẻo bao gồm vuốt trên bệ quay, gắn ráp trong khuôn thạch cao, xây trên máy bàn tua dao bản hay đầu nén, ép dẻo bằng các loại máy Sản phẩm gốm tinh hầu hết được tạo hình . đề tài nghiên cứu cho tiểu luận môn học Những quá trình sản xuất cơ bản về: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM TINH VÀ CÁC CHẤT THẢI ĐẶC TRƯNG KÈM THEO NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG TRONG QUÁ TRÌNH. Đề tài được. 1 Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Viên Khoa học và công nghệ Môi Trường Bộ môn Những quá trình sản xuất cơ bản Thầy: Nhóm tiểu luận môn học Nhóm 10 ************************** Trưởng nhóm:. khối, quá trình xuất hiện pha lỏng, quá trình hoà tan và tái kết tinh các tinh thể. Tóm lại, nói tổng quát khi nung xảy ra đồng thời các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất, các qúa trình