Керамических материалов

Основным сырьем для производства керамических материалов служат глинистые минералы, представляющие собой осадочные, пла­стовые породы, состоящие из водных алюмосиликатов с различными примесями.

Технология производства керамических материалов основана на следующих свойствах глин:

- высокодисперсности частиц с размерами от 0,01 мкм до 1 мм, способных образовывать формовочные смеси различные по степени пла­стичности;

- высокой гидрофильности, обеспечивающей получение высокоподвижных (литых), однородных нерасслаивающихся смесей;

- высокой водоотдаче при сушке, сопровождаемой повышением прочности и незначительными деформациями;

- способности спекаться при температуре 1000 - 1300 °С с образо­ванием прочного, водостойкого материала.

Глинистое сырье для получения строительной керамики классифи­цируют по пластичности и связующей способности, спекаемости и огне­упорности.

Пластичность характеризует свойство смеси, состоящей из глины и воды, под воздействием внешних нагрузок принимать определенную фор­му и сохранять ее после снятия нагрузки без трещин, разрушения.

Связующая способность определяет сохранение пластичных свойств водоглинистой смеси при дополнительном введении в нее непла­стичного тонкоизмельченного материала, например, песка.

По этим показателям глину разделяют на высокопластичную, сред- непластичную, умереннопластичную, малопластичную и непластичную.

Спекаемость глин оценивает их способность при определенной температуре обжига уплотняться с образованием прочного искусственного камня (черепка). В зависимости от температуры спекания глины класси­фицируют на низкотемпературные (до 1100 °С), среднетемпературные (до 1100 - 1300 °С), высокотемпературные (свыше 1300 °С).

Показателем свойств огнеупорности служит температура, при которой начинается процесс плавления глины: свыше 1580 °С глины называют огне­упорными, 1350 - 1580 °С - тугоплавкими, до 1350 °С - легкоплавкими.

С целью регулирования свойств формовочной массы и готовых из­делий в глину вводят добавки: отощающие, порообразующие, пластифи­цирующие, плавни.

Отощающие добавки - шамот (измельченная обожженная глина), бой кирпича, кварцевый песок, зола ТЭЦ, шлак вводят в смесь в тонкоиз- мельченном состоянии при использовании высокопластичных глин, даю­щих усадку в изделиях при сушке и обжиге. Таким образом, они предот­вращают появление в процессе тепловой обработки трещин и деформаций.

Порообразующие добавки обеспечивают повышенную пористость, снижение средней плотности и коэффициента теплопроводности изделий. К ним относятся выгорающие (древесные опилки, отходы угля, торф), га­зообразующие, разлагающиеся при высокой температуре с выделением га­зообразных продуктов (известняк) и термостойкие легкие заполнители (вспученный перлит).

Пластифицирующие добавки применяют при использовании мало­пластичных (тощих) глин для улучшения формовочных свойств смесей. В качестве добавок используют высокопластичные бентонитовые глины и ор­ганические поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 0,1 - 1 %. Эффект пластифицирующего действия последних основан на способности этих веществ, в частности, водорастворимых отходов деревообрабаты­вающей промышленности - ССБ, СДБ, образовывать на поверхности гли­ны адсорбционные гидрофильные пленки, улучшающие смачиваемость частиц и облегчающих их перемещение по отношению друг к другу.

Плавни вводят в состав смеси с целью снижения температуры спе­кания глинистой массы. Для этого применяют полевые шпаты, стеклобой, перлит-материалы, которые способны образовывать стеклообразные рас­плавы при более низких температурах, обеспечивая при остывании боль­шую плотность и прочность изделий.

В процессе изготовления керамических материалов с целью объем­ного окрашивания в смесь вводят беложгущиеся глины и неорганические пигменты. Для повышения декоративности и стойкости лицевой поверхно­сти используют глазури и ангобы. Глазури представляют собой сложные смеси, включающие легкоплавкие соединения, пигменты и другие компо­ненты, которые наносят на поверхность облицовочных плиток, лицевых кирпичей, канализационных труб, санитарно-технических изделий до про­цесса обжига. После высокотемпературной обработки состав, расплавля­ясь, образует плотное, прочное, блестящее стекловидное покрытие, обес­печивающее декоративность и защиту поверхности изделий. Ангоб - де­коративный состав, включающий беложгущиеся глины и пигмент, кото­рый наносят на лицевую поверхность изделий. В процессе обжига проис­ходит совместное спекание покрытия и изделия, что обеспечивает их на­дежную совместную работу при эксплуатации.

Технология получения керамических изделий обычно складывается из следующих основных этапов: добычи глины, ее очистки и тонкого мно­гостадийного измельчения, подготовки формовочной массы, получения изделий, сушки и обжига.

Карьерные глины подвергают предварительной обработке: очистке от посторонних включений (камней, веток), рыхлению, дроблению, помо­лу и высушиванию. В результате глинистая масса становится однородной, ее технологические свойства улучшаются.

