Свойства глин как основного сырья для производства керамических материалов. Минеральный и хтмтческий состав глин; компоненты, оказывающие влияние на свойства глин

Свойства: Глинистое сырье обладает рядом физических, физико-хими­ческих, химических свойств, совокупность которых называется керамическими, и предопределяет возможность их использования в производстве керамики.

Пластичность — свойство глиняного теста деформироваться под нагрузкой без образования трещин и разрывов и сохранять приданную форму после снятия этой нагрузки.

Пластичность глин вы­ражается числом пластичности (П), которое определяется по формуле:

П= W₁ -W₂(%),

где W₁ — влажность, при которой глина переходит из пластич­ного состояния в текучее, называемая нижней границей текучести;

W₂ — влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в хрупкое, называемая границей раскатывания.

В зависимости от значений числа пластичности все глины под­разделяются на высокопластичные с числом пластичности более 25; среднетастичные — от 15 до 25; умеренно пластичные — от 7 до 15; малопластичные — до 7; непластичные — не способные при затворении водой давать пластичное тесто.

Связующая способность определяется количеством (в процен­тах от массы глины) нормального (вольского) песка, при введении которого в шихту образуется тесто с числом (интервалом) пластич­ности не менее 7. В соответствии с этим глины (в зависимости от количества добавленного в них песка) делятся: а) на хорошо связующие (жирные) — более 50%; б) пластичные — 20-50%; в) тощие — до 20%.

В процессе изменения влагосодержания глины способны из­менять свой объем (набухать или проявлять усадку).

Воздушная усадка (усушка) глин связана с удалением воды из свежеотформованного сырца в процессе сушки при температурах до 110 ˚С.

Линейная воздушная усушка глин а выражается формулой α=(L-L₁)/L*100(%), где L — начальная длина свежеотформованного образца, мм; L₁ — длина высушенного образца, мм.

Объемная воздушная усушка рассчитывается по формуле β=(ν-ν₁)/ν*100(%), где v — начальный объем свежеотформованного образца, см³; v₁ — объем образца после сушки, см³.

Воздушная усушка различных глин может колебаться в ши­роких пределах: у высокопластичных глин она превышает 10%, у среднепластичных составляет 6-10%, у малопластичных — менее 6%.

Отношение глинистого сырья к сушке характеризуется коэф­фициентом чувствительности К_ч , введенным в керамическую технологию З.А. Носовой и выражаемым отношением объемной усушки (усадки) к общей пористости суховоздушного материала.

В практике при оценке чувствительности глин к сушке применяют ускоренный способ А.Ф. Чижского, по которому она оценивается длительностью периода облучения свежеотформованного образца (55 х 55 х 10 мм) тепловым потоком до момента появления на нем трещин, что обусловлено градиентом усадки по сечению изделия, вызывающим нарушение сплошности сырца.

При обжиге под влиянием физико-химических процессов происходит изменение линейных размеров сырца, которое характеризуется величиной огневой усадки, определяемой по формуле α₁=(L₁-L₂)/L₁*100(%),

где L₁ и L₂ — соответственно линейные размеры высушенно­го и обожженного образцов, см.

В зависимости от вида глин их линейная огневая усадка колеблется в пределах 2-8%, а полная (суммарная воздушная и огневая) — в пределах 5-18%. Спекание —это процесс уплотнения черепка в процессе обжи­га, характеризуемый водопоглощение материала, которое должно быть не более 5% для спекшейся керамики. Температурный интер­вал от начала спекания до начала плавления называется интервалом спекания глин и характеризует их плавкость или огнеупорность, которая устанавливается с помощью конусообразных образцов — пироскопов. Для получения плотного черепка этот интервал должен быть не менее 100 °С, а пористого — не менее 50 °С. По степени спекания глины подразделяются: а) на сильноспекающиеся — с водопоглощением черепка, обожженного при температуре 1300 °С, не более 2%; б) среднеспекающиеся — при 1100— 1300 °С — не более 5%; в) неспекающиеся — с водопоглощением выше 5%. Так как спекание может происходить при различных температурах, по этому показателю различают глинистое сырье низкотемпературное (температура спекания до 1100 °С); среднетемпературное (1100-1300 °С) и высокотемпературное (выше 1300 °С).

Глины не имеют определенной точки плавления, поэтому за температуру их плавления принимают показатель огнеупорности, по которому глиняное сырье делится на огнеупорное — с температурой плавления выше 1580 °С, тугоплавкое —от 1350 до 1580 ˚С и легкоплавкое — до 1350 °С.

Состав: В зависимости от преобладающего минерала глинистое сырье делится на гидрослюдистое, каолинитовое, монтмориллонитовое и полиминеральное. Глинистые минералы являются наиболее важной составляющей глинистого сырья, поскольку они в увлажненном состоянии образуют пластичное тесто. Химический состав является другой важной характеристи­кой глинистого сырья, в котором принимают участие следующие основные оксиды. Кремнезем SiO₂, глинозем Al₂O₃, окислы щелочных металлов СаО и MgO, соединения железа Fe₂O₃, FeO, Fe₂S, оксиды щелочноземельных металлов Na₂O, K₂O, органические вещества (остатки растений и гумусовых веществ).

В настоящее время развитие нашей машиностроительной промышленности дает возможность непрерывно совершенствовать механическое оборудование заводов строительной керамики. Широко применяются новые виды дробильно-помольных, смесительных и формовочных машин. Предприятия оснащаются новейшим подъемно-транспортным оборудованием, особенно важным для керамического производства, нуждающегося в заготовке и перемещении больших масс сырья и тяжеловесной продукции. Перевод керамических предприятий на природный газ в качестве топлива не только повышает производительность труда и снижает себестоимость изделий, но и повышает качество вырабатываемой продукции. В ближайшее время помимо мероприятий общего технического прогресса — механизации и автоматизации, совершенствования технологии и улучшения организации труда — необходимо добиваться снижения себестоимости изделий и обратить особое внимание на организацию выпуска новых, высокоэффективных керамических строительных материалов и изделий.