Сырье для производства керамики

Сырье для производства керамики условно делят в керамической промышленности на три группы: пластичные материалы, отощающие материалы и плавни.

Содержание статьи:

1. Сырье для производства керамических материалов:

1. Пластичные материалы

2. Отощающие добавки

3. Плавни

Пластичные материалы

Основным сырьем для большинства керамических материалов являются глины. Глина это землистая горная порода которая состоит в основном из глинистых минералов, таких как каолинит (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O), монмориллонит (Al2O3 · 4SiO2 · nH2O), иллита (K2O· MgO · 4Al2O3 · 7SiO2 ·H2O) и различных примесей.

Читать далее на http://stroivagon.ru производство керамической плитки

Все глинообразующие минералы являются водными алюмосиликатными и при затворении с водой образуют тесто, способное формоваться. Глины рекомендуемые для производства керамических плиток приведены в таблицу-1.

Таблица-1. Перечень основных месторождений глин для производства керамических плиток

Запесоченность глин существенно снижает качество керамических материалов. Пластичность глины можно оценить количеством воды необходимой для получения удобоформуемой массы из определенного количества глины. Как правило высокопластичные глины имеют большую усадку при сушке, которое объясняется высокой водопотребностью.

Пластичностью глины называют ее свойство образовывать при затворении водой тесто, которое под действием внешних усилий способно принимать заданную форму без образования трещин и разрывов и сохранять эту форму при последующей сушке и обжиге.

Пластичность глины характеризуют числом пластичности П=wt-wp, где wt и wp -значения влажности , которые соответствуют пределу текучести  и пределу раскатывания глиняного жгута,%. По пластичности глины разделяют на высокопластичные (П>25), среднепластичные (П=15…25), умереннопластичные (П=7…15), малопластичные (П<7) и непластичные глины.

Для производства керамических изделий обычно применяют умереннопластичные глины с числом пластичности П=7…15. Глины малопластичные формуются плохо, а высокопластичные как правило растрескиваются при сушке и требуют введения отощающих добавок. В производстве обжиговых материалов наряду с глинами используются диатомиты, сланцы, трепелы, сланцы, и другие.

Так в производстве легкого кирпича и изделий применяют диатомиты и трепелы , а для получения пористых заполнителей -вспучивающиеся глины, вермикулит, перлит. На многих керамических заводах  отсутствует сырье, пригодное в естественном виде для изготовления соответствующих изделий.

Такое сырье требует введения добавок. Так, добавляя к пластичным глинам отощающие добавки до 6… 10 % (песок, шлак, шамот и др.), можно уменьшить усадку глины при сушке и обжиге. Большое влияние на связующую способность глин и их усадку оказывают фракции меньше 0,001 мм.

Чем больше содержание глинистых частиц, тем выше пластичность. Пластичность можно повысить добавлением высокопластичных глин, а также введением поверхностно-активных веществ —сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) и др. Понизить пластичность можно добавлением непластичных материалов, называемых отощителями, — кварцевого песка, шамота, шлака, древесных опилок, крошки угля.

Глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций, обладают более высокой связностью, и, наоборот, глины с небольшим содержанием глинистых частиц имеют малую связность. С увеличением содержания песчаных и пылевидных фракций понижается связующая способность глины. Это свойство глины имеет большое значение при формовании изделий.

Связующая способность глины характеризуется возможностью связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие заданной формы.

Усадкой называют уменьшение линейных размеров и объема при сушке образца (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в процессе его сушки. Для различных глин линейная воздушная усадка колеблется от 2…3 до 10… 12% в зависимости от содержания тонких фракций.

Огневая усадкапроисходит из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка в зависимости от состава глин бывает 2…8%. Полная усадка равна алгебраической сумме воз душной и огневой усадок, она колеблется в пределах 5…18%. Это свойство глин учитывают при изготовлении изделий необ ходимых размеров.

Характерным свойством глин является их способность превращаться при обжиге в камневидную массу. В начальный период повышения температуры начинает испаряться механически примешанная вода, затем выгорают органические примеси, а при нагревании до 550…800°С происходит дегидратация глинистых минералов и глина утрачивает свою пластичность.

Скорость сушки увлажненной ( пластичной глины) определяется скоростью миграции воды от центра к поверхности, внутри глиняной массы а не скоростью испарения воды с увлажненных поверхностей отформованной массы. Глина является водонепроницаемым материалом, поэтому продвижение влаги через всю толщу глиняной массы затрудняется и поэтому скорость сушки замедляется.

