Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
MỤC LỤC
Trang 1
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
LỜI MỞ ĐẦU
Cuộc sống con người ngày càng được nâng cao, nhu cầu về thẩm mỹ vì thế cũng
phát triển không ngừng. Việc mua sắm các sản phẩm có kiểu dáng đẹp và bắt mắt
được chú trọng nhiều hơn. Chất màu ra đời cùng với nhu cầu của xã hội và việc
nghiên cứu, phát triển đa dạng chất màu đã trở nên quan trọng đối với các trường
kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ Hóa học. Song song với chương trình môn học
Công nghệ sản xuất các chất màu vô cơ tại trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí
Minh, chúng em được tham gia tìm hiểu kỹ hơn về các hướng ứng dụng của chất
màu vào thực tiễn cuộc sống thông qua các bài tiểu luận về chất màu. Đề tài tìm
hiểu về công nghệ chất màu dùng trong công nghiệp gốm sứ là một đề tài thực tiễn
bởi Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu các sản phẩm gốm sứ hàng đầu
thế giới nhưng cũng vấp phải sự cạnh tranh gay gắt của các nước khác, nhất là
Trung Quốc. Các doanh nghiệp Việt Nam muốn sản phẩm gốm sứ của mình có khả
năng cạnh tranh cao, họ phải không ngừng nâng cao chất lượng và phải biết tạo ra
các sản phẩm với những hoa văn, màu sắc độc đáo riêng. Điều đó được thể hiện
thông qua men màu là lớp phủ bên ngoài các sản phẩm gốm sứ.
Thông qua bài tiểu luận tìm hiểu về chất màu dùng trong công nghiệp gốm sứ
này, với sự tìm tòi và tích lũy kiến thức thông qua các tài liệu tham khảo trong sách
cũng như Internet,… chúng em đã có một cái nhìn cụ thể hơn về chất màu và giá trị
của nó mang lại cho gốm sứ. Cùng với đó là việc tìm hiểu về nguyên liệu dùng để
tạo màu và học hỏi các công đoạn tạo men màu như thế nào. Chúng em hy vọng bài
tiểu luận này cũng sẽ giúp các bạn trong lớp có được những hiểu biết nhất định về
chất màu dùng trong công nghiệp gốm sứ.
Và chúng em cũng xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Văn Cờ đã tạo điều kiện để
chúng em được tham gia bài tiểu luận này cũng như những kiến thức thầy đã truyền
thụ cho chúng em về chất màu vô cơ.
Trang 2

+ Theo số liệu thống kê từ Tổng cục Hải Quan, năm 2011 cả nước đã xuất khẩu
được 358,6 triệu USD sản phẩm gốm sứ, tăng 13,15% so với năm 2010.
Trang 3
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
+ Trong các thị trường xuất khẩu sản phẩm gốm sứ của Việt Nam, có nhiều thị
trường xuất khẩu đạt kim ngạch trên 10 triệu USD như Hàn Quốc, Malaysia, Pháp,
Đức, Nhật, Hoa Kỳ,… Trong đó Nhật Bản là thị trường có kim ngạch xuất khẩu
cao nhất, chiếm 14,7% thị phần kim ngạch xuất khẩu.
Bảng 1. Thống kê thị trường xuất khẩu sản phẩm gốm sứ năm 2011
Đơn vị: USD
KNXK năm
2011
KNXK
Năm 2010
% +/- KN
so năm
2010
Trị giá 358.625.58
2
316.933.45
0
13,15
Nhật Bản 52.928.616 37.857.542 39,81
Đài Loan 40.216.835 32.908.220 22,21
Hoa Kỳ 36.279.219 33.035.918 9,82
Thái Lan 24.638.001 14.538.011 69,47
Đức 24.494.204 28.004.490 -12,53
Campuchia 20.930.720 15.858.484 31,98
Pháp 19.089.427 17.703.291 7,83
Oxtrâylia 17.765.757 14.446.436 22,98

Trang 5
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
- Một số doanh nghiệp và làng nghề gốm sứ tiểu biểu ở Việt Nam:

