TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT FRIT VÀ MEN FRIT TRÁNG LÊN TẤM ỐP LÁT CERAMIC PRODUCING FRIT AND FRIT GLAZE FOR CERAMIC TILE NGUYỄN VĂN DŨNG Trường Đại học Bách khoa – Đai học Đà Nẵng TÓM TẮT Hiện thị trường nhu cầu tiêu dùng gạch men lớn, kéo theo nhu cầu men frit tráng lên ốp lát ceramic cao Đề tài tìm cấp phối frit (trong, đục, mờ) để có sản phẩm men frit chất lượng tốt, từ tìm khoảng hàm lượng ơxyt thích hợp phối liệu sản xuất frit dùng cho gạch men theo công nghệ nung nhanh hai lần hay lần ABSTRACT The need of ceramic tile is rising enormously In this paper, the mixture compositions for gloss, opaque and mat frit and the conditions for producing frit glaze are presented The optimal intervals of oxide content in frit chemical compositions for achieving the best frit for ceramic tile (with single or double firing) are also proposed Mở đầu Hiện nay, thị trường nhu cầu men frit tráng lên ốp lát ceramic cao Lớp men phủ thành màng thủy tinh mỏng làm tăng độ bền học, hóa học sản phẩm đồng thời bảo vệ cho sản phẩm khỏi bị xâm nhập chất lỏng khí, làm cho bề mặt nhẵn bóng có độ ánh đẹp, nâng cao chất lượng sản phẩm Ngồi ra, thường có thêm lớp màu trang trí với lớp men để nâng cao tính thẩm mỹ bề mặt men Theo công nghệ nay, gạch men nung nhanh lò rollic, nhiệt độ nung khoảng 1080 – 11600C, chu kỳ nung 35 – 45 phút Với lò rollic, nhiệt độ nung khống chế xác đồng Yêu cầu nung nhanh - nhiệt độ nung thấp đòi hỏi phải thay đổi thành phần xương cho phù hợp phải sử dụng men frit Frit dạng thuỷ tinh nên men frit dễ chảy nung, tạo điều kiện hạ thấp nhiệt độ nung men, men nhanh chảy đáp ứng tốt nhu cầu nung nhanh để tiết kiệm lượng Frit nghiên cứu dùng để làm men tráng lên xương hay mộc ốp lát nhà máy gạch men Dacera Đà Nẵng Trong trường hợp lát, men tráng lên mộc, ốp, men tráng lên xương nung lần Đề tài quan tâm đến ba loại frit thông dụng frit trong, frit đục, frit matt để sản xuất men trong, men đục men matt (mờ), loại frit phải có nhiệt độ nóng chảy trung bình thấp (100011900C), hệ số dãn nở nhiệt từ 5,07,2.10-6.K-1 để phù hợp với mộc xương nhà máy gạch men Dacera 25 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 Thí nghiệm 2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu để nấu frit gồm cát Hoà Khánh (là nguyên liệu chủ yếu tạo thuỷ tinh) nguyên liệu trợ dung khác axit boric (Mỹ), sôđa, kali cacbônat, bari cacbônat, ôxyt kẽm (Trung Quốc), tràng thạch (Ấn Độ), đá vơi, đơlơmit (Thanh Hố) Nguyên liệu tạo đục dùng zircon silicat (Tây Ban Nha) Ngồi dùng ơxyt nhơm (Italia) trường hợp cần thiết để cải thiện độ cứng men Khi nghiền men có cho thêm chất điện giải STPP chất bảo vệ keo CMC để cải thiện tính