Tính toán phối liệu TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU 1. Tính toán phối liệu gốm sứ, vật liệu chịu lửa: • Nội dung : Căn cứ vào nguyên liệu sử dụng và yêu cầu của mặt hàng để tìm ra bài pha chế. • Yêu cầu : Yêu cầu cơ bản của tính phối liệu là cần biết tỉ lệ % về trọng lượng của từng loại nguyên liệu trong phối liệu. • Phương pháp tính toán phối liệu theo thứ tự sau : - Nêu các công thức phối liệu tham khảo (lấy từ tài liệu, sách vở hoặc số liệu thực tế của các nhà máy) đã cho ở dạng thành phần hóa học hoặc một số dạng khác (thành phần khoáng, thành phần phân tử). - Tự chọn lấy một công thức phối liệu tương đối thông dụng và tốt để làm cơ sở tính toán phối liệu sản xuất cho nhà máy. - Dựa theo thành phần hóa của nguyên liệu đã cho và theo công thức phối liệu tự chọn ta tiến hành tính toán cụ thể để xác định tỉ lệ trọng lượng của từng nguyên liệu một. • Cách tính : - Tính phối liệu khi biết thành phần hóa của xương và nguyên liệu. - Cách đổi từ thành phần phối liệu sang thành phần khoáng. - Cách tính phối liệu theo thành phần khoáng. - Cách đổi từ thành phần phối liệu ra thành phần hóa. - Cách tính bài phối liệu mới dựa trên cơ sở của một bài phối liệu có sẵn. 1. Ví dụ một : Tính phối liệu xương sản phẩm của sứ (bán sứ) khi biết thành phần hóa của xương và thành phần hóa của nguyên liệu. * Thành phần hóa của xương: SiO 2 (S): 69% Al 2 O 3 (A): 25.7% K 2 O + Na 2 O (R): 2.6% ……………………………………………………………………………………. 1 Tính toán phối liệu * Thành phần hóa của nguyên liệu: SiO 2 (S) Al 2 O 3 (A) K 2 O + Na 2 O (R) MKN Đất sét trắng (d) Cao lanh (x) Fenspat (y) Cát thạch anh (z) 57.03(s) 55.1 (s 1 ) 67.78(s 2 ) 96.27 (s 3 ) 27.2 (a) 32.02 (a 1 ) 18.71 (a 2 ) 2.92 (a 3 ) 0.87 (r) 0.28 (r 1 ) 12.63 (r 2 ) - 17.37 11.11 0.53 0.59 ** Lưu ý: Đối với gốm thông thường, các nguyên liệu sử dụng có hàm lượng Fe 2 O 3 , TiO 2 , CaO, MgO nhỏ nên khi tính toán cho phép bỏ qua. Vì vậy ta chỉ cần tính toán cho hàm lượng các oxyt nhiều quan trọng. * Cách tính : để đảm bảo đủ độ dẻo khi tạo hình thường khống chế trước tỉ lệ đất sét: - Đối với phối liệu sành sứ thủ công thường là 30%. - Đối với sứ thông thường là 8 ÷ 15%. - Đối với sứ có yêu cầu độ trắng cao thì không dùng đất sét. Ở đây ta chọn đất sét trắng với thành phần 20% trong xương sản phẩm. Gọi x, y, z có thành phần của cao lanh, fenspat, cát thạch anh có trong phối liệu xương sản phẩm với thành phần hóa đã được biết. Các biểu thức được thành lập như sau: s 1 x + s 2 y + s 3 z + sd = S a 1 x + a 2 y + a 3 z + ad = A r 1 x + r 2 y + sd = R Hay: 0.551x +0.6778y + 0.9627z = 57.5940 (1) = 69 – 20 x 0.5703 0.3202x + 0.1871y +0.0292z = 20.26 (2) = 25,7 – 20 x 0.272 0.0028x + 0.1263y = 2.4260 (3) = 2,6 – 20 x 0.87 ……………………………………………………………………………………. 