Непластичные материалы и добавки

Каолины. Непластичные материалы и добавки

Каолины

Каолины– мономинеральные глинистые горные породы, глинистая порода которых представлена только каолинитом. У каолинов, по сравнению с глинами, меньшая пластичность, повышенная белизна обожженного черепка.

По химическому составу примесей каолины различают:

чистый каолин – не более 6% кварца, не более 2% щелочей;

щелочной каолин – до 5 – 7% окисей калия и натрия;

кремнеземистый каолин – значительное количество кварца и щелочей;

железистый каолин – более 2% окиси железа (придает желтый цвет) – непригоден для фарфора и фаянса.

Два показателя для каолинов характеризуют рабочие свойства: упругость, порог коагуляции.

Упругость каолиновой суспензии – разница между ее плотностью, определяемой ареометром, и удельным весом той же суспензии в пределах 1,35 – 1,37, которая определяется пикнометром. По показателю упругости различают группы:

I – упругость 0,01 – 0,05;

II – упругость 0,05 – 0,4;

III – упругость 0,4 и более.

Порог коагуляции – состояние суспензии каолина, при котором исчезают структурообразования, препятствующие погружению ареометра до метки, отвечающие пикнометрическому удельному весу, вследствие чего показатель упругости падает до нуля.

Непластичные материалы и добавки

Для изготовления керамических изделий кроме глин и каолинов используют непластичные сырьевые материалы и добавки. К ним относят: отощающие, флюсующие, выгорающие, химические и специальные.

3.1. Отощающие добавки – материалы, которые снижают пластичность и воздушную усадку глин.

Кварцевые материалы – наиболее распространенные природные отощающие добавки: жильный кварц, кварцевые пески, кремень. Они состоят из кремнезема, применяются как отощители благодаря своей особенности не давать усадки при сушке и обжиге.

Кварц и его разновидности устойчивы против кислот (кроме плавиковой), менее стойки к щелочам.

Пылевидный кварц (маршалит) – природный пылевидный кварцевый материал, серовато-белого или белого цвета. Маршалит применяется как отощитель в производстве тонкой керамики.

Кремень – кристаллическая разновидность кремнезема бурого и серого цвета. Используется после предварительного обжига как отощитель при производстве тонкой керамики. Кремневая галька применяется как мелющие тела в шаровых мельницах для измельчения керамических масс и глазурей.

Вредные примеси, которые снижают качество кварцевых материалов или исключают возможность их применения – окислы железа, двуокись титана, слюда.

Шамот изготавливают путем обжига огнеупорных или тугоплавких глин при температуре 1000 – 1400 °С, он не понижает огнеупорность масс, в отличие от других отощителей. Применяется как отощитель керамики, для производства капселей и других огнеупорных шамотных изделий.

Для фарфоро-фаянсовых изделий применяют бой готовых изделий, капсельный бой. На кирпичных заводах в качестве шамота используют порошок из молотого обожженного кирпича.

Дегидратированная глина – получают нагреванием обычной глины до 600 – 700 °С, она теряет пластичность, так как удаляется химически связанная вода. Эта глина применяется как отощитель для производства грубой керамики, позволяя снизить сроки сушки без появления трещин на изделиях.

3.2 Флюсующие материалы (плавни) – материалы, которые в процессе обжига вступают во взаимодействие с глинистым веществом, образуя более легкоплавкие соединения, чем чистое глинистое вещество, т.е. плавни способствуют повышению степени спекания и ее снижению температуры.

Плавни делят на:

- флюсующие – действие определяется их низкой температурой плавления (полевые шпаты, пегматиты, сиениты);

- материалы с высокой температурой плавления, но при обжиге дающие легкоплавкие соединения с отдельными компонентами керамической массы (мел, доломит, тальк).

Полевые шпаты – наиболее распространенные плавни. Различают:

- калиевый полевой шпат (ортоклаз) – K₂O·Al₂O₃·6SiO₂. Температура плавления 1200 °С.

- натриевый полевой шпат (альбит) – Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂. Температура плавления 1160 – 1190 °С.

- известковый полевой шпат (анортит) – CaO·Al₂O₃·6SiO₂. Температура плавления 1550 °С.