chất lưu biến men 2.2 Thí nghiệm Dựa thành phần hoá để xác định thành phần phối liệu loại frit, tiến hành nấu frit, sản xuất men tráng men lên xương nung lần (đối với ốp) hay lên mộc (đối với lát), đưa bán thành phẩm nung sau đánh giá tính chất kỹ thuật men frit để từ so sánh, lựa chọn frit tối ưu Trong kết nghiên cứu, thời gian chảy men xác định dụng cụ Ford cup, khối lượng thể tích xác định dụng cụ đo khối lượng thể tích men sử dụng nhà máy Các tiêu chất lượng bề mặt men độ - đục, độ bóng - mờ, độ phẳng, vết nứt rạn hay khuyết tật khác đánh giá cách so sánh trực quan viên gạch thí nghiệm với mẫu gạch sử dụng frit nhà máy rút nhận xét Hệ số dãn nở nhiệt men xác định máy Dilatometer L75/N1 (hãng LINSEIS, Đức) Khi sản xuất frit, nguyên liệu cát, đá vôi, đôlômit, tràng thạch, cao lanh gia công máy nghiền bi gián đoạn cho đạt thành phần cỡ hạt cho bảng 2.1 Bảng 2.1 Thành phần cỡ hạt nguyên liệu Lượng nguyên liệu sàng, % Nguyên liệu 63 m 200 m Cát 40 2,7 Đôlômit 45 10 Tràng thạch 50 5 Frit nấu nhiệt độ 12501400 C lò gas thí nghiệm Thời gian nấu từ 1,53 h Sau frit nóng chảy hồn tồn mở lò, dùng kẹp gắp cốc đổ frit vào chậu nước lạnh Do chất lỏng nóng chảy làm lạnh đột ngột nên frit vỡ thành hạt, giúp cho trình nghiền men sau dễ dàng Men frit cấp phối từ frit cao lanh Bài cấp phối men cho xương ốp hay mộc lát, loại men trong, men đục, men mờ khác Men sau nghiền máy nghiền bi gián đoạn cho đạt yêu cầu độ nhớt, khối lượng thể tích, lượng sót sàng Đặt khn kéo lên xương ốp, mộc lát Đổ men nghiền vào hai ngăn thiết bị kéo kéo tay để tráng lớp men lên viên gạch tráng engobe, 26 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 xong ghi kí hiệu hai bên Bán thành phẩm tráng men sau sấy cho vào lò nung Các thơng số sản xuất nung men frit tổng hợp lại bảng 2.2 Bảng 2.2 Các thông số sản xuất nung men frit Thông số Tấm ốp Tấm lát Men trong, 83% frit+12% cao lanh+5% tràng 94% frit + 6% cao lanh men đục thạch 5083% frit + 5017% 5065% frit + 5035% Men matt nguyên liệu khác nguyên liệu khác Chất điện giải 1% STPP ; 0,6% CMC 1% STPP ; 2% CMC Độ ẩm 32% 32% Độ nhớt 35”45” 40”45” Khối lượng 183188g/100ml 181184g/100ml thể tích Sót sàng 35% 46% 63m 1068 1090oC Nhiệt độ nung 1150 1167oC 1125 1138oC 3542 phút Chu kỳ nung 40 43 phút 3240 phút Kết thảo luận Đã nghiên cứu 23 loại frit gồm loại frit (ký hiệu từ T1 đến T7), loại frit đục (ký hiệu từ Đ1 đến Đ7) loại frit matt (ký hiệu từ M1 đến M9) Thành phần hoá loại frit trong, đục matt cho bảng 3.1 Từ loại frit sản xuất 14 men frit tráng lên ốp lát theo công thức cấp phối bảng 2.2 Tấm lát nung nhiệt độ 11501167oC, riêng ốp sau tráng men nung hai nhiệt độ: nhiệt độ nung thấp 10681090oC nhiệt độ nung cao 