2 Thành phần hóa Nguyên liệu Tính toán phối liệu Lấy (1) x 0.0292 – (2) x 0.9627 Ta được: 0,292x + 0,16y = 17,822 0,0028x + 0,1263y = 2,4260 17.51 0364.0 8628.1 == x ⇒ x = 51.17 y = 18.07 z = 17.82 Quy đổi về nguyên liệu với thành phần hiệu chỉnh MKN: 93.17100 )59.0100( 82.17 17.18100 )53.0100( 07.18 57.57100 )11.11100( 17.51 20.24100 )37.17100( 20 =× − = =× − = =× − = =× − = z y x d 117,87 ⇒ Thành phần % nguyên liệu đáp ứng yêu cầu sản phẩm là: Đất sét trắng: 20,53% = 24,2/117,87 Cao lanh: 48.84% Fenspat: 15.42% Cát thạch anh: 15,21% 2. Ví dụ hai : Tính bài phối liệu khi biết % khoáng lý thuyết của xương và thành phần hóa của nguyên liệu. * Khoáng lý thuyết của xương: Caolinit: 53.2% Fenspat: 16% Quắc: 29.3% * Thành phần hóa nguyên liệu (thành phần chính) ……………………………………………………………………………………. 3 Tính toán phối liệu SiO 2 Al 2 O 3 K 2 O Na 2 O MKN Đất sét Cao lin Fenspat Quắc 57.03 48.74 66.78 97.3 27.2 36.18 18.71 2.52 0.68 0.19 2.96 0.19 0.05 9.67 10.81 12.58 0.53 0.51 * Cách tính : - Tính thành phần khoáng lý thuyết của nguyên liệu: • Thành phần khoáng theo đất sét : Khoáng fenspat gồm có: Anbit + octoclaz + Anbit: Na 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 : 524 (trọng lượng phân tử) Lượng khoáng anbit có trong 100 PTL đất sét: (Na 2 O = 0.19) = PTL60.1 62 19.0524 = × Na 2 O : 62 Oxyt mang theo vào: Al 2 O 3 = 31.0 524 1026.1 = × SiO 2 = 09.1 524 3606.1 = × + Octoclaz: K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 : 556 Lượng khoáng octolaz có trong 100 PTL đất sét: (K 2 O = 0.68) = PTL02.4 94 68.0556 = × Oxyt mang theo vào: Al 2 O 3 = 74.0 556 10202.4 = × SiO 2 = 6.2 556 36002.4 = × ……………………………………………………………………………………. 4 Nguyên liệu Thành phần hóa Tính toán phối liệu ⇒ Lượng khoáng fenspat do đất sét mang vào: 5.62 PTL và lượng oxyt mang theo: Al 2 O 3 = 1.05, SiO 2 = 3.69 Khoáng Caolinit: Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O: 258 Lượng khoáng caolinit có trong đất sét: PTL14.66 102 258 )05.12.27(C =×−= Lượng SiO 2 mang theo vào: SiO 2 = 76.30 258 12014.66 = × Lượng oxyt silic tự do (quắc): Q = 51.03 – 3.69 – 30.76 = 16.58 • Tương tự như đã tính thành phần khoáng theo đất sét, ta tính thành phần khoáng của caolin, fenpat và cát thạch anh. Ta có các số liệu sau: Caolinit Fenpat Quắc Đất sét Cao lin x Fenspat y Cát thạch anh z c = 66.14 c 1 = 90.8 c 2 c 3 f = 5.62 f 1 = 1.42 f 2 =99.2 f 3 q=16.58 q 1 =5.72 q 2 q 3 =97.27 Phối liệu C= 53.2 F=16 Q=29.3 Chọn lượng đất sét đưa vào phối liệu là 20%. Gọi x, y, z tương ứng caolin, fenspat, cát. ⇒ Lượng caolinit, fenspat, quắc theo đất sét mang vào: 66.14 x 0.2 = 13.22 PTL 5.62 x 0.2 = 1.12 PTL 16.58 x 0.2 = 3.32 ⇒ Lượng caolinit do caolin đưa vào: 53.2 – 13.22 = 39.98 Lượng caolin có trong phối liệu: ……………………………………………………………………………………. 