Tổng quan công nghệ sản xuất gạch ốp lát ở việt nam và trên thế giới

Định hướng quy hoạch phát triển sản xuất gạch ốp lát về đầu tư, công nghệ, chủng loại sản phẩm và xuất khẩu, đặc biệt quy mô công suất của một nhà máy sản xuất gạch ốp lát phải đạt từ 2

MỤC LỤC

1 Tình hình phát triển sản xuất gạch ốp lát ở Việt Nam và trên thế giới 2

2 Công nghệ sản xuất gạch ốp lát 4

2.1 Chủng loại và thông số kỹ thuật 4

2.2 Công nghệ sản xuất gạch ốp, lát ceramic 5

2.2.1 Các nguyên liệu đầu 7

2.2.2 Công đoạn gia công chuẩn bị phối liệu 8

2.2.3 Công đoạn tạo hình 10

2.2.4 Công đoạn sấy 10

2.2.5 Tráng men và trang trí hoa văn 11

2.2.6 Nung sản phẩm 11

2.3 Đặc điểm của công nghệ sản xuất gạch granit 13

2.3.1 Các nguyên liệu đầu 15

2.3.2 Công đoạn gia công và chuẩn bị phối liệu 15

2.3.3 Công đoạn tạo hình 16

2.3.4 Công đoạn sấy 16

2.3.5 Công đoạn tráng men và mài bóng 16

2.3.6 Công đoạn nung 16

2.4 Nhiên liệu và hiệu quả sử dụng năng lượng trong sản xuất gạch ốp lát 17

1 Tình hình phát triển sản xuất gạch ốp lát ở Việt Nam và trên thế giới

Sản lượng gạch ốp lát trên thế giới đang ngày tăng, chủ yếu ở các nước đang phát triển Trong giai đoạn 2005 – 2009 thì năm 2008 do khủng hoảng kinh tế toàn cầu nên mức tăng sản lượng thấp nhất đạt 285 triệu m2 Năm 2006 có mức tăng cao nhất đạt ≈ 675 triệu m2, trong đó Châu Á tăng đến 557 triệu m2 chiếm đến 80% số tăng toàn thế giới Trong 15 nước có mức tăng trưởng cao thì có đến 8 nước Châu Á Trong đó Trung Quốc là nước có mức sản xuất, tiêu thụ và cả xuất khẩu số một thế giới Trung Quốc quan tâm đặc biệt đến đổi mới KHCN, đầu tư chiều sâu cho mọi khía cạnh có liên quan đến công nghệ sản xuất gạch ốp lát, kiên quyết đóng cửa các cơ sở sản xuất hàng chất lượng thấp và gây ô nhiễm môi trường Kế hoạch phát triển KHCN đến năm

2020 của Trung Quốc lấy đổi mới công nghệ trong đó doanh nghiệp là chủ thể chính

và đổi mới tri thức Các mặt hàng gạch ốp lát tại Trung Quốc cũng như nhiều nước phát triển đang tập trung sản xuất:

- Gạch mang phong cách giả cổ;

- Gạch bóng Nano (siêu bóng);

- Gạch men “thông minh” (men catot, men anot, dưới tác dụng của ánh sáng men sinh ra hiệu ứng để diệt vi khuẩn, bảo vệ môi trường)

Bảng 1.1: Tốc độ phát triển gạch ốp lát trên thế giới [4]

Năm Sản lượng (triệu m2) Mức tăng (triệu m2)

Bảng 1.2: 15 nước tăng trưởng gạch ốp lát mạnh nhất thế giới (triệu m2) [4]

Bảng 1.3: Công suất các nhà máy sản xuất gạch ốp lát Việt Nam – 2009 [4]

Công suất (triệu m2)

Hình 1.1: Sản lượng gạch ốp lát của các nước tăng trưởng mạnh

Năm 2008, Việt Nam là nước đứng thứ 8 về sản lượng gạch ốp lát với mức tăng trưởng ngoạn mục Theo quyết định số 121/2008/QĐ TTg ngày 29/8/2008 của Thủ tướng Chính phủ, đưa ra định hướng về quy mô đầu tư, công nghệ khai thác, chế biến đất sét, cao lanh và fenspat cho sản xuất gốm sứ xây dựng và bảo vệ môi trường, định hướng quy hoạch phát triển sản xuất gạch ốp lát và sứ vệ sinh giúp khắc phục nhiều những bất cập hiện nay của ngành Trong đó sản lượng gạch ốp lát đến năm 2015 đạt

