Производство полнотелого и эффективного (дырчатого) керамического кирпича

Глинистое сырьё (каолин, глины, суглинки). Отощающие, выгорающие добавки и плавни. Минералогический и гранулометрический состав глин. Влияние минералогического состава и гранулометрического состава глин на свойства изделий.

Определение, виды и характеристика глинистого сырья.

Каолин. Определение, минералогический состав. Особенности свойств,

применение.

Глины и суглинки.

Минералогический и гранулометрический состав глин и суглинков.

Физико-технологические свойства глин (огнеупорность, пластичность,

спекаемость, воздушная и огневая усадка глин.)

Вещественный состав глин. Влияние примесей на качество готовой продукции и выгорающие добавки. Их роль в составе формовочных масс и влияние на свойство изделий.

Плавни. Виды и роль плавней на формирование структуры керамического изделия.

Вспомогательные добавки пигменты пластикаторы, роль последних на внешний вид и качество продукции.

Виды и характеристика сырьевых компонентов

Основным сырьем для производства керамических изделий являются различные глины, шамот, кварцевый песок, шлак и органические добавки (древесные опилки, угольная и торфяная пыль), выгорающие при обжиге.

Глины. Общие сведения. Советский ученый, проф. П. А. Земятченский, который сыграл видную роль в изучении глин как исходного продукта для получения керамических изделий, дал следующее определение глины «Глиной называются землистые минеральные массы, или землистые обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму, а после обжига получающее твердость камня».

Как пояснялось выше, глины образовались в результате выветривания изверженных полевошпатных горных пород. Химическое разложение пород происходит под воздействием различных реагентов, например воды и углекислоты на полевой шпат, в результате чего образуется минерал каолинит .Наиболее чистые глины, состоящие преимущественно из каолинита, называют каолинами. Обычные глины отличаются от каолинов химическим и минералогическим составом; помимо каолинита они содержат кварц, слюду, полевые шпаты, кальцит, магнезит и др.

Классификация глин. По условиям образования глины делят на остаточные и перенесенные. Остаточные глины первичных отложений обычно засорены частицами горной породы, из которой они образовались. Перенесенные, или осадочные, глины более дисперсны, свободны от крупных фракций материнских пород, но могут быть засорены песком, известняком, железистыми соединениями и т. п. Свойство глины, не расплавляясь, противостоять воздействию высоких температур называют огнеупорностью.

По отношению к высоким температурам различают глины трех групп огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

К огнеупорным глинам относят те, огнеупорность которых не ниже . Это чистые коалинитовые 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, называют фарфоровыми, их применяют для производства фаянса и фарфора.

Тугоплавкие глины имеют огнеупорность от . 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 . Эти глины Огнеупорность глины определяют при помощи керамических пироскопов (конусов Зегера), имеющих форму трехгранной пирамиды высотой 30 мм и стороной у основания 8 мм, а у вершины — 2 мм. Пироскопы устанавливают на подставку и вводят в печь. Характеризуют огнеупорность той температурой, при которой конус размягчается и оседает, касаясь своей вершиной подставки.

Для определения огнеупорности глины из нее изготовляют образец, подобный конусу Зегера, устанавливают его вместе с несколькими конусами, имеющими разные температуры огнеупорности, и нагревают. Огнеупорность глины соответствует огнеупорности того конуса, который коснулся своей вершиной подставки одновременно с испытываемым образцом.

Разность между температурой начала спекания и огнеупорностью глины называют интервалом спекания. Он находится в пределах у чистых каолинитовых глин и у глин, используемых для обыкновенного глиняного кирпича.

Гранулометрический состав глин. В состав глины входят различные по крупности частицы: 5,0-0,14мм-песчаные фракции; 0,14—0,005 мм—пылевидные фракции и мельче 0,005-глинистые фракции. Огнеупорные глины являются высокодисперсными, содержание в их составе фракций меньше 0,001 мм составляет 60—80%. В легкоплавких глинах преобладают фракции 0,01—0,005 и 0,005—0,001 мм, содержание же фракций с размером зерен меньше 0,001 мм редко превышает 50%.

Основные свойства глин. Важнейшими свойствами глин являются пластичность, отношение к сушке (воздушная усадка) и отношение к высокой температуре.

