Плавни в керамических массах играют роль отощающих добавок. При обжиге
плавни способствуют образованию легкоплавкого расплава, снижают
температуру обжига изделий, повышают плотность черепка. В качестве
плавней в массах тонкокерамических изделий используют полевой шпат,
пегматит, нефелиновый сиенит, перлит, мел, доломит, тальк и другие
материалы. Действие плавней в массе не одинаково. Полевые шпаты,
пегматиты, нефелиновые сиениты сами переходят в расплав, Мел, доломит,
тальк образуют расплав при взаимодействии с глинистым веществом, кварцем
и другими компонентами массы.
Полевые шпаты составляют большую группу алюмосиликатов К, Na, Са и реже
Ва, широко (до 60%) представленную в земной коре минералами: ортоклазом
(микроклином) К2О-Al2О3-6SiО2, альбитом
Na2О-Al2О3-6SiО2, анортитом CaО-Al2О3-2SiО2 и др. В чистом виде они
встречаются редко, так как, смешиваясь друг с другом, образуют твердые
растворы.
По минералогическому составу полевые шпаты разделяются на три группы:
натриево-калиевые полевые шпаты (ортоклазы), натриево-кальциевые полевые
шпаты (плагиоклазы) и калиево-бариевые полевые шпаты (гиалофаны).
Калиевый полевой шпат К2О*АL2О3
*6SiO2 имеет окраску белую, кремовую до
темно-красной, плотность 2,56—2,58 г/см3. Температура плавления
1130—1450°С. В природе встречаются две его разновидности — микроклин и
ортоклаз, имеющие одинаковый химический состав, но отличающиеся
кристаллографическими и кристаллооптическими свойствами.
Натриевый полевой шпат Na2O*Al2O3*6SiO2
— альбит, белого цвета или с оттенками других цветов — красного,
желтого, серого и др. Плотность его 2,62 г/см3, Температура плавления
1120—1250° С.
Кальциевый полевой шпат СаО • А12О3* 2SiО2 — анортит, имеет желтоватый цвет,
плотность 2,76 г/см3. Температура плавления 1250—1550° С. С увеличением
содержания оксида кальция в полевом шпате снижается прозрачность
расплава. Поэтому лучше применять щелочные полевые шпаты с содержанием
анортита менее 20%.
Лучшие виды плавней для твердого фарфора натриево-калиевые полевые
шпаты, в которых преобладает ортоклаз. Полевые шпаты этой группы
обладают низкой температурой плавления и достаточно большим интервалом
между спеканием и плавлением 140—220° С, а соотношение К2О и Na2О должно
быть не менее 2. При прокаливании при 1350° С пробы, предварительно
прошедшей через сито № 0112 (2630 отв/см2) для I сорта и
№ 0071 (6400 отв/см2) для II и III сортов, на ней не должно быть черных
точек (мушек).
Полевые шпаты в чистом виде встречаются редко в крупнокристаллических
магматических породах (пегматитовых жилах), и запасы их весьма
ограничены. Чаще они встречаются в различных соотношениях в виде
природных смесей минералов, загрязненных биотитом, магнетитом,
пироксеном, амфиболами и др. Изоморфная смесь альбита и анортита
образует плагиоклазы белого, серого, розового цвета с плотностью
2,62—2,76 г/см3. По содержанию анортита плагиоклазы делятся на три
группы: кислые (до 30%), средние (до 60%) и основные (более 60%). Как
плавни, плагиоклазы ниже полевых шпатов по качеству, так как имеют более
высокую температуру плавления и меньший интервал спекания, чем у
ортоклазов.
Основные разведанные и эксплуатируемые месторождения полевых шпатов
расположены в Карельской АССР и Мурманской обл. (Куру-Ваара,
Хето-Ламбина и др.), Сибири (Нарын-Кунтинское), Средней Азии (Карич-Сайское),
на Урале (Вишневогорское, Алапевское).
Пегматиты — полевые шпаты, проросшие кварцем. Они широко используются в
керамических массах в качестве заменителей полевых шпатов. Содержание
кварца в пегматитах колеблется от 30 до 35%, полевого шпата от 65 до
70%.
Пегматиты, как и полевые шпаты, используемые в производстве
тонкокерамических изделий, должны удовлетворять требованиям ГОСТ. В
кусковом сырье содержание оксида железа не должно превышать 0,2%, а
СаО+MgO — 1,5%, K2О + Na2О должно быть не менее 12%
(марка Ш1К) и 8% (марка П1К) при массовом соотношении К2О : Na2О не
менее 3. Содержание свободного кварца не более 8% (марка Ш1К) и 30%
(марка П1 К).
Температура плавления пегматитов 1230—1300° С. Как и плагиоклазы-,
пегматиты имеют непостоянный состав как по размерам зерна, так и по
содержанию кварца, микроклина, плагиоклаза, что учитывается при расчете
масс.
Основные эксплуатируемые месторождения пегматитов расположены в
Карельской АССР (до 80% общей добычи), на Украине, Урале, в Сибири.
Нефелиновый сиенит представляет собой горную породу, содержащую минералы
нефелина K2О*3N2О * 2Al2О3-9SiО2, альбита Na2О * Al2О3-6SiО2, микроклина
К2О • А12О3 • 6SiО2, а также примесей слюды, магнетита и др. Плотность
его 2,58—2,64 г/см3, температура плавления около 1200° С. Содержание
щелочей в нефелине составляет 20—30%.
Нефелиновые сиениты обычно загрязнены железистыми примесями и в
производстве фарфоровых и фаянсовых изделий бытового назначения до
настоящего времени не используются. Их применяют в производстве
химически стойких изделий, плиток для полов, фаянсовых облицовочных
плиток, покрываемых глухими (непрозрачными) глазурями, в количествах
20—30% по массе.
Опыт использования нефелинового сиенита показывает, что введенный взамен
полевого шпата в эквивалентно-молекулярных количествах он снижает
температуру спекания массы не меньше, чем полевой шпат, а в отдельных
случаях и больше, увеличивает сопротивление разрыву и повышает
эластичность черепка. Ввод в массу нефелинового сиенита снижает
пористость черепка, несколько повышает механическую прочность и огневую
усадку, уменьшает склонность к образованию цека глазури.
Наиболее крупные месторождения нефелиновых сиенитов находятся в
Удерейском р-не Красноярского края, в Хакасской автономной области —
Булан-Кульское, в УССР — Мариупольское, на Урале — Чистогоровское и др.
Перлиты — стекловидные вулканические породы, имеющие температуру
размягчения 1040—1070° С, температуру плавления 1300—1320 С. дни
вводйтся в керамические массы в качестве заменителя полевого шпата в тех
случаях, когда не требуется высокая белизна изделия. Основное
месторождение перлитов, пригодных для использования в керамических
массах, Арагадкое в Армянской ССР.
Использование заменителей полевого шпата экономически выгодно, так как
расширяет сырьевые ресурсы керамической промышленности, высвобождает
ресурсы полевого шпата для применения в глазурях и массах для изделий
специального назначения, снижает транспортные расходы за счет
использования местного сырья. При хорошем обогащении заменителей
полевого шпата получают высококачественные изделия.
Тальк 3MgО-4SiО2-H2О с плотной структурой называют жировиком, или
стеатитом. Минералогический состав талька: тальк — 94—99%, хлориты 1—6,
рудные минералы — менее 1%. Огнеупорность талька 1490— 1510° С.
В массах облицовочных плиток, огнеупорного припаса, специальной керамики
и других изделий используют тальк Онотского, Миасского, Шабровского
месторождений.
Мел, мрамор СаСО3 и доломиты CaCО3*MgCО3 реже используются как добавки в
массу и широко применяются для приготовления глазури.
Карбонатные материалы не должны содержать вредных примесей, особенно
железистых. Качественные доломиты должны содержать Fe203 не более 0,2% (I
сорт) и 0,3% (II сорт); для глазурей соответственно — 0,1 и
0.15.. Содержание Si02 не должно превышать 3% для
I и II сортов. Флюсующее действие доломита выше, чем мела и мрамора,
особенно при температурах выше 1100° С. Карбонатные породы широко
распространены на территории страны. Известны Белгородское, Кричев-ское,
Кушниковское, Шидловское и другие месторождения мела и известняков.
Основные месторождения доломитов: Щелковское, Билимбаевское, Боонийское,
Ков-ровское и др.
Вопросы для самопроверки
1. Какова роль плавней в керамических массах?
2. Что представляют собой полевые шпаты и пегматиты как плавии?
3. Заменители полевых шпатов, их особенности.
4. Чем выгодно использование заменителей полевого шпата в керамических
массах?