42. Перечислите нормативные требования к составу глинистого сырья для получения керамических материалов

Строительную керамику получают из сырьевых смесей (шихт), содержащих глину. Глинами называют осадочные горные породы, относящиеся к группе механических отложений, состоящие из глинных минералов (водных алюмосиликатов) и обладающие свойством пластичности. Основными химическими компонентами глин являются SiO₂ (30-70 %), Al₂O₃ (10-40 %) и H₂O (5-10 %). Кремнезем находится в глине в химически связанном и в свободном состоянии. Связанный SiO₂ входит в состав глинных минералов, свободный – представлен кварцевым песком. Глины могут также содержать TiO₂, Fe₂O₃, FeO, MnO, MgO, CaO, K₂O, Na₂O. Они образуются при выветривании горных пород, включающих полевые шпаты, и состоят из минералов, относящихся к группе водных алюмосиликатов – каолинита, монтмориллонита, гидрослюд, палыгорскита. Глины обычно содержат примеси, представленные обломками первичных пород, растительными остатками, а также карбонатами (кальцит) и сульфатами (гипс). По условиям образования глины подразделяют на первичные, образовавшиеся на месте выветривания горных пород, и вторичные, или отложные. Вторичные глины образуются отложением частиц, переносимых водными потоками, ледниками и ветром. Распространенным породообразующим минералом глин является каолинит Al₂O₃· 2SiO₂· 2H₂O. Глина, состоящая преимущественно из каолинита, называется каолином. Каолинит и обогащенные каолины используются в производстве огнеупорной и тонкой керамики – фаянса и фарфора. В глинах преобладают частицы размером менее 0,01 мм, содержатся также пылевидные (до 0,15 мм) и песчаные частицы (0,15-5,00 мм). С увеличением содержания в горной породе грубодисперсных частиц происходит переход от глины к песку : Зерновой состав осадочных горных пород Наименование породы Содержание частиц, % массы глинистых пылеватых и песчаных Тяжелая глина Глина Суглинок Супесок Песок Более 60 60-30 30-10 10-5 Менее 5 Менее 40 40-70 70-90 90-95 Более 95 В производстве строительной керамики используются глины и суглинки. По ГОСТ 9169 по содержанию тонкодисперсных фракций глинистое сырье подразделяют на четыре группы : Группы глинистого сырья Наименование Содержание частиц, размером менее 10 мкм 1 мкм Высокодисперсные Среднедисперсные Низкодисперсные Грубодисперсные Более 85 60-85 30-60 Менее 30 Более 60 40-60 15-40 Менее 15 Грубодисперсные глины обычно содержат много примесей. Наиболее распространенной примесью в глинах является кварц, в виде песчаных частиц размером до 5 мм. Эти частицы понижают пластичность глин, но при этом уменьшаются деформации их при сушке и обжиге (воздушная и огневая усадка). Обломки первичных пород – слюды, полевые шпаты – понижают температуру спекания глин при обжиге, т. е. являются плавнями. Карбонаты, например кальцит, магнезит и доломит являются вредными примесями. Разложение карбонатов при обжиге и выделение CO₂ может Глава 3. Строительная керамика51 привести к недопустимой деформации изделий (дутик). Если карбонаты в виде мелких частиц равномерно распределены в глине, то их разложение при обжиге приводит к повышению пористости керамики. Оксид Fe₂O₃, сульфид FeS и гидрооксид железа окрашивают сырье и керамику в красный и коричневый цвет, содержание этих примесей в сырье может достигать 10 % массы горной породы. Оксиды калия и натрия образуются путем диссоциации содержащих- ся в глине растворимых в воде солей, например карбонатов калия и на- трия, а также в полевых шпатах и слюдах, их содержание в глине может достигать 6 % массы. Органические примеси выгорают при обжиге, повышая пористость керамики, иногда они вызывают вспучивание изделий и образование в них черной сердцевины. Технические свойства строительной керамики зависят от химического и минерального составов, дисперсности и физических свойств глин. К числу важных технологических свойств глин относятся следующие. Пластичность – способность твердых тел или дисперсных систем необратимо изменять форму и размеры под действием напряжений, возникающих от внешних сил. Пластичность глин зависит от их влажности. При увлажнении вода адсорбируется на поверхности твердых частиц, облегчая их перемещение, и повышает пластичность. Расход воды выбирают так, чтобы получить смесь пригодную для формования. При производстве керамики способом пластического формования пластичность является одним из основных физических свойств формовочных смесей. Пластичность глин зависит от минерального состава, дисперсности (зернового состава), формы и характера поверхности твердых частиц, содержания растворимых в воде веществ, а также от содержания воды (В/Г). Пластичность глин можно характеризовать количеством воды, необходимым для приготовления смеси, пригодной для формования пластическим способом, и величиной воздушной усадки, зависящей от В/Г. По пластичности глины подразделяются на высокопластичные, средней пластичности и малопластичные. Применение высокопластичных глин облегчает пластическую деформацию смеси при формовании изделий. Однако с повышением пластичности увеличиваются деформации при сушке сырья (воздушная усадка), что может привести к изменению формы и размеров изделий, образованию трещин. Поэтому пластичность формовочных смесей необходимо регулировать в зависимости от условий формования, формы и размеров изделий. Повышение пластичности смесей достигается следующими способами: – Использованием высокопластичных глин (в том числе в качестве добавки в шихту) Обогащением глин, повышением содержания в них частиц размером менее 0,01 мм. – Выветриванием – длительным (в течение нескольких месяцев) выдерживанием глины на открытом воздухе. При этом происходит разрушение крупных частиц при замораживании, растворение и вымывание примесей. – Вылеживанием – выдерживанием заготовок в атмосфере теплого влажного воздуха. Повышение пластичности обусловлено биологическими процессами (силикатные бактерии), повышающими дисперсность глин. Снижение пластичности смесей достигается введением грубодисперсных (отощающих) добавок – кварцевого песка, шамота, шлаков и зол. Пластичность глин характеризуют числом пластичности П: П = W₁–W₂ , (3.1) где W₁ – влажность, при которой глина переходит из пластического со- стояния в текучее (нижняя граница текучести), %; W₂ – влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в хрупкое (предел раскатывания), %. Подразделение глин по числу пластичности приведено:Классификация глин по числу пластичности Наименование сырья Число пластичности, % Высокопластичное Среднепластичное Умереннопластичное Малопластичное Непластичное Свыше 25 15-25 7-15 3-7 — Выбор сырья для производства керамики осуществляется в зависимости от его доступности и способа формования изделий. При необходимости производится корректировка пластичности смесей. Изменение объема при сушке и обжиге. Воздушная усадка – изменение размеров и объема изделия при его сушке. Обусловлена процес- сами испарения воды. Воздушная усадка высокопластичных глин превышает 10 %, средне- пластичных изменяется в пределах от 6 до 10 %, малопластичных менее 6 %. Воздушную усадку можно понизить введением отощающих (грубо- дисперсных) добавок. Огневая усадка – изменение размеров и объема изделия при обжиге αо, %, обусловлена процессами спекания (частичного плавления) сырьевых смесей. Примеси окрашивают глины в различные цвета – красный, коричневый, зеленый и др. Цвет керамических изделий может отличаться от цвета сырья. В зависимости от цвета керамики различают два типа глин: Беложгущиеся (каолины) – позволяют получать изделия белого цвета, применяются при изготовлении фаянса и фарфора. Цветные – образуют керамические изделия, окрашенные в какой- либо цвет. Цвет керамических изделий зависит от химико-минерального состава сырья, содержания в нем примесей. Так, например, Fe₂O₃ окрашивает керамику в красный цвет, интенсивность окраски зависит от максимальной температуры обжига, с повышением температуры окраска может изменяться от светло-красной до темно-красной

