Основные сырьевые материалы, применяемые в производстве строительных керамических изделий

Учреждение образования

Белорусский Государственный Технологический  Университет

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра технологии стекла и керамики

 

 

 

 

Индивидуальное задание на тему:

 

«Основные сырьевые материалы, применяемые  в производстве строительных керамических изделий»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

Содержание

 

 

1 Пластичные материалы………………………………………………………3

2  Состав глин…………………………………………………………………...3

3 Свойство глин…………………………………………………………………5

4  Непластичные материалы……………………………………………….…..6

Список использованных источников литературы…………………………...8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сырьевые материалы

Пластичные  материалы

Сырьевые материалы, применяемые  для большинства керамических изделий  строительного, бытового, технического назначения, можно разделить на пластичные (или глинистые) и непластичные.

Согласно ГОСТ 9169-75, к  пластичным глинистым материалам относятся  глины и каолины. Глины представляют собой горные породы, состоящие преимущественно  из глинообразующих минералов –  слоистых алюмосиликатов. Они отличаются большим сродством к воде и могут давать в ней тончайшие взвеси вплоть до коллоидных, не меняя своей основы. В техническом аспекте глины – землистые горные породы, способные при затворении водой образовывать  пластичное тесто, которое после сушки обладает некоторой прочностью, а после обжига приобретает камнеподобное свойство.

Глины – продукт разложения и гидратации некоторых горных пород (гранитов, гнейсов, кварцевых порфиров, пегматитов, слюд и др.) под воздействием атмосферных агентов.

Глины и каолины, оставшиеся на месте образования, называются первичными. Породы, которые переносились в другие места формируют вторичные, или отложенные, месторождения. В зависимости от агента переноса различают делювиальные, ледниковые и лессовидные глины. Их соответственно перенесли снеговые и дождевые воды, ледник и ветры.

Состав глин

Глины характеризуются  вещественным, химическим и гранулометрическим составом.

Вещественный состав представлен глинистым веществом  и примесями. Истинно глинистое  вещество – состоит из комплекса глинообразующих минералов отдающих глине пластичность. Таких минералов сравнительно много, и они довольно хорошо изучены. Все глинистые минералы обладают типичной слоистой структурой, похожей на структуру слюды. При смешивании глины с водой последняя входит в межслоевое пространства глинистого минерала и его слои получают возможность сдвигаться один относительно другого по водяной пленке и закрепляться в новом положении. Такая способность минералов объясняет важнейшее свойство глины – ее пластичность. При этом наблюдается анизотропное увеличение линейных размеров глинистых кристаллов: перпендикулярно к слоям глинистого вещества – наибольшее, а параллельно им – минимальное.

Согласно классическим представлениям о строении силикатов, кристаллические глинистые минералы состоят из пакетов – комбинаций элементарных слоев. Слой в зависимости от вида элемента постройки может быть тетраэдрическим, построенным тетраэдров [SiO₄], и октаэдрическим, образованным алюмокислородгидроксильным октаэдрами. Как в тетраэдрическом, так и октаэдрическом слое происходят изоморфные замещения.

Различные комбинации элементарных слоев образуют элементарный пакет  глинистого минерала. Сочетания пакетов  формируют видимую под микроскопом  пластинку глины. Сочетание слоев  – первый признак, положенный в основу классификации глинистых минералов.

Наиболее распространенный глинистый минерал – каолинит Al₂O₃*2SiO₂*H₂O. Он и его аналоги характеризуются наличием пакетов, состоящих из тетраэдрического и октаэдрического слоев. Вследствие такого строения каолинит содержит наибольшее количество глинозема по сравнению с другими глинистыми минералами и поэтому обладает высокой огнеупорностью. Кристаллическая решетка его отличается плотным строением, прочным сцеплением пакетов. Вот почему каолинит не может присоединять и прочно удерживать большое количество воды, а при сушке легко отдает ее.

Монтмориллонит Al₂O₃*4SiO₂*H2O*n H₂O имеет кристаллическую решетку, состоящую из трехслойных пакетов. Снаружи располагаются два слоя кремнекислородных тетраэдров,  а в центре слой из глиноземкислородных октаэдров, где возможно изоморфное замещение ионов алюминия другими ионами.

Распространенным материалом и легкоплавких глинах является иллит, или гидрослюда – продукт многолетней  гидратации слюд. Кристаллическая решетка  этого минерала представлена трехслойными пакетами подобно структуре монтмориллонита, но в ее строении принимают участие щелочные и щелочноземельные металлы, а также происходит изоморфное замещение катионов кремния и алюминия.