Gốm Làng Bát Tràng – Hà Nội Gốm Làng Thổ Hà – Bắc Giang

Gốm DN Minh Long Gốm DN Cường Phát
2. Lý thuyết về chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
2.1. Đặc trưng và ứng dụng chất màu vô cơ trong công nghiệp gốm sứ
- Khác với chất màu hữu cơ, các bột màu vô cơ chỉ phân tán dưới dạng các hạt rắn
chứ không tan trong môi trường mà chúng tạo màu. Do đó cỡ hạt càng bé sẽ cho sự
phân tán càng tốt và màu sắc sẽ đẹp, dễ sử dụng.
Trang 6
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
- Ưu điểm của chất màu vô cơ là bền với môi trường, thời tiết, ánh sáng, nhiệt độ,
… Nhược điểm của chúng là do tồn tại dưới dạng hạt phân tán trong môi trường
chứ không tan nên tính chất và khả năng áp dụng phụ thuộc nhiều vào cỡ hạt.
2.1.1. Tính chất quang - lý
- Giá trị của một loại bột màu vô cơ phụ thuộc vào những tính chất quang lý của
chúng, bao gồm các đặc trưng về cấu trúc tinh thể, cỡ hạt và phân bố cỡ hạt, dạng
hình học của hạt, sự kết tụ… và các tính chất hóa học như thành phần, độ tinh khiết
và độ bền hóa học.
- Có hai thuộc tính quan trong nhất của bột màu là:
+ Khả năng tạo màu cho môi trường mà chúng được phân tán.
+ Độ đục (chắn sáng) của chất màu: là một hàm của cỡ hạt và sự khác nhau giữa
chỉ số khúc xạ giữa hạt màu và môi trường phân tán.
Hai thuộc tính này quyết định giá trị của chất màu và phạm vi ứng dụng của nó.
- Tính chất màu của bột màu được xác định trên các đặc trưng như màu sắc, độ bền
màu, độ đục, độ đồng nhất của màu, độ bền thời tiết, bền nhiệt, bền hóa. Môi
trường phân tán và điều kiện chế tạo là những yếu tố ảnh hưởng lớn đến tính chất

2.2. Nguyên nhân gây màu của các khoáng vật dùng sản xuất men gốm
- Màu trong mem gốm bản chất chúng là các loại khoáng tự nhiên hay nhân tạo có
mạng lưới tinh thể, bền màu, bền nhiệt, không tan trong men nóng chảy.
- Có nhiều nguyên nhân gây màu trong men gốm nhưng nhìn chung có 4 nguyên
nhân chính:
+ Sự chuyển mức năng lượng trong các ion của nguyên tố chuyển tiếp hay còn gọi
là sự chuyển electron nội.
+ Sự chuyển điện tích trong cùng một cấu trúc tinh thể đối với các ion nằm cạnh
nhau.
+ Sự chuyển điện tử trong các khuyết tật của cấu trúc tinh thể.
+ Sự chuyển mức các dải năng lượng.
2.2.1. Sự chuyển electron nội
- Khi ánh sáng chiếu vào trong một khoảng bước sóng xác định từ thì các điện tử bị
kích thích ở orbital d hoặc f. Nguyên nhân gây màu ở đây là do sự hiện diện của
các ion kim loại chuyển tiếp có các orbital d hoặc f chưa được lấp đầy .
- Một đặc điểm nữa là do sự có mặt của các nguyên tố họ lantanoid cho các giải
hấp thụ yếu nhọn cho nên sắc màu cường độ màu nhạt.
Trang 8
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
- Các khoáng vật thông thường trong trường hợp này là monazite, xenotime,
bastnasite,… và một số apatite, calcite scheelite,…
2.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố lân cận nhau hay sự chuyển điện tích
- Trong mạng lưới tinh thể các ion nằm lân cận nhau có khả năng chuyển điện tích
khi có sự kích thích của tia tử ngoại, sự dịch chuyển điện tích này có thể là từ kim
loại sang kim loại, hay từ phồi tử sang kim loại, hoặc cũng có thể là từ kim loại
sang phối tử khi chúng hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng khả kiến, ứng với dảy
năng lượng từ 95 – 97 kcal.
- Bản chất của quá trình này là một quá trình quang hóa oxy hóa - khử :
+ Sự chuyển điện tích diễn ra càng dễ dàng khi có sự hiện diện của các ion có nhiều
mức hóa trị khác nhau nằm cạnh nhau trong cùng một mạng lưới tinh thể như

2.2.3 Sự chuyển electron cảm ứng do các khuyết tật trong mạng lưới tinh thể
- Trong các khoáng có chứa chủ yếu là các hợp chất kim loại kiềm và kiềm thổ, nó
có chứa các tâm màu và các khuyết tật mạng lưới tinh thể. Ở những chổ khuyết tật
này có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến tạo ra màu sắc.
- Có hai loại tâm màu chủ yếu là tâm F (các điện tử chiếm lỗ trống và tâm F’ (các
điện tử chiếm hốc mạng).
- Các khoáng vật thông thường xuất hiện các tâm màu là flourite, calcite, halite,…
Ngoài ra trong một số khoáng nếu bị nhiễm bẩn các tạp chất là các khoáng có chứa
các nguyên tố phóng xạ như zircon, allanite.
Trang 9
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
2.2.4. Sự chuyển các dải năng lượng
- Sự đậm màu của các khoáng sulphide và các khoáng vật khác nhau có họ với
chúng có cùng một cơ chế là do sự chuyển dải năng lượng trong vùng từ vùng hóa
trị tới vùng dẫn trong tinh thể ,các đỉnh hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng khả kiến
rộng nên chúng có cường độ màu đậm.
2.3. Các nguyên tố gây màu trong men gốm
- Màu của các sản phẩm men gốm được quyết định bởi sự có mặt các nguyên tố
kim loại chuyển tiếp. Đó là các kim loại có lớp vỏ điện tử chưa được điền đầy đủ ở
phân lớp d hay f trong cấu hình điện tử của nó.
- Trong tổng hợp màu cho men gốm người ta thường đưa vào các kim loại chuyển
tiếp bằng cách trộn với phối liệu các oxit của nó hay các hợp chất hydroxit, các
muối có khả năng phân hủy tạo được các oxit khi nung ở nhiệt độ cao sau đó đem
nghiền và nung sấy và làm các công đoạn tiếp theo.
- Việc đưa vào các hợp chất có khả năng phân hủy ở nhiệt độ cao theo các phản
ứng trong pha rắn diển ra một cách dể dàng hơn do oxit sinh ra lúc này có hoạt tính
cao hơn khi ta đưa trực tiếp oxit vào để phản ứng.
- Dưới đây là bảng các hệ nguyên tố hóa học có thể tham gia sản xuất màu cho gốm
sứ: (Nguồn: “Công nghệ sản xuất chất màu gốm sứ”, TS. Lê Văn Thanh & KS.
Nguyễn Minh Phương, NXB Xây dựng).

2
O
3
: Cho màu lục.
+ Sb
2
O
3
, Sb
2
O
5
: cho màu vàng.
+ FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O4: cho màu đỏ vang, vàng và nâu khi nung trong trong môi
trường ôxy hoá; xanh xám đến xanh đen trong môi trường khử.
+ MnCO
3
: cho màu đen, tím hoặc đen.
+ SnO
2
: cho màu trắng (men đục).
+ ZrO
2
: cho màu trắng (men đục).