302 triệu m2 và đến năm 2020 đạt 414 triệu m2 Tuy nhiên hiện nay ngành công nghiệp này vẫn chưa khai thác quá 80% công suất lắp đặt hiện có nhưng vẫn có xu hướng tiếp tục đầu tư, dự kiến một vài năm tới sẽ đạt công suất 400 triệu m2, vượt xa mức quy hoạch Định hướng quy hoạch phát triển sản xuất gạch ốp lát về đầu tư, công nghệ, chủng loại sản phẩm và xuất khẩu, đặc biệt quy mô công suất của một nhà máy sản xuất gạch ốp lát phải đạt từ 2 triệu m2/năm và đưa ra định mức tiêu thụ nhiên liệu và năng lượng đối với các cơ sở mới đầu tư công nghệ

2 Công nghệ sản xuất gạch ốp lát

2.1 Chủng loại và thông số kỹ thuật

Gạch ốp lát được chia thành 3 loại: gạch lát ceramic, gạch ốp ceramic, gạch granit Về mặt ngoại quan, gạch ốp, lát ceramic là loại gạch thường có xương màu xám trắng hoặc màu đỏ, mặt trên của gạch được phủ bởi lớp men cùng hoa trang trí Gạch lát ceramic thường có cường độ lớn hơn, độ xốp và độ hút nước nhỏ hơn so với gạch

ốp

Gạch granit là loại gạch có cấu trúc xường giống như đá tự nhiên nên nó còn được gọi là gạch granit nhân tạo hay gạch giả đá Bề mặt gạch granit có thể được mài phẳng tạo độ bóng, nhẵn hoặc được phủ một lớp men mỏng, trong suốt, cũng có thể

gạch được để nhám bề mặt hoặc tạo các vân gỗ gồ ghề tùy thuộc vào thị hiếu người tiêu dùng

Thông số kỹ thuật của các loại gạch ốp lát được cho trong bảng 1

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại gạch

TT Loại gạch nước, % Độ hút uốn, kG/cmCường độ 2 Nhiệt độ

nung, oC Trang trí

1 Gạch lát ceramic 3 ÷ 6 ≥ 200 1170 ÷ 1190 Men + hoa

văn

2 Gạch ốp ceramic 8 ÷ 12 140 ÷ 180 1130 ÷ 1140 Men + hoa

văn

4 Gạch granit < 0,5 ≥ 250 1200 ÷ 1220 Men trong,

mài bóng

2.2 Công nghệ sản xuất gạch ốp, lát ceramic

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất

Hình 2.1: Dây chuyền công nghệ sản xuất gạch ốp lát ceramic

Nguyên liệu đất sét, fenpat

Định lượng

Nghiền bi

Bể khuấy

Sàng rung, khử từ

Bể khuấy

Sấy phun

Sàng rung

Xy lô bột

Ép bán khô

Sấy nhân tạo

Nguyên liệu chế tạo men

Định lượng

Nghiền bi

Kiểm tra

Thùng khuấy

Sàng rung, khử

từ

Thùng chứa

Phun ẩm Tráng men lót

Tráng men nền

In hoa

Men chống dính

Máy xếp tải

Sấy trước nung

Máy dỡ tải

Lò nung thanh lăn

Phân loại Đóng hộp

CMC

PP

PP

PP

-

+

2.2.1 Các nguyên liệu đầu

Nguyên liệu sản xuất gồm hai loại chính là đất sét và fenpat Đối với xương gạch ốp, ngoài đất sét và fenpat người ta có xu hướng đưa thêm cao lanh, cacbonat thậm chí cả thạch anh vào phối liệu để nhằm làm tăng thêm độ trắng, độ xốp của xương Việc tăng độ trắng cho xương gạch ốp nhằm làm tăng tính thẩm mỹ do các họa tiết trang trí có màu sắc mềm, dịu Đất sét có thể là đất sét đỏ hoặc trắng tùy theo loại xương gạch Fenpat được sử dụng cho phép loại có hàm lượng Na2O tăng cao xấp xỉ lượng K2O

Bảng 2.2: Thành phần hoá học của cao lanh và đất sét ở một số địa phương

SiO2 Al2O3+TiO2 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MKN Cao lanh, Yên Bái 47,61 35,51 0,64 0,09 0,26 1,81 0,28 13,36 Cao lanh Minh

