2. KHÁI NIỆM VÀ TIÊU CHUẨN CỦA GẠCH COTTO:
2.4.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN MÀU SẮC CỦA GẠCH
2.4.1. Ảnh hƣởng của thành phần hóa trong bài phối liệu đến màu sắc gạch Cotto:
- Ở nhiệt độ < 200 0C là quá trình mất nƣớc lí học, nếu đốt nóng quá nhanh ở giai đoạn > 1000C thì hơi nƣớc cũng đồng thời bị đốt nóng đến trạng thái sôi mãnh liệt làm tăng áp suất hơi trong lòng sản phẩm gây nứt. Độ ẩm viên mộc càng cao, chiều dày viên mộc càng lớn thì tốc độ nâng nhiệt càng phải chậm.
- Ở nhiệt độ 100-200 0C có hiệu ứng thu nhiệt do sự phân hủy một vài loại hợp chất hữu cơ lẫn trong nguyên liệu nhƣng không ảnh hƣởng nhiều đến biến đổi thể tích, không ảnh hƣởng đến việc lựa chọn chế độ nung.
- 200-550 0C : trong thực tế khi nung sản phẩm, nó vẫn tiếp tục quá trình tách nƣớc lý học và đốt cháy các hợp chất hữu cơ. Giai đoạn này co ngót nhẹ (0,5-1%) không gây ứng suất lớn lắm trong sản phẩm,
- 550-900 0C: Tách nƣớc liên kết hóa học đồng thời là quá trình phân hủy caolinit. Trong giai đoạn này cƣờng độ sản phẩm hạ đi một ít, sản phẩm có nhiều khả năng nứt vỡ. Xảy ra biến đổi đồng đều về thể tích nhƣng không lớn lắm, độ co tổng quát khoảng 2-2,5%.
+ Caolinit sau khi phân hủy tách nƣớc hóa học nằm ở dạng metacaolinit đến nhiệt độ 800-9000
C.
- 920-940 0C : Có hiệu ứng tỏa nhiệt, có sự chuyển từ metacaolinit thành mullite. Độ co tăng một cách nhảy vọt đến 4%.
- 1000-11000C: Quá trình phân hủy cao lanh và kết tinh mạnh mẽ mullite. Lúc này xuất hiện các tinh thể mulit lớn hơn và pha lỏng xuất hiện tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu đầu. Pha lỏng này là do các khoáng dễ chảy và do sự tác động của tạp chất chứa oxit kiềm. Pha lỏng tạo ra xúc tiến quá trình mulit hóa và dƣới tác dụng của sức căng bề mặt, pha lỏng tiến hành phân phối lại, làm gần các hạt samot tăng khả năng tiếp xúc của các phần tử vật chất dẫn đễn tăng nhanh quá trình kết khối tạo khoáng.
- Do quá trình nung nhanh trong lò công nghiệp nên nhiệt độ nung sản phẩm thƣờng cao hơn nhiệt độ kết khối hoàn toàn đất sét từ 100-150 0
- Quá trình làm nguội kèm theo co thể tích sản phẩm, tốc độ làm nguội phụ thuộc vào cấu trúc lò và kích thƣớc, hình dạng sản phẩm. Thƣờng tốc độ làm nguội khoảng 60-70 0
C/h.
2.4.1.2. Ảnh hƣởng của vật liệu chính (đất sét):
Thành phần hoá học chủ yếu trong nguyên liệu đất sét để sản xuất gốm sứ nói chung, gạch cotto nói riêng là các ôxit: SiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO2, CaO, MgO, K2O, Na2O...
Màu sắc của sản phẩm đất sét sau nung là do tỉ lệ các thành phần hóa nêu trên quyết định. Đất sét sử dụng sản xuất gạch thƣờng còn chứa các chất mà trong công thức hóa có Fe (ví dụ nhƣ các loại hydrôxit sắt,...). Ở nhiệt độ cao, nguyên tố Fe sẽ thoát ra khỏi các chất đó và cùng với oxy có sẵn trong môi trƣờng nung tạo ra oxit sắt với công thức là Fe2O3 và có tên gọi là khoáng chất hematit. Khoáng chất hematit có mầu đỏ hoặc nâu đỏ. Chính vì lẽ đó gạch nung có mầu đỏ. [7]
Độ trắng của sản phẩm sẽ tăng nếu chứa nhiều Al2O3; sản phẩm có màu đỏ, xám xanh, nâu, xám đen…nếu chứa nhiều (Fe2O3, FeO, TiO2, MnO2...)
