NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CAO LANH A LƯỚI (THỪA THIÊN-HUẾ) ĐỂ SẢN XUẤT SỨ DÂN DỤNG CAO CẤP
USING KAOLIN OF A LUOI FROM
NGUYỄN VĂN DŨNG
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Đề tài khảo sát một số tính chất kỹ thuật và nghiên cứu khả năng ứng dụng của cao lanh A Lưới (Thừa Thiên-Huế) để sản xuất sứ dân dụng cao cấp. Các bài phối liệu nghiên cứu đều cho kết quả tốt.
ABSTRACT
This paper deals with the technical properties of kaolin in A Luoi (Thua Thien-Hue) and its application to produce high quality porcelain. Some good batches have been given.
1. TỔNG QUAN
Cao lanh là nguyên liệu không thể thiếu trong công nghiệp gốm sứ. Cao lanh A Lưới (Thừa Thiên-Huế) có chất lượng tốt và trữ lượng lớn [1], hiện nay đã được sử dụng tại một số nhà máy sản xuất gạch ốp lát ceramic, gạch granite cho các bài men lót, men nền, thay thế cho cao lanh nhập ngoại và được sử dụng trong bài xương và men của các sản phẩm bán sứ vệ sinh cũng như trong một số lĩnh vực khác.
Cao lanh A Lưới có nguồn gốc từ quá trình phong hoá các đại mạch aplite, granite aplite có thành phần giàu feldspar, nghèo thạch anh và khoáng vật màu. Cao lanh A Lưới có màu trắng, trắng trong, trắng vôi, dễ bóp vỡ vụn, có hạt vừa và mịn, ở phần tiếp xúc với đá vây quanh cao lanh có màu trắng hồng nhạt, trắng vàng nhạt và có ít mạch thạch anh màu trắng đục. Cao lanh A Lưới có hàm lượng Fe2O3 thấp (<1%), độ trắng cao sau khi nung (73,9% so với MgO)[2].
Cao lanh A Lưới bán trên thị truờng được tuyển lọc tại Nhà máy Gạch Men Sứ Hucera, Huế. Dây chuyền tại đây có năng suất 7000 tấn/năm. Ngoài ra một phân xưởng tuyển lọc mới với năng suất 60000 tấn/năm cũng đang được xây dựng ngay tại khu mỏ.
Có chất lượng tốt (lượng khoáng caolinit chiếm 53.2%) và với màu trắng sau khi nung, cao lanh A Lưới được sử dụng để sản xuất xương và men ở Nhà máy Gạch Men Sứ Thừa Thiên Huế, trong xương sứ vệ sinh tại Nhà máy Sứ Hải Vân Đà Nẵng v.v... Vấn đề là chúng ta có thể sử dụng cao lanh A Lưới cho sản phẩm cao cấp hơn, chẳng hạn như sứ dân dụng cao cấp và sứ điện cao thế không? Nếu được như vậy thì hiệu quả ứng dụng của cao lanh A Lưới sẽ được nâng cao thêm rất nhiều.
2. QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM
Cao lanh A Lưới được phân tích các tính chất như thành phần hạt, thành phần hoá, thành phần khoáng, chỉ số dẻo, lượng nước tạo hình tối ưu, độ co khi sấy... và những tính chất sau khi nung như màu sắc, độ co khi nung, độ xốp thực, độ xốp biểu kiến... Trên cơ sở các tính chất đo được đánh giá chất lượng của cao lanh có đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất sứ dân dụng cao cấp hay không.
Sau đó, lựa chọn một số bài phối liệu trong vùng sứ mềm của giản đồ hệ 3 cấu tử T-Q-F theo F.H. Norton. Các phối liệu được nung và phân tích đánh giá tính chất từng bài, cuối cùng chọn ra bài phối liệu tối ưu để có thể đưa vào sản xuất.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Cao lanh A Lưới được phân tích và so sánh với cao lanh Zettlitz (Sedlec), một loại cao lanh được xem là có chất lượng tiêu chuẩn trên thế giới, chúng ta được bảng sau:
Bảng 1. Các tính chất cơ bản của cao lanh A Lưới và cao lanh Zettlitz
|
Tính chất |
Cao lanh A Lưới |
Cao lanh Zettlitz |
|
Thành phần hạt (phần trăm trọng lượng qua sàng 0.063mm) |
0.2% |
0% |
|
Thành phần hoá (% trọng lượng) SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O MKN |
53.95 31.77 0.11 0.07 0 0.22 1.97 0.03 11.88 |
46.9 37.3 - 0.3 1.1 12.8 |
|
Thành phần khoáng (% trọng lượng) caolinite halloysite quarzt muscovite microcline |
53.2 4.3 25.7 10.9 5.9 |
90 2 7 - |
|
Trọng lượng riêng (g/cm3) |
2.474 |
- |
|
Lượng nước tối ưu khi tạo hình dẻo (%) |
20.2 |
- |
|
Chỉ số dẻo theo phương pháp Pfefferkorn |
31.8 |
33.2 |
|
Độ lưu động của hồ (độ ẩm tương đối của hồ ứng với 100 cm3 hồ chảy hết trong 10 giây) (%) |
46.8 |
- |
|
Độ co khi sấy (%) |
5.3 |
4.6 |
|
Độ co khi nung 12000C (%) |
6.7 |
9.4 |
|
Độ co khi nung 12500C (%) |
10.7 |
- |
|
Độ xốp biểu kiến, sau nung 12000C (%) |
25.4 |
15.4 |
|
Độ xốp biểu kiến, sau nung 12500C (%) |
19.6 |
- |
|
Độ xốp thực, sau nung 12500C (%) |
23 |
- |
|
Trọng lượng riêng, sau nung 12500C (g/cm3) |
2.73 |
- |
|
Trọng lượng thể tích, sau nung 12500C (g/cm3) |
1.99 |
- |
|
Màu sắc sau khi nung (%, so với MgO) |
73.9 |
- |
Về thành phần hoá và thành phần khoáng, chúng ta thấy lượng Al2O3 và khoáng sét (caolinit và halloysite) trong cao lanh A Lưới thấp hơn so với cao lanh Zettlitz, tuy nhiên vẫn đạt yêu cầu cho cao lanh dùng để sản xuất sứ. Hàm lượng khoáng thạch anh trong cao lanh A Lưới cao hơn cao lanh Zettlitz nhiều (25.7% so với 2%), vậy khi thiết kế bài phối liệu chắc chắn phải chú ý đến lượng quăc sử dụng.