Существуют еще некоторые  виды глинистых минералов, кристаллы которых характеризуются сочетаниями различных пакетов.

Кроме глинистых минералов, в глинах имеются примеси –  кварцевые, карбонатные, полевошпатовые, железистые и органические.

Кварцевые примеси входят в состав глин в виде кварцевого песка или пыли. Они снижают пластичность породы, улучшают ее сушильные свойства, но повышают трещиноватость изделий после обжига.

Карбонатные соединения могут быть тонко-дисперсными, рыхлыми и плотными каменистыми включениями. Наиболее вредны каменистые включения, которые при обжиге вызывают образование пустот и иногда приводят к разрыву изделий.

Примесные полевошпатовые пески, остатки  неразложившейся породы играют роль плавней и снижают огнеупорность  глин.

Железистые примеси присутствуют в виде минералов (лимонита, сидерита), гидроксида, пирита. Соединения железа придают глине и обожженным изделиям окраску от кремового до темно-красного цвета, поэтому чрезвычайно вредны для беложгущихся изделий, например фарфора. Включения пирита вызывают при обжиге появление выплавок черного цвета.

Органика, входящая в состав глин, окрашивает их от серого до черного цвета. При обжиге органические примеси выгорают, создавая внутри восстановительную среду и повышая пористость изделий. Они полезны в производстве теплоизоляционных и нежелательны при получении плотных керамических материалов.

Иногда в глинах присутствуют растворимые  соли, которые в период сушки полуфабриката  мигрируют на его поверхность  и вызывают выцветы на обожженных изделиях.

Химический состав глин определяют в основном оксиды SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Fe₂O₃, TiO₂, K₂O и Na₂O.

Диоксид кремния присутствует в глинах в связанном состоянии в глинистых минералах и в свободном – в виде примесей кремнезема. Содержание SiO₂  в глинах составляет60-65%, а в запесоченных – 80-85%.

Глинозем находится в глинах только в связанном состоянии  в глинистых и примесных минералах  в количестве от 10 до 38%.

Оксиды кальция и магния входят в состав карбонатов, а также участвуют  в строении некоторых глинистых  минералов.

Оксид железа содержится в примесях в связанном состоянии в количестве от долей процента в высококачественных беложгущихся глинах до 10-15% в красных кирпичных.

Диоксид титана в примесях содержится не более 1,5 %. Он придает обожженной керамике зеленоватые тона.

Щелочные оксиды K₂O и Na₂O иногда входят в состав глинообразующих минералов, но чаще присутствуют в примесных полевошпатовых песках и в виде растворимых солей. Они способствуют образованию легкоплавких эвтектик.

Химический состав –  важнейшая характеристика глин, в значитк=ельной степени определяющая их промышленное применение. Согласно ГОСТ 9169-75, глины по содержанию Al₂O₃ и TiO₂ делятся на высокоосновные (>40 %), основные (30-40 %), полукислые (15-30%) и кислые (<15 %).

Гранулометрический состав глин имеет большое значение для технологии изготовления керамических изделий. От него зависят формовочные свойства масс, их отношение к сушке и обжигу.

Свойство глин

Свойство глин можно  разделить на водные, механические, сушильные и термические.

Водные свойства характеризуют отношение глины к воде и являются определяющими в технологии подготовки массы и формования керамических изделий. Важнейшие водные свойства – влагоемкость, набухание, размокание и тиксотропное упрочнение.

Влагоемкость – это  способность глины поглощать то или иное количество воды и удерживать ее. Наибольшим сродством к воде отличаются высокодисперсные глины с минералом, обладающим легко-раздвигающейся кристаллической  решеткой. По этой причине монтмориллонитовая глина имеет большую влагоемкость и может увеличить свой объем в 16 раз.

Способность глин к размоканию очень важна для мокрого способа  подготовки массы и приготовления  керамических шликеров. При размокании агрегаты глинистых частиц распадаются на более мелкие частицы или элементарные зерна, в результате чего образуется полидисперсная система. Большинство глин хорошо размокает в воде. При роспуске плотных плохо размокающих глин применяют дополнительное механическое разрушение кусков.

Тиксотропное упрочнение – способность глин или глиносодержащих масс увеличивать свою прочность или самопроизвольно восстанавливать структуру с течением времени при неизменной влажности.