11251138oC Bảng 3.1 Thành phần hoá 14 loại frit đục Loại frit T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 SiO2 B2O3 Al2O3 CaO BaO MgO ZnO K2O Na2O ZrO2 PbO Fe2O3 TiO2 59,08 57,08 58,35 55,23 56,07 64,65 66,05 4,09 6,20 7,33 4,00 4,00 0 7,34 5,70 8,04 8,50 8,51 4,63 5,62 15,11 10,00 11,12 11,50 12,01 15,49 14,17 0,72 1,50 0,96 1,40 1,00 0 1,46 1,80 0,10 1,60 1,60 0,91 1,60 27 6,07 4,91 12,80 4,00 9,08 3,85 12,00 4,75 11,01 4,76 9,82 4,01 8,18 3,74 1,18 0,90 1,15 1,00 1,00 0,47 0,63 0 0 0 0 0 0 0 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 57,58 4,00 51,04 7,68 55,94 3,99 55,86 3,99 55,44 4,75 54,25 5,19 58,52 2,36 50,13 4,05 56,50 51,98 54,00 2,00 52,00 45,39 3,83 51,00 45,50 10,00 59,09 4,08 7,04 7,11 4,24 4,74 3,88 4,40 4,74 4,63 8,50 7,92 8,30 15,28 10,00 17,00 10,00 7,34 14,20 0,74 8,00 0,88 8,97 0,69 9,48 8,32 8,09 0,49 8,26 13,62 7,00 8,00 7,92 7,92 15,00 1,80 4,64 16,00 10,00 25,00 21,00 16,36 0,71 1,40 2,75 2,39 3,39 1,83 1,97 1,87 4,20 0,50 1,49 4,30 0,68 1,28 2,00 2,00 2,32 4,00 9,29 10,97 9,28 12,55 12,35 11,62 11,49 15,00 14.85 7,60 25,00 0 3,98 4,29 5,45 3,99 3,99 4,40 4,14 4,00 3,05 3,50 3,96 4,00 4,00 3,50 4,00 3,50 4,90 1,03 0,92 0,80 0,80 0,57 0,69 0,54 2,25 0,50 0,99 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,17 5,67 0,03 0,02 6,83 0,03 0,01 7,98 0,02 0,01 8,48 0 8,23 0,02 0,01 8,38 0,02 0,01 8,06 0,02 0,01 6,54 0,03 0,01 0,50 0 2,97 0 2,00 0 6,40 0 0 0 0 0 7,00 0 0 0,03 0,02 Bài T1-O1 men có độ bóng khơng tốt nhiệt độ nung thấp Ngun nhân frit T1 có hàm lượng SiO2 cao (59,08%), hàm lượng ZnO thấp (6,07%) nên chưa chảy hồn tồn Vì nâng nhiệt độ nung lên cao men T1-OC chảy hồn tồn có độ bóng tốt, nhiên lại bị nứt, hàm lượng Na2O + K2O cao (6,09%), xem bảng 3.2 T2-OT có độ bóng khơng tốt frit T2 có hàm lượng SiO2 cao (57%) Khi nung nhiệt độ cao (T2-OC) men có độ bóng tốt nhiên lại có khuyết tật lỗ kim nhiệt Tương tự, T3-OT có độ bóng khơng tốt frit T3 có hàm lượng SiO cao (58%) Khi nâng nhiệt độ nung cao (T3-OC) men có độ bóng, độ trong, độ phẳng tốt nhiên lại bị nứt Bài T4-OT, T5-OT nung nhiệt độ thấp đạt có độ trong, độ bóng, độ phẳng tốt Tuy nhiên dùng cho ốp có nhiệt độ nung cao (T4-OC, T5-OC) men bị nứt Hai loại frit T6 T7 không dùng cho ốp, dù nhiệt độ nung thấp hay cao (các T6-OT, T7-OT, T6-OC, T7-OC không đạt), lại dùng tráng lên lát (các T6-L, T7-L có khuyết tật lỗ kim mức độ chấp nhận được) Như có loại frit đạt yêu cầu loại T4, T5, T6, T7 Frit T4, T5 dùng để sản xuất men T4-OT, T5-OT tráng lên ốp có nhiệt độ nung thấp; frit T6, T7 dùng để sản xuất men T6-L, T7-L tráng lên lát 28 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 Bảng 3.2 Kết đánh giá men frit Thông số