Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9036:2011

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9036:2011 quy định các yêu cầu kỹ thuật đối với cát silica (cát thạch anh) sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất các loại thủy tinh. Đây là văn bản kỹ thuật quan trọng giúp các doanh nghiệp sản xuất thủy tinh và khai thác khoáng sản kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào, đảm bảo chất lượng sản phẩm thủy tinh đầu ra đạt tiêu chuẩn.

Phạm vi áp dụng và Đối tượng điều chỉnh

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với cát tự nhiên hoặc cát nghiền từ đá thạch anh (quartzit) đã qua tuyển rửa, chế biến, dùng làm nguyên liệu để nấu các loại thủy tinh công nghiệp và dân dụng.

Phân loại cát nguyên liệu sản xuất thủy tinh

Theo TCVN 9036:2011, cát nguyên liệu được phân thành các loại dựa trên mục đích sử dụng và yêu cầu chất lượng của sản phẩm thủy tinh cuối cùng:

• Cát loại đặc biệt (ĐB): Sử dụng để sản xuất thủy tinh quang học cao cấp, pha lê chất lượng cao và các sản phẩm thủy tinh có độ tinh khiết cực cao.
• Cát loại 1 (L1): Sử dụng để sản xuất thủy tinh pha lê thông thường, dụng cụ thí nghiệm, thủy tinh tấm chất lượng cao và đồ dùng gia đình không màu.
• Cát loại 2 (L2): Sử dụng để sản xuất thủy tinh tấm (kính nổi, kính xây dựng), chai lọ thủy tinh không màu hoặc có màu nhẹ.
• Cát loại 3 (L3): Sử dụng để sản xuất chai lọ thủy tinh màu (màu xanh, màu nâu), sợi thủy tinh và các sản phẩm thủy tinh kỹ thuật khác.

Yêu cầu kỹ thuật về thành phần hóa học

Thành phần hóa học của cát là yếu tố quyết định đến độ trong suốt, màu sắc và độ bền của thủy tinh. TCVN 9036:2011 quy định nghiêm ngặt hàm lượng các oxit có trong cát đối với từng loại như sau:

• Hàm lượng Silic dioxit (SiO2): Đây là thành phần tạo thủy tinh chính. Hàm lượng SiO2 không được nhỏ hơn 99,5% đối với loại ĐB; không nhỏ hơn 99,0% đối với loại 1; không nhỏ hơn 98,5% đối với loại 2; và không nhỏ hơn 97,5% đối với loại 3.
• Hàm lượng Sắt oxit (Fe2O3): Sắt là tạp chất gây màu mạnh nhất (màu xanh lá cây hoặc vàng). Hàm lượng Fe2O3 tối đa cho phép cực kỳ nghiêm ngặt: không quá 0,012% đối với loại ĐB; không quá 0,030% đối với loại 1; không quá 0,080% đối với loại 2; và không quá 0,20% đối với loại 3.
• Hàm lượng Nhôm oxit (Al2O3): Nhôm oxit giúp tăng độ bền hóa học và độ bền nhiệt của thủy tinh nhưng làm tăng độ nhớt khi nấu. Hàm lượng Al2O3 giới hạn không quá 0,1% đến 0,5% tùy theo thỏa thuận và loại cát cụ thể.
• Hàm lượng Titan dioxit (TiO2): Titan kết hợp với sắt sẽ làm tăng độ đậm của màu thủy tinh. Hàm lượng TiO2 không được vượt quá 0,03% đối với loại ĐB và loại 1; không quá 0,05% đối với loại 2 và loại 3.
• Hàm lượng Crom oxit (Cr2O3): Crom là chất tạo màu cực mạnh (màu xanh lục). Hàm lượng Cr2O3 giới hạn ở mức cực thấp, thường không quá 0,0005% đối với loại ĐB và loại 1 để tránh làm biến màu thủy tinh không màu.

Yêu cầu kỹ thuật về thành phần cỡ hạt

Kích thước hạt cát ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ nóng chảy và độ đồng nhất của mẻ nấu thủy tinh. Hạt quá to sẽ khó nóng chảy, gây ra lỗi bọt khí hoặc hạt chưa tan; hạt quá mịn sẽ dễ bị cuốn theo khí thải lò nấu gây mòn tường lò và ô nhiễm. Tiêu chuẩn quy định:

• Kích thước hạt tối ưu: Nằm trong khoảng từ 0,1 mm đến 0,71 mm.
• Giới hạn hạt thô (lớn hơn 0,71 mm): Không được vượt quá 1,0% khối lượng đối với tất cả các loại cát.
• Giới hạn hạt mịn (nhỏ hơn 0,1 mm): Không được vượt quá 5,0% khối lượng đối với loại ĐB và loại 1; không quá 10,0% khối lượng đối với loại 2 và loại 3.

Yêu cầu về độ ẩm của cát

Độ ẩm của cát ảnh hưởng đến việc cân đo nguyên liệu và độ đồng đều của mẻ phối liệu. TCVN 9036:2011 quy định:

• Độ ẩm của cát khi giao nhận không được vượt quá 5,0% tính theo khối lượng khô, trừ khi có thỏa thuận khác giữa bên mua và bên bán.
• Cát cần được bảo quản trong điều kiện khô ráo, tránh lẫn tạp chất hữu cơ, đất sét hoặc các nguồn ô nhiễm khác trong quá trình vận chuyển và lưu kho.

Phương pháp thử và kiểm tra chất lượng

Để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của cát nguyên liệu, tiêu chuẩn viện dẫn các phương pháp thử tiêu chuẩn quốc gia hiện hành:

• Xác định thành phần hóa học: Tiến hành theo các tiêu chuẩn phân tích hóa học cho cát thạch anh (như TCVN 7111, TCVN 7112 hoặc các phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS, quang phổ huỳnh quang tia X XRF).
• Xác định thành phần cỡ hạt: Sử dụng phương pháp sàng khô hoặc sàng ướt qua hệ thống sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng quy định.
• Xác định độ ẩm: Phương pháp sấy khô mẫu ở nhiệt độ 105 độ C đến 110 độ C cho đến khi khối lượng không đổi.