O
3
, 0,2 B
2
O
3
, 0,15 Li
2
O, 0,5 CaO,
0,1 MgO, 0,15 Na
2
O được pha màu 5% Oxit thiếc, 0,6% Cacbonat Coban, 0,17%
Oxit Crom sẽ có màu tím.
- Oxit Crom trong men có hàm lượng chì cao sẽ tạo thành cromat chì màu vàng.
Trong men gốc nên có thêm các Oxit kiềm thổ. Thêm Oxit kẽm sẽ có thể tạo màu
cam. Dưới 950°C, trong men có hàm lượng chì cao, nhôm thấp, Oxit Crom cho
màu đỏ đến cam, thường có dạng kết tinh bề mặt. Nếu thêm sođa màu sẽ chuyển
sang vàng.
Trang 12
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
3.1.2. Cu
2
O
- Phân tử lượng: 143 đvC.
- Điểm nóng chảy: 1.235°C.
- Người ta chỉ cần dùng một lượng rất nhỏ Oxit đồng (I) (0,5%) để tạo màu đỏ sáng
cho gốm sứ bằng cách nung khử CuO (màu đen) thành Cu
2
O màu đỏ sáng:
2CuO + CO = Cu

CuO ngả sắc vàng.
3.1.4. Fe
2
O
3
- Phân tử lượng: 159,69 đvC.
Trang 13
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
- Hệ số giãn nở: 0,125.
- Điểm nóng chảy: 1.565°C.
- Các hợp chất sắt là các chất tạo màu phổ biến nhất trong ngành gốm. Sắt có thể
biểu hiện khác biệt tùy thuộc môi trường lò, nhiệt độ nung, thời gian nung và tùy
theo thành phần hóa học của men. Do đó có thể nói nó là một trong những nguyên
liệu lý thú nhất.
- Trong môi trường nung oxy hóa, nó vẫn là Fe
2
O
3
và cho màu men từ hổ phách
đến vàng nếu hàm lượng tối đa trong men là 4% (rõ rệt hơn nếu men có Oxit chì
(II) và vôi), cho men màu da rám nắng (nâu vàng) nếu hàm lượng khoảng 6% và
cho màu nâu nếu hàm lượng Oxit sắt (III) cao hơn.
- Hơn nữa, màu đỏ của Fe
2
O
3
có thể biến đổi trên một khoảng rộng trong khoảng
nhiệt độ nung thấp. Nếu nung thấp thì có màu cam sáng. Nhiệt độ tăng màu sẽ
chuyển sang đỏ sáng rồi đỏ sậm và cuối cùng là nâu.
- Trong men khử có Oxit sắt (III), men sẽ có màu từ xanh thổ đến lục nhạt (khi men

C.
- Là một chất rắn màu trắng nên được dùng để tạo màu trắng trên men đục.
- SnO
2
dễ dàng phản ứng với Crom (chỉ cần lượng rất nhỏ) tạo ra màu hồng.
- Hơn nữa, SnO
2
còn là thành phần cơ sở cho việc tổng hợp chất màu khác như
xanh da trời với Coban hay với CuO cho màu lam…
3.1.8. NiO
- Phân tử lượng: 74,7 đvC.
- Điểm nóng chảy: 1.453°C.
- Oxit Niken với Oxit thiếc cho màu xanh thép. Nếu hàm lượng thiếc cao thì có thể
có màu xanh oải hương.
- Oxit Niken và Oxit Canxi cho màu nâu vàng.
- Oxit Niken với Oxit Bari cho màu nâu.
- Oxit Niken trong men chì cho màu xám.
- Oxit niken có thể cho màu hồng trong men Kali cao.
- Oxit Niken cho màu vàng trong men Liti.
- Oxit Niken với hàm lượng cao MgO cho màu xanh lục, tốt hơn nếu có mặt kẽm.
Trang 15
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
* Một số hình ảnh về các oxit kim loại tạo màu cho gốm sứ:

Oxit Crom (III) Oxit Coban (III)

Oxit đồng (I) Oxit đồng (II)

Oxit sắt (III) Oxit Niken
Trang 16

phải hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiệt bằng cách điều chế trực tiếp chúng từ dung
dịch.
Trang 19
Hỗn hợp các nguyên liệu
Phản ứng
Sấy
Nghiền trộn
Hòa tan
Nung
Nghiền
Sản phẩm
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
- Hầu như tất cả các pigment vô cơ dạng muối kim loại đều được điều chế trực tiếp
từ dung dịch.
- Ví dụ, pigment sắt blue:
4Fe
3+
+ 3K
4
Fe(CN)
6
= Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
+ 12K
+
- Đối với pigment là hỗn hợp các oxit kim loại, con đường trộn trực tiếp các oxit