Thông số Thông số Ký hiệu men frit tráng lên ốp nhiệt độ nung thấp Nhiệt độ nung (0C) Chu kỳ nung (min) Độ Độ bóng Độ phẳng Khuyết tật (lỗ kim) ĐÁNH GIÁ CHUNG Ký hiệu men frit tráng lên ốp nhiệt độ nung cao Nhiệt độ nung (0C) Chu kỳ nung (min) Độ Độ bóng Độ phẳng Khuyết tật (lỗ kim) ĐÁNH GIÁ CHUNG Ký hiệu men frit tráng lên lát Nhiệt độ nung (0C) Chu kỳ nung (min) Độ Độ bóng Độ phẳng Khuyết tật (lỗ kim) ĐÁNH GIÁ CHUNG T1-O1 T2-O1 T3-O1 T4-O1 T5-O1 T6-O1 T7-O1 1090 1072 1080 1067 1069 1072 1080 37 35 35 40 42 35 35 Tốt Tốt Tốt Tốt Tốt Kém Kém Kém Kém Kém Tốt Tốt Kém Kém Kém Tốt Tốt Tốt Tốt Kém Kém Nứt Khơng Ít Khơng Khơng Khơng Khơng KĐẠT KĐẠT KĐẠT ĐẠT ĐẠT KĐẠT KĐẠT T1-OC T2-OC T3-OC T4-OC T5-OC T6-OC T7-OC 1132 1133 1138 1130 1126 1133 1138 32 34 35 43 32 34 35 Tốt Tốt Tốt Tốt Tốt Kém Kém Tốt Tốt Tốt Tốt Tốt Kém Kém Tốt Tốt Tốt Tốt Tốt Kém Kém Nứt Ít Nứt Nứt Nứt Khơng Ít KĐẠT KĐẠT KĐẠT KĐẠT KĐẠT KĐẠT KĐẠT T1-L T2-L T3-L T4-L T5-L T6-L T7-L 1158 1149 1155 1162 1153 1149 1155 40 40 42 42 42 40 42 Tốt Tốt Tốt Tốt Bị sôi men nhiệt độ nung cao Tốt Tốt Ít Ít KĐẠT ĐẠT ĐẠT Về frit đục, kết có loại đạt yêu cầu Đ3, Đ4, Đ5, Đ6, Đ7 Frit Đ5, Đ6 dùng cho ba loại gạch, frit Đ4 dùng cho gạch ốp nung nhiệt độ thấp cao, frit Đ7 dùng cho gạch ốp nhiệt độ cao lát, frit Đ3 dùng cho gạch ốp có nhiệt độ nung thấp, xem bảng 3.3 Về frit matt, loại men matt đạt yêu cầu phụ thuộc vào lựa chọn cấp phối frit + cao lanh nhiệt độ nung thích hợp Nhận xét hàm lượng ơxyt thành phần hố loại frit thực (bảng 3.1), thấy men đẹp, chảy tốt hàm lượng ôxyt frit nằm giới hạn cho theo bảng 3.4 Ảnh hưởng ơxyt đến tính chất men nói rõ phần ghi Bảng 3.3 Kết đánh giá men frit đục Thông số Men frit cho ốp nhiệt độ nung thấp Nhiệt độ nung (0C) Chu kỳ nung (min) Độ Độ bóng Đ1-O1 Đ2-O1 Đ3-O1 Đ4-O1 Đ5-O1 Đ6-O1 Đ7-O1 1090 37 Kém Tốt 1080 35 Tốt Kém 29 1067 40 Tốt Tốt 1085 42 Tốt Kém 1072 35 Tốt Kém 1080 35 Tốt Tốt 1067 40 Tốt Kém TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 Thông số Thông số Độ phẳng Khuyết tật (lỗ kim) ĐÁNH GIÁ CHUNG Men frit cho ốp nhiệt độ nung cao Nhiệt độ nung (0C) Chu kỳ nung (min) Độ Độ bóng Độ phẳng Khuyết tật (lỗ kim) ĐÁNH GIÁ CHUNG Men frit cho lát Nhiệt độ nung (0C) Chu kỳ nung (min) Độ Độ bóng Độ phẳng Khuyết tật (lỗ kim) ĐÁNH GIÁ CHUNG Kém Kém Tốt Khơng Ít Khơng KĐẠT KĐẠT ĐẠT Tốt Khơng ĐẠT Tốt Ít ĐẠT Tốt Ít ĐẠT Kém It KĐẠT Đ1-OC Đ2-OC Đ3-OC Đ4-OC Đ5-OC Đ6-OC Đ7-OC 1132 1138 1138 1138 32 35 43 42 Kém Tốt Tốt Tốt Kém Tốt Tốt Tốt Tốt Kém Tốt Tốt Nứt Nứt Nứt Không KĐẠT KĐẠT KĐẠT ĐẠT Đ1-L Đ2-L Đ3-L Đ4-L 1158 1155 1162 1160 40 42 42 42 Bị sôi men nhiệt độ nung cao 1133 34 Tốt Tốt Tốt Ít ĐẠT Đ5-L 1149 40 Tốt Tốt Tốt Ít KĐẠT 1138 35 Tốt Tốt Tốt Ít