Сырье и общая технология получения керамических материалов

Основным сырьем для производства керамических материалов служат глинистые минералы, представляющие собой осадочные, пластовые породы, состоящие из водных алюмосиликатов с различными примесями.

Технология производства керамических материалов основана на следующих свойствах глин:

- высокодисперсности частиц с размерами от 0,01 мкм до 1 мм, способных образовывать формовочные смеси различные по степени пластичности;

- высокой гидрофильности, обеспечивающей получение высокоподвижных (литых), однородных нерасслаивающихся смесей;

- высокой водоотдаче при сушке, сопровождаемой повышением прочности и незначительными деформациями;

- способности спекаться при температуре 1000 – 1300°С с образованием прочного, водостойкого материала.

Глинистое сырье для получения строительной керамики классифицируют по пластичности и связующей способности, спекаемости и огнеупорности.

Пластичность характеризует свойство смеси, состоящей из глины и воды, под воздействием внешних нагрузок принимать определенную форму и сохранять ее после снятия нагрузки без трещин, разрушения.

Связующая способность определяет сохранение пластичных свойств водоглинистой смеси при дополнительном введении в нее непластичного тонкоизмельченного материала, например, песка.

По этим показателям глину разделяют на высокопластичную, среднепластичную, умереннопластичную, малопластичную и непластичную.

Спекаемость глин оценивает их способность при определенной температуре обжига уплотняться с образованием прочного искусственного камня (черепка). В зависимости от температуры спекания глины классифицируют на низкотемпературные (до 1100°С), среднетемпературные
(до 1100 – 1300°С), высокотемпературные (свыше 1300°С).

Показателем свойств огнеупорности служит температура, при которой начинается процесс плавления глины: свыше 1580°С глины называют огнеупорными, 1350 – 1580°С – тугоплавкими, до 1350°С – легкоплавкими.

С целью регулирования свойств формовочной массы и готовых изделий в глину вводят добавки: отощающие, порообразующие, пластифицирующие, плавни.

Отощающие добавки – шамот (измельченная обожженная глина), бой кирпича, кварцевый песок, зола ТЭЦ, шлак вводят в смесь в тонкоизмельченном состоянии при использовании высокопластичных глин, дающих усадку в изделиях при сушке и обжиге. Таким образом, они предотвращают появление в процессе тепловой обработки трещин и деформаций.

Порообразующие добавки обеспечивают повышенную пористость, снижение средней плотности и коэффициента теплопроводности изделий. К ним относятся выгорающие (древесные опилки, отходы угля, торф), газообразующие, разлагающиеся при высокой температуре с выделением газообразных продуктов (известняк) и термостойкие легкие заполнители (вспученный перлит).

Пластифицирующие добавки применяют при использовании малопластичных (тощих) глин для улучшения формовочных свойств смесей.
В качестве добавок используют высокопластичные бентонитовые глины и органические поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 0,1 – 1%. Эффект пластифицирующего действия последних основан на способности этих веществ, в частности, водорастворимых отходов деревообрабатывающей промышленности – ССБ, СДБ, образовывать на поверхности глины адсорбционные гидрофильные пленки, улучшающие смачиваемость частиц и облегчающих их перемещение по отношению друг к другу.

Плавни вводят в состав смеси с целью снижения температуры спекания глинистой массы. Для этого применяют полевые шпаты, стеклобой, перлит-материалы, которые способны образовывать стеклообразные расплавы при более низких температурах, обеспечивая при остывании большую плотность и прочность изделий.

В процессе изготовления керамических материалов с целью объемного окрашивания в смесь вводят беложгущиеся глины и неорганические пигменты. Для повышения декоративности и стойкости лицевой поверхности используют глазури и ангобы. Глазури представляют собой сложные смеси, включающие легкоплавкие соединения, пигменты и другие компоненты, которые наносят на поверхность облицовочных плиток, лицевых кирпичей, канализационных труб, санитарно-технических изделий до процесса обжига. После высокотемпературной обработки состав, расплавляясь, образует плотное, прочное, блестящее стекловидное покрытие, обеспечивающее декоративность и защиту поверхности изделий. Ангоб – декоративный состав, включающий беложгущиеся глины и пигмент, который наносят на лицевую поверхность изделий. В процессе обжига происходит совместное спекание покрытия и изделия, что обеспечивает их надежную совместную работу при эксплуатации.

Технология получения керамических изделий обычно складывается из следующих основных этапов: добычи глины, ее очистки и тонкого многостадийного измельчения, подготовки формовочной массы, получения изделий, сушки и обжига.

Карьерные глины подвергают предварительной обработке: очистке от посторонних включений (камней, веток), рыхлению, дроблению, помолу и высушиванию. В результате глинистая масса становится однородной, ее технологические свойства улучшаются.