3
tuỳ theo thành phần phối liệu, nhiệt độ nung,…
- Đối với các pigment vô cơ là các oxit kim loại không bị thay đổi tính chất theo
nhiệt độ cũng thường sản xuất theo phương pháp nung trực tiếp muối hay hydroxit
của chúng.
- Ngoài ra phương pháp này còn dùng để điều chế pigment ở nhiệt độ cao. Ví dụ,
phản ứng điều chế pigment từ oxit crom:
K
2
Cr
2
O
7
+ S → K
2
SO
4
+ Cr
2
O
3
- Phương pháp nung hầu như không được sử dụng đối với các pigment oxit kim
loại dễ bị thăng hoa khi tăng nhiệt độ hay bị oxy hoá bởi không khí ở nhiệt độ cao.
4.2. Công nghệ sản xuất chung
4.2.1.Sơ đồ công nghệ sản xuất chung
Trang 20
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
4.2.2. Quy trình chế tạo màu
4.2.2.1. Hỗn hợp các nguyên liệu
Trang 21

nếu quá thấp phản ứng không xảy ra.
- Thời gian nung:
+ Là toàn bộ thời gian cần thiết của một chu trình nung.
Trang 22
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
+ Được xác định bằng phương pháp động học. Tuy nhiên trong thực tế cũng
thường được xác định bằng kinh nghiệm. Thời gian nung không được quá ngắn hay
quá dài vì nếu quá dài sẽ ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế còn nếu quá ngắn thì sẽ
ảnh hưởng đến các điều kiện kỹ thuật khác (thời gian biến đổi hóa lý cần thiết trong
phối liệu, độ bền cơ của vật nung, độ bền của lò, kết cấu của lò,…).
- Môi trường nung: Môi trường nung có thể gây ra phản ứng oxy hóa - khử làm
thay đổi số hóa trị của các ion kim loại, làm thay đổi màu sắc.
4.3. Sản xuất các pigment và màu trên men
4.3.1. Khái niệm và phân loại
- Chất màu gốm sứ trên men là hỗn hợp các pigment khoáng chịu nhiệt có chứa các
thuỷ tinh dễ chảy (chất trợ dung).
- Phân loại theo giới hạn nhiệt độ nung,chất màu gốm sứ trên men được chia thành
3 nhóm:
+ Các màu nung ở nhiệt độ 775
0
C ± 15
0
C.
+ Các màu nung ở nhiệt độ 805
0
C ± 15
0
C.
+ Các màu nung ở nhiệt độ 815
0

Oxit Crom
Các pigment và chất màu vàng Các oxit antimon, oxit uran, cromat chì
và các pigment rutin
Các pigment và chất màu đỏ Oxit sắt và Oxit vàng
PbCrO4 và hợp chất Selen và Cadimi
Các pigment và chất màu nâu Oxit sắt,kẽm Mangan và crom
* Ví dụ điển hình cho pigment và chất màu đỏ, hồng:
- Oxit cơ sở để cho chất màu đỏ trên men là oxit sắt cho một dải màu từ đỏ da cam
đến đỏ tím.
- Để có các tông màu khác nhau có thể cho thêm các oxit nhôm Al
2
O
3
, oxit kẽm
ZnO, oxit crom, cao lanh và các chất khác.
+ Oxit kẽm ZnO và oxit nhôm Al
2
O
3
cho tông màu đỏ.
+ Oxit Crom Cr
2
O
3
cho tông màu nâu.
+ Oxit Mangan MnO cho tông màu tím.
Trang 24
Công nghệ chất màu vô cơ dùng trong công nghiệp gốm sứ
- Sự thay đổi tông màu ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian nung. Ở
nhiệt độ cao hơn 1000