Способ подготовки формовочной массы зависит от вида получае­мого изделия, качества глин, технической оснащенности производства. Различают полусухой, пластический и шликерный (литьевой). Подго­товка сырьевой смеси при полусухом способе может проводиться по двум различным технологическим схемам. По первой, используемой для полу­чения облицовочных кирпича и камней, грубо измельченное исходное сы­рье подсушивают в сушилках и подают на совместный тонкий помол с до­бавками в мельницы. Полученный пресс-порошок с влажностью 10 - 12 % поступает в пресс-формы.

По второй схеме, применяемой при производстве отделочных плиток для полов и фасадов, тонкий совместный помол всех компонентов произ­водят в шаровых мельницах мокрого помола. Полученную суспензию (шликер) влажностью 30 - 60 % подают в специальные бассейны для кор­ректировки состава и затем насосами перекачивают в башенные распыли­тельные сушилки для обезвоживания. Из сушилок тонкодисперсный пресс- порошок с влажностью 6±1 % направляют в формовочное, прессовое отде­ление. Применение различных технологических схем в подготовке формо­вочной массы обусловлено, прежде всего, требованиями, предъявляемыми к качеству готовых изделий. Лицевой кирпич и камни керамические явля­ются одновременно отделочными и стеновыми материалами, которые, с одной стороны, должны соответствовать нормируемым ГОСТ 530-80, СТБ 1160-99 показателям по прочности, водопоглощению, плотности, ко­эффициенту теплопроводности; с другой, - отвечать жестким требованиям по соответствию размеров, четкости граней, углов, отсутствию трещин на плоскостях и однородности окрашивания. Плитки керамические облицо­вочные должны обладать декоративностью и высокой плотностью в связи с тем, что фасадные плитки защищают стеновые конструкции от внешних атмосферных воздействий и, следовательно, основные требования предъ­являются к высокой морозостойкости и низкому водопоглощению, а плит­ки для полов должны быть водонепроницаемыми и прочными при дейст­вии истирающих нагрузок. Поэтому их получают из более мелкодисперс­ных смесей с меньшим содержанием воды. Этот способ подготовки сырья целесообразно использовать при работе с глиной пониженной пластично­сти и низкой карьерной влажности.

Пластический способ применяют при наличии пластичных глин, хорошо размокающих при увлажнении. Глину многократно измельчают до тонкомолотого состояния, перетирают для получения однородной массы и подают совместно с отощающими и другими добавками в специальные глиномешалки, где производят ее дополнительное увлажнение паром до влажности 18 - 20 %. Пластический способ целесообразен для производст­ва черепицы, стеновой и облицовочной керамики, дренажных и канализа­ционных труб.

Шликерный способ подготовки массы применяют в случае наличия глин с высокой карьерной влажностью. Шликер представляет собой гли­нистую суспензию влажностью 30 - 33 %, которая должна легко заполнять гипсовую форму, не расслаиваться и отдавать (фильтровать) воду при кон­такте с пористой поверхностью формы. Такой способ подготовки сырья используют при производстве сложного по форме санитарно-технического оборудования (ванн. раковин, моек и др.) или облицовочных коврово- мозаичных плиток.

В зависимости от степени увлажнения глиняной массы применяют полусухой способ прессования под давлением 15 - 40 МПа, пластический способ формовки с использованием ленточных шнековых прессов, снаб­женных насадкой разного размера и сечения, и метод литья в гипсовые формы или на специальные поддоны в случае изготовления тонких (тол­щина до 2,5 мм) облицовочных плиток. Последние после спекания и охла­ждения наклеивают на специальные бумажные ковры и используют для отделки наружных стеновых панелей в заводских условиях.

На качество готовых керамических изделий большое влияние оказы­вает режим сушки и обжига. Основное назначение сушки изделия-сырца - снижение его влажности, приобретение прочности, достаточной для транспортирования в печь и последующего бездефектного обжига при ми­нимальных энергозатратах. В процессе сушки наблюдается воздушная усадка изделий, которая может привести к появлению деформационных трещин на их поверхности. Повышают трещиностойкость введением опи­лок, отощающих добавок и подбором температурного режима.

Процесс обжига, завершающий при изготовлении керамических из­делий, разделяют на три периода: нагрев до максимальной температуры 950 - 1300 ^оС, зависящей от состава сырья и заданных свойств получаемых изделий, выдержку и постепенное охлаждение до температуры окружаю­щего воздуха. Наиболее ответственны для получения качественной про­дукции максимально допустимые скорости нагрева и охлаждения, которые определяют расчетным путем в каждом конкретном случае. При обжиге изделий происходит спекание керамической массы за счет частичного об­разования стеклорасплава, соединяющего при охлаждении все кристалли­ческие включения, обеспечивая тем самым плотность, прочность и водо­стойкость изделий. Процесс обжига сопровождается незначительными усадочными деформациями, которые называют «огневой» усадкой.

Качество готовых материалов и изделий проверяют согласно ГОСТ и СТБ в лаборатории, после чего их отправляют потребителям или на склад готовой продукции.