5 Thành phần hóa Nguyên liệu Tính toán phối liệu x= %02.44 8.90 10098.39 = × Khoáng fenspat và quắc theo caolin mang vào: Fenspat: 1.42 x 44.02 = 0.62 Quắc: 5.72 x 44.02 = 2.51 Lượng fenspat đưa vào phối liệu: y = 16 – (0.62 + 1.12) = 14.26 Lượng cát thạch anh đưa vào phối liệu: Z = 29.3 – (2.51 + 3.32) = 23.47 * Thành phần khoáng hợp lý đưa vào phối liệu là: Đất sét: 20 Caolin: 44.02 Fenspat: 14.26 Cát thạch anh: 23.47 * Quy về thành phần % phối liệu: Đất sét: 19.7% Caolin: 43.3% Fenpat: 14% Cát thạch anh: 23% II. Tính toán phối liệu men, thủy tinh: • Nội dung: Thường dựa vào tính chất sản phẩm, chọn định hướng một công thức men nhất định để từ đó tính toán công thức men. Có thể chọn trong những tài liệu đã tổng kết hoặc dựa vào những số liệu thực nghiệm trong sản xuất. Từ công thức men ta tính được phối liệu men. • Yêu cầu: Thành phần của men có thể cho theo % hàm lượng các cấu tử trong men, % các oxyt trong men, công thức phân tử hay % phân tử. • Phương pháp tính: cách tính thành phần của men xuất phát từ hàm lượng của các oxyt riêng biệt trong men. • Phân loại: Men có hai loại: - Men khó chảy còn gọi là men sống. ……………………………………………………………………………………. 6 Tính toán phối liệu - Men dễ chảy gọi là men frit Đối với men khó chảy, cách tính giống cách tính phối liệu mộc Men còn có loại men đục và men trong. 1. Ví dụ một : Tính phối liệu men frit dùng cho màu trên men với công thức phân tử: 0.85Na 2 O 1.7B 2 O 3 0.15PbO 1.71SiO 2 Biết rằng nguyên liệu sử dụng là Na 2 CO 3 , Pb 3 O 4 , H 3 BO 3 và cát thạch anh (được xem chứa 100% SiO 2 ) • Cách tính: Trong quá trình nung phối liệu frit, nguyên liệu hóa chất phối liệu thực hiện phản ứng cháy, phân hủy sau: Na 2 CO 3 → Na 2 O + CO 2 1 mol 1 mol - Để được 0.85 mol Na 2 O, cần lượng 0.85 mol Na 2 CO 3 hay M.Na 2 CO 3 x 0.85 mol = 106 x 0.85 = 90.1g Na 2 CO 3 Pb 3 O 4 → 3PbO + 1/2O 2 1 mol 3 mol Y mol? ← 0.15 mol - Lượng Pb 3 O 4 cần = M. Pb 3 O 4 x 3 15.0 = 685 x 0.05 = 34.25g 2H 3 BO 3 → B 2 O 3 + 3H 2 O 2mol 1 mol Z mol? ← 1.7mol - Lượng H 3 BO 3 cần: M.H 3 BO 3 x 3.4 = 62 x 3.4 = 210,8g - Lượng SiO 2 cần: MSiO 2 x 1.71 = 60 x 1.71 = 102.6g * Vậy lượng nguyên liệu cần thiết: Na 2 CO 3 : 90.1g Pb 3 O 4 : 34.25g H 3 BO 3 : 201.8g ……………………………………………………………………………………. 