Чем больше частиц глинистых минералов содержаться в глине , тем выше водопотребность такой глины и больше она набухает. Следовательно, такая глина  дает большую усадку а  скорость сушки замедляется. Такие глины принято называть жирными. Тощие глины содержат по сравнению с жирными больше песчаных частиц и меньше глинистых минералов. У таких глин (у тощих глин) водопотребность меньше, характеризуются они пониженными формовочными свойствами, небольшой усадкой и меньшим набуханием а также быстрее сушиться.

Поэтому для достижения оптимального состава сырьевой массы необходимой для производства керамики смесь должна легко сушиться и хорошо формоваться. Для получения оптимальных составов глинистых и песчаных частиц в жирных сортов глины добавляют отощающие добавки.

Очень важным свойством глины является спекаемость, то есть способность переходить в камневидное не размокаемое в воде состояние при обжиге.В процессе обжига при температуре от 900… 1200°С последовательно в глине начинают протекать разные химические реакции и физико-химические процессы, которые приводят к полному изменению ее структуры. а именно:

1. К удалению химически связанной воды ( при температуре 500…600° С).

2. К разложению обезвоженной глины на оксиды А1₂О₃ и SiO_{2,( при температуре 800…900°С).}

3. Образуются новые тугоплавкие и водостойкие минералы при температуре нагрева до 1000… 1200° С, такие как силлиманита А1₂О₃ • SiO₂ и муллита ЗА1₂О₃ • 2SiO_2.

4. Образование некоторого количества расплава при температуре 900… 1200° С, из легкоплавких материалов глины.

За счет эффекта склеивания твердых частиц глины в образовавшемся расплаве образуется прочное камневидное тело. при этом происходит уменьшение объема образовавшегося нового вида материала за счет сил поверхностного натяжения этого расплава, которое называется огневой усадкой. в зависимости от вида глин огневая усадка может составлять от 2…6 %. По мимо огневой усадкой существует также и полная усадка.Полная усадка представляет сумму огневой и воздушной усадки и может быть в пределах от 6…18 %. Учитывают полную усадку как правило при формовании сырцовых заготовок которые служат для получения керамических изделий с заданными размерами.

Огнеупорность глин это свойство выдерживать действие высоких температур без значительных разрушений и деформаций. Глины бывают различными по составу и значит в процессе обжига используются  разные температурные диапазоны, а полученные в результате обжига керамические изделия имеют различные огнеупорные свойства.

По такому признаку глины принято разделять на легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные. В легкоплавких глинах содержаться большое количество примесей и плавятся они при температуре ниже 1350° С. Из легкоплавких глин изготовляют кирпичи, стеновые камни а также глиняную черепицу. Тугоплавкие глины содержат как правило незначительное количество примесей и плавятся при температуре 1350° С…1850° С.

Применяют такие глины как правило для изготовления канализационных труб, облицовочных керамических изделий, лицевого кирпича и др. Огнеупорные глины почти не содержат в своем составе примесей, а температура плавления достигает 1580° С и выше. Используются для приготовления огнеупорных материалов и изделий.

 

Отощающие добавки

Отощающие добавки вводят в сырьевую смесь для снижения усадочных деформаций, а также для увеличения скорости обжига керамических изделий.В качестве отощающих добавок  используют шамот, кварцевый песок, тальк, золы ТЭЦ и гранулированные шлаки. Наиболее эффективными отощающими добавками  являются шлаки. состав которых близок к волластониту, например шлаки химического производства.

Образующиеся в результате взаимодействия ортофосфата кальция с углеродом и кремнеземом шлаки используют на ряде предприятий в комбинации с глинами в количестве до 50…55 % (Волгоградский керамический завод, Шахтинский керамический комбинат, Ташкентский комбинат стройматериалов). При вводе этих шлаков в составы плиточных масс снижаются усадка и водопоглощение, повышаются морозостойкость и механическая прочность плиток.

Температура обжига облицовочных плиток из масс, в состав которых вводят эти шлаки, резко снижается. Утельный обжиг производится при 850…870 °С, а глазурный -при 830…840°С.

Плавни

Плавнями называют добавки, которые взаимодействуют во время обжига с основной керамической массой и образуют в результате этого более легкоплавкие смеси. В качестве плавней в керамической промышленности применяют стеклобой, нифелинсиенит, перлит, мел. доломит и другие материалы.

Порообразующие добавки служат для снижения плотности керамических материалов и теплопроводности. В качестве порообразующих добавок в формовочную смесь вводят молотый мел, доломит и другие материалы которые способны при обжиге диссоциировать с выделением газа, например CO2 и выгорать (древесные опилки, угольный порошок и другие). Как правило такие добавки одновременно являются и отощающими.

Также в глиняную массу для производства керамических изделий вводят пластифицирующие добавки, такие как поверхностно-активные вещества-пластификаторы СДБ, ЛСТ и другие а также высокопластичные глины.