Пластичность — важнейшее технологическое свойство глин, обусловливающее возможность формования из них различных керамических изделий. Степень пластичности зависит от минералогического и гранулометрического (зернового) состава, формы и характера поверхности зерен (шероховатая или скатанная), а также от содержания растворимых солей, органических примесей и воды. Имеется много методов определения пластичности. Наиболее широко распространен метод, характеризующий пластичность по значению воздушной усадки глиняного теста и количеству воды затворения, необходимому для получения удобоформуемой массы. Для более пластичных глин требуется большее количество воды, и они дают большую усадку, чем тощие малопластичные.

По степени пластичности глины подразделяют на высокопластичные, имеющие водопотребность более 28% с воздушной усадкой 10—15%, средней пластичности—водопотребность 20—28%, воз­душная усадка 7—10% и малопластичные - водопотребность менее 20%, воздушная усадка 5—7%.

Пластичность глины можно повышать добавлением более пластич­ной глины, а также путем отмучивания, т. с. освобождением глины от примесей песка. Механическая обработка и вылеживание также повышают пластичность глин. Понизить пластичность глин можно добавлением отощающих добавок.

Пластичность глины зависит от гранулометрического состава:

чем больше содержится в ней глинистых частиц (мельче 0,001 мм), тем выше пластичность. В состав глины входят различные по крупности частицы 5—0,14 мм—песчаные фракции, 0,14—0,005 мм— пылевидные фракции и менее 0,005 мм — глинистые фракции. Огнеупорные глины являются высокодисперсными, фракций меньше 0,001 мм в них содержится 60—80%. В легкоплавких глинах преобладают фракции 0,01—0,001 мм.

Воздушной усадкой глины называют уменьшение ее объема при сушке отформованных изделий в условиях нормальной (комнатной) температуры воздуха вследствие удаления из нее воды и сближения глинистых частиц. Значение усадки выражают в процентах, у кирпичных глин оно колеблется в пределах 4—15%.

Добавки к глинам. Для придания различных свойств как глинам, так и получаемым из них керамическим изделиям в глину вводят различные добавки. Кратко рассмотрим добавки, которые применяют наиболее часто.

Отощающие добавки. В высокопластичные глины, для затворения которых требуется большое количество воды (до 28%) и которые вследствие этого дают большую линейную усадку при сушке и обжиге (до 15%), необходимо вводить отощающие добавки — непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды, необходимой для затворения глиняного теста, что сокращает усадку (до 2—6%).

В качестве отощающих добавок чаще всего применяют вещества неорганического происхождения: кварцевый песок, шамот (обожженная и измельченная глина), бой изделий, молотый шлак и долу. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, облегчают технологический процесс производства. В ряде случае добавки улучшают термостойкость и теплопроводность изделий.

Выгорающие добавки. Для получения изделий с меньшей объемной массой и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки. Наиболее часто используют древесные опилки, угольную мелочь и угольный порошок, торфяную пыль и др. Применяют также вещества, выделяющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор, мел, доломит и глинистый мергель (в молотом виде). Все эти добавки обладают также свойствами отощающих добавок.

Специальные добавки. Для придания керамическим изделиям специальных свойств вводят соответствующие добавки. Например, при изготовлении кислотоупорных изделий и облицовочных плиток к глинам добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами. Для понижения температуры обжига некоторых изделий используют флюсы (плавни): молотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник и др.

Большое влияние на свойства глин оказывают примеси. Так, при повышенном содержании , не связанного с , в глинистых минералах уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и понижается их прочность. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины. Углекислый кальций уменьшает огнеупорность и интервал спекания, увеличивает усадку при обжиге и пористость, что понижает прочность и морозостойкость. Окислы и понижают температуру спекания глины. В производстве обжиговых материалов наряду с глинами используются диатомиты, трепелы, сланцы и др. Так, в производстве легкого кирпича и изделий применяют диатомиты и трепелы, а для получения пористых заполнителей — вспучивающиеся глины, перлит, вермикулит.

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 (песок, шлак, шамот, и др), можно уменьшить усадку глины при сушке и обжиге.

Лекция 5