Tính toán phối liệu
TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU 1. Tính toán phối liệu gốm sứ, vật liệu chịu lửa: •
•
•
Nội dung: dung: Căn cứ vào nguyên liệu sử dụng và yêu cầu của mặt hàng để tìm ra bài pha chế. Yêu cầu: 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: sau :
- Nêu các các công công thức thức phối phối liệu tham khảo khảo (lấy (lấy từ tài tài liệu, liệu, sách sách vở hoặc hoặc số liệu thực 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 chọn lấy lấy một công công thức thức phối phối liệu liệu tươ tương ng đối đối thông thông dụng dụng và tốt tốt để để làm cơ cơ sở tính toán phối liệu sản xuất cho nhà máy. - Dựa Dựa theo thàn thànhh phần phần hóa của của nguyên nguyên liệu liệu đã đã cho và theo theo công công thức thức phối phối liệu 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:
- Tính phối liệu khi biết thành thành phần phần hóa hóa của của xươn xươngg và nguyên nguyên liệu. liệu. - Cách Cách đổi đổi từ thành thành phần phần phối phối liệu liệu sang sang thàn thànhh phần phần khoán khoáng. g. - Cách Cách tính tính phối phối liệu liệu theo theo thàn thànhh phần phần khoáng khoáng.. - Cách Cách đổi đổi từ thành thành phần phần phối phối liệu liệu ra thàn thànhh phần phần hóa hóa.. - Cách tính bài phối phối liệu liệu mới mới dựa dựa trên trên cơ sở sở của một bài bài phối phối liệu liệu có có sẵn. sẵn. một: Tính phối liệu xương sản phẩm của sứ (bán sứ) khi biết thành phần hóa 1. Ví dụ một: của xương và thành phần hóa của nguyên liệu. * Thành phần hóa của xương: SiO2 (S): 69% Al2O3 (A): 25.7% K 2O + Na2O (R): 2.6%
……………………………………………………………………………………. 1
Tính toán phối liệu
* Thành phần hóa của nguyên liệu:
Thành phần hóa SiO2 (S)
Al2O3 (A)
K2O + Na2O (R)
MKN
Đất sét trắng (d)
57.03(s)
27.2 (a)
0.87 (r)
17.37
Cao lanh (x)
55.1 (s1)
32.02 (a1)
0.28 (r 1)
11.11
Fenspat (y)
67.78(s 2)
18.71 (a2)
12.63 (r 2)
0.53
Cát thạch anh (z)
96.27 (s3)
2.92 (a3)
-
0.59
Nguyên liệu
** Lưu ý: Đối với gốm thông thường, các nguyên liệu sử dụng có hàm lượng Fe 2O3, TiO2, 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. tính: để đảm bảo đủ độ dẻo khi tạo hình thường khống chế trước tỉ lệ đất sét: * Cách tính: - 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: s1x + s2y + s3z + sd = S a1x + a2y + a3z + ad = A r 1x + r 2y + 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
(3) = 2,6 – 20 x 0.87
= 2.4260
……………………………………………………………………………………. 2
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 x
=
1.8628 0.0364
=
⇒
51 .17
x = 51.17 y = 18.07 z = 17.82
Quy đổi về nguyên liệu với thành phần hiệu chỉnh MKN: d =
20 (100 −17 .37 )
x
51 .17 (100 −11 .11 )
=
100
×
=
=
24 .20
57 .57
117,87
18 .07 y = (100 − 0 .53 )
×
17 .82 (100 − 0 .59 )
×
z =
⇒
100
×
100
=
100
=
18 .17
17 .93
