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 THUA THIEN-HUE PROVINCE TO
PRODUCE HIGH QUALITY PORCELAIN
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
0.7
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 Nam) và cát Hoà Khánh (Đà Nẵng). Đất sét Lại Bằng trắng được dùng để tăng độ
dẻo cho phối liệu, tạo điều kiện dễ dàng cho công tác tạo hình. Thành phần hoá một số loại
nguyên liệu được cho trong bảng 2.
Bảng 2. Thành phần hóa các loại nguyên liệu (% TL)
Nguyên liệu 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
Thành phần nguyên
liệu (%TL) 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
Các tính chất thí nghiệm
Các
bài
phối
liệu
Độ co
sấy
[%]
Độ co
nung
[%]
Độ co
tổng
[%]
Cường độ
sau sấy
[KG/cm2]
Cường độ
sau nung
[KG/cm2]
Độ
hút
nước
[%]
Độ xốp
biểu
kiến
[%]
Khối
lượng
thể tích
[g/cm3]
Bài 1 0.90 11.5 12.3 14.5 477.5 0.21 0.49 2.30
Bài 2 1.3 11.9 13.1 13.4 556.3 0.09 0.21 2.39
Bài 3 1.9 11.1 12. 8 15.5 472.4 0.17 0.27 1.57
Kết quả cho thấy các bài phối liệu trên đều đạt yêu cầu để sản xuất sứ dân dụng cao
cấp, trong đó bài 2 là tốt nhất. Mặc dù cường độ sau sấy có nhỏ hơn bài 1 và 3, nhưng các tính
chất khác như độ hút nước (0.09%), độ xốp (0.21%), đặc biệt là cường độ sau nung (556.3
kG/cm2) tỏ ra hơn hẳn các bài 1 và 3. Như vậy lượng quăc dùng trong bài phối liệu 25.2% là
phù hợp, không nên nhiều (30% trong bài 1) hay ít hơn (20.1% trong bài 3).
4. KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu cho thấy cao lanh A Lưới là loại cao lanh tốt, hoàn toàn có thể sử
dụng để sản xuất loại sản phẩm cao cấp nhất là sứ dân dụng cao cấp. Khả năng ứng dụng của
nó nhờ vậy đã nâng cao hơn rất nhiều. Trong các bài phối liệu, chúng tôi còn sử dụng các loại
nguyên liệu địa phương như đất sét Lại Bằng trắng, tràng thạch Đại Lộc. Như vậy việc xây
dựng một nhà máy sứ dân dụng cao cấp tại Đà Nẵng hay Huế là hoàn toàn khả thi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đỗ Minh Đạo, Tiềm năng nguyên liệu cho ngành gốm sứ Việt Nam, Bản tin Gốm Sứ
Xây dựng, Hiệp hội Gốm Sứ Xây dựng Việt Nam, số 22/2003, tr. 17-19.
[2] Công ty Gạch Men Sứ Thừa Thiên-Huế, Cao lanh A Lưới - nguyên liệu quý cho ngành
công nghiệp gốm sứ, Bản tin Gốm sứ Xây dựng, số 25/2004, tr.29-30.
[3] Đỗ Minh Nhật, Trần Thị Doan, Lại Thị Mỵ, Thí nghiệm chuyên ngành silicat, Bộ môn
Silicat, Trường ĐHBK Hà Nội.
[4] F.H. Norton, Industrial ceramics, New York, 1974.
[5] Vladimir Hanykyr và cộng sự, Specialni technologie keramiky II, VSCHT, Praha
1989.
[6] P. Pytlik, R. Sokolar, Stavebni keramika technologie, vlastnosti a vyuziti, CERM,
Brno 2002
[7] Ladislav Sasek, Laboratorni metody v oboru silicatu, SNTL, Praha 1981.