Способ подготовки формовочной массы зависит от вида получаемого изделия, качества глин, технической оснащенности производства. Различают полусухой, пластический и шликерный (литьевой). Подготовка сырьевой смеси при полусухом способе может проводиться по двум различным технологическим схемам. По первой, используемой для получения облицовочных кирпича и камней, грубо измельченное исходное сырье подсушивают в сушилках и подают на совместный тонкий помол
с добавками в мельницы. Полученный пресс-порошок с влажностью
10 – 12% поступает в пресс-формы.

По второй схеме, применяемой при производстве отделочных плиток для полов и фасадов, тонкий совместный помол всех компонентов производят в шаровых мельницах мокрого помола. Полученную суспензию (шликер) влажностью 30 – 60% подают в специальные бассейны для корректировки состава и затем насосами перекачивают в башенные распылительные сушилки для обезвоживания. Из сушилок тонкодисперсный пресс-порошок с влажностью 6±1% направляют в формовочное, прессовое отделение. Применение различных технологических схем в подготовке формовочной массы обусловлено, прежде всего, требованиями, предъявляемыми к качеству готовых изделий. Лицевой кирпич и камни керамические являются одновременно отделочными и стеновыми материалами, которые,
с одной стороны, должны соответствовать нормируемым ГОСТ 530-80,
СТБ 1160-99 показателям по прочности, водопоглощению, плотности, коэффициенту теплопроводности; с другой, – отвечать жестким требованиям по соответствию размеров, четкости граней, углов, отсутствию трещин на плоскостях и однородности окрашивания. Плитки керамические облицовочные должны обладать декоративностью и высокой плотностью в связи с тем, что фасадные плитки защищают стеновые конструкции от внешних атмосферных воздействий и, следовательно, основные требования предъявляются к высокой морозостойкости и низкому водопоглощению, а плитки для полов должны быть водонепроницаемыми и прочными при действии истирающих нагрузок. Поэтому их получают из более мелкодисперсных смесей с меньшим содержанием воды. Этот способ подготовки сырья целесообразно использовать при работе с глиной пониженной пластичности и низкой карьерной влажности.

Пластический способ применяют при наличии пластичных глин, хорошо размокающих при увлажнении. Глину многократно измельчают до тонкомолотого состояния, перетирают для получения однородной массы и подают совместно с отощающими и другими добавками в специальные глиномешалки, где производят ее дополнительное увлажнение паром до влажности 18 – 20%. Пластический способ целесообразен для производства черепицы, стеновой и облицовочной керамики, дренажных и канализационных труб.

Шликерный способ подготовки массы применяют в случае наличия глин с высокой карьерной влажностью. Шликер представляет собой глинистую суспензию влажностью 30 – 33%, которая должна легко заполнять гипсовую форму, не расслаиваться и отдавать (фильтровать) воду при контакте с пористой поверхностью формы. Такой способ подготовки сырья используют при производстве сложного по форме санитарно-технического оборудования (ванн. раковин, моек и др.) или облицовочных коврово-мозаичных плиток.

В зависимости от степени увлажнения глиняной массы применяют полусухой способ прессования под давлением 15 – 40 МПа, пластический способ формовки с использованием ленточных шнековых прессов, снабженных насадкой разного размера и сечения, и метод литья в гипсовые формы или на специальные поддоны в случае изготовления тонких (толщина до 2,5 мм) облицовочных плиток. Последние после спекания и охлаждения наклеивают на специальные бумажные ковры и используют для отделки наружных стеновых панелей в заводских условиях.

На качество готовых керамических изделий большое влияние оказывает режим сушки и обжига. Основное назначение сушки изделия-сырца – снижение его влажности, приобретение прочности, достаточной для транспортирования в печь и последующего бездефектного обжига при минимальных энергозатратах. В процессе сушки наблюдается воздушная усадка изделий, которая может привести к появлению деформационных трещин на их поверхности. Повышают трещиностойкость введением опилок, отощающих добавок и подбором температурного режима.

Процесс обжига, завершающий при изготовлении керамических изделий, разделяют на три периода: нагрев до максимальной температуры 950 – 1300^оС, зависящей от состава сырья и заданных свойств получаемых изделий, выдержку и постепенное охлаждение до температуры окружающего воздуха. Наиболее ответственны для получения качественной продукции максимально допустимые скорости нагрева и охлаждения, которые определяют расчетным путем в каждом конкретном случае. При обжиге изделий происходит спекание керамической массы за счет частичного образования стеклорасплава, соединяющего при охлаждении все кристаллические включения, обеспечивая тем самым плотность, прочность и водостойкость изделий. Процесс обжига сопровождается незначительными усадочными деформациями, которые называют «огневой» усадкой.

Качество готовых материалов и изделий проверяют согласно ГОСТ и СТБ в лаборатории, после чего их отправляют потребителям или на склад готовой продукции.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: