Пост опубликован: 20.08.2012

Глинистое сырье и основы производства керамических изделии

Каолины являются ценным сырьем не только в керамике. Их применяют в производстве бумаги для наполнения, в фармацевтической, резиновой (как наполнитель) и других отраслях промышленности. Если каолины загрязнены примесями, их обогащают.
Качество глины определяется ее химическим, и гранулометрическим составом (размером зерен). Значение последнего фактора велико, так как от размеров зерен (степени .дисперсности) зависят многие свойства глин.
Разнообразие минералогического состава обусловливает разнообразие видов и свойств сырья. И наличием примесей объясняется различный цвет глин (от белого до черного), свойства смесей глины с водой, поведение глин при сушке и обжиге; по той же причине глины плавятся не при определенной температуре, а постепенно размягчаются в широком интервале температур. Последнее обстоятельство используют для получения частично оплавленного, спекшегося черепка при изготовлении керамических изделий.
За творение глины водой (до 8-10%) дает влажный порошок, который можно формовать в прессах под давлением. Из увлажненных до 18-25% глин получают пластичное тесто, способное деформироваться без разрыва. При нагревании глины до 100° С она высыхает, приобретая значительную прочность (до 30 кгсм2 и более при разрыве и до 100 кгсм2 при сжатии). Линейные размеры глины при сушке уменьшаются на 6-10% (воздушная усадка), что учитывается при изготовлении изделий. Высохшую глину можно снова превратить в пластичное тесто, добавив в нее воды. Нагревание воды до более высоких температур сопровождается потерей способности образовывать пластичное тесто (около 450-500° С) и огневой усадкой (около 800-850° С), достигающей 5-8%.
Температура, при которой глина размягчается и изделие начинает терять свою форму, называется огнеупорностью. Вести обжиг при такой температуре нельзя, поскольку изделия в этих условиях деформируются. Глина, обожженная при температуре на 150-200° С ниже температуры огнеупорности, после охлаждения приобретает большую механическую прочность: до 400 кгсм2 при сжатии и до 50-60 кгсм2 при растяжении. Эта способность глин, наряду со способностью образовывать при водой пластичное тесто, является важнейшим свойством глин, на котором основано производство керамических изделий.
Увеличение прочности объясняется частичным оплавлением, спеканием глины во время обжига. Для количественной оценки спекания определяют обожженной глины.
Важная характеристика глины — интервал спекания, т. е. разность между температурой, при которой образец начинает деформироваться, и температурой полного спекания (менее 1-2%). Интервал спекания глин 10-250° С. Чем он больше, тем легче вести обжиг, так как случайное повышение температуры не вызывает деформации изделий.
По огнеупорности глины делятся на три группы: огнеупорные (огнеупорность не ниже 1580°С), тугоплавкие (огнеупорность в пределах 1350-1580° С) и легкоплавкие (огнеупорность ниже (1350° С).
По пластичности, определяемой количеством песка, которое I может быть добавлено к глине с водой при условии сохранения I пластичности, глины подразделяются на четыре типа: связующие Г (более 50% песка), пластичные (20-50%), тощие (менее 20% песка), (не образующие теста при добавлении I песка).
Технические свойства глин можно регулировать. Так, напри-[ мер, огнеупорность их возрастает при добавлении огнеупорной глины, содержащей больше AI2O3. Глинозем и кремнезем увеличивают огнеупорность глин, тогда как щелочи ее.
Пластичность можно увеличить добавлением электролитов, 1 коллоидов, вылеживанием и выветриванием, повышением дисперсности; уменьшение пластичности достигается добавлением не пластичных материалов (обожженная глина, кварцит, песок). Спекаемость возрастает при добавлении легкоплавких флюсующих материалов: полевых шпатов — ортоклаза А120з 6SiC>2, альбита Na20 AI2O3 и др. Чем меньше частицы, тем выше технические свойства каолина. Степень дисперсности каолина велика и характеризуется, например, так: 13,8 млрд. частиц в 1 г с общей поверхностью 6400 см2г, при среднем диаметре частицы 3,6.