7 Tính toán phối liệu SiO 2 : 102.6g * Thành phần % phối liệu: Na 2 CO 3 : 20.7% Pb 3 O 4 : 7.8% H 3 BO 3 : 41.8% SiO 2 : 23.4% 2. Ví dụ hai: Tính thành phần phối liệu của men frit zircon, biết thành phần % trọng lượng của frít sau: SiO 2 : 58.2 CaO: 2.8 BaO: 1.1 F 2 : 2.9 Al 2 O 2 : 5.8 MgO: 1.4 SrO: 3 R 2 O: 11 ZnO: 2.4 ZrO 2 : 11.4 Các oxyt được đưa vào phối liệu dưới dạng fenspat, cát thạch anh, đá vôi, đôlômít, soda, BaCO 3 , SrCO 3 , Na 2 SiF 6 .Với thành phần hóa của nguyên liệu sau: Thành phần hóa Nguyên liệu SiO 2 Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O CaO MgO Fe 2 O 3 MKN Fenspat Dolomit Cát thạch anh Đá vôi 65.04 4.04 98.5 1.01 20.2 0.28 0.28 0.24 3.74 - - - 9.38 - - - 0.8 30.46 0.25 54.66 0.18 2049 0.35 0.22 0.24 - 0.72 - 0.11 43.93 0.2 43.0 Men % 58.2 5.8 11 2.8 1.4 Thành phần % trọng lượng frit, BaO và SrO 2 được đưa vào với hóa chất đơn điệu SrCO 3 và BaCO 3 . Thành phần F 2 và ZrO 2 được đưa vào phối liệu chỉ từ nguyên liệu Na 2 SiF 6 và ZrSiO 4 ……………………………………………………………………………………. 8 Tính toán phối liệu - Na 2 SiF 6 dưới tác dụng nhiệt → Na 2 O + SiO 2 + 3F 2 = 62 + 60 + 114 = 188 PTL Để cung cấp 2.9 PTL F 2 ta cần : M.Na 2 SiF 6 = 114 1889.2 × = 4.8 PTL Mang theo:        =×= =×= P T L5 8.1 1 8 8 6 2 8.4ON a P T L5 3.1 1 8 8 6 0 8.4S i O 2 2 - ZrSiO 4  → 0 t ZrO 2 + SiO 2 183.2 123.2 60 Để cung cấp 11.4PTL ZrO 2 cần: M.ZrSiO 4 = PTL95.16 2.123 2.1834.11 = × Mang theo: SiO 2 = PTL55.5 2.183 6095.16 = × ⇒ Lượng SiO 2 từ nguyên liệu khác đem vào: MSiO 2 = 58.2 – (1.53 + 5.55) = 51.12PTL Và lượng Na 2 O cần cung cấp từ nguyên liệu khác đem vào: - Từ bảng thành phần hóa trên ta chọn MgO tính trước: Để có MgO = 1.4 PTL cần PTL78.6 49.20 2.994.1 = × nguyên liệu đôlômít Mang theo:        = × = = × = P T L2 8.0 2.9 9 0 4.47 8.6 S i O P T L0 8.2 2.9 9 4 6.3 07 8.6 C a O 2 - Lượng CaO cần cung cấp tiếp được lấy từ đá vôi: Để có CaO = 2.8 – 2.08 = 0.72 PTL cần cung cấp một lượng đá vôi là: ……………………………………………………………………………………. 9 Tính toán phối liệu M.đá vôi = PTL31.1 66.54 13.9972.0 = × Mang theo SiO 2 = PTL01.0 17.99 01.131.1 = × ⇒ Lượng SiO 2 cần từ nguồn nguyên liệu khác: M.SiO 2 = 58.2 – (1.53 + 5.55 + 0.28 + 0.01) = 50.83 PTL - Để cung cấp 5.8PTL Al 2 O 3 ta sử dụng nguồn nguyên liệu là fenspat với một lượng là: M.fenpat = 2.20 69.998.5 × =28.62PTL Mang theo:        =×= = +× = 6 7.1 8 6 9.9 9 0 4.6 5 6 2.2 8S i O 7 7.3 6 9.9 9 )3 8.97 4.3(6 2.2 8 OR 2 2 - Để cung cấp đủ lượng SiO 2 , ta đưa vào lượng cát thạch anh: M.cát = PTL64.32 54.98 100)67.1883.50( = ×− - Để cung cấp đủ lượng Na 2 O cần bổ sung một lượng Na 2 CO 3 : Na 2 CO 3  → 0 t Na 2 O + CO 2 106 62 M.Na 2 CO 3 ? (9.42 – 3.77) M.Na 2 CO 3 = 9.66 - Để cung cấp BaO, SrO đi từ nguyên liệu: BaCO 3  → 0 t BaO + CO 2 197 153 Để cần 1.1 BaO cần: M.BaCO 3 = PTL42.1 153 1971.1 = × ……………………………………………………………………………………. 10 [...]... 