2.4.1.3. Ảnh hƣởng của oxit tạo màu:
Fe2O3: Oxit sắt đƣợc đƣa vào trong bài phối liệu không những có tác dụng hạ thấp nhiệt độ kết khối ngay ở nhiệt độ thấp, mà còn có tác dụng tạo ra màu đỏ cho sản phẩm.
MnO2: Oxit mangan đƣợc đƣa vào trong bài phối liệu có tác dụng tạo ra màu đen nâu, xám cho sản phẩm.
Các oxit CaO, MgO đƣợc đƣa vào dƣới dạng calcite, dolomite hoặc talc cũng có tác dụng hạ thấp nhiệt độ nung khi sử dụng với hàm lƣợng tối ƣu.
Nhƣ vây, thành phần hóa của bài phối liệu không những ảnh hƣởng đến khả năng kết khối, mà còn ảnh hƣởng đến màu sắc của sản phẩm.
2.5. Ảnh hƣởng của chế độ nung sản phẩm:
Thời gian (phút) 0 500 1000 1500 0 20 40 60 80 Nhiệt độ (C)
Hình 5. Biểu đồ nâng hạ nhiệt
a. Đường cong nung
Đƣờng cong nung thực chất là biểu đồ thể hiện nhiệt độ nung cực đại, tốc độ nâng nhiệt, lƣu nhiệt và hạ nhiệt theo chiều dài từ đầu đến cuối lò; Đồng thời nó cũng là biểu đồ thể hiện nhiệt độ nung cực đại, tốc độ nâng nhiệt, lƣu nhiệt và hạ nhiệt theo thời gian nung sản phẩm (Sản phẩm nung chuyển động còn lò thì cố định). [3]
Đƣờng cong nung là một trong những yếu tố quan trọng có vai trò và ảnh hƣởng rất đến chất lƣợng sản phẩm nung. VD: Tính nguyên vẹn của sản phẩm, lõi đen, châm kim, kích thƣớc, độ phẳng, độ bóng, tông màu…. Để hiểu rõ hơn về vai trò và ảnh hƣởng của chúng đến chất lƣợng sản phẩm nung, thì phải nghiên cứu từng biến riêng rẽ của đƣờng cong nung.
Nhiêt độ nung cực đại và thời gian lưu
Nhiệt độ nung hợp lý Tmax và thời gian lƣu là yếu tố rất cơ bản, có ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng sản phẩm nung, nhƣng chính nó lại do thành phần hoá học của phối liệu quyết định. Tuỳ theo thành phần hoá học mà hiện tƣợng kết khối xảy ra ở trạng thái rắn hay ở giai đoạn đầu là kết khối pha rắn
và cuối cùng lại xuất hiện thêm pha lỏng. Trƣờng hợp kết khối có mặt pha lỏng thì lƣợng pha lỏng xuất hiện và tính chất của nó (Ví dụ nhƣ η,σ,ϕ v.v...) quyết định điều kiện nung[3].
Nếu lƣợng pha lỏng tăng nhanh và các tính chất của nó thay đổi mạnh theo nhiệt độ, thì phải nung sản phẩm ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ lý thuyết và kéo dài thời gian lƣu ở nhiệt độ đó lâu hơn. Ngƣợc lại, nếu lƣợng pha lỏng tăng chậm và các tính chất của nó thay đổi theo nhiệt độ từ từ, thì cho phép nung sản phẩm ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ lý thuyết, song rút ngắn thời gian lƣu ở nhiệt độ đó vẫn thu đƣợc sản phẩm tốt đồng thời giảm đƣợc năng lƣợng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm[3].
