Сырьевые материалы для производства санитарно‒керамических изделий

Проектируемое предприятие должно быть обеспечено запасами основных видов сырья не менее чем на 25 лет. Пригодность сырья для производства санитарных керамических изделий устанавливается специализированной научно‒исследовательской организацией. Принимаемое в проектах сырье для керамической промышленности должно отвечать требованиям действующих ГОСТов и технических условий.

Основными видами сырья, используемого в производстве санитарных керамических изделий, являются огнеупорные, тугоплавкие глины и каолины, полевые шпаты, кварцевые пески.

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.

Глины состоят из различных окислов, свободной и химически связанной воды и органических примесей. Глины содержат в себе различные минеральные примеси в виде кварца, карбонатов кальция и магния, пиритов, сульфатов, хлоридов. При значительном содержании карбонатов в глине (2‒3%) могут возникать в процессе обжига деформации изделий, особенно крупногабаритных.

К числу нежелательных примесей в глинах, применяемых в производстве санитарно–строительных изделий, относится пирит, или серный колчедан, и гипс. Пирит FeS₂ встречается в глинах в основном в виде кристаллов разной величины. Крупные включения можно удалить из глины путем сортировки, а мелкие его кристаллы ‒ с помощью гидроциклонов.

Особенно большой вред приносят такие примеси в глинах, как карбонаты, сульфаты и хлориды, которые препятствуют снижению вязкости при добавлении щелочи, способствуют загустеванию шликера и ухудшают качество отливок. При наличии в глинах водорастворимых солей в количестве 3–4 мг/экв на 100 г и больше рекомендуется фильтрпрессный метод приготовления шликера. В глинах частично можно удалять растворимые соли кальция, магния, а так же хлориды путем вылеживания глины, выветривания, нагревания, что можно объяснить следующими реакциями.

В результате гидролиза.

MgCl₂ + H₂O ← Mg(OH)Cl + HCl → Mg(OH)Cl + CO₂ → MgCl₂ + MgCO₃ (нерастворим)

При нагревании.

Са(НСO₃)₂ → СаCO₃ (нерастворим) + CO₂ + H₂O

Это удаление более интенсивно происходит в глинах менее пластичных,более грубодисперсных и запесоченных.

Весьма благоприятны для технологии изготовления са­нитарно‒строительных изделий шликерным способом при­меси в глинах в виде органических веществ, которые к тому же окрашивают глину. В процессе роспуска в воде органические вещества способствуют разжижению глин за счет наличия гуминовых кислот, подобных гуминовым кислотам, находящимся в бурых углях и торфянике. Органические глинистые вещества повышают гидрофильность глины, содействуют увеличению количества гигро­скопической влажности, а следовательно, повышению ее пластичности и связности.

В число окислов, составляющих глины, входят: глиноземAl2O3, кремнезем, окись железа Fe2О3, окись кальция СаО, окись натрияNa2O, окись магния MgO и окись калияК2О. Глинозем оказывает наибольшее влияние на свойства керамических изделий и является важнейшей составной частью глины. Чем выше содержанке глинозема, тем выше пластичность и огнеупорность глины. Кремнезем является основным (по количеству) окислом, образующим глины ‒ количество его достигает 60‒78%.

Помимо окиси железа в состав глин входят закись железа FeO, пирит FeS₂ и другие модификации железа. От количества железа и его модификации зависит цвет керамических изделий и температура спекания черепка. Наиболее плотный черепок получается при наличии, в глине закиси железа.

Содержание окиси кальция (в виде карбонатов и сульфатов кальция) в некоторых глинах достигает 25%. Эти соединения кальция сокращают период спекания глин, что ухудшает условия обжига керамических изделий. Такое же влияние на обжиг изделий оказывает и окись магния, находящаяся в глинах в виде карбоната MgCO₃ и доломита MgCO₃-CaCO₃. В незначительных количествах в глинах встречается в виде примесей сернистый ангидрид SO₃. Однако если он находится в соединениях с магнием или натрием, то он может вредно влиять на прочность изделий. Полезными примесями можно считать окись калия и окись натрия К₂О и Na₂O, которые служат плавнями, понижающими температуру обжига изделий и придающими им большую прочность. Окиси различных металлов, например марганца, титана и др., содержатся в очень небольших количествах и мало влияют на свойства глин. Также на свойства глин влияет не только количественное содержание тех или иных окислов, но и их соотношение[2, с.36].

