4. Оценка сырья стандартными методами

4.1. Физико-механические исследования

1. Макроскопическое описание

Общие сведения

Макроскопическую характеристику составляют на основании осмотра валовой пробы глины с помощью лупы или невооруженным глазом. При этом отмечают ее следующие признаки: размер кусков, цвет, оттенок (в сухом и влажном состоянии), структуру, текстуру, содержание примесей и включений, наличие прослоек.

ГЛИНЫ относятся к полиминеральным осадочным горным породам. Основными компонентами, придающими глинам специфическое свойство - пластичность, являются глинистые минералы. Примеси и включения уменьшают пластичность сырья и изменяют его свойства.

Цвет

Окраска глин разнообразна, изменяется от белого цвета до черного, и зависит от физического состояния породы, вида преобладающего глинистого минерала, вида, количества и дисперсности примесей.

Цвет глин, не загрязненных посторонними примесями, определяется естественной окраской глинистых минералов: каолиновые глины имеют цвет от белого до светло-серого; монтмориллонитовые - белый с зеленоватым или розоватым оттенком; гидрослюдистые - зеленоватый или голубоватый.

Примеси окрашивают глины в различные цвета: органические придают глинам цвет от серого до черного; гидроксиды железа - от розоватого до желтого и желтовато-бурого; окись железа - от красного до красновато-бурого; закись железа - от голубоватого до серо-черного; оксид марганца - бурый; железисто-магнезиальные минералы и хлориты - зеленоватый; силикаты железа, сернистое железо - голубоватый оттенок; оксид титана придает глине серый цвет. Значительное содержание органических примесей может маскировать содержание оксидов железа, придавая глине цвет, от коричневого до черного. Неоднородность окраски обуславливается неравномерным распределением красящих веществ. Интенсивность окраски в большей степени зависит от их дисперсности, чем от количества. Наибольшую яркость придают примеси, находящиеся в коллоидном состоянии. В сухом состоянии глина имеет более светлую окраску, чем во влажном.

Описание цвета глины производится в воздушно-сухом состоянии. При этом отмечают основной, цвет, цвет участков, наличие полос и пятен.

Структура и текстура

Характер строения частиц (зерен) минеральных пород называется структурой, а их взаимное расположение - текстурой.

По структуре различают глины тонкодисперсные, крупнодисперсные, алевритовые, песчаные и разнозернистые.

Тонкодисперсные глины, состоящие в основном из частиц менее 0,001 мм, при скатывании из массы в состоянии формовочной влажности образуют без разрыва оплошности длинные шнуры диаметром менее 0,5 см. При раскатывании влажной глины в руках отдельные частицы ее не ощущаются, при разрезании ножом не слышно характерного хруста, а в месте разреза поверхность сечения гладкая. При рассматривании глины в лупу видно, что она имеет однородную массу излом - чешуйчатый или очень ровный, для уплотненных глин - иногда раковистый.

Крупнодисперсные глины при скатывании дают более толстые короткие шнуры. При растирании влажной глины в руках и разрезании теста ножом чувствуется примесь частиц более крупных, чем глинистых, слышен хруст. В лупу иногда видны отдельные мелкие, зерна минеральных примесей. Излом породы слабошероховатый.

Алевритовые глины при раскатывании во влажном состоянии дают короткие шнуры. При разрезании ножом глина хрустит. В лупу видны отдельные крупные частицы минералов, которые можно легко отделить, если на ладони слегка отмыть глину, удалив глинистые и пылеватые частицы. Излом породы неровный, шероховатый.

Песчаные глины дают при скатывании еще более короткие и толстые быстро рвущиеся шнуры. Наблюдается присутствие частиц более 0.01 мм. Излом породы неровный, зернистый.

Текстура глинистых пород бывает следующих типов: по плотности - рыхлая, плотная и камневидная; по степени упорядоченности - беспорядочная (неориентированная), ориентированная, флюидальная (спутанная) - типа сланцеватой; по характеру расположения слоёв - горизонтально-слоистая, косослойная, линзовидно-слоистая, сложная (включающая три первые разновидности слоистой текстуры в разных сочетаниях); по однородности - однородная и неоднородная.

Тип текстуры можно определить по характерным признакам:

рыхлая - при сжатии пальцами или ударе молотка кусок сухой глины легко измельчается в порошок. Присуща супесям, сильно запесоченным суглинкам, лессовидным суглинкам и др.;

плотная - при ударе кусок сукон глины деформируется или раскалывается на сравнительно крупные куски, но не рассыпается, в порошок. Характерна для высокопластичных легкоплавких, кирпичных и некоторых огнеупорных глин;

камневидная - для ее измельчения требуется значительное усилие;

слоистая - заметна слоистость, сухая глина может быть разделена на отдельные пластинки;

беспорядочная - частицы расположены без какой-либо ориентировки;

микрослоистая - частицы породы располагаются ориентированно, как бы слоями;

флюидальная (спутанная) - является продуктом вторичного нарушения микрослоистых текстур;

неоднородная - заметны прослойки другой породы, крупные участки глины отличаются один от другого по плотности.

Примеси и включения

Примесями в глинах называют соединения, не являющиеся глинообразующими минералами. Они могут быть тонкодисперсными, равномерно распределенными в глине частицами или крупными включениями. Крупные частицы размером более 0,5 мм называют включениями.

Включения ухудшают внешний вид изделия, образуя выплавы, "дутики" и пр., ухудшают некоторые свойства изделий. Примеси влияют на цвет, огнеупорность, вспучиваемость, спекаемость и другие свойства керамических изделий. В глинах часто встречаются примеси карбонатов, кварца, гипса, слюды и других минералов. Минеральные примеси и включения обычно определяют визуально.

Карбонаты кальция и магния (CaCO₃ - кальцит, MgCO₃ - магнезит, CaCO₃ּMgCO₃ -доломит) наиболее распространены в глинах, особенно низкого качества. Встречаются в тонкодисперсном состоянии или в виде грубых включений. Тонкодисперсные примеси в небольших количествах безвредны. Крупные включения карбонатов (более 0,5 мм - "дутики") приводят к образованию в процессе обжига кусочков CaO, которые гидратируются в готовых изделиях, поглощая влагу из воздуха по реакции гашения извести, протекающей со значительным изменением объёма:

CaO + H₂O = Ca (OH) ₂ + 4,2 кДж.

При наличии "дутиков" необходима тщательная переработка сырья. При грубой переработке наличие, "дутиков" служит основанием для заключения о непригодности сырья для керамического производства. Все карбонатные минералы сравнительно маломощные (твердость около 3) и имеют цвет от белого до серого.

Наличие CaCO₃ в глине легко обнаруживается при действии на влажную глину 10%-ной HCl; а MgCO₃ - при действии горячей 10%-ной HCl. Выделение углекислого газа ("вскипание") свидетельствует о наличии в глине карбонатных соединений.

Кварц (SiO₂) - окатанные бесцветные, молочные или слабоокрашенные прочные зерна. Имеет твердость 7 по шкале Мооса. При разрушении зерен излом раковистый, острый.

Полевой шпат - прочные (твердость равна 6) включения белого, серого или розового цвета. Частицам свойственна спайность в двух направлениях, для ортоклаза (К₂ОּAl₂O₃ּ6SiO₂) угол между спайностями 90º. На плоскостях спайности наблюдается стеклянный блеск.

Пирит (FeS₂) - серный или железный колчедан, шаровидные включения светло-желтого цвета с металлическим блеском. Твердость - 6-6,5. Встречается в виде скоплений иногда значительных размеров. Другая разновидность FeS₂ - марказит имеет несколько меньшую твердость - 5-6.

Гипс (гипсовый камень - СaSO₄ּ2Н₂O). Чистые разновидности гипса прозрачны, но обычно он окрашен примесями, в серый, желтый, розовый и другие цвета. Кристаллы малопрочные (твердость 2).

Ангидрит (СаSO₄) - отличается от гипса большей твердостью. Имеет светлые цвета - белый, зеленоватый, светло-серый, серовато-голубоватый.

Пирит и гипс являются сильными плавнями. При обжиге пирит сплавляется в черный железистый легкоплавкий шлак и вытекает из изделия, образуя на поверхности пустоты или "мушки"; гипс сплавляется с глиной в прозрачное стекло.

Слюда встречается в глинах в форме бинта железомагнезиальной слюды черного цвета и мусковита - калиевой слюды белого цвета с серебристым оттенком. Обладает совершенной спайностью, легко расщепляется на тончайшие плёночки. У мусковита листочки прозрачные.

Гидроксиды железа. Основная их часть обычно, находится в тонкозернистом состоянии и равномерно распределяется по всей массе глинистой породы. Могут сосредотачиваться на поверхности раздела между слоями в виде желто-бурых и бурых пленок, окаймлений, налетов и даже конкреции.

Органические вещества встречаются в виде включений (мелкие частицы угля, неразложившиеся остатки органических веществ растительного и животного происхождения) и тонкодисперсных примесей (гумусовые вещества - продукт жизнедеятельности микроорганизмов).

Растворимые соли. В больших или меньших количествах растворимые соли (хлориды, сульфаты, карбонаты) содержатся почти во всех глинистых породах. При высыхании глины образуют на поверхности светлый налет; белый, желтоватый, зеленоватый. Кроме перечисленных примесей и включений, в глинах могут присутствовать и другие в виде обломков горных пород.