Сырье для производства керамических изделий

Основным сырьем для производства керамических изделий являются глинистые материалы: глины, каолины, суглинки, глинистые сланцы, лёссы.

• Глины — землистые или обломочные горные породы, способные образовывать с водой пластичное тесто, при высыхании сохраняющее приданную ему форму, а после обжига приобретающее твердость камня. По условиям образования различают глины: остаточные и перенесенные. Остаточные глины обычно засорены частицами горной породы, из которой они образовались. Перенесенные глины более дисперсны, свободны от крупных фракций материнских пород, но могут быть засорены песком, известняком и т. п. Свойства глин определяются их составом: химическим, минералогическим, гранулометрическим.

Химический состав глин колеблется в широких пределах (по массе):45...80% SiO2; 8... 28% (А12О3+ТiO2); 2... 15% Fе2О3; 0,5... 25% СаО; 0,0...4% МgО; 0,3... 5% R2О. Изменения химического состава заметно отражаются на свойствах глин. Так, при повышенном содержании SiO2, не связанного с АlO3 в глинистых минералах, уменьшается связующая способность глин, растет пористость обожженных изделий и снижается их прочность. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глин. СаСО3 уменьшает огнеупорность и интервал спекания, увеличивает усадку при обжиге и пористость, что в свою очередь снижает прочность и морозостойкость изделий. Щелочи понижают температуру спекания глины. Химический состав глин определяет и цвет обожженного черепка. Он зависит главным образом от содержания оксидов железа, которые окрашивают керамические изделия в красный цвет при избытке в печи кислорода и темно-коричневый или даже в черный при его недостатке.

Глины бывают поли- и мономинеральные. В керамической промышленности чаще применяют мономинеральные каолинитовые огнеупорные глины, состоящие в основном из минерала каолинита А12O3•2SiO2•2Н2О, и каолины. Последние отличаются от глин большей однородностью минералогического состава, более крупнокристаллическим строением и меньшей пластичностью. Помимо глинистых минералов, в состав глин входят кварц, слюда, полевые шпаты, кальцит и т. д. Минералогический состав определяет формовочную способность глинистого сырья, его поведение при обжиге, весь комплекс свойств как полуфабриката, так и готовых изделий.

Гранулометрический состав глинистого сырья характеризуется большим разнообразием. Глинистая часть с размером частиц менее 5 мкм составляет в разных породах 8...60%, содержание пылеватой части (5... 50 мкм) -6... 55%, песчанистой (от 50. мкм до 2 мм) — 1... 32%. Основные свойства сырья определяет содержание глинистого вещества. Рост его придает глинам повышенные пластичность и сопротивляемость размоканию в воде, но увеличивает воздушную и общую усадку и чувствительность к сушке. Последняя также возрастает при повышении содержания в глинах пылевидной фракции.

Лёссы и суглинки представляют собой разновидности глинистого сырья, в котором пылевидная фракция представлена главным образом кремнеземом, карбонатом кальция, оксидами железа. Лессы всегда содержат глину в виде тонкой пленки на поверхности зерен.

Глинистые минералы отличаются ярковыраженной слоистой структурой. При смачивании водой они набухают, так как поглощаемая вода располагается между отдельными слоями их кристаллических решеток. При этом происходит значительное увеличение межплоскостных расстояний. При сушке глины имеет место обратный процесс, сопровождающийся усадкой. Свойства глин характеризуются их пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность характеризуется способностью глин образовывать при затворении водой тесто, которое под действием внешних усилий может принимать заданную форму без образования трещин и сохранять эту форму после прекращения действия усилий. Пластичность глины характеризуют числом пластичности

П=w_т – w_р, где w_т и w_р — влажность соответственно предела текучести и раскатывания в жгут, %.

По пластичности глины разделяют на высокопластичные (П>25), среднепластичные (П=15...25), умереннопластичные (П =7... 15), малопластичные (П<7) и непластичные. Степень пластичности глины зависит от минералогического и гранулометрического составов, формы и характера поверхности зерен, содержания в глине растворимых солей и органических примесей и количества воды, взятой для приготовления глиняной массы. Пластичность можно повысить добавлением высокопластичных глин, а понизить добавлением непластичных материалов (кварцевого песка, шамота, шлака, древесных опилок), называемых отощителями. Естественная пластичность глин может быть также повышена искусственно за счет увеличения его дисперсности путем промораживания, вылеживания, отмучивания, механической обработки на бегунах, обработки паром, вакуумирования.

