Характеристика сырьевых и исходных материалов

Характеристика сырья

Основным сырьем для производства керамических изделий являются глинистые материалы: глины, суглинки, глинистые сланцы и др.

Суглинок — это глина со значительной примесью песка и пылеватых частиц, а также углекислого кальция и водной окиси железа. Суглинки — породы, в которых относительно преобладают глинистые частицы (от 33,3 до 50%). Она представляют собой сложные соединения водных алюмосиликатов, которые определяют важнейшие характеристики материалов для производства строительной керамики: связность, пластичность, обрабатываемость, механическая прочность сырца и обожженного материала.

Суглинок характеризуются чрезвычайно малым размером частиц, которые не превышают 20 мкм, а большей частью менее 2 мкм. Для производства строительной керамики количество частиц менее 2 мкм может находиться в интервале от 15 до 45−50%.

Химический состав сырья для производства керамических плиток колеблется в широких пределах: SiO2 — 51,0- 68,5%; Al2O3- 17,0- 35,0%; TiO2 — 0,6- 1,5%; Fe2O3 — 0.9- 10,5%; CaO — 0.5- 2,5%; MgO — 0,2- 2,6%; Na2O+K2O — 0,25−3,6%; ППП — 5,5−10,5%.

Гранулометрический (зерновой) состав — количественное соотношение частиц разного размера, фракций, выраженное в % по массе. Гранулометрический состав характеризуется содержанием в них суглинистых фракции (мельче 0,005 мм), пылеватых частиц (0,005−0,14 мм) и песка (0,14−5 мм). Соотношение между этими фракциями определяет такие свойства, как пластичность, связность, усадку, чувствительность к сушке.

Повышение содержания глинистого вещества придает суглинку повышенную пластичность и сопротивляемость размоканию в воде, но увеличивает воздушную и общую осадку и чувствительность к сушке. Свойство глин характеризуется их пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность — это способность глинистых материалов под воздействием внешних усилий принимать заданную форму без разрыва сплошности и сохранять ее после прекращения действий этих усилий. Пластичные свойства глин характеризуются влажностью и изменяются для одной и той же глины в зависимости от количества воды. Переход глины от одной консистенции к другой совершается при определенных значениях влажности, которые получили название пределов пластичности. Влажность, при которой глина переходит из пластического состояния в текучее называется влажностью предела текучести Wт. Влажность, при которой глина переходит из пластического состояния в хрупкое называется влажностью предела раскатывания Wр.

Кремнезем находится в глинах в связанном (в составе минералов) и в свободном (песок, шлюф) состояниях. Повышенное содержание свободного кремнезема указывает на наличие большого количества песка в глинистым сырье, повышенную прочность черепка и меньшую механическую прочность. Такое сырье мало или совсем непригодно для изготовления изделий сложного профиля.

Для глин с повышенным содержанием глинозема требуется более высокая температура обжига, при значительном интервале между началом спекания и плавления, что облегчает процесс обжига изделий, так как уменьшается возможность деформации изделий. Пониженное содержание глинозема снижает прочность изделия.

Оксиды железа встречаются в виде окисных соединений (гематит, гидроксиды), закись-окисных (магнетит, глауконит), закисных (сидерит, анкирит, пирит) и другие. Они являются сильными плавнями, способствующими уменьшению температурного интервала спекания глины и делают ее короткоплавкой. Изменяя среду в печи от окислительной до восстановительной, можно в большей степени выявить действие железистых соединений как плавней. Эти соединения придают окраску изделиям после обжига от светло-кремовой до вишнево-красной в зависимости от содержания их в глине.

Оксиды кальция входят в состав глине в виде известняков, доломитов, сульфатов. Будучи равномерно распределенными в глине находясь в тонкодисперсном состоянии, оксиды кальция уменьшают связывающую способность и понижают температуру плавления глины, делая ее короткоплавкой и затрудняя обжиг изделия из-за возможности подваров. При содержании в глине около 10% CaCO3 она имеет интервал спекания 30−400С. Интервал плавления глин может быть в таких случаях увеличен добавлением кварцевого песка.

При температуре обжига изделий до 10 000С действие известняка проявляется в изменении пористости и прочности изделий и меньше как плавня. В результате диссоциации оксида углерода пористость черепка изделия повышается при одновременном снижении прочности. Значительное содержание оксида кальция способствует осветлению изделий.

Оксиды магния как плавень действуют аналогично СаО, только меньше влияют на интервал спекания.

Оксиды щелочных металлов (Na2O, K2O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, понижению температура образования расплава, уплотнению черепка изделий и повышению его прочности.

Наличие в глине растворимых солей (до 1,5%) сульфатов и хлоридов натрия, магния, кальция, железа вызывает выцветы на поверхности изделий, что не только портит внешний вид, но и способствует разрушению поверхностного слоя изделий.

К глинистой части относят фракции размерам менее 5 мкм, что придает сырью повышенную сопротивляемость размоканию в воде, высокую пластичность и чувствительность к сушке, увеличивает воздушную и общую усадку. Повышенное содержание пылевидных фракций, повышают их чувствительность к сушке и обжигу, снижает прочность изделья.

Для производства фасадных керамических плиток применяют беложгущиеся и красножгущиеся глины, отощающие материалы и плавни. Составы масс, применяемые при длительных режимах обжига фасадных плиток, состоят из чистых глин или с добавкой 20−30% отощающих материалов и лишь иногда с целью снижения температуры обжига в массы вводят плавни. Глину, содержащую частички известняка, называют мергелем, а содержащую много песка — суглинком. Очень тонкие частички глины, благодаря своей большой поверхности, хорошо впитывают воду, поэтому глина гигроскопична и во влажном состоянии сохраняет способность к пластическому формованию. Степень пластичности глины зависит не только от химического состава, но также от физических размеров и формы частичек глины, от количества содержащейся в ней воды. Очень чистая, пластичная (жирная) глина требует много воды для того, чтобы стать легко формуемой, менее «чистая» глина (тощая) нуждается в меньшем количестве воды. Жирные глины имеют большую усадку при сушке и обжиге, чем тощие. Особо чистые, и наиболее ценные для производства керамики, глины содержат каолинит (Al₂O₃); содержание его может достигать 40%. Керамические глины характеризуются особенно однородным химическим и минералогическим составом и содержат глинистого компонента до 25−30%. Фарфор, самый тонкий и плотный продукт из глины, состоит из 40−65% каолина (фарфоровое сырье). Чистый каолин имеет белоснежный вид, а при наличии в нем кварца и полевого шпата имеет серо-желтый цвет. При изготовлении керамических плиток и плит применяют только массы для полусухого прессования и пластического формования. Для изготовления санитарно-технических изделий и сосудов способом заливки в гипсовые формы используют керамические массы для литьевой технологии. Эти массы с введенными в их состав добавками могут использоваться для глазурования (шликеры для глазури). Сырьем для глазурей служат кварц, карбонат кальция, доломит и различные окислы металлов, которые тонко размалывают в барабанных мельницах. При обжиге глазурь плавится, образуя на поверхности плиток или плит стекловидный слой, облагораживающий поверхность.

В таблице 5 приведены типовые составы формовочных масс для получения керамических плиток.

Таблица 5.

Типовые составы формовочных масс, %.

Для изготовления плит я выбрала сырье Шымкентского месторождения.

Шымкентское месторождение лессовидных суглинков расположено в Сайрамском районе на окраине г. Чимкента, в 6 км к югу от его центра, в 2 км к юго-востоку от железнодорожной ст. Чимкент. Месторождение сложено суглинками пятой надпойменной террасы рек Сайрам и Бадам, серовато-желтыми, плотными, с известковыми включениями. Площадь 3 га, мощность 4,8 м. Вскрыша — почвенно-растительный слой мощностью 0,2 м.

Ниже приводится химический и гранулометрический состав суглинков.

Участок III расположен в 6 км от центра г. Чимкента. Мощность суглинков 17,5−22,8 м. На востоке участка встречен пропласток мелкозернистого глинистого песка мощностью 2,0−2,5 м, залегающий на глубине 2,5 м. Вскрыша — почвенно-растительный слой мощностью 0,2−3,4 м.

Химический и гранулометрический состав суглинков приведен ниже.

Таблица 6.

Химический состав суглинков.

Таблица 7.

Гранулометрический состав суглинков.

Показатели физико-механических свойств: объемная масса 1,64т/м³; коэффициент разрыхления 1,34; водопоглощение 19,1−25,9%, число пластичности 7−15 (среднее 10); температура обжига 950−1000°С; предел прочности при сжатии 83,3−104,9 кг/см²; марка по морозостойкости Мрз-15. Суглинки пригодны для получения кирпича марки 150, не удовлетворяющего требованиям ГОСТ 530–2012.