Обоснование и подробное описание применяемого сырья

Для производства санитарных керамических изделий на основании литературного обзора выбраны следующие сырьевые материалы:

‒ шихта из глин Андреевского месторождения Веска‒Гранитик ТУУ 14.2-00282049-001-2002;

‒ глина Santon‒L сертификат качества;

‒ каолин, обогащенный для керамических изделий марки КС-1 (Глуховейкий) ГОСТ 21286-82;

‒ материалы полевошпотовые и кварцевополевошпатовые для тонкой керамики КПШМ 0,20-2;

Ко всем сырьевым материалам предъявляются следующие требования: сырье должно обладать определенной влажностью, химический состав: для глин и каолинов – массовая доля Al₂O₃, для полевошпатового сырья ‒ К₂O · Na₂O, остаток на сите №0063. К гипсовому вяжущему предъявляются требования к степени помола, срокам схватывания, пределу прочности.

В качестве пластичных компонентов в составе массы и глазури используются каолин «Глуховецкий», глина «Гранитик‒Веско», глина “Santon‒L”. Каолин «Глуховецкий» является основным компонентом керамической массы для производства тонкой керамики.

Глины, применяемые в производстве санитарных керамических изделий, классифицируют по огнеупорности, пластичности, спекаемости. Глина Андреевского месторождения марки «Гранитик‒Веско» характеризуется как основная (содержание Al₂O₃ + TiO₂ после прокаливания 30–40%) и огнеупорная (огнеупорность 1630^oС, интервал спекания 1080 – 1250 ^оС).

Одна из важнейших характеристик глин – число пластичности. Пластичность глинистых материалов зависит от их минералогического состава, дисперсности, формы и состояния поверхности частиц, а также от присутствия растворимых солей. Число пластичности глины «Гранитик‒Веско» – 18.

Содержание красящих оксидов Fe₂O₃ и TiO₂ свидетельствует о степени пригодности глины для производства светлых (белых) изделий в частности санитарных керамических изделий, фарфоровых и фаянсовых.

В глине «Гранитик‒Веско» содержание хлоридов и сульфатов колеблется в следующих пределах Cl^- – 0,1 – 0,3%, SО₄^2- – 0,4 – 0,5%.

По минералогическому составу глина относится к полиминеральной (каолинито‒гидрослюдистой) высокое содержание глинозема (35–36%) свидетельствует о наличии каолинитовой группы и огнеупорности глины. Довольно значительное количество щелочных оксидов (до 2% К₂О) говорит о присутствии иллитовой группы и о способности глины рано спекаться при сохранении огнеупорности. В производстве керамики большое значение имеет дисперсность и зерновой состав. Глины классифицируются как глины с низким содержанием включений (не более 1%) по содержанию тонкодисперсных фракций как высоко дисперсные (содержание чтиц менее 1 мкм составляет более 60%).

В глине «Гранитик–Веско» практически отсутствуют минералы содержание анионы S^2- и SO₄^2-(S_общ < 0,01%) это свидетельствует, что в глине почти нет вредных примесей как пирит FeS₂ и гипс CaSO₄ × 2H₂O. Глина характеризуются как беложгущаяся, высокопластичная тонкодисперсная, с широким интервалом спекания, сильноспекающаяся (водопоглащение до 2%), глина пригодна для скоростного обжига.

По характеру залегания каолины делятся на первичные и вторичные. В обожженном виде каолины имеют белую окраску, иногда с кремовым, розоватым или сероватым оттенком, обусловленным наличием примесей TiO₂, Fe₂O₃ и др. Характерными свойствами являются высокая огнеупорность (1600-1800) ⁰С и сравнительно низкая пластичность [7].

Глина Веско‒Гранитик вводится для суспензирования частиц и повышения реологических характеристик шликера. Она, обладая высокой механической рочностью, белым цветом после обжига и низким содержанием органических веществ, прекрасно зарекомендовали себя в производстве санитарной керамики.

