51

4 Технология производства кирпича керамического

4.1 Применяемое сырье

Качественные характеристики керамического кирпича (морозостойкость, прочность, внешний вид) напрямую зависят от глинистого сырья, используемого в производстве. Собственно глина представляет собой горную породу, очень сложную и непостоянную по составу входящих в нее минералов, а также по физическим и технологическим свойствам. Глины обладают способностью размокать, распускаться в воде на отдельные частицы, образуя, в зависимости от количества воды, либо пластичное тесто, либо жидкие смеси, в которых мельчайшие частицы глины находятся во взвешенном состоянии.

Основными требованиями к глине как главному сырью для производства керамического кирпича являются низкое содержание крупно−зернистых включений, хорошие сушильные свойства и способность сырья к формованию. Кирпичные глины не должны содержать щебня, гальки, гравия, крупных кусков известняка, гипса и других примесей. Чаще всего для производства кирпича используются легкоплавкие песчанистые и мергелистые глиняные породы, различные по минеральному составу и цвету.

Чтобы выпускать продукцию с высокими техническими характеристиками, необходимо длительное время использовать в производстве постоянный состав глины. Это позволяет подобрать наиболее оптимальный вариант режимов сушки и обжига. В ином случае достичь хорошего качества кирпича не удастся.

Едва ли не самое главное свойство глины, которое необходимо учитывать в производственном процессе − пластичность. Под «пластичностью» понимается способность глиняного теста принимать и сохранять любую форму в сыром виде. В зависимости от степени пластичности выделяют 5 групп глин − от высокопластичных до непластичных. В этой же связи распространено деление глин на «жирные» и «тощие» (супеси, суглинки) , по степени загрязненности глинистого сырья кварцевым песком. Кварцевый песок − наиболее частая и почти всегда преобладающая примесь в глинах, особенно в месторождениях глин остаточного типа. В «жирных» глинах песка мало, а в «тощих» его много.

Для производства качественного керамического кирпича наиболее подходят глины, не требующие дополнительных добавок, преимущественно средней пластичности (жирности). Если глина будет слишком жирной, то кирпич долго сохнет, может давать трещины. В свою очередь, использование тощих глин

негативно отразится на важнейших характеристиках кирпичей − прочности и морозостойкости. Тем более не стоит применять сырье, содержащее включения известняка. При обжиге известняк превращается в известь, которая гасится под действием влаги воздуха, увеличивается в объеме и разрушает изделие.

О качестве глины можно судить, сделав простой срез. Блестящий жирный срез − признак высокопластичных глин, которые в состоянии нормальной густоты прилипают к ножу. Чем более матовая и ровная поверхность среза, тем меньшей пластичностью характеризуется сырье. Определяют пластичность и таким образом: придав опытному образцу необходимую густоту, делают шарики диаметром 4 − 5 см. Затем кладут их на гладкую доску и сверху медленно надавливают дощечкой, пока не сплющатся до половины толщины. Если на смятом шарике не появится трещины, значит глина пластична, если трещины появятся, глина мало пластична. Образцы из очень тощей глины разваливаются на куски.

Глины могут иметь самый различный цвет − от белого до черного. И в известной степени цвет может характеризовать качество глины. Белые и светло-серые глины всегда содержат мало железа и обычно бывают огнеупорными или тугоплавкими. Красно-желтый или красно−бурый цвет глины указывает на то, что она не обладает огнеупорностью и пригодна только для грубой керамики. Черный цвет глины указывает на большую примесь в ней органических веществ.

Химический состав глин глин включает глинозем Al₂O₃, кремнезем SiO₂, оксид железа Fe₂O₃, оксид кальция CaO, оксид натрия Na₂O, оксид магния MgO и оксид калия K₂O. Изменение химического состава заметно отражается на свойствах глин. Так, при повышенном содержании SiO₂ , не связанного с Al₂O₃ в глинистых минералах, уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и снижается их прочность. Соединения железа, являясь сильным плавнем, понижают огнеупорность глины. Оксид кальция уменьшает огнеупорность, увеличивая усадку при обжиге и пористость, что в свою очередь снижает прочность и морозостойкость изделий. Оксиды Na₂O и K₂O понижают температуру спекания глины. Цвет обожженного черепка зависит главным образом от содержания оксидов железа, которые окрашивают керамические изделия в красный или чаще в темно-коричневый цвет.