Tốc độ nâng nhiệt và lưu nhiệt
Tốc độ nâng nhiệt khi nung sản phẩm gốm sứ phụ thuộc chủ yếu vào quá trình biến đổi các cấu tử trong phối liệu theo nhiệt độ và đặc tính của từng loại sản phẩm (dày, mỏng, to, nhỏ...). Tuỳ thuộc vào thành phần của phối liệu, mà trong quá trình nâng nhiệt có thể xảy ra các biến đổi hóa lý với mức độ khác nhau nhƣ: Cháy tạp chất hữu cơ, phân hủy, biến đổi thù hình, hiệu ứng thu và toả nhiệt, phản ứng hoá học, xuất hiện pha lỏng, quá trình kết khối[3] ....
Nói chung, khi nung sản phẩm lớn, dày, phối liệu có lẫn tạp chất hữu cơ phải nâng nhiệt chậm; còn sản phẩm nhỏ, mỏng, phối liệu sạch, không lẫn tạp chất hữu cơ thì cho phép nâng nhanh nhiệt độ[3]. Trong nhiều trƣờng hợp ngoài các nguyên liệu chính còn phải quan tân đến các nguyên liệu phụ nhƣ đá vôi, dolomite và các tạp chất khác.
Ứng với khoảng nhiệt độ có các quá trình biến đổi cấu trúc, chuyển hoá dạng thù hình, phản ứng phân huỷ... tuỳ trƣờng hợp cụ thể để nâng nhiệt nhanh hay chậm hoặc lƣu nhiệt ở nhiệt độ thích hợp nếu thấy cần thiết[3].
b- Môi trƣờng nung [1]
Trong quá trình nung sản phẩm gốm sứ, môi trƣờng khí giữ vai trò quan trọng vì nó có thể làm thay đổi thành phần hoá học và kéo theo là làm thay
đổi tính chất và màu sắc của sản phẩm. Mặt khác, nếu thực hiện một môi trƣờng khí phù hợp sẽ giúp giảm nhiên liệu khi nung.
Đặc điểm của môi trƣờng khí đƣợc xác định bằng lƣợng oxy tự do hoặc chất khử trong sản phẩm cháy. Môi trƣờng oxy hoá điển hình chứa 4-5% oxy tự do, môi trƣờng trung tính 1-1,5% oxy tự do, và môi trƣờng khử có lƣợng oxy tự do ít hơn 1%.
Trong công nghệ sản xuất gốm sứ nói chung, sản xuất gạch cotto nói riêng thì ở giai đoạn nhiệt độ ban đầu đến giai đoạn nâng nhiệt độ 900- 1050oC thƣờng phải duy trì môi trƣờng khí oxy hoá mạnh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy các hợp chất CaCO3, MgCO3 hoặc thực hiện phản ứng cháy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong nguyên liệu.
Ở giai đoạn nung 1050o
C ÷ Tmax cần duy trì môi trƣờng khử (Dƣ CO) nhằm để khử mầu nâu của Fe+3
để sản phẩm tƣơi hơn. Mặt khác, môi trƣờng này dễ đạt đƣợc nhiệt độ nung cao nhất, tiết kiệm nhiên liệu khi nung.
Ở giai đoạn cuối nung chính là giai đoạn chuyển tiếp từ vùng nung sang vùng làm nguội nhanh, ở giai đoạn này sản phẩm kết khối hoàn toàn, cần phải duy trì môi trƣờng trung tính để ổn định màu sắc của sản phẩm.
Tóm lại môi trƣờng khí ảnh hƣởng đến các thành phần chứa các tạo màu, hợp chất carbonat canxi hay carbonat manhe, các tạp chất hữu cơ... Do đó, tuỳ từng trƣờng hợp cụ thể ta chọn môi trƣờng khí cho phù hợp với từng giai đoạn nung sản phẩm.
PHẦN II: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ NGHIÊN CỨU 2.1. MỤC TIÊU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.1. Mục tiêu:
Với đề tài là “Nghiên cứu đa dạng hóa màu sắc sản phẩm gạch Cotto dựa trên nguồn nguyên liệu của địa phƣơng”.