2.39 3.32 - 5 64.09 30.53 0.18 0.9 2.09 0.52 1.87 Phối liệu * Nguyên liệu sử dụng: Caolin, tràng thạch, đất sét, cát Bảng 2 - Phối liệu cho ở dạng khoáng TPH Caolinit Fenpat Quắc 1 50 25 25 2 54 27 21 3 43 27 30 4 66 17 17 5 56 18 26 Phối liệu * Nguyên liệu sử dụng: Caolin, tràng thạch, đất sét, cát …………………………………………………………………………………… 13 Tính toán phối liệu Bảng 3 – Men frit TPH PbO B2O3 Al2O3 SiO2 ZnO... 40.03 Mảnh thủy tinh 67.84 2.47 17.51 0.03 5.86 2.61 0.05 B2O3 =1.3 TPH Nguyên liệu BaO=2 Ngoài ra còn sử dụng một số oxyt khác ở dạng: Soda, BaCO3, SrCO3, Na2SiF6, ZrSiO4, LiCO3… …………………………………………………………………………………… 12 Tính toán phối liệu Tính đơn phối liệu của xương, men, thủy tinh theo những công thức sau: Bảng 1 - Phối liệu xương TPH SiO2 Al2O3 Fe2O3 Na2O K2O CaO MgO 1 66.2 22.6 0.6 0.7 4.2 0.4 0.2.. .Tính toán phối liệu SrCO3 0  t → SrO + CO2 147.6 103.6 ? 3 M.SrCO3 = 3 × 147 6 = 4.27 PTL 103 6 * Vậy phối liệu cho men frit như sau: Fenpat: 28.62 PTL Đá vôi: 1.31 Cát: 32.64 Đôlômít: 6.78 Soda: 9.66 BaCO3: 1.42 SrCO3: 4.27 Na2SiF6: 4.8 ZrSiO4: 16.95 * Quy về thành phần % phối liệu: Fenpat: 26.89% BaCO3: 1.33 Đá vôi: 1.23 SrCO3: 4.01 Soda:... BaO B2O3 Sb2O3 1.%M 66.3 6.08 0.02 2.6 0.43 11 0.02 0.81 8.8 2 72.0 1.7 4.8 3.4 16.5 1.3 Phối liệu - - 0.3 …………………………………………………………………………………… 14 Tính toán phối liệu * Nguyên liệu sử dụng: Cát, tràng thạch, đá vôi, đôlômit, mảnh thủy tinh, soda, borax, MgCO3, ZnO, KOH, NaNO3, Na2SO4 C Cho thành phần hóa một số nguyên liệu TPH SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 MKN Đất sét 1 64.37 16.46 8.15 1.89 0.89 0.79 7.17... 8.0 10.3 49.8 0 0.44 0.19 2.74 3.11 * Nguyên liệu sử dụng: Tràng thạch, đá vôi, cát, các oxyt khác như Pb3O4, ZnO, SiZrO4, Li2CO3, BaCO3, H3BO3 Bảng 4 – Men nguyên liệu TPH SiO2 Al2O3 K2O CaO ZnO SnO2 TiO2 BaO 1.TPPT 3.20 0.35 0.30 0.50 0.1 0.15 2 2.73 0.19 0.19 0.19 0.37 3 6.80 0.77 0.22 0.61 0.17 4 10.0 1.00 0.10 0.6 0.3 Phối liệu 0.10 0.12 MgO * Nguyên liệu sử dụng: caolin, tràng thạch, cát, caolin... phần % phối liệu: Fenpat: 26.89% BaCO3: 1.33 Đá vôi: 1.23 SrCO3: 4.01 Soda: 9.07 Na2SiF6: 4.51 Cát: 30.66 ZrSiO4: 15.92 Đôlômít: 3.67 …………………………………………………………………………………… 11 Tính toán phối liệu BÀI TẬP A Cho thành phần hóa của một số nguyên liệu: SiO2 Al2O3 Na2O K2O CaO MgO Fe2O3 MKN Tràng thạch Đà Nẵng 65.69 17.0 6.5 9.49 0.04 0.1 0.47 0.3 Caolin Miền Bắc 64.9 21.3 3.4 0.1 - - 0.10 7.8 Tràng thạch Vĩnh Phú... 1.05 49.09 0.92 - 40.03 Đá vôi 2 0.69 1.15 0.52 54.15 0.49 0.12 42.88 Quặng sắt 13.94 1.44 78.4 2.10 0.22 3.10(CK) 0.80 Điatomit 81.04 7.0 2.14 3.45 - 1.01 5.36 0.4 50.0 24.4 0.5 0.78 6.4 13.8 Nguyên liệu Bôxit …………………………………………………………………………………… 15