Глуховецкое месторождение каолина ‒ одно из богатейших первичных месторождений каолина (месторождение расположено в Винницкой обл.). Глуховецкий каолин в необогащенном состоянии состоит преимущественно из каолинита (63%), кварца (36,4%), шпата и слюды (0,4%). Содержание кварца в необогащенном каолине колеблется в пределах от 3 до 60%. Для керамических изделий применяется каолин обогащенный (ГОСТ 21286-75). Глуховецкий каолин имеет высокую дисперсность, весьма однороден, gо цвету представляет кремовые и желтые разновидности. Белизна каолина 67‒87% по колориметру, каолин делится на I, II, III сорта (КС-1, КС-2, КС-3). Содержание Fe₂О₃ + TiО₂ допускается для I с до 1,2%, для II с до 1,4, СаО ‒ 0,8% для всех сортов.

Основными непластичными материалами для производства санитарно‒строительных изделий являются кварц и полевой шпат.

Большой интерес представляют кварцевые отходы Глуховецкого и Просяновского каолиновых комбинатов, образующиеся после обогащения каолинов. Иногда в этих отходах после промывки остается некоторое количество каолинита и гидрослюды в виде глинозема, окисей кальция и калия. Просяновские кварцевые пески содержат после промывки до 4‒5% кремнезема, до 0,6% окиси кальция и 1,5‒2% окиси калия, а также содержат зерна полевого шпата до 8‒10%. После обжига песок имеет белый цвет. По гранулометрическому составу просяновские кварцевые отходы довольно однородны и имеют зерна не выше 8‒10 мм.

Глуховецкие кварцевые пески весьма не стабильны по гранулометрическому составу, имеют крупные (до 1 см) и мелкие (8‒10 мм) зерна. Глуховецкие отходы содержат в незначительном количестве зерна рутила, граната, окиси железа, титана, известняка и непромытого каолина (до 2‒3%). После обжига кварцевые отходы имеют желтоватый цвет.

Кварцевый песок для санитарно‒строительных изделий должен соответствовать ТУ 21 УССР 672‒72, согласно которому для I сорта кремнезема должно быть не менее 95%, окиси железа и титана не более 0,2%; для II сорта кремнезема 93%, окиси железа и титана 0,3%.

Для образования в процессе обжига стекловидной фазы в керамические массы вводят плавни в виде полевого шпата и его заменителей. Плавни, кроме создания стекловидной фазы в черепке, придают прочность материалу при обжиге, делая его способным противостоять деформирующим усилиям от собственного веса, способствуют кристаллизации новых фаз из расплава (муллита).

При производстве санитарно‒строительных изделий в фарфоровые массы вводится ‒ 18‒20% полевого шпата. В зависимости от окислов щелочных или щелочно-земельных металлов, находящихся в полевых шпатах, различают калиевые полевые шпаты ‒ ортоклаз (К₂O·Al₂O₃·6Si0₂), натриевые ‒ альбит (Na₂O·Al₂O₃·6Si0₂), и кальциевые ‒ анортит (Ca0·Al₂O₃·6Si0₂). Температура плавления альбита ‒ 1118°, анортита ‒ 1550°, ортоклаза 1170° С.

Для производства санитарно‒строительных изделий более ценны полевые шпаты, у которых отношение К₂O + Na₂O не менее 2. Полевые шпаты содержат в себе незначительные примеси железа, рубидия, цезия, титана. Флюсующее действие полевых шпатов в керамической массе наблюдается уже при температуре 900°. При дальнейшем повышении температуры происходит растворение в расплаве каолинита, затем кварца. Калиевый полевой шпат в процессе спекания увеличивает интервал спекания, повышает вязкость расплава; натриевый полевой шпат значительно снижает температуру плавления, сокращает интервал спекания, снижает вязкость системы, что в итоге приводит к деформации изделий в процессе обжига.