Сырьевые материалы, используемые при изготовлении изделий из керамики, делят на две группы: глинистые (пластичные) и непластичные. Глинистые материалы (глины и каолины) — основное сырье. Непластичные материалы в зависимости от их роли в технологическом процессе делят на отощающие порообразующие, пластифицирующие добавки и флюсы (плавни). Отощающие материалы вводят в массу для уменьшения усадки при сушке и обжиге изделий, чтобы сохранить форму изделия в процессе его изготовления, облегчить и ускорить процессы сушки и обжига изделий. При производстве керамических изделий в качестве отощающих материалов применяют кварцевый песок, шамот и некоторые другие материалы (шлаки, золы и т. п.). Флюсы (плавни) улучшают спекание керамического черепка при обжиге, снижают температуру обжига изделий. В процессе сушки изделий плавни обычно играют роль отощающих материалов. В качестве плавней в состав массы для изготовления изделий керамики вводят полевые шпаты, пегматиты, нефелиновые концентраты, перлиты, стеклобой. Порообразующие и пластифицирующие добавки

Порообразующие материалы вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа или выгорают. Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость стеновых керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка. Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностно-активные вещества - сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) и др.

Классификация глин.

В схеме классификации глинистое сырьё делится на:

а)каолины

б)сухари - огнеупорные, камнеподобные глины

в)сланцевые – плохо размокающие в воде глины.

Они подразделяются на подгруппы:

1. по содержанию окиси алюминия в прокалённом состоянии: более 40 % - высокоосновные от 30 до 40 % - основные от 15 до 30% - полукислые менее 15% - кислые 2) по огнеупорности:  огнеупорные - плавящиеся при температуре от 1580С и выше тугоплавкие - от 1350С до 1580С легкоплавкие - ниже 1350С Огнеупорные глины обладают высокой огнеупорностью — не ниже 1580° С. Это чистые каолинитовые глины, содержащие мало механических примесей, в той или иной степени понижающих огнеупорность. Они обладают большой дисперсностью и очень высокой пластичностью. Глины, имеющие после обжига белый цвет, называются фарфоровыми, их применяют для производства фаянса и фарфора. Тугоплавкие глины имеют огнеупорность от 1350 до 1580° С. Они содержат небольшое количество примесей кварца, полевого шпата, слюды, карбонатов кальция и магния; применяют их главным образом для производства облицовочного кирпича, плиток для полов, канализационных труб и т. д. Легкоплавкие глины имеют огнеупорность ниже 1350° С. Эти глины наиболее разнообразны по составу: они имеют примеси песка, известняка, окислов железа, слюды, органических веществ и т.д. Их применяют для производства кирпича, блоков, черепицы и аналогичных изделий. 3) по степени связуемости или пластичности: - жирная; - средней жирности; - тощая.