Основное требование к полевым шпатам – легкоплавкость. При обжиге полевые шпаты плавятся, образуя вязкое стекло, которое в фарфоро-фаянсовых изделиях частично заполняет поры, склеивая частицы. Растворяющая способность полевого шпата возрастает с повышение температуры обжига и тонкости помола компонентов. У альбитовых расплавов она выше, чем у ортоклазовых и плагиоклазовых.

Вредные примеси в полевых шпатах – окислы железа, содержание которых не должно превышать 0,2% (для первого сорта).

Пегматиты – полевые шпаты, проросшие кристаллами кварца, поэтому их используют как заменители полевых шпатов и частично кварца. Поведение при обжиге определяется свойствами полевого шпата, составляющего пегматит.

Нефелиновые сиениты – сростки минерала нефелина (алюмосиликат натрия) и полевого шпата. Температура плавления 1200 °С, содержание щелочей – 20 – 30%. Используются как заменители полевых шпатов при производстве изделий не требующих белизны черепка. Из-за загрязненности данного сырья железистыми примесями не применяется в производстве фарфора и фаянса.

Мел и мрамор CaCO₃. При нагревании до 910 °С все разновидности природного углекислого кальция разлагаются на CO₂ и CaO (известь).

В процессе диссоциации CaCO₃ является отощающей и разрыхляющей примесью. При более высоких температурах (от 1000 °С) оксид кальция реагирует с составляющими массы, увеличивая количество легкоплавких соединений. Известь в глинистых материалах понижает температуру плавления и спекания, но и резко уменьшает интервал между плавлением и спеканием, затрудняя обжиг (возможны деформации).

В состав керамических масс обычно вводят мел (экономичнее, легче помол), но после обжига мел дает более темную окраску черепка, чем мрамор. Добавка мела полезна в массы обжигаемые не до спекания и покрываемые глухими глазурями, так как он увеличивает пористость изделия, способствуя укреплению глазури.

Доломит – двойная соль – CаCO₃·MgCO₃. Используется как заменитель мрамора в тонкой керамике. Позволяет снизить температуру обжига масс и глазурей.

Тальк 4SiO₂·3MgO·H₂O. Огнеупорность 1500 – 1520 °С. Добавляют в керамическую массу при производстве специальной керамики и капселей, его добавка предотвращает образование трещин в глазурном слое (цек), повышает термостойкость изделий. При использовании в тонкой керамике содержание окислов железа не должно превышать 0,6%, а оксида кальция – 1,9%.

3.3 Выгорающие добавки – добавки, выгорающие при обжиге (за исключение зольной части). Применяются при производстве стеновой керамики.

Древесные опилки – вводят в состав строительного кирпича для улучшения сушильных свойств сырца. Опилки армируют глинистые частицы, повышая сопротивление разрыву керамической массы и трещиностойкость при сушке. При обжиге опилки выгорают, оставляя в черепке крупные поры, увеличивающие водопоглощение и морозостойкость. Опилки вводят в количестве 8 – 12% от объема глины, тогда они существенно не снижают прочность, при увеличении пористости.

Антрацит и тощие каменные угли – добавляют в количестве 2 – 2,5% от объема глины. Основное назначение – создать восстановительную среду в толще обжигаемого материала, т.е интенсифицировать процесс спекания и упрочнения керамического черепка. Такой кирпич в изломе имеет темно-малиновую уплотненную зону, которая обеспечивает повышенную прочность кирпича.

Бурые угли – добавляют с то же цель, что и каменные. Но при их использовании увеличиваются потери с недожогом, так как выделяются летучие горючие вещества. Но, в отличие от антрацита, нет опасности пережога.

Золы ТЭЦ – используются при производстве строительного кирпича, действуют не только как выгорающие добавки, но и как отощители, если в них содержится невыгоревший коксовый остаток.

1. Юшкевич М.О, Роговой М.И. Технология керамики, 1969.

2. Мороз И.И. Справочник по фарфоро-фаянсовой промышленности, 1976.

3. Мороз И.И. Технология фарфоро-фаянсовой промышленности, 1984.

4. Горшков В.С., Савельев В.Г. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений, 1988.

5. Евстропьев К.С., Торопов Н.А. Химия кремния и физическая химия силикатов, 1950.

6. Эйтель В. Физическая химия силикатов, 1962.