Примеси оказывают большое влияние на свойства глин. Так как при повышенном содержании свободного кремнезема, не связанного с Al₂O₃ в глинистые минералы, уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и понижается их прочность. Из глин, содержащих SiO₂ более 80‒85% и Al₂O₃ менее 6‒8%, керамических материалов получить невозможно. Соединения 4‒12 железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины. Углекислый кальций СаСО₃ понижает огнеупорность, уменьшает интервал спекания и увеличивает усадку при обжиге, увеличивает пористость и этим понижает прочность и морозостойкость изделий.

Вода содержится в глинах как в виде свободной, так и химически связанной, т. е. входящей в состав глинообразующих минералов. Наличие в глине тех или иных минералов дает возможность судить о количестве химически связанной воды и, следовательно, о отношении к сушке и обжигу. От содержания органических веществ, находящихся в глине в виде остатков растений и гумусовых веществ, также зависят потери глин при обжиге и, следовательно, усадка изделий. Кроме того, повышенное количество органики снижает огнеупорность глин. Знание химического состава глин дает возможность определить степень пригодности их для производства тех или иных керамических изделий.

Для производства санитарно‒керамических изделий используются беложгущиеся каолинитовые или каолинито‒гидрослюдистые глины как огнеупорные, так и тугоплавкие, средне ‒ и умеренопластичные, содержание глинозема не менее 27‒35%, красящих оксидов не более 1,0‒2,5%, с остатком на сите № 006 не более 1,0‒0,5%, содержание частиц размером до 1 мкм больше 50%.

Глины с малым содержанием глинозема и с большим содержанием щелочно‒земельных и щелочных оксидов как легкоплавкие глины не пригодны для производства санитарно‒керамических изделий.

Каолины, предназначаемые для производства санитарно‒керамических изделий, должны обладать определенным комплексом реологических свойств:

‒ хорошей текучестью при ограниченной влажности;

‒ лимитированной загустеваемостью;

‒ не должно содержать водорастворимые вещества в количестве, ухудшающем литейные свойства шликера в целом.

Каолин соответствует ГОСТ 21286‒75, согласно которо­му он делится на высший, I, II, III сорт. Согласно ГОСТ в каолине допускается наличие окиси железа от 0,4 (выс­ший сорт) до 1,0%; окиси титана от 0,4 (высший сорт) до 0,8% (III сорт). Каолин является мелкодисперсным, остаток на ситах: № 2 от 0,02 до 0,1 %; № 009 от 0,4 до 0,7; № 0056 от 0,5 до 0,8%. Активная щелочность pH составляет 9,5 [2,с.45].

Основными непластичными материалами для производства санитарно‒ керамических изделий являются кварц и полевой шпат. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, облегчают технологический процесс производства и устраняют брак. В ряде случаев они улучшают физические свойства изделий, например термостойкость и теплопроводность. Кварц играет роль скелетообразующего компонента в структуре черепка. При производстве санитарно-строительных изделий в фаянсовые массы вводится 3‒4% полевого шпата, в полуфарфоровые ‒ 9‒10%, в фарфоровые ‒18‒20%. Полевой шпат и его заменители в процессе обжига создают в изделии стекловидную фазу, которая при сравнительно низкой температуре переходит в вязкое состояние, заполняет все промежутки в массе и, растворяя другие ее составляющие части, образует однородную уплотненную массу черепка.

Для образования в процессе обжига стекловидной фа­зы в керамические массы вводят плавни в виде полевого шпата и его заменителей. Плавни, кроме создания стек­ловидной фазы в черепке, придают прочность материалу при обжиге, делая его способным противостоять дефор­мирующим усилиям от собственного веса, способствуют кристаллизации новых фаз из расплава (муллита). Кроме чистых полевых шпатов, плавнями для производства санитарно-строительных изделий могут служить пегматиты. Пегматиты более загрязнены, чем полевой шпат, в них содержится мусковит, дающий при обжиге дефекты в виде «черной мушки». Пегматиты более крупнозернисты по своей структуре. В связи с большой потребностью полевошпатового сырья для производства санитарно-строительных изделий используют не только пегматиты и шпаты, но и плагиоклазовые пегматиты и натриевые плагиоклазы.

Сырьевые материалы, идущие на изготовление изделий санитарно‒технической керамики, подвергают тщательной переработке: помолу, отмучиванию, просеиванию и другим операциям, обеспечивающим получение тонкоизмельченной сырьевой смеси, освобожденной от вредных примесей.