Вопрос № 3. Сырьевые, пластические материалы

Пластичные материалы— вещества, образующие при затворении водой жирную вязкую массу, которой посредством внешнего воздействия (формования) может быть придана любая форма. После прекращения воздействия Полученные изделия сохраняют приданную им форму, а после обжига переходят в камнеподобное состояние. К пластичным материалам относятся глинистые породы: глины, каолины и бентониты.

Глинами называются осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов и примесей других минералов и обладающие пластичностью. Глинистые материалы образуются на поверхности земной коры в результате различных геологических процеccoв. Наиболее активным из них является выветривание, т. е. механическое разрушение и физико-химическое разложение горных пород, содержащих кремнезем SiО₂ и глинозем Аl₂О₃. Глины отличаются тонкой дисперсностью¹, которая характеризуется преобладанием частиц размерами менее10 мкм (более 50%) и менее 1 мкм (до 25%). По содержанию тонкодисперсных фракций глины подразделяются на группы (табл. 2).

Таблица 2. Содержание тонкодисперсных фракций в глинах

Группы глин	Содержание частиц, %, размером менее
	10 мкм	1 мкм
Высокодисперсные	Свыше 85	Свыше 60
Среднедисперсные	60...85	40...60
Низкодисперсные	30...60	15...40
Грубодисперсные	Менее 30	Менее 15

Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов. Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты (xАl₂О₃ • ySiO₂ • zH₂O), где х, y , z имеют различные значения.

К важнейшим глинистым минералам относятся: каолинит — Аl₂О₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О, монтмориллонит — (Са, Mg)O • Аl₂О₃ • 4 — 5SiO₂ • xН₂О, гидрослюда (иллит) — К₂О • MgO • 4Аl₂О₃ • 7SiO₂ • 2Н₂О и др.

Мономинеральные глины, состоящие преимущественно из каолинита или минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема А l ₂ О₃, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу.

Важнейшие свойства глин: пластичность, набухание усадка, спекаемость, огнеупорность, способность образовывать устойчивые суспензии.

Пластичность — способность глин образовывать с во дои тестообразные массы, принимающие под давлением любую форму и сохраняющие ее после высыхания. Пластичность зависит от минералогического состава и дисперсности глин. С пластичностью связана способность глин образовывать с отощающими материалами (кварц, шамот и др.) прочную и твердую однородную массу.

По пластичности глины бывают связующие, пластичные, тощие и непластичные. Связующие глины, имеющие наибольшую пластичность, не снижают своей способности образовывать пластичное тесто при добавке более 50% непластичных материалов. В пластичные глины можно добавлять до 50% непластичных материалов, не снижая способности глины образовывать пластичное тесто, в тощие — только до 20%. Непластичные глины не образуют пластичного теста.

Набухание — способность глины увеличиваться в объеме при смешивании с водой. Это свойство зависит от минерального и зернового состава глин.

Воздушная усадка — это уменьшение объема глины и изделий из нее при сушке, а огневая усадка — при обжиге. Воздушная и огневая усадки зависят от минералогического состава глинистого вещества, дисперсности и шлажности изделий. Воздушная усадка тем больше, чем выше пластичность глин. Воздушная усадка колеблется от 1,5 до 13%, огневая — достигает 23% от объема сырого образца. Добавление отощающих материалов снижает усадку.

Спекаемость глин заключается в их способности при обжиге образовывать камнеподобное твердое тело (черепок), характеризующееся высокой механической прочностью и химической стойкостью. Степень спекания зависит от состава глинистой массы и режима обжига. Температура спекания у разных глин колеблется от 450 до 1400°С. По степени спекания при температуре обжига 1350°С глины делятся на сильноспекающиеся, способные при обжиге давать черепок с водопоглощением не более 2%, среднеспекающиеся — с водопоглощением не более 5% и неспекающиеся — с водопоглощением более 5%.