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: 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
Thành phần hóa SiO2
Al2O3
K 2O
Na2O
MKN
Đất sét
57.03
27.2
0.68
0.19
10.81
Cao lin
48.74
36.18
0.19
0.05
12.58
Fenspat
66.78
18.71
2.96
9.67
0.53
Quắc
97.3
2.52
N u ên li u
0.51
* Cách tính: tính: - Tính thành phần khoáng lý thuyết của nguyên liệu : •
Thành Thàn h phần khoáng kh oáng theo t heo đất đấ t sét: Khoáng fenspat gồm có: Anbit + octoclaz + Anbit: Na 2O.Al2O3.6SiO2: 524 (trọng lượng phân tử) Lượng khoáng anbit có trong 100 PTL đất sét: 524 × 0 .19
(Na2O = 0.19) =
62
=
1 .60 PTL
Na2O : 62 Oxyt mang theo vào: Al2O3 = SiO2 =
1 .6 × 102
= 0 .31
524
1 .6 × 360 524
1 .09
=
+ Octoclaz: K 2O.Al2O3.6SiO2: 556 Lượng khoáng octolaz có trong 100 PTL đất sét: 556
(K 2O = 0.68) =
× 0 . 68
94
=
4 .02 PTL
Oxyt mang theo vào: Al2O3 = SiO2 =
4 .02
× 102
556 4 .02
× 360
556
= 0 .74
=
2 .6
……………………………………………………………………………………. 4
Tính toán phối liệu
Lượng khoáng fenspat do đất sét mang vào: 5.62 PTL và lượng oxyt mang theo: ⇒
Al2O3 = 1.05, SiO 2 = 3.69 Khoáng Caolinit: Al 2O3.2SiO2.2H2O: 258 Lượng khoáng caolinit có trong đất sét: C = ( 27 .2 − 1 .05 ) ×
258 258 102 102
=
66 .14 PTL
Lượng SiO2 mang theo vào: SiO 2 =
66 .14 × 120 258
=
30 .76
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: Thành phần hóa
Nguyên liệu
Đất sét
Caolinit
Fenpat
Quắc
c = 66.14
f = 5.62
q=16.58
Cao lin
x
c1 = 90.8
f 1= 1.42
q1=5.72
Fenspat
y
c2
f 2=99.2
q2
Cát thạch anh z
c3
f 3
q3=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
Tính toán phối liệu
x=
39 .98 × 100 100 90 .8
=
44 .02%
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 là: * Thành phần khoáng hợp lý đưa vào phối liệu là: Đất sét: 20 Caolin: 44.02 Fenspat: 14.26 Cát thạch anh: 23.47 liệu : * 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: cầu: Thành Thành phần của men có thể cho cho theo % hàm lượng 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: loại : Men có hai loại:
- Men Men khó khó chảy chảy còn còn gọ gọii là là men men sống sống.. ……………………………………………………………………………………. 6
Tính toán phối liệu
- Men Men dễ dễ chả chảyy ggọi ọi là me menn frit 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: một: Tính phối liệu men frit dùng cho màu trên men với công thức phân tử: 0.85Na2O
1.7B2O3
0.15PbO
1.71SiO 2
Biết rằng nguyên liệu sử dụng là Na 2CO3, Pb3O4, H3BO3 và cát thạch anh (được xem chứa 100% SiO 2) •
Cách tính: tính: Trong Trong quá trình nung phối phối liệu frit, frit, nguyên liệu liệu hóa chất phối liệu thực hiện phản ứng cháy, phân hủy sau: Na2CO3
Na2O + CO2
→
1 mol
1 mol
- Để được 0.85 mol Na 2O, cần lượng 0.85 mol Na 2CO3 hay M.Na2CO3 x 0.85 mol = 106 x 0.85 = 90.1g Na 2CO3 Pb3O4
→
3PbO + 1/2O 2
1 mol Y mol?
3 mol ←
0.15 mol
- Lượng Pb3O4 cần = M. Pb 3O4 x 2H3BO3
→
2mol Z mol?