ĐẠT Đ6-L 1155 42 Tốt Tốt Tốt Ít ĐẠT 1138 43 Tốt Tốt Tốt Ít ĐẠT Đ7-L 1162 42 Tốt Tốt Tốt Ít ĐẠT Bảng 3.4 Giới hạn hàm lượng oxyt frit Thành Frit cho Frit đục cho phần hoá gạch ốp lát gạch ốp lát Frit matt cho gạch ốp lát SiO2 55,2-66 51-59 45-59 B 2O 0-4 4-5 0-4 Al2O3 4,6-8,5 3,9-7,1 5-17 CaO 11,5-14,2 8-14,2 4-25 MgO 0,9-1,6 1,4-3,4 0,5-4 ZnO 8-12 4-12,3 0-25 K 2O 3,7-4,8 4-5,5 3-4,9 Na2O 0,5-1 0,5-1 0,5-2,25 ZrO2 5,6-8,5 0-7 30 Ghi Hàm lượng cao nhiệt độ chảy men cao Hàm lượng cao bề mặt men bị mờ, hàm lượng thấp men khó chảy Hàm lượng cao nhiệt độ chảy men cao Hàm lượng cao tăng độ độ bóng giới hạn cho phép Hàm lượng cao độ đục tăng Hàm lượng cao nhiệt độ chảy men thấp, tăng độ bóng Tuy nhiên ZnO>15% làm men mờ Hàm lượng cao nhiệt độ nóng chảy thấp, tăng độ bóng dễ gây nứt men Hàm lượng cao nhiệt độ nóng chảy thấp, tăng độ bóng dễ gây nứt men Hàm lượng cao độ đục cao TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu có kết sau: - Đã nghiên cứu thành công 18 frit (trong 23 nghiên cứu) đạt yêu cầu sử dụng cho loại men trong, đục matt - Đã nghiên cứu men tương ứng loại frit - Đã thăm dò khoảng giới hạn hàm lượng số loại ơxyt để có frit tính chất tốt Khoảng giới hạn hẹp nhiều so với tài liệu tham khảo nước đưa Đặc biệt nhận thấy xương ốp nhà máy Cosevco (xương sử dụng để nghiên cứu) frit có hệ số dãn nở nhiệt 7,6 10-6K-1 men bị nứt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Quang Huy, Bước phát triển ngành gốm sứ xây dựng Việt nam, Tạp chí Gốm sứ xây dựng, 44, 3-6, 2007 [2] Nguyễn Thị Vân Thanh, Thị trường xuất, nhập VLXD năm 2006, Tạp chí Vật liệu xây dựng đương đại, 3, 18-9, 2007 [3] Hãng Sacmi, From Technology Through Machinery To Kilns For Sacmi Tile Techological Notes On The Manufacture Of Ceramic Tiles, Tài liệu chuyển giao công nghệ [4] Nhà máy gạch men COSEVCO, Hướng dẫn phương pháp thử nghiệm sản xuất gạch men Ceramic [5] Cenek Mikes, Technologicke vypocty pro rocnik SPS sklarskych, SNTL, Praha 1978 [6] J Hlavac, Základy technologie silikátu, SNTL/ALFA, Praha 1988 [7] Nhà máy gạch men COSEVCO, Tài liệu Phòng cơng nghệ 31 ... thành phẩm tráng men sau sấy cho vào lò nung Các thông số sản xuất nung men frit tổng hợp lại bảng 2.2 Bảng 2.2 Các thông số sản xuất nung men frit Thông số Tấm ốp Tấm lát Men trong, 83% frit+ 12%... Như có loại frit đạt yêu cầu loại T4, T5, T6, T7 Frit T4, T5 dùng để sản xuất men T4-OT, T5-OT tráng lên ốp có nhiệt độ nung thấp; frit T6, T7 dùng để sản xuất men T6-L, T7-L tráng lên lát 28 TẠP... đục matt cho bảng 3.1 Từ loại frit sản xuất 14 men frit tráng lên ốp lát theo công thức cấp phối bảng 2.2 Tấm lát nung nhiệt độ 11501167oC, riêng ốp sau tráng men nung hai nhiệt độ: nhiệt độ