Флюсующиеся добавки (плавни)

Флюсующие материалы (плавни)– это материалы, взаимодействующие в обжиге с глинистыми минералами с образованием более легкоплавких соединений. Поэтому введение в состав массы плавней улучшает степень спекания и снижает температуру обжига. Плавни делят на две группы: флюсующие, имеющие низкую температуру плавления, – полевые шпаты, пегматиты, сиениты – и материалы с высокой температурой плавления, но дающие при обжиге легкоплавкие соединения с компонентами массы – мел, доломит, тальк.

1. Полевые шпаты представляют собой плавни, широко применяемые в производстве тонкой керамики. Различают следующие виды полевых шпатов.

Калиевый полевой шпат (ортоклаз) – K₂O·Al₂O₃·6SiO₂. Цвет его от белого, серого, желтоватого до коричнево- и темно-красного в зависимости от примесей. Плотность – 2,55 г/см³. Температура начала плавления – 1200°С.

Натриевый полевой шпат (альбит) – Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂ . Цвет белый, чаще светлых оттенков, но встречается также красного, желтого, серого и других тонов. Плотность – 2,6 г/см³ , температура плавления – 1160…1190°С.

Известковый полевой шпат (анортит) – СаО·Al₂O₃·2SiO₂. Обычно желтоватого цвета. Температура плавления около 1550°С.

Плагиоклазы – это полевые шпаты, содержащие смесь альбита и анортита в разных соотношениях. Обычно белого цвета. Плотность 2,62…2,76 г/см³.

Полевые шпаты редко встречаются в чистом виде, чаще – в смеси этих минералов. Основное требование, предъявляемое к ним – легкоплавкость. При введении в состав массы в обжиге они образуют вязкое стекло, которое в фаянсовых массах частично заполняет поры и способствует спеканию. В фарфоровых массах полевой шпат с другими компонентами образует сплавы, заполняющие поры до монолитного стекловидного состояния. Реакционная способность расплава возрастает с повышением температуры и тонкости помола компонентов. У альбитов она выше, чем у ортоклазов и плагиоклазов. Вредные примеси в полевых шпатах – оксиды железа, которых должно быть не более 0,1…1%.

Пегматиты– это полевые шпаты, проросшие кристаллами кварца, содержание которого может колебаться в широких пределах. Ввиду того, что кварц и полевой шпат являются компонентами фарфоровых и фаянсовых масс, пегматиты являются заменителями полевых шпатов и частично кварца. Поведение пегматита в обжиге зависит от свойств полевого шпата, входящего в его состав: температуры плавления и растворяющей способности.

2. Нефелиновые сиениты представляют собой сростки минерала нефелина (алюмосиликат натрия) с полевым шпатом. Температура плавления нефелина около 1200°С, содержание щелочей – до 20%. Нефелиновые сиениты используются керамической промышленностью в качестве заменителей полевых шпатов при производстве изделий, не требующих белизны черепка (плитки для полов, кислотоупорные изделия). Нефелиновые сиениты, особенно бокситы, применяемые в керамической промышленности, являются попутными отходами горнообогатительных комбинатов и получаются в виде тонкомолотых порошков. Поэтому их использование экономически выгодно. Но они загрязнены железистыми и магнезиальными примесями и имеют темно-серую окраску. Поэтому в производстве фаянса и фарфора не применяются. Наряду с нефелиновым сиенитом ведутся успешные опыты по использованию других щелочесодержащих пород в качестве заменителей полевых шпатов, например гранитов. Помимо указанных добавок в производстве разных видов керамических изделий используются и другие добавки. Их характеристика и влияние будут рассмотрены при описании технологии соответствующих видов изделий.

3. Доломит –двойная соль СаСО₃·МgСО₃. Разновидности доломита используются как заменители мела и мрамора в производстве изделий тонкой керамики. Температура диссоциации доломита 765…895 °С. Он оказывает на керамические массы более сильное флюсующее действие, чем чистые СаСО₃ и МgСО₃, что позволяет снизить температуру обжига масс и глазурей.

4. Тальк4SiО·3МgO·Н₂O имеет огнеупорность 1500…1520°С. Плотная разновидность талька называется жировиком, или стеатитом. Его месторождения имеются на Урале. Это мягкий минерал, легко поддающийся обработке. Чаще всего он применяется в тонкой керамике, включая изделия специального назначения. Добавка талька в фаянсовую массу предотвращает образование трещин в глазурном слое – «цека» – и повышает термостойкость. Тальк, используемый в тонкой керамике, должен иметь однородный состав: содержание оксидов железа не должно превышать 0,3…0,6, а СаО –0,2…1,9%.

Выгорающие добавки

Выгорающие добавкивыгорают в обжиге почти целиком (за исключением зольной части). В технологии керамики они чаще применяются при производстве стеновых материалов. К ним относятся опилки, уголь, золы ТЭЦ.

1. Древесные опилки при производстве строительного кирпича вводятся в массу для улучшения сушильных свойств полуфабриката (сырца). Являясь длинноволокнистыми, опилки армируют глинистые частицы и повышают сопротивление разрыву керамической массы и трещиностойкость в сушке. В обжиге они выгорают, оставляя в керамике относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощение кирпича, теплоизоляционные свойства, но снижающие морозостойкость. В кирпичные массы добавляют обычно 5…10% опилок (от объема глины). В таком количестве они ускоряют сушку и существенно не снижают прочность кирпича, несмотря на увеличение пористости. Наиболее эффективно повышают трещиностойкость кирпича опилки продольной резки.

2. Антрацит и тощие каменные угли добавляют в глину до 60% от требуемого на обжиг объема топлива, или 2…2,5% от объема глины. В таких количествах каменный уголь оказывает небольшое влияние на пористость кирпича. Основное его назначение – создать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Это интенсифицирует процесс спекания и упрочнения керамики. В изломе кирпича, полученного из глины и угля, видна темно-малиновая уплотненная зона, повышающая его прочность.

3. Бурые угли добавляют в глину с той же целью. При их использовании увеличивается недожог кирпича вследствие улетучивания горючих веществ при температурах ниже температуры их воспламенения. Выделение тепла и газов происходит более равномерно и в более широком температурном интервале, чем при вводе антрацита, поэтому почти не возникает пережог кирпича, и его обжиг можно вести более уверенно.

4. Золы ТЭЦ также используются в качестве добавок в глину при производстве кирпича. Они действуют как отощители, а при наличии в золе недожога – невыгоревшего остатка кокса – как выгорающие добавки.