Потеря при прокаливании (п. п. п.) характеризует огнеупорность. Чем ближе она к п. п. п. каолинита (13,91%), тем выше I огнеупорность сырья.
На основании заранее определенных свойств можно подобрать для тех или иных целей подходящую глину или смесь глин и корректировать ее добавкой, флюсующих или других материалов. Из смеси всех материалов с добавлением воды готовится керамическая масса.
Основное требование, предъявляемое к массе: возможно большая ее однородность. Это достигается измельчением и тщательным и длительным размешиванием всех материалов.
Из керамической массы установленного состава и консистенции сырые изделия формуют несколькими способами: пластичным — из керамических масс, содержащих 16-25% воды, полусухим из масс влажностью 8-16% и сухим способом — при влажности 4-8%. Формуют такие массы на прессах. Применяет-I ся также формование литьем из масс, содержащих 30-35% воды и имеющих консистенцию сливок. В этом случае используются гипсовые формы, впитывающие избыточную воду.
Отформованное сырое изделие подвергают сушке. Эта операция длится долго, иногда неделями, на воздухе или в закрытом I помещении (над печами), а также в специальных механизированных сушилках. Высушенные изделия обжигают; таким образом им придают необходимую прочность и другие свойства. Для улучшения качества и украшения изделий их покрывают глазурью, красками и рисунками. Таким образом, принципиальная схема производства керамических изделий сводится к следующим основным этапам: подготовка керамической массы, формование сырого изделия, сушка, обжиг, окончательная обработка поверхности (глазурование, окраска и др.).
Наиболее дорогой и ответственной операцией является обжиг. Для обжига керамических изделий применяются различные печи, но наибольшее распространение получают туннельные.
Туннельная, или канальная печь, представляет собой длинный узкий канал, перекрытый сводом и выложенный изнутри огнеупорной футеровкой, длиной от 60 до 160 м и более. В канале по рельсам движутся вагонетки с обжигаемыми изделиями; оси, колеса и рельсы изолированы от зоны огня песочным затвором, по которому продвигаются щитки, прикрепленные к продольным краям плотно примыкающих друг к другу платформ. Искусство обжига состоит в умении правильно установить и обеспечить скорость подъема температуры, высший температурный предел и его продолжительность, а также газовую среду в печи (окислительное, нейтральное, восстановительное пламя).
Характер температурной кривой, конечная температура и время, необходимое для обжига изделий, зависят от скорости реакций, протекающих в черепке, толщины черепка и габаритов изделия. Наиболее существенно влияет на качество обожженных изделий период собственно обжига, в процессе которого и образуется камневидный черепок. При этом отдельные зерна массы слегка смачиваются небольшим количеством жидкости, образовавшейся вследствие частичного г расплавления добавляемых в шихту плавней (минерализаторов К и легкоплавких примесей к основным компонентам массы).
Количество этой жидкости зависит как от температуры’ I нагрева, так и от количества и свойств примесей, образующих легкоплавкие эвтектики, часто в виде стекловидной фазы.
Технологическая схема производства строительного кирпича пластическим методом заключается в дроблении глины, смешении ее с песком (если глина «жирная», т. е.), увлажнении или обработке на глиномялках, формовании на прессах кирпича-сырца, содержащего до 20% влаги. Сырец сушат и затем подвергают обжигу при 900-950° С. В последнее
время вместо пластического метода применяют полусухой, при котором производится формовка массы, содержащей 8-10% влаги, на прессах под давлением 150-200 кгсм2. При этом влаги в сырье мало, и сушка протекает быстрее.
Обжиг производится обычно в кольцевых печах, представляющих собой кольцевой канал, разделенный на ряд камер (14-32).