Связность и связующая способность — способность глиняного теста сохранять при высыхании приданную ему форму. Усилие, необходимое для разделения частиц глины, показывает степень связности. Связующая способность глины определяет возможность связывать частицы Непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие заданной формы. Глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций, обладают более высокой связностью. С увеличением содержания песчаных и пылевидных фракций связующая способность глины понижается.

Сушильные свойства характеризуют отношение пластичного глиняного теста к сушке. Важнейшее из них — воздушная усадка — уменьшение в объеме глиняного теста при удалении воды, выражаемое в % от первоначального размера образцов. Обычно воздушная усадка составляет 2...20%. Она зависит от первоначальной влажности материала, его химико-минералогического состава и режима сушки. Глины особенно чувствительны к режиму сушки и склонны к трещинообразованию.

Термические свойства глин — огнеупорность и огневая усадка — проявляются при высокотемпературном обжиге.

Огнеупорность — способность керамических изделий противостоять воздействию высоких температур, не расплавляясь. Различают глины огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Огнеупорные глины имеют огнеупорность не ниже 1600°С. Они отличаются высоким содержанием глинозема (до 40% и более) и незначительным содержанием легкоплавких примесей (не более 3% Ре203). Тугоплавкие глины имеют огнеупорность 1350... 1580°С, содержат небольшое количество кварца, полевого шпата, слюды, карбонатов. Применяют их главным образом для производства облицовочного кирпича, плиток для пола, канализационных труб. Легкоплавкие глины имеют огнеупорность ниже 1350°С. Они наиболее распространены и разнообразны по составу. В них присутствуют примеси песка, известняка, оксидов железа, слюды, органических веществ. Применяют такие глины для производства кирпича, блоков, черепицы и других материалов и изделий.

Огневая усадка — уплотнение и сокращение общего объема материала, происходящее за счет плавления при нагревании легкоплавких составляющих глин, заполнения промежутков между твердыми зернами и сближения их в результате сил поверхностного натяжения. Огневая усадка тем выше, чем больше температура обжига. Для глин она колеблется в пределах 2...8%.

Глинистое сырье редко применяют в чистом виде. Чаще его используют вместе с различными добавочными материалами, которые разделяют на: отстающие, выгорающие материалы, плавни и добавки специального назначения.

• Отощающие материалы вводят в состав глинистых масс для регулирования их пластичности, улучшения сушильных и обжиговых свойств, сокращения продолжительности сушки и обжига изделий. Они не должны содержать крупных зерен (более 2 мм), а содержание частиц менее 0,25 мм не должно превышать 20%. Чаще при меняют кварцевый песок и маршалит — природный пылевидный кварцевый материал высокой степени дисперсности. Из искусственных отощителей хорошо зарекомендовал себя шамот, получаемый обжигом при 1000... 1700°С огнеупорных и тугоплавких глин с по следующим измельчением. В последнее время расширилось применение в качестве отощителей шлаков и зол. Это позволяет сократить расход топлива.

• Выгорающие (порообразующие) добавки способствуют снижению пластичности глин, повышению пористости изделий, более равномерному их обжигу, сокращению расхода топлива. Хорошо себя зарекомендовали как выгорающие добавки древесные опилки. Будучи волокнистым материалом, они армируют глиняную массу, повышая ее сопротивление разрыву и трещиностойкость при сушке, С теми же целями применяют порошок каменного угля, торф и т. д.

• Плавни применяют для повышения степени спекания глины и снижения температуры спекания. Различают два вида плавней. К первому относятся вещества, флюсирующее действие которых обусловлено низкой температурой их плавления (полевые шпаты, пегменты, сиениты). Второй вид плавней — это материалы с высокой температурой плавления, но образующие при взаимодействии с компонентами керамической массы при нагревании легкоплавкие соединения. К таким материалам относятся доломит, магнезит, мел.

• Добавки специального назначения улучшают цвет изделий, предотвращают выцветы, нейтрализуют вредное влияние природных включений в глинах. К ним относят красители, жидкое стекло, поваренную соль и др.

Несмотря на обширный ассортимент керамических изделий, разнообразие их свойств и видов сырья, основные этапы производства керамики — общие. Это добыча сырьевых материалов, подготовка сырьевой массы, формование изделий (сырца), их сушка, обжиг, обработка изделий (обрезка, глазурование и пр.) и упаковка. Выбор конкретной технологической схемы определяется свойствами сырья, типом изделий, объемом производства, способом подготовки сырьевых материалов. При этом различия технологических схем проявляются в способах переработки сырья и подготовки массы (пластический, полусухой и шликерный), так как последующие процессы — формование, сушка и обжиг — не имеют существенных отличий.

Поиск по сайту: