СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сырье для производства керамических материалов

Основным сырьевым материалом для производства строитель­ных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками — отощающими, породо­образующими, плавнями, пластификаторами и др.

Глинистое сырье

Глинистое сырье (глины и каолины) — продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород. Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании при­данную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.

Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определен­ное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0,005- 0,16 мм и песчаных частиц с размерами зерен 0,16-2 мм.

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между ко­торыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу. При сушке гли­няное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высоко­пластичные, среднепластичные, умеренно-пластичные, малопла­стичные и непластичные. Высокопластичные глины имеют в своем составе до 80-90% гнилистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28% и воздушную усадку 10-15%. Средне - и умеренно-пластичные глины имеют в своем составе 30-60% гли­нистых частиц, число пластичности 15-25, водопотребность 20-28% и воздушную усадку 7-10%. Малопластичные глины имеют в сво­ем составе от 5% до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7-15 и воздушную усадку 5-7%. Непла­стичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто.

Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют «жирными» они отличаются высокой усадкой, для снижения кото­рой в глины добавляют «отощающие» добавки. Глины с содержани­ем глинистых частиц менее 10-15% — «тощие» глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например бентонитовую глину.

Различное сочетание химического, минералогического и грану­лометрического состава компонентов обусловливает различные свойства глинистого сырья и пригодность его для получения кера­мических изделий тех или иных свойств и назначения.

Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогиче­ским составом. Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, по­левого шпата, слюды и др.). Глинистые частицы в большинстве сво­ем состоят из вторичных минералов: каолинита АІ20з'28і02‘2Н20, монтмориллонита А120з'48Ю2'4Н20, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетаниях.

Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют свет­лую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характе­ризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке.

Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, при формовке склонны к свилеобразованию, чувствитель­ны к сушке и обжигу с проявлением искривления изделий и растрес­кивания. Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Содержа­ние в них частиц размером менее 0,001 мм достигает 85-90%. Об­разцы с преобладанием в глинистой части гидрослюдистых минера­лов характеризуются промежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке.

Химический состав глин выражается содержанием и соотноше­нием различных оксидов. В керамическом сырье содержание важ­нейших оксидов колеблется в широких пределах: Si02 — 40-80%; А120з — 8-50%; Fe203 — 0-15%; CaO — 0,5-25%; MgO — 0-4%; R20 — 0,3-5%. С увеличением содержания А1203 повышается пла­стичность и огнеупорность глин, а с повышением содержания Si02 — пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижа­ется прочность обожженных изделий. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин, тонкодисперсного известняка, придает светлую окраску и понижает огнеупорность глин, а камневидные включения его являются причинами появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях. Оксиды щелочных металлов (Na20 и К20) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глини­стом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, каль­ция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на по­верхности изделий.

Для изготовления отдельных видов огнеупорных теплоизоляци­онных изделий применяют глинистое сырье из трепелов и диатоми­тов, состоящее в основном из аморфного кремнезема, а для произ­водства легких заполнителей используют перлит, пемзу, вермикулит.

В настоящее время природные глины в чистом виде редко явля­ются кондиционным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различ­ного назначения.

Добавки к глинам

Отощающие добавки. Их вводят в пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения дефор­маций и трещин в изделиях. К ним относятся: дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.

Порообразующие добавки. Их вводят для повышения пористо­сти черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль. Эти добавки являются одновременно и отощающими.

Плавни. Их вводят с целью снижения температуры обжига ке­рамических изделий. К ним относятся: полевые шпаты, железная ру­да, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит.

Пластифицирующие добавки. Их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно­активные вещества.

Специальные добавки. Для повышения кислотостойкости ке­рамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цвет­ной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (желе­за, кобальта, хрома, титана и др.).

Глазури и ангобы

Некоторые виды керамических изделий для повышения сани­тарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем — глазурью или ан­гобом.

Глазурь — стекловидное покрытие толщиной 0,1-0,2 мм, нане­сенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть про­зрачными и глухими (непрозрачными), различного цвета. Для изго­товления глазури используют кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочно-земельных металлов. Сырьевые смеси размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий в виде порошка или суспензии перед обжигом.

Ангобом называется нанесенный на изделие тонкий слой бело - жгущейся или цветной глины, образующей цветное покрытие с ма­товой поверхностью. По свойствам ангоб должен быть близок к ос­новному черепку.