Dựa trên cơ sở lý thuyết đã đƣợc nêu trên, thì các yếu tố ảnh hƣởng đến màu sắc của sản phẩm gạch cotto bao gồm thành phần hóa; chế độ nung. Trong đó, chế độ nung tại nhà máy sau thời gian dài thử nghiệm và sản xuất đến nay đã gần nhƣ đạt hiệu suất tối đa, còn thành phần hoá học của bài phối liệu có thể thay đổi đƣợc. Chính vì thế, hƣớng của đề tài là nghiên cứu thay đổi các bài phối liệu xƣơng để tạo ra sự thay đổi màu sắc của sản phẩm (trong bài phối liệu sử dụng ít nhất lƣợng oxit gây màu nhƣ MnO2). Mục tiêu cụ thể là tạo ra 3 mẫu màu sản phẩm mới có màu xám khói (Smoke); nâu đen (Socola); vàng kem.
Nội dung nghiên cứu thực nghiệm cụ thể theo các bƣớc sau:
+ Nghiên cứu sự thay đổi màu sắc của các loại nguyên liệu đất sét sẵn có tại địa phƣơng khi đóng mẫu nung tại các nhiệt độ khác nhau trong khoảng từ 1000o C -1200o C.
+ Từ kết quả đánh giá màu sắc của các loại nguyên liệu đất sét tại địa phƣơng ở trên. Tiến hành nghiền, phối trộn các loại nguyên liệu + oxit gây màu theo các tỉ lệ bài phối liệu khác nhau sau đó nghiên cứu sự thay đổi màu sắc của các bài phối liệu đó khi đóng mẫu nung tại nhiệt độ theo điều kiện sản xuất thực tế.
+ Từ kết quả đánh giá màu sắc của các bài phối liệu trên tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến màu sắc và mức độ kết khối của sản phẩm.
+ Đánh giá thảo luận các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc và rút ra các kết luận tổng quát.
2.1.2. Phƣơng pháp xác định các tính chất của mẫu nghiên cứu
2.1.2.1. Xác định độ bền uốn
Giá trị cƣờng độ đƣợc biểu thị bằng KG/cm2.
Cƣờng độ bền uốn đƣợc tính bằng công thức sau đây[2]: σs = [KG/cm2]
Trong đó: n =
d1 – Khoảng cách thực tế trên thanh trƣợt, mà tại đó tải trọng Po bẻ gãy mẫu thí nghiệm.
d2 – Khoảng cách từ đầu thanh trƣợt đến vị trí mà tại đó có gắn thanh truyền tải trọng (d2 = 10 cm).
Po – Khối lƣợng tải trọng [KG]
l– Khoảng cách giữa 2 thanh đỡ [cm] b– Chiều rộng mẫu [cm]
h– Chiều cao mẫu [cm]
2.1.2.2. Xác định độ co ngót sau nung
Đo kích thƣớc gạch sau nung (l1) bằng thƣớc kẹp
Hiệu số giữa kích thƣớc hộc khuôn ép (l0) và kích thƣớc sau nung (l1) nhân với 100 % rồi chia cho giá trị (l0) sẽ đƣợc độ co ngót sau nung (S.F)
S.F = * 100% [2]
Kết quả đánh giá độ co ngót cho một loại sản phẩm đƣợc tính trung bình của các mẫu. Nếu giữa các mẫu của 1 sản phẩm sai khác hơn 20% thì phải kiểm tra lại.
2.1.2.3. Xác định độ hút nước
Các mẫu nung đƣợc cân bằng cân điện tử có độ chính xác 0.01g để xác định đƣợc khối lƣợng của các mẫu thí nghiệm.
Đun sôi mẫu trong nƣớc với thời gian 4 giờ, sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng. Nhấc các mẫu ra khỏi nƣớc, lau chúng bằng giẻ khô rồi cân lại chúng trong không khí đƣợc khối lƣợng W2.
Độ hút nƣớc từng mẫu thử (Hp), tính bằng % và đƣợc tính theo công thức: Hp= .100% 1 1 2 [2]
Kết quả đánh giá độ hút nƣớc cho một loại sản phẩm đƣợc tính trung bình của các mẫu. Nếu giữa các mẫu của 1 sản phẩm sai khác hơn 20% thì phải kiểm tra lại.