Огнеупорность — способность глин противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорность зависит от химического состава глин, дисперсности, наличия примесей. По огнеупорности глины делятся на высокоогнеупорные (температура плавления 1700°С и выше), огнеупорные (температура плавления от 1580 до 1700°С), тугоплавкие (температура плавления 1350...1580°С) и легкоплавкие (температура плавления менее 1350°С).

Адсорбционные свойства характеризуются способностью глин поглощать из окружающей среды и удерживать на поверхности частиц глинистых минералов те или иные ионы и молекулы. Адсорбционные свойства глин зависят от их состава и дисперсности. Глины, образованные за счет вулканических туфов, обладают наиболее активными адсорбционными свойствами.

Цвет глин, как в сыром, так и в обожженном состоянии зависит от минерального состава и присутствия различных примесей в глинах: даже незначительное количество примесей меняет основную окраску глин. Мономинеральные глины имеют обычно белый или светло-серый цвет, каолин — чаще белый, желтоватый, серый. Зеленая и голубая окраска разной степени интенсивности присуща гидрослюдистым глинам. Гидрооксиды и оксиды железа придают глинам оттенки желтого, красного и фиолетового цветов; оксиды марганца — буроватый цвет. Наличие различных минеральных компонентов дает смешанную окраску, часто неравномерную по слою. Органические примеси окрашивают глины в серый, темно-серый и черный цвета.

По цвету обожженного черепка различают беложгущиеся глины (белый черепок), светложгущиеся (светло-желтый, светло-серый черепок), темножгущиеся (красный, коричневый оттенок черепка).

По содержанию красящих оксидов (Fe ₂O₃ + ТiO₂ ), от которого зависит цвет глиняного черепка, глины подразделяют на четыре группы: с весьма низким содержанием (до 1%) красящих оксидов, с низким содержанием красящих оксидов (Fe₂O₃ менее 1,5%, ТiO₂ менее 1%), со средним содержанием красящих оксидов (Fe₂O₃ 1,5...3%, ТiO ₂ 1...2%), с высоким содержанием красящих оксидов (Fe₂O₃ более 3%; ТiO ₂ более 2%).

¹ Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц

Вопрос № 4. Отощающие материалы и добавки

Отощающие материалы — это добавки к пластичным материалам, снижающие пластичность и усадку масс при сушке и обжиге. Отощающие материалы вводят в керамические массы для регулирования их структурно-механических и технологических свойств. К ним относятся кремнеземистые материалы, шамот (обожженная глина), череп (бой) глазурованных и неглазурованных

изделий. В керамической промышленности в основном применяют кремнеземистые материалы: жильный кварц, кварцевые пески, кварцевые отходы каолиновых обогатительных фабрик (побочный продукт), кварц из пегматитов, диатомит, трепел, а также бой изделий.

Наиболее качественные отощающие материалы — жильный кварц и кварц из пегматитов. Их основная составляюшая — кремнезем SiO₂ — может быть в различных формах: р- и а-кварц, α-, β - и γ-тридимит, α- и β-кристобалит и кварцевое стекло. В процессе обжига керамических изделий кремнезем претерпевает модификационные превращения, которые существенно влияют на качество продукции, так как сопровождаются обратимыми изменениями объема изделий. Например, модификация кварца в виде γ -тридимита при температуре 117°С переходит в β-тридимит, при этом изделия увеличиваются в объеме на 0,2%; β-кристобалит при температуре 180...270°С переходит в α -кристоболит с увеличением в объеме на 2,8%; β-кварц при температуре 573°С в α-кварц с увеличением в объеме на 0,82%. Поэтому при обжиге в этих интервалах температур, особенно при температуре 573°С требуется определенная выдержка изделий без резкого, подъема температуры. В противном случае возможно их растрескивание, Этот эффект используют для облегчения помола кварца, который обжигают при температуре 900°С, а затем резко охлаждают. В результате куски кварца растрескиваются и затем легко измельчаются.

В качестве искусственных отощающих добавок применяют шамот и бой керамических изделий. Шамот поручают специальным обжигом огнеупорных глин с по-последующим их измельчением. Бой изделий в производстве художественной керамики используют также после Предварительного измельчения.