содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Состав глинистых материалов в производстве керамических изделий

Свойства глинистых материалов определяются их минералогическим, гранулометрическим и химическим составом. Состав глинистых материалов влияет на технологические свойства сырья — пластичность, связность и связующую способность, воздушную и огневую усадку, огнеупорность, температуру и интервал спекания и другие — и в значительной мере предопределяет области возможного использования сырья (тонкая или грубая керамика и др)

Минералогический состав характеризуется наличием в глинистом сырье каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и реже других минералов. В зависимости от минералогического состава глин их делят на мономинеральные и полиминеральные.

В производстве тонкой керамики широко используют каолины, а также каолинитовые огнеупорные и тугоплавкие глины, содержащие преимущественно минералы каолинитовой группы, описываемые общей химической формулой Al2О3-2SiО2-2H2О.

В качестве примесей в глинах присутствуют кварц, полевой шпат, галлуазит, бейделит и др. Эти примеси не являются вредными и учитываются при расчете масс. Минералогический состав, например, полиминеральной огнеупорной часов-ярской глины следующий, %: каолинита до 60, монотермитд 11—35, кварца до 20. Низкоценные сорта полиминеральных глин обычно используют в производстве строительной керамики. Вредные примеси в глинистом сырье — карбонаты кальция и магния, рутил, гематит, магматит, пирит, гипс и другие железо и серосодержащие минералы.

Минералогический состав глин определяет их формовочную способность, поведение при обжиге и др.

Химический состав глинистых материалов колеблется в широких пределах. Глины всегда содержат SiО2, А12О3 и Н2О, а также незначительные количества примесей в виде соединений Fe, Са, Mg, Ti, К, Na. Обычно в состав глин и каолинов входят органические примеси. Влияние каждой составляющей химического состава глинистых материалов определяется не только количеством, но и главным образом видом минерала и физическим состоянием этой составляющей.

Повышенное (до 80% и более) содержание Si02 указывает на запесоченность сырья. С повышением содержания SiО2, не связанного с А1203 в глинистых минералах, снижается связующая способность глин, прочность в высушенном и обожженном состоянии, повышается пористость обожженных образцов.

По содержанию А120з+ТЮ2 в прокаленном состоянии глинистое сырье разделяют на группы: высокоосновные (Во)—Al2О3+TiО2 более 40%; основные (Ос)—30—40; полукислые (Пк) — 15—30; кислые (К)—менее 15%. Высокое процентное содержание А1203 обусловливает огнеупорность глин, а низкое — при повышенном содержании К2О и Na20 — указывает на их легкоплавкость. Чем больше глины содержат А1203 и щелочей, тем раньше они спекаются, сохраняя огнеупорность (большой интервал плавкости).

При наличии более 0,5% щелочей, входящих в состав глин в виде сернокислых или углекислых солей, ухудшается формовочная способность глин, повышается их зыбкость, снижается огнеупорность, возможно образование на поверхности изделий из них белого налета (выцветов) .

Соединения железа понижают огнеупорность глин, придают им окраску от светло-кремовой до вишневокрасной, что особенно нежелательно в производстве тонкокерамических изделий белого цвета. Эти примеси могут быть причиной образования на поверхности изделий темных точек (мушек), выплавок или вздутий. В прокаленном состоянии глинистое сырье бывает с весьма низким содержанием красящих оксидов Fe2О3 и ТiО2 (F203 отсутствует, TiО2 до 1%), с низким (Fe203 менее

1,5%, ТiО2 менее 1%), со средним (Fe2О3 1,5—3%, ТiО2 1—2%) и с высоким (Fe2О3 более 3%, ТiО2 более 2%). Глинистое сырье со средним и высоким содержанием красящих оксидов оценивают также по равномерности окраски обожженного черепка.

Соли щелочноземельных металлов (1—2,5%) в виде карбонатов или сульфатов (гипс) также являются вредной примесью, так как понижают огнеупорность глин, уменьшают интервал спекания и увеличивают усадку, повышают пористость обожженных изделий, понижают прочность и морозостойкость изделий.