Механические свойства глин характеризуются пластичностью, степенью деформации пластичной массы  при различных механических нагрузках и прочностью при изгибе высушенных образцов. Наиболее важное свойство пластичности  условно оценивается числом пластичности П, в зависимости от которого глины делятся на высокопластичные, среднепластичные, умеренно пластичные, малопластичные и непластичные, не дающие пластичного теста.

Сушильные свойства, свидетельствующие  об изменениях, которые происходят в глинах при сушке.

Термические свойства проявляются  в процессе нагрева глин при высоких  температурах. Они определяются огнеупорностью, огневой усадкой и интервалом обжига.

Согласно ГОСТ 9169-75, по огнеупорности глины делятся на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

Непластичные  материалы

Для производства керамических материалов и изделий наряду с  глинистым сырьем используются непластичные материалы, которые в зависимости от назначения разделяются на отощающие, плавни, выгорающие и специальные.

Отощающие материалы  предназначены для снижения пластичности глин и воздушной усадки полуфабрикатов при сушке. В качестве природных  отощителей используются кварцевые материалы – жильный кварц, кварциты, кварцевые пески, кремень. Они не дают усадки при сушке и обжиге.

Жильный кварц и кремень  находят очень ограниченное применение в керамической технологии. Кварциты в основном используются для производства динасовых огнеупоров.

Кварцевые пески применяютдля производства различных видов керамики.

Из искусственных отощающих  материалов в производстве керамики применяют шамот и дегидратированную  глину.

Шамот получают обжигом  глин до температуры спекания. Используется он в основном в производстве огнеупорных изделий, так как в отличие от других отощителей не снижает их огнеупорности и других физико-технических свойств. Имеет значение не только количество шамота, но его зерновой состав, от которого зависит плотность упаковки сырца. Функции шамота выполняет бой обожженных изделий, так называемый «череп», который используется в производстве тонкой и строительной керамики.

Плавни применяются  для снижения температуры и повышения  степени спекания керамических материалов. Эта цель может быть достигнута как низкой температурой плавления используемых флюсующих материалов, так и образованием более легкоплавких эвтектик с исходными компонентами керамической массы.

Самыми распространенными  плавнями в керамической технологии являются полевошпатовые сырьевые материалы, обладающие низкой температурой плавления благодаря наличию в их составах оксидов щелочных металлов.

Полевые шпаты встречаются  преимущественно в виде смешанных  минералов. Натриевый и кальциевый шпаты образуют между собой непрерывный твердых растворов – плагиоклазов.

Наиболее ценными свойствами обладает калиевый полевой шпат, характеризующийся  значительной вязкостью расплава при  высоких температурах, широким интервалом спекания.

Основные требования, предъявляемые к полевым шпатам, - легкоплавкость и минимальное содержание красящих примесей. Полевые широко распространены в природе, но их промышленные месторождения ограничены. Поэтому в последние годы используют заменители полевых шпатов – пегматиты и нефелиновые сиениты.

В качестве заменителей  полевых шпатов можно использовать граниты. Их целесообразно применять  в виде отходов – гранитных  отсевов.

Кроме полевошпатовых пород, плавнями могут служить природные  сырьевые материалы, сами обладающие довольно высокой температурой плавнями, но способствующие образованию при обжиге легкоплавких соединений с основными компонентами керамической массы. К ним относятся мел, мрамор, доломит, тальк и др.

Выгорающие (органические) добавки используются в производстве пористой и строительной керамики, теплоизоляционных огнеупорных и строительных материалов. Основное назначение этих добавок в керамической технологии – интенсификация процесса спекания за счет дополнительного внутреннего источника теплоты, создание восстановительной среды внутри изделия и получение в нем дополнительной пористости. В последнем случае органика вводится в значительном количестве.

В качестве выгорающих добавок  в керамической технологии применяются  древесные опилки, антрацит, тощие  каменные и бурые угли, лигнин, мазут, золы ТЭЦ. Назначение и характер действия различных добавок неодинаковы.

Для производства отдельных  видов керамики применяются специальные  материалы, обеспечивающие заданный фазовый  состав и свойства изделий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников литературы

1. Химическая технология керамики и огнеупоров / Под. ред. П.П. Будникова, Д.Н. Полубояринова. -М.: Стройиздат, 1972.
2. Августиник А.И. Керамика. - Л.: Стройиздат, 1975
3. Балкевич В.Л. Техническая керамика. -М.: Стройиздат, 1984.
4. Юшкевич М.О., Роговой М.И. Технология керамики. - М.: Стройиздат, 1969 .
5. Крупа А.А.,Городов В.С. Химическая технология керамических материалов. - Киев: Вiща школа, 1990.