Tân Hải, Hải

Dương

70,45 18,56 0,74 2,30 0,10 2,29 0,15 5,41

Đất sét Trúc Thôn,

Hải Dương

69,00 20,80 1,30 0,50 0,20 1,70 0,43 6,00

Đất sét Giếng Đáy,

Quảng Ninh

Đất sét Phú Bài

Huế

Bảng 2.3: Thành phần hoá học của nguyên liệu fenpat, %

Fenpat SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MKN Fenpat Phai Hạ, Yến Bái 73,52 15,14 0,28 1,31 0,25 4,05 4,20 0,41 Fenpat Phú Thọ 73,90 14,70 0,34 0,25 0,36 5,50 3,91 0,34 Fenpat Ấn Độ 66,00 17,50 0,03 - - 12,00 2,00 0,10 Fenpat Trung Quốc 67,62 17,78 0,28 0,72 0,02 9,61 3,02 0,88

Men được phân loại theo phường pháp sản xuất chia làm 2 loại: men nguyên liệu và men frit Khi nung, phối liệu men biến mềm dần dần và không có nhiệt độ chảy xác định Nhiệt độ chảy dàn đều của men cần phù hợp với khoảng nhiệt độ nung của sản phẩm, độ nhớt của men phù hợp để men bám chặt vào xương Trong sản xuất gạch

ốp lát ceramic thường sử dụng men nền frit

Men frit là hỗn hợp frit với một lượng các nguyên liệu phụ trợ hoặc chứa chủ yếu là frit Frit là loại vật thể dạng thuỷ tinh đươc tạo nên khi nấu chảy hoàn toàn phối liệu frit (nấu chảy trong lò nồi, lò bể, lò quay gián đoạn ở nhiệt độ 1250 - 1450oC hoặc hơn), sau đó làm lạnh nhanh trong nước, sấy khô và đem nghiền nhỏ Nguyên nhân tạo frit do chứa nhiều phối liệu men dễ chảy chứa các cấu tử hoà tan mạnh trong nước (như sođa, axit boric, borax…) hoặc độc hại (như chì oxyt) Sau khi frit hoá, các cấu tử

dễ tan và độc hại đều được chuyển sang dạng các hợp chất silicat không tan và giảm độc hại của chúng Các loại men frit dễ lắng và khả năng bám dính vào cốt mộc rất kém khi tráng men, vì vậy men frit thường chứa một lượng nguyên liệu dẻo như cao lanh, đất sét, một lượng thích hợp keo hữu cơ

Sản phẩm gạch Ceramic được tráng 3 loại men là: men lót, men nền và men in hoa Men in hoa ngoài thành phần men nền frit còn có thêm 4 -5 % chất màu (oxyt bo, nhôm, sắt, coban, crom, mangan…) Thành phần chính của men chống dính là MgO

do MgO có nhiệt độ nóng chảy cao nên trong quá trình nung nó không bị nóng chảy và

do đó ngăn không cho gạch và thanh lăn dính nhau, ngoài ra còn thêm cao lanh và đất sét là nguyên liệu dẻo tăng khả năng bám dính vào mộc

2.2.2 Công đoạn gia công chuẩn bị phối liệu

Khâu chuẩn bị và gia công nguyên liệu phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu

và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Các khâu trong giai đoạn này bao gồm: nghiền bi ướt, bể khuấy, sàng rung và khử từ, bể chứa hồ sấy phun và sấy phun, đảm bảo cho mỗi nguyên liệu trong phối liệu có một thành phần khoáng hóa nhất định, độ sạch cần thiết, độ ẩm và trạng thái vật lý thích hợp cho các công đoạn kỹ thuật tiếp theo

Sau khi tính toán phối liệu, các nguyên liệu được định lượng và nghiền trong máy nghiền bi ướt gián đoạn Cũng có thể dùng máy nghiền bi ướt liên tục để nghiền mịn, nhưng khi đó phải có hệ thống cân định lượng nguyên liệu liên tục và nguyên liệu phải có tính ổn định cao để đảm bảo các tính chất của phối liệu như đã dự định Sau khi nghiền, hỗn hợp hồ này được xả vào bể chứa có máy khuấy Từ bể khuấy, hồ được làm đồng nhất, qua các công đoạn sàng rung, lọc sắt từ rồi được bơm cấp vào lò sấy

phun Hồ sau khi sấy phun sẽ đạt được dạng bột có độ ẩm đạt tiêu chuẩn được băng tải

và gầu nâng đưa vào dự trữ trong các silô chứa

Khi nghiền cần cho thêm một lượng chất điện giải (thủy tinh lỏng, STPP…) vào máy nghiền để giảm độ ẩm và tăng độ linh động của hồ liệu đi vào máy sấy phun, nhờ

đó tiêu tốn nhiệt để sấy giảm xuống và hiệu suất của máy sấy phun tăng lên

Hồ ra khỏi máy nghiền bi cần đạt các chỉ tiêu kỹ thuật sau:

- Độ ẩm hồ: 32 – 34 %

- Tỷ trọng hồ: ≈ 1,7 g/cm3

- Lượng sót sàng 1 vạn lỗ/ cm2 : 2 -4%

 Nguyên lý làm việc lò sấy phun

Hồ từ bể chứa được bơm pittông bơm lên tháp sấy phun qua bộ lọc rác và hạt thô tránh gây tắc và phun Hệ thống phân phối hồ được bố trí theo phương pháp xuyên tâm hoặc phương pháp vòng phun Hồ được phun thành các hạt nhỏ lên phía trên đỉnh tháp nhờ các pép phun gắn trên các ống dẫn hồ

Tác nhân sấy là khí nóng cấp từ buồng đốt có nhiệt độ 400 – 600oC đi vào đỉnh tháp theo phương tiếp tuyến hoặc từ đỉnh tháp xuống Khi nóng được qua hệ thống buồng xoáy để tạo cho dòng khí theo hình xoắn ốc trong thân tháp, thực hiện việc trao đổi nhiệt trực tiếp với các hạt hồ đi từ dưới lên

Hồ phối liệu sau khi trao đổi nhiệt với khí nóng trở thành các hạt liệu rắn rơi xuống phần chóp của tháp sấy và được tháo ra ngoài qua cửa tháo ở đáy tháp Bột liệu được đi qua sàng thô để tách các cục phối liệu đóng tảng rồi chuyển đến các silô chứa

Khí thải sau khi trao đổi nhiệt với hồ phối liệu được hút ra ngoài nhờ quạt hút

để đi và các xyclon lắng, bột mịn được thu hồi Khí ra khỏi xyclon có thể được tiếp tục

xử lý sạch bụi trước khi thải ra môi trường bằng xyclon màng nước hoặc tháp rửa khí Bột sau sấy phun có độ ẩm 4 – 7% Thành phần hạt bột ép dao động trong giới hạn rộng: Φ > 0,6 mm là 0,9 – 8%; Φ > 0,125 mm là 2,5 – 14%

Quy trình chế tạo men: Các nguyên liệu (frit, cao lanh ) → Định lượng → Máy nghiền bi ướt → Kiểm tra → Thùng khuấy → Sàng rung lọc từ → Thùng chứa

Men được chế tạo ở một phân xưởng riêng với các thành phần nguyên liệu đưa vào làm men được lựa chọn kỹ càng và có độ tinh khiết cao Hỗn hợp men frit được nghiền trong máy nghiền bi sứ đến độ mịn qua hết sàng 10000 lỗ/cm2, thời gian nghiền tuỳ thuộc vào từng loại men Men frit rất dễ lắng nên cần một lượng khoảng 10% cao lanh vào men Ngoài ra thêm một ít lượng chất điện giải và keo hữu cơ CMC (tổng lượng 0,2 - 0,5%) vào giúp men chống lắng và tăng độ bám dính của lớp men vào mộc Tỷ trọng men frit 1,65 – 1,85 kg/cm3 Kết thúc thời gian nghiền quy định, dừng máy và lấy mẫu men đi kiểm tra, nếu chưa đạt yêu cầu thì điều chỉnh và cho máy chạy tiếp, nếu đạt yêu cầu thì men từ máy nghiền bi được đưa lên thùng chứa và khuấy men

Từ thùng chứa chính, men được cho qua sàng rung và lọc từ rồi chứa vào các thùng chứa nhỏ đem đi tráng men

2.2.3 Công đoạn tạo hình

Yêu cầu chung với sản phẩm tạo hình phải có mật độ nhất định với mức độ đồng đều cao, có cường độ cơ học nhất định, không có các khuyết tật (vết nứt cấu trúc, nứt cạnh và bề mặt, tơi…) và không có ứng suất nội

Gạch ceramic được tạo thành trên các máy ép thủy lực Tùy thuộc vào kích thước máy ép, kich thước viên gạch mà mỗi chu kỳ có thể được 1, 2, 4, 6… viên gạch mộc Áp lực ép gạch trung bình 300 kG/cm2 Trong 1 phút, máy ép có thể thực hiện được 8 – 10 chu kỳ ép, mỗi chu kỳ ép có hai bậc ép

