Сырье для производства керамических материалов и изделий

Основным сырьем для производства керамических матери­алов и изделий являются различные глины, а также шамот, кварцевый песок, шлак.

Для придания керамическим изделиям характерных свойств в глину вводят различные добавки.

Отощающие добавки. В высокопластичные глины, для затворения которых требуется большое количество воды (до 28%) и которые поэтому дают большую (до 15%) линейную усадку при сушке и обжиге, необходимо вводить отощающие добавки, т.е. непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды, необходимое для затворения глиняного теста, что сокращает усадку (до 2...6%). В качестве отощающих добавок чаще всего применяют вещества неоргани­ческого происхождения —кварцевый песок, шамот (обожженная и измельченная глина), бой изделий, молотый шлак и золу.

Выгорающие добавки. Для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки. Наиболее часто используют древесные опилки, угольную мелочь и угольный порошок, торфяную пыль. Применяют также ве­щества, выделяющие при высокой температуре обжига угле­кислоту, что ведет к образованию пор, мел, доломит и гли­нистый мергель (в молотом виде). Все эти добавки обладают также и свойствами отощающих добавок.

Специальные добавки. Для придания керамическим изделиям специальных свойств вводят соответствующие добав­ки. Так, при изготовлении кислотоупорных изделий и облицо­вочных плиток к глинам добавляют песчаные смеси, затворен­ные жидким стеклом или щелочами. При необходимости пони­жения температуры обжига некоторых изделий используют мо­лотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник.

5.3. Производство керамических материалов и изделий

Производство керамических материалов и изделий включа­ет следующие основные процессы: добычу глины в карьерах, подготовку массы, формование изделий из приготовленной массы, сушку сформованных изделий, обжиг предварительно высушенных изделий, охлаждение, сортировку и хранение из­делий на складах.

Подготовка массы заключается в обогащении, дробле­нии, тонком помоле материалов, увлажнении и перемешивании массы. Подготовленные материалы керамической массы тща­тельно смешивают.

Формование изделий из приготовленной массы может быть пластическим, полусухим и шликерным.

Пластическое формование более приемлемо при использова­нии глин с повышенной влажностью (18...23%), хорошо размо­кающих в воде. Таким способом получают обыкновенный кир­пич, пустотелые изделия, трубы и т.д. Пластическое формование при производстве черепицы, электроизоляторов, капселей осу­ществляют штамповкой в гипсовых и металлических формах.

Полусухое формование (прессование) применяется при плот­ной структуре глиняного сырья и его низкой исходной влажнос­ти (8... 12%). Из полусухих порошкообразных масс изделия фор­муют на прессах высокого давления (10...30МПаи более). Изде­лия, спрессованные из порошков, имеют в сырце большие про­чность и точность размеров, характеризуются низкой усадкой при обжиге. Из порошкообразных масс изготавливают обыкно­венный пустотелый кирпич, керамические камни и плитки. ■

Шликерное формование применяется в тех случаях, когда необходимо добиться особо тщательного смешивания исход­ных компонентов (фарфоро-фаянсовые изделия) при их влаж­ности 30...35%. Его используют для изготовления сложных по конфигурации и тонкостенных изделий (санитарно-техническая, декоративная, химически стойкая керамика). Этот вид формования основан на способности гипсовых форм впиты­вать часть воды из залитого в них шликера. Отдавая влагу, из­делия дают усадку и легко отделяются от форм.

Изделия, отформованные пластическим или шликерным спо­собом, необходимо сушить. При полусухом формовании изделия имеют незначительную влажность, которая при обжиге не вызы­вает растрескивания, поэтому необходимость в сушке отпадает.

Существуют два способа сушки: естественная и искус­ственная.

Для естественной сушки изделий используют сушильные сараи (навесы), в которых на ровном, хорошо уплотненном по­лу или на стеллажах устанавливают сырые изделия. Длитель­ность сушки зависит от температуры, влажности, подвижности наружного воздуха и климатических условий района и состав­ляет 6... 15 сут.

Поскольку естественная сушка характеризуется сезонным циклом производства, в настоящее время даже на небольших предприятиях применяют искусственную сушку в сушилках периодического или непрерывного действия. В качестве ис­точника теплоты используют газы обжиговых печей или горя­чий воздух.

Обжиг изделий можно разделить на три этапа: 1) прогрев сырых изделий; 2) собственно обжиг; 3) регулируемое охлаж­дение изделий. На первом этапе из обжигаемых изделий удаля­ется гигроскопическая и гидратная вода, частично разлагаются карбонаты, сгорают органические примеси и равномерно про­гревается вся масса изделия. В начале нагревания при темпера­туре 100... 120 °С удаляется физически связанная вода, в тем­пературном интервале 45О...65О°С — химически связанная вода, причем глинистые минералы разрушаются и глина пере­ходит в аморфное состояние. Дальнейшее повышение темпе­ратуры обжига приводит к расплавлению части материала, в результате чего происходит спекание массы и образование ке­рамического черепка. Этому процессу соответствует темпера­тура 800... 1000 °С для легкоплавких глин и 1150...1200 °С для тугоплавких. Температурный режим и длительность обжига зависят от состава шихты. При повышении температуры обжи­га получают изделия с большей механической прочностью, однако чрезмерное повышение температуры может вызвать деформацию изделий.

После обжига изделия охлаждают. В начальной стадии температуру снижают медленно и лишь после достижения 650 °С процесс охлаждения можно ускорить.

При выгрузке из печи керамические изделия сортируют. Их качество и сортность определяют по степени обжига, вне­шнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различ­ных дефектов. По степени обжига они могут быть разделены на изделия нормального обжига, недожог и пережог. Сортность изделий устанавливают по внешнему виду, форме, размерам и наличию дефектов в соответствии с требованиями ГОСТа.

После сортировки изделия отправляют на хранение. Кир­пич и керамические камни укладывают в пакеты елочкой или на поддоны и хранят на открытых площадках. Облицовочную плит­ку рассортировывают по цвету и размерам, упаковывают в ящики и хранят на закрытых складах. Санитарно-технические изделия, прошедшие сортировку и комплектование арматурой, также упа­ковывают в специальные ящики и хранят на закрытых складах.