Холодный воздух поступает в камеры, где обжиг закончен, и, охлаждая изделия, нагревается (зона охлаждения). Затем воздух поступает в камеры. Здесь происходит сжигание вводимого сверху топлива (обычно — твердое) и обжиг изделий при самой высокой температуре (зона обжига). Горячие газы охлаждаются, проходя следующие камеры, в которых загруженные изделия подогреваются (зона подогрева). Отсюда топочные газы уходят в трубу. Каждая камера попеременно входит в одну из указанных зон.
Процесс продолжается около семи суток. В таких печах обжигают и другие керамические изделия.
Хорошо обожженный кирпич имеет при сжатии до 150 кгсм2, при не менее 8 и не более 20%. Кроме того, он должен обладать морозостойкостью, т. е. выдерживать без разрушения 15 попеременных замораживаний и оттаиваний.
Пористый кирпич готовят так же, как и красный, Кино с добавлением выгорающих при обжиге веществ — древесных опилок и др. С производством красного кирпича сходен процесс получения ряда других изделий: черепицы, дренажных труб, терракоты и др. Для их изготовления применяют лучшие сорта пластичных глин.
Силикатный кирпич. Этот в большом количестве применяемый строительный материал делают не из глины, а из к тонкоизмельченного кварца .(песок) с добавкой 5-8% извести I и пропаркой в автоклаве.
Клинкером называют изделия, используемые для мощения дорог и тротуаров. Это кирпич или плитки с хорошо спекшимся черепком (не более 2-6%). В качестве сырья для клинкера используют тугоплавкие глины с большим интер- валом спекания.
Чтобы улучшить спекание, в конце обжига поддерживают восстановительную атмосферу для перевода легкоплавкие силикаты. Температура обжига клинкера 1200-1300° С.
Кислотоупорные керамические изделия. Эти изделия состоят из плотной спекшейся непрозрачной массы, покрытой слоем глазури, которая защищает поверхность от разрушения кислотами. Сырьем служат легкоплавкие пластичные глины, образующие при обжиге плотный черепок. Они не должны содержать примесей гипса и окислов железа.
Кислотоупорные изделия в больших масштабах применяются в химической промышленности для сооружения башен, сосудов,
Е колец, змеевиков, насосов, труб, кранов и т. д. Эти изделия должны не пропускать газов и жидкостей и обладать стойкостью к кислотам. Пористость обычно не превышает
Е 0,1%. Кислотоупорность определяют, кипятя в серной кислоте растертое в порошок изделие. При этом потери веса за 1 час не должны превышать 1-2%.
Каменное литье. В последние десятилетия для изготовления кислотостойкой химической аппаратуры все шире применяется каменное литье.
Горные (изверженные) породы — диабаз, базальт и др.- расплавляют в печах (шахтных или, чаще, пламенных — типа мартеновских), при 1400-1500° С, а затем отливают в металлические или земляные формы. Для устранения механических напряжений и повышения прочности их подвергают затем отжигу (нагрев до 600-800° С с последующим медленным охлаждением). Эти изделия отличаются плотностью, прочностью и высокой кислотоупорностью.
Плавленый кварц. Ассортимент изделий из плавленого кварца постоянно увеличивается. Этот материал соединяет высокую термостойкость с. Изделия готовят в аппаратуре, сходной с такой, которая используется для производства стекла. Сырьем служит кварц или кварцевый песок, содержащий свыше 99,5% Si02. Температура плавления 1700-1800° С.
Э м а л и. Керамические изделия по прочности значительно уступают металлическим, но превосходят их своей химической стойкостью. Специальные химически стойкие стали дороги. Поэтому все больше применяются аппараты из обычной конструкционной стали или серого чугуна, покрытые слоем эмали. Эмаль — это легкоплавкое стекло, к которому предъявляется ряд специфических требований. Оно должно быть химически стойким, прочно соединяться с металлом, не отделяясь при механических и термических воздействиях и не образуя трещин. Состав эмалей сложен и разнообразен. В шихту входит глина, лесок, полевые шпаты, криолит, окислы различных металлов. Все эти компоненты тонко измельчаются и наносятся равномерным слоем на подготовленную поверхность изделия, которое затем нагревают. При этом эмаль плавится и топкий слой ее остается на поверхности. Рецептура эмалей все время совершенствуется. Сейчас известны кислотостойкие, и жаростойкие эмали.

/> />

Читайте так же:

    Комментарии запрещены.