0 .15 3
= 685 x 0.05 = 34.25g
B2O3 + 3H2O 1 mol
←
1.7mol
- Lượng H3BO3 cần: M.H3BO3 x 3.4 = 62 x 3.4 = 210,8g - Lượng SiO 2 cần: MSiO2 x 1.71 = 60 x 1.71 = 102.6g * Vậy lượng nguyên liệu cần thiết: Na2CO3 : 90.1g Pb3O4: 34.25g H3BO3: 201.8g ……………………………………………………………………………………. 7
Tính toán phối liệu
SiO2: 102.6g * Thành phần % phối liệu: Na2CO3 : 20.7% Pb3O4: 7.8% H3BO3: 41.8% SiO2: 23.4% 2. Ví dụ hai: Tính thành phần phối liệu của men frit zircon, biết thành phần % trọng lượng của frít sau: SiO2: 58.2 Al2O2 : 5.8 R 2O: 11
CaO: 2.8
BaO: 1.1
MgO: 1.4
F 2: 2.9
SrO: 3
ZnO: 2.4
ZrO 2: 11.4
Các oxyt được đưa vào phối liệu dưới dạng fenspat, cát thạch anh, đá vôi, đôlômít, soda, BaCO3, SrCO3, Na2SiF6.Với thành phần hóa của nguyên liệu sau:
Thành phần hóa
SiO2
Al2O3 Na2O K 2O
CaO
MgO
Fe2O3 MKN
Nguyên liệu Fenspat
65.04 20.2
3.74
9.38
0.8
0.18
0.24
0.11
Dolomit
4.04
0.28
-
-
30.46
2049
-
43.93
Cát thạch anh
98.5
0.28
-
-
0.25
0.35
0.72
0.2
Đá vôi
1.01
0.24
-
-
54.66
0.22
-
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 SrCO3 và BaCO3. Thành phần F2 và ZrO2 được đưa vào phối liệu chỉ từ nguyên liệu Na 2SiF6 và ZrSiO4 ……………………………………………………………………………………. 8
Tính toán phối liệu
- Na2SiF6 dưới tác dụng nhiệt
→
Na2O + SiO2 + 3F2 = 62 + 60 + 114 = 188 PTL
Để cung cấp 2.9 PTL F 2 ta cần : M.Na2SiF6 =
2 .9 ×188 114
= 4.8 PTL
60 = × = 1 .5 3 P T L S i O 4 . 8 2 188 Mang theo: N aO = 4 .8 × 6 2 = 1 .5 8 P T 2 188 - ZrSiO4
0
t
→
ZrO2 + SiO2
183.2
123.2 60
Để cung cấp 11.4PTL ZrO 2 cần: M.ZrSiO4 =
11 .4 × 183 .2 123 .2
Mang theo: SiO2 = ⇒
=
16 .95 PTL
16 .95 × 60 183 .2
=
5 .55 PTL
Lượng SiO2 từ nguyên liệu khác đem vào:
MSiO2 = 58.2 – (1.53 + 5.55) = 51.12PTL Và lượng Na 2O cần cung cấp từ nguyên liệu khác đem vào: - Từ bảng bảng thành thành phần phần hó hóaa trên trên ta ta chọn chọn MgO MgO tính tính trước: trước: Để có MgO = 1.4 PTL cần
1 .4 × 99 .2 20 .49
=
6 .78 PTL
nguyên liệu đôlômít
6 .7 8× 3 .04 6 = = 2 .0 8 P T C a O 9 .92 Mang theo: S i O = 6 .7 8× 4 .0 4 = 0 .2 8 P T L 2 9 .92 - Lượng Lượng CaO cần cung cung cấp cấp tiế tiếpp được được lấy từ đá vôi: vôi: Để có CaO = 2.8 – 2.08 = 0.72 PTL cần cung cấp một lượng đá vôi là:
……………………………………………………………………………………. 9
Tính toán phối liệu 0 .72
M.đá vôi =
× 99 .13
54 .66
Mang theo SiO2 = ⇒
1 .31
=
1 .31 PTL
× 1 .01
99 .17
=
0 .01 PTL
Lượng SiO2 cần từ nguồn nguyên liệu khác:
M.SiO2 = 58.2 – (1.53 + 5.55 + 0.28 + 0.01) = 50.83 PTL - Để cung cấp 5.8PTL Al 2O3 ta sử dụng nguồn nguyên liệu là fenspat với một lượng là: M.fenpat =
5 .8
×99 .69
20 .2
=28.62PTL
2 .86 2× ( 3 .7 4 + 9 .3 8 ) = 3 .7 7 R2 O = 9 .96 9 Mang theo: S i O = 2 .86 2× 6 .50 4 = 1 .86 7 2 9 .96 9 - Để cu cung cấ cấp đủ đủ lư lượng SiO SiO 2, ta đưa vào lượng cát thạch anh: M.cát =
( 50 .83 − 18 .67 ) × 100 100 98 .54
=
32 .64 PTL
- Để cung cấp đủ lượng Na 2O cần bổ sung một lượng Na 2CO3: Na2CO3 106
0
Na2O + CO2
t
→
62
M.Na2CO3?