Данные химического анализа позволяют определить возможность использования глинистого сырья в различных керамических производствах (рис. 2).

Гранулометрический состав глин и каолинов оказывает большое влияние на их технологические свойства —

и каолинов — тонкодисперсная, имеющая размер менее 1 мкм. Глинистые частицы, находясь в коллоидном или чаще в предколлоидном состоянии, представляют собой высокодисперсные (1—0,01 мкм) кристаллы, имеют хорошо выраженную трех- или двухмерную повторяемость основных структурных элементов в пространстве.

В тройной системе AI2O3—SiO2—Н2O глинистые минералы располагаются в местах, указанных на рис. 3. Содержание таких фракций составляет в глинах 65—93, каолинах 27—46% и более. Эта фракция определяет поведение глинистых материалов при увлажнении водой и обжиге. Суммарный гранулометрический состав характеризуется удельной поверхностью зерен (в м2/г) и составляет от 14 (каолин новоселицкий) до 73 м2/г (бентонит черкасский) и более. Водозатворение, пластичность, воздушная усадка, прочность в высушенном состоянии и реакционная способность при обжиге тем выше, чем больше содержание тонкодисперсной фракции в глинистых материалах.

Почти во всех каолинах с уменьшением величины зерна возрастает содержание AI2O3, а содержание

SiO2, K2O и Na2О уменьшается, т. е. уменьшается количество силикатных загрязнений (песка, полевого шпата, слюды).

Различие в гранулометрическом составе глин и каолинов проявляется также и в том, что плотность каолинов выше, а воздушная усадка в 2—4 раза ниже, чем у глин, прочность после сушки при 110° С значительно уступает прочности глин после сушки.

Повышенная гигроскопичность глинистого сырья указывает на его тонкодисперсность и повышенную пластичность.

Тонкодисперсные минералы — каолинит, бейделит, галлуазит, монтмориллонит и другие образуют глинистое вещество (глинистую субстанцию), определяющее состав и основные технологические свойства глинистых материалов.

По содержанию тонкодисперсных фракций глинистое сырье делят на высокодисперсное, дисперсное и грубодисперсное, которые характеризуются процентным содержанием в сырье частиц размерами менее 10 и менее

1 мкм. Высоко дисперсные глины содержат более 60% частиц менее 1 мкм, дисперсные соответственно — 40—95 и 20—60 и грубодисперсные соответственно — менее 40% и менее 20%. При наличии обоих показателей (содержание частиц размерами 1 и менее 10 мкм) классификацию производят по содержанию частиц размером менее 1 мкм.

Содержание крупнозернистых включений характеризуется их количеством, размером и видом. По количеству различают глинистое сырье с низким содержанием включений размером более 0,5 мм (не более 1%), со средним (от 1 до 5%) и высоким (более 5%).

По виду включений глинистое сырье делят на пять групп: с кварцевыми включениями (кварцевый песок, кварциты, сланцы, обломочные силикатные горные породы), с железистыми (сидерит, пирит, лимонит, гидрослюды железа и др.), с карбонатными (кальцит, доломит и др.), с гипсовыми (гипс), с органическими (растительные остатки, торф, уголь и др.).

Кроме глин и каолинов в керамическом производстве используют бентонитовые глины. Бентонитовые глины образовались в результате расстекловывания и химических превращений стекловидной фазы вулканических туфов, лавы, пепла. Основной минерал бентонитовых

глин __ монтмориллонит, сопутствующие — кварц, карбонаты, полевой шпат, слюда, лимонит, каолинит и др.

Бентонитовые глины высокодисперсные, пластичные, поглощают много воды при затворении, склонны к значительному набуханию. Они содержат от 1,75 до 2,25% красящих оксидов Fe2О3 +  TiО2.

Бентониты используют в производстве фарфоровых изделий в качестве пластифицирующих добавок, улучшающих формовочные свойства масс и повышающих прочность и водоустойчивость полуфабриката после сушки.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..