Giản đồ phân tích XRD của cao lanh A Lưới được cho trong hình 1.
Hình 1. Giản đồ phân tích XRD của cao lanh A Lưới
Về thành phần hạt, cao lanh A Lưới thô hơn cao lanh Zettlitz, tuy nhiên lượng sót sàng 0,063 mm chỉ là 0.2%.
Về chỉ số dẻo, cao lanh A Lưới thấp hơn cao lanh Zettlitz (31.8 so với 33.2) nên chúng ta cần lưu ý cho thêm lượng đất sét thích hợp để tăng độ dẻo cho phối liệu khi tạo hình.
Sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau, cao lanh A Lưới nung có màu trắng, đáp ứng được yêu cầu về màu sắc của cao lanh dùng cho sản xuất sứ. Điều này hoàn toàn phù hợp với việc phân tích thành phần hóa (hàm lượng các oxit gây màu thấp, lượng Fe2O3 là 0.11% TL, lượng TiO2 là 0.07% TL).
Trên giản đồ 3 cấu tử T-Q-F của F.H.Norton, chúng tôi chọn 3 bài phối liệu nằm trong vùng sứ mềm. Ngoài thành phần chính là cao lanh A Lưới, chúng tôi còn sử dụng thêm các nguyên liệu khác tại miền Trung như đất sét Lại Bằng trắng khai thác tại Huế, tràng thạch Đại Lộc (Quảng
Bảng 2. Thành phần hóa các loại nguyên liệu (% TL)
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
TiO2 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
MKN | |
|
ĐS LBT |
62.13 |
25.25 |
0.60 |
0.07 |
0 |
0.87 |
4.07 |
0.26 |
6.12 |
|
TT ĐL |
71.72 |
16.24 |
0.59 |
0.08 |
1.05 |
0.05 |
3.91 |
5.47 |
0.89 |
|
Cát HK |
98.60 |
0.80 |
0.12 |
0.17 |
0.04 |
0.04 |
0.12 |
0.01 |
0.10 |
Trong đó ĐS LBT- đất sét Lại Bằng trắng, TT ĐL- tràng thạch Đại Lộc, cát HK- cát Hoà Khánh
Ba bài phối liệu được chọn trong vùng sứ mềm theo chiều hướng giảm lượng quăc sử dụng, từ 30% xuống còn 25,2% rồi 20.1% TL. Trong khi đó lượng T tăng lên tương ứng, từ 34.5%, lên 40.1% và lên 44.5% TL. Lượng tràng thạch trong phối liệu gần như được giữ nguyên. Thành phần T-Q-F của các bài phối liệu được cho trong bảng 3.
Bảng 3. Thành phần T-Q-F của các bài phối liệu (% TL)
|
Thành phần T-Q-F |
T |
Q |
F |
|
Bài phối liệu 1 |
34.5 |
30 |
35.5 |
|
Bài phối liệu 2 |
40.1 |
25.2 |
34.7 |
|
Bài phối liệu 3 |
44.5 |
20.1 |
35.4 |
Sau đó tiếp tục tính thành phần nguyên liệu của các bài phối liệu, số liệu tính toán được cho trong bảng 4.
Bảng 4. Thành phần nguyên liệu của các bài phối liệu
|
Cao lanh A Lưới |
Đất sét Lại Bằng trắng |
Tràng thạch Đại Lộc |
Cát Hoà Khánh | |
|
Bài phối liệu 1 |
28 |
23 |
34 |
15 |
|
Bài phối liệu 2 |
35 |
25 |
30 |
10 |
|
Bài phối liệu 3 |
45 |
20 |
30 |
5 |
Các phối liệu được nghiền mịn trong máy nghiền bi, thời gian nghiền 9-11h, chất điện giải Na2SiO3 (thuỷ tinh lỏng) 0.3%. Hồ sau khi nghiền có lượng sót sàng 0.063mm là 1.85-2.1%, được đổ rót vào khuôn thạch cao, tháo khuôn và sấy. Bán thành phẩm sau khi sấy được đo độ co khi sấy và độ bền uốn, sau đó đem nung trong lò tunnel tại Nhà máy Sứ Hải Vân Đà Nẵng, nhiệt độ nung 12900C. Sản phẩm được phân tích các tính chất như khối lượng thể tích, độ co khi nung, độ xốp biểu kiến, độ hút nước, từ đó xem xét, đánh giá, lựa chọn ra bài phối liệu tối ưu để có thể đưa vào sản xuất.
Bảng 5. Tính chất kỹ thuật của sản phẩm