(9.42 – 3.77)
M.Na2CO3 = 9.66 - Để cung cấp BaO, SrO đi từ nguyên liệu: BaCO3 197
0
t
→
BaO + CO2
153
Để cần 1.1 BaO cần: M.BaCO3 =
1 .1 × 197 153
=
1 .42 PTL
……………………………………………………………………………………. 10
Tính toán phối liệu
SrCO3
0
t
→
SrO + CO2
147.6
103.6
?
3 M.SrCO3 =
3 × 147 .6 103 .6
=
4 .27 PTL
* 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: 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:
TPH
SiO2
Al2O3 Na2O
K 2O
CaO
MgO
Fe2O3
MKN
Nguyên liệu 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
70.4
17.5
4.6
5.3
0.65
0.27
0.23
0.20
Tràng thạch Mã Lai
65.2
18.3
3.9
10.6
0.50
0.03
0.08
0.18
Caolin Đà Lạt
49.97 31.2
0.28
0.93
0.09
0.09
1.86
12.48
Caolin Huế
72.8
18.2
0.34
2.7
0.56
0.10
0.18
4.8
Đất sét TrúcThôn
66.01 20.3
1.46
0.71
0.12
0.14
0.96
7.08
Đất sét Sông Bé
63.69 24.93 0.23
3.29
0.15
0.36
0.62
6.01
Cát Cam Ranh
99.8
0.054 -
-
-
-
0.009
-
Talc
62.0
2.0
1.0
0.7
0.5
32.0
1.1
0.2
Đôlômit
4.04
0.28
-
-
30.46
20.49
-
43.93
Đá vôi 1
1.01
0.24
-
-
54.66
0.22
-
43.04
Đá vôi 2
7.84
1.66
-
-
49.09
0.92
1.05
40.03
Mảnh thủy tinh
67.84 2.47
17.51
0.03
5.86
2.61
0.05
B2O3 =1.3
BaO=2
Ngoài ra còn sử dụng một số oxyt khác ở dạng: Soda, BaCO 3, 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
K 2O
CaO
MgO
1
66.2
22.6
0.6
0.7
4.2
0.4
0.2
2
66.9
21.4
0.3
0.6
3.4
0.2
0.1
3
61.62
30.0
1.56
0.36
2.9
3.56
-
4
60.93
30.6
2.26
0.5
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 ZrO2
1.%M
47.4 3
8.22
5.52
4.76
9.49
9.5
27.5 8
2.
36.5
3. 4.
10.1 1 10.9
5.
9.80
7.TPPT
0.48
8.
0.48
9.54 12.4 15.9 0.37 0.56
K 2O
MgO CaO Li2O
Na2O
BaO
1.49
19.84
6.48
37.0 4 49.8 0 53.5 53.4
0.60 0.23
4.65
2.99 1.29
4.28
11.5
8.0
3.70
10.3
7.20
3.3
0.37
0.44
0.19
0.37
0.44
0.19
0.65
2.74 3.11
* Nguyên liệu sử dụng: Tràng thạch, đá vôi, cát, các oxyt khác như Pb 3O4, ZnO, SiZrO 4, Li2CO3, BaCO3, H3BO3 Bảng 4 – Men nguyên liệu
TPH
SiO2
Al2O3
K 2O
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 nung, talc và một số oxýt như ZnO, BaCO3, SnO2, TiO2. TPH
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO MgO
Na2O K 2O 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, NaNO 3, Na2SO4
C. Cho thành phần hóa một số nguyên liệu.
TPH
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
M gO
SO3
MKN
Đất sét 1
64.37
16.46
8.15
1.89
0.89
0.79
7.17
Đất sét 2
73.79
14.98
3.65
2.71
1.75
0.29
2.83
Đá vôi 1
7.84
1.66
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