2.2.4 Công đoạn sấy

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi phần lượng nước có trong vật liệu Mục đích sấy sản phẩm là kết thúc thay đổi thể tích của sản phẩm do tách nước tạo hình, tạo cho sản phẩm có độ bền cơ học cần thiết để xếp vào lò nung mà không bị biến dạng, ngăn chặn các hiện tượng nứt, nổ sản phẩm do việc bốc hơi nước ồ ạt ở giai đoạn đầu của khâu nung

Sau khi tạo hình, gạch mộc được chuyển đến sấy khô đến độ ẩm ≤ 1% Thiết bị sấy có thể là sấy đứng hoặc sấy nằm Gạch vào sấy có độ ẩm nhỏ nên gạch có thể được sấy nhanh trong 1,5 – 2 giờ với nhiệt độ sấy cao nhất có thể lên tới 200 – 250oC

Trong thiết bị sấy đứng, gạch mộc được xếp vào các giọ sấy, được di chuyển theo một chu trình kín trong thiết bị sấy nhờ các động cơ kéo xích treo giọ Đi hết một

vòng, gạch thực hiện xong chu trình sấy sẽ được lấy ra và gạch mới sẽ đi vào thay thế

vị trí để thực hiện chu trình sấy mới

Thiết bị sấy (hầm sấy thanh lăn) nằm có thể được bố trí một hay nhiều tầng để nâng cao năng suất cho thiết bị sấy Gạch được đi vào một đầu và lấy ra ở đầu kia của thiết bị sấy nhờ hệ thống các con lăn chuyển động quay

2.2.5 Tráng men và trang trí hoa văn

Công đoạn tráng men cho gạch ceramic bao gồm nhiều công đoạn nhỏ nối tiếp nhau như thổi bụi, phun ẩm, tráng men, xoay gạch…

Do đặc thù của lò thanh lăn là nung nhanh nên men tráng lên bề mặt gạch gồm hai lớp là men frit engobe và men frit nền Ngoài ra còn dùng một loại men nữa là men chống dính với mục đích là ngăn không để sản phẩm bị dính vào thanh lăn trong quá trình nung vì vậy loại men này có nhiệt độ chảy cao hơn hẳn nhiệt độ nung sản phẩm

Men engobe hay men lót là lớp men nằm trung gian giữa xương và men nền Trong quá trình nung nhanh, lớp trung gian giữa xương và men nền chưa kịp hình thành, lớp men lót đóng vai trò thay thế lớp trung gian nhằm hạn chế ứng suất có thể gây bong, nứt men do sự khác biệt hệ số giãn nở nhiệt giữa xương và lớp men nền Lớp men nền thường có màu trắng đục để che khuất màu của xương Men in hoa có tính chất tương tự men nền, có thêm 4 -5 % chất màu còn lại chủ yếu mà men frit dễ chảy

Thiết bị tráng men thông dụng là tráng men chuông Ngoài ra trong nhiều trường hợp người ta còn dùng các loại thiết bị tráng men khác như thiết bị văng men, thiết bị tráng men khô,…để tạo ra một số hiệu ứng trang trí cho bề mặt lớp men

Trang trí hoa văn trên bề mặt gạch đã tráng men được thực hiện bằng các thiết

bị in lưới, in rulô

2.2.6 Nung sản phẩm

Sau khi tráng men, do lượng ẩm men đem vào chủ yếu chỉ làm tăng độ ẩm trên

bề mặt gạch mộc, để hạn chế hiện tượng bong men, trước khi nung gạch được máy xếp tải xếp lên xe goòng, đi qua hầm sấy trước nung tận dụng nhiệt của không khí nóng lấy

từ zôn làm lạnh cuối của lò nung, ra khỏi hầm sấy xe goòng đưa gạch đến máy dỡ tải rồi đi vào lò nung

Nung gốm là một quá trình gia công vật liệu ở nhiệt độ cao và kết quả biến bán thành phẩm phẩm mộc thành dạng đá bền vững cơ lý, hóa học Khi nâng nhiệt trong sản phẩm gốm sẽ xảy ra một loạt các quá trình hoá lý phức tạp và làm thay đổi tính chất của chúng Chế độ nung là sự kết hợp phức tạp của quá trình hoá lý với nhiều nhân tố như tốc độ nâng nhiệt, nhiệt độ nung cuối cùng, môi trường nung và tốc độ làm nguội Như vậy cần thiết lập chế độ nung và đầu tiên là ảnh hưởng của mỗi nhân

tố nêu trên đến tính chất của sản phẩm