2.2. PHƢƠNG PHÁP CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU 2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu 2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu
Nguyên liệu bao gồm các loại đất sét và samot sau khi đƣợc kiểm tra về thành phần khoáng hóa và đạt các chỉ tiêu kỹ thuật để sản xuất gạch Cotto thì đƣợc lấy từ kho nguyên liệu của nhà máy: từ bãi nguyên liệu đất sét ta lấy ở 3 vị trí (đỉnh, giữa và đáy của khối nguyên liệu) điều này đảm bảo sự đồng đều về nguyên liệu sử dụng. Đất sét sau khi đƣợc lấy đem thái mỏng và sấy đến khối lƣợng không đổi. Cuối cùng đƣợc bảo quản trong lọ nhựa để tránh hiện tƣợng hút ẩm trở lại, ảnh hƣởng tới giai đoạn tạo ẩm tạo hình sản phẩm trong quá trình thí nghiệm.
2.2.2. Gia công nguyên liệu
Phối liệu đƣợc gia công theo phƣơng pháp dẻo với độ ẩm tạo hình W = 16- 18%. Với các bài phối liệu khác nhau đều đƣợc gia công và chuẩn bị mẫu theo cùng một phƣơng pháp.
Nguyên liệu đƣợc cân theo bài phối liệu với độ chính xác ±0,01g. Sau khi phối trộn theo tỷ lệ, đƣa vào máy nghiền búa thí nghiệm nghiền với các lƣới sàng lần lƣợt có kích thƣớc lỗ sàng 1,2x1,5mm. Phối liệu đƣợc nghiền xong đem đi kiểm tra cấp hạt trên máy sàng rung Gabrielli tại Phòng thí nghiệm. Kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
Tỷ lệ cấp hạt Kích thước lỗ
sàng máy nghiền búa
Tỷ lệ sót sàng trên các cỡ sàng của máy sàng rung (%) 0,6 mm 0,4 mm 0,3 mm 0,212 mm 0,125mm <0,125 mm
1,2x1,5 mm 6÷9 11÷14 10÷13 10÷13 18÷22 25÷32
Qua thực nghiệm tại sản xuất tại nhà máy gạch Cotto Giếng Đáy thì với thành phần cấp hạt nhƣ trên đảm bảo khả năng tạo hình và đảm bảo các tính chất cơ lý của sản phẩm.
Phối liệu sau khi nghiền đƣợc sấy khô đến độ ẩm không đổi trong tủ sấy thí nghiệm với nhiệt độ sấy 120 ÷ 150 oC;
2.2.3. Tạo mẫu nghiên cứu
Phối liệu sau quá trình gia công và đƣợc bảo quản tránh ẩm nhƣ trên ta đem tạo hình mẫu thí nghiệm theo các bƣớc nhƣ sau:
Phƣơng pháp tạo hình sản phẩm gạch Cotto lựa chọn là phƣơng pháp dẻo :
- Trộn phối liệu với nƣớc đạt độ ẩm tạo hình W= 16- 18% - Tạo hình bằng máy đùn ép Lento với lực ép 14 – 23KG/cm2 - Kích thƣớc mẫu tạo hình: 200×100×14mm
Tiến hành đánh dấu ký hiệu mẫu, mỗi bài phối liệu ta sử dụng 5 mẫu và kết quả là kết quả trung bình của 5 mẫu. Mẫu đƣợc đem sấy nung tại lò công nghiệp (lò nung thanh lăn của Công ty) với nhiệt độ sấy T0max =180oC , nhiệt độ nung T0
max = 1150 – 11900C.
PHẦN III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU & THẢO LUẬN 3.1. Bài phối liệu đang sản xuất màu đỏ truyền thống tại nhà máy
Hiện nay sản phẩm gạch Cotto đang sản xuất tại nhà máy có màu sắc rất đơn điệu (màu đỏ truyền thống) với bài phối liệu sản xuất sử dụng nguyên liệu chính là đất sét đỏ Giếng Đáy, đất sét đỏ Hƣng Long theo tỉ lệ nhƣ sau:
Bài phối liệu đang sản xuất
NGUYÊN LIỆU [% ]
ĐS Giếng Đáy ĐS Hƣng Long Samot
35,0 45,0 20,0
Từ những lý do trên việc lựa chọn nguyên liệu có thành phần hóa học và thành phần khoáng phù hợp và xây dựng đƣợc bài phối liệu đảm bảo phù