Органические вещества в глинах в виде остатков растений и гумусовых веществ снижают огнеупорность глин, повышают пластичность за счет большого количества связанной воды и, следовательно, повышает воздушную усадку. С увеличением их содержания увеличивается пористость и снижается механическая прочность изделия.

Каолинит не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды, при сушке он сравнительно легко отдает присоединенную воду. Каолиниты огнеупорны, малопластичны, имеют белую окраску. Они являются основным сырьем для производства керамических изделий.

Монтмориллонит интенсивно поглощает довольно большое количество воды, прочно ее удерживает и трудно отдает при сушке. При увлажнении он сильно набухает. Глинистые породы, в которых преобладают монтмориллонитовые минералы, называются бентонитами. Такие глины высокопластичны, дают большую воздушную усадку, имеют склонность к трещинообразованию в процессе сушки и вспучиванию в процессе обжига. Бентониты используют в качестве добавок в массы для повышения их пластичности связующей способности.

Гидрослюда имеет в свое составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Эти глины по степени связи с водой и по своим свойствам занимают среднее положение между каолинитом и монтмориллонитом. Они среднепластичны, имеют пониженную температуру спекания, широко применяются для призводства строительной керамики.

В зависимости от количественного преобладания того или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, гидрослюдисто−каолинитовые и др.

Глины широко распространены в природе и обычно залегают на небольшой глубине от поверхности. Все это делает их дешевым видом минерального сырья. Тем не менее перевозки их на дальние расстояния нецелесообразны. В качестве производственного сырья глины стараются по возможности использовать на месте. Практически все кирпичные заводы обязательно строятся на самом месторождении глин, так как гораздо выгоднее подвозить к заводу более дорогое топливо, чем огромные массы влажной и очень тяжелой глины. Поскольку кирпичное производство − самый крупный потребитель глин, в производстве особо строгих требований к сырью не предъявляется. Для выработки обычного строительного кирпича применяются широко распространенные легкоплавкие песчанистые («тощие») глины любого цвета. Месторождения таких глин встречаются почти повсюду и на них базируется большинство кирпичных заводов.

Для придания необходимых свойств как глинам, так и изделиям из них в состав глиняного сырья вводят различные материалы и добавки.

Отощающие материалы добавляют к пластичным глинам для уменьшения воздушной огневой усадки, а так же для предотвращения деформаций и трещин в керамических изделиях. В качестве отощающих материалов используют кварцевые пески, дегидратированную глину, шамот, шлаки, золы и др.

Дегидратированную глину получают нагреванием обычной глины примерно до 600 – 700 °С (при этой температуре она теряет свойство пластичности). Шамот изготавливают обжигом в основном огнеупорных или тугоплавких глин при 1000 – 1400 °С с последующим их помолом. Кроме того, используют измельченный бой керамических изделий.

Флюсующие материалы (плавни), введенные в состав сырьевой массы, способствуют снижению температуры обжига изделий и повышению степени спекания массы. Плавни в процессе обжига вступают во взаимодействие с глинистым веществом и образуют более легкоплавкие соединения, чем чистая глина. В качестве плавней используют полевые шпаты, железную руду, стеклобой доломит, магнезит, тальк, кристаллические сланцы и др.

Выгорающие добавки вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества которые при обжиге изделий выгорают (древесные опилки, угольный порошок, золы ТЭЦ и др.). Такие добавки одновременно являются и отощающими.

Обогощающие и пластифицирующие добавки (высокопластичные и бентонитовые глины, отходы при добыче угля, сульфитно−спиртовую бурду и др.) вводят в глиняную смесь для обогощения малоглиноземного сырья, увеличения его пластичности, улучшения формовочных и сушильных свойств глин.