Министерство образования и науки
республики казахстан
Южно-казахстанский государственный университет им. М.ауезова
Специальность 050720 - Химическая технология неорганических веществ,
Специализация - Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Проект цеха "Обжиг" по производству керамического кирпича М 150
Куланина М.К.
Шымкент, 2011
Аннотация
В данной дипломной работе поставлено решение актуальной на сегодняшний день проблемы - получение кирпича низкой себестоимости при меньших затратах на сырье. Проведены исследования по получению кирпича из лесса с добавлением в сырьевую смесь синтетического волластонита и природного цеолита с целью повышения качества керамического кирпича, а также был спроектирован цех по производству керамического кирпича М 150 производительностью 15 млн. штук условного кирпича в год в городе Туркестан.
Нормативные ссылки
В настоящем дипломном проекте использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи.
ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы.
ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам.
ГОСТ 2.111-68 ЕСКД. Нормоконтроль.
ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.
ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии.
ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные.
ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы.
ГОСТ 2.306-68 ЕСКД. Обозначения графические материалов и правила их нанесения на чертежах.
ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения надписей на чертежах, технических требований и таблиц.
ГОСТ 2.321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные.
ГОСТ 8.417-81 ГСИ. Единицы физических величин.
ГОСТ 15.011-82 Порядок проведения патентных исследований.
ГОСТ 6.38-90 Система организационно-распорядительной документации.
Требование к оформлению документов.
МИ ЮКГУ 4.7-007-2004 Дипломное проектирование (Дипломная работа).
ФС ЮКГУ 4.6-001-2004 Правила оформления учебной документации. Общие требования к текстовым документам.
ФС ЮКГУ 4.7-001-2004 Нормоконтроль документации системы менеджмента качества и дипломного проекта (работы).
ФС ЮКГУ 4.6-003-2004 Правила оформления учебной документации. Общие требования к графическим документам.
ФС ЮКГУ 4.6-003-2004 Правила оформления учебной документации. Основные надписи.
ГОСТ 7025-91 Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости.
ГОСТ 530-80 Кирпич и камни керамические. Технические условия.
ГОСТ 530-2007 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия.
ГОСТ 9169-75 Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация.
ГОСТ 7484-78 - Кирпич и камни керамические лицевые. Технические условия.
ГОСТ 12.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.
ГОСТ 12.1.003-83 Шум. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.4.011-75 Средства защиты работающих. Классификация.
ГОСТ 12.4.103 Одежда специальная защитная, средства индивидуальной защиты ног и рук. Классификация.
ГОСТ 12.1.013-78 Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.
ГОСТ 12.1.004-85 Пожарная безопасность. Общие требования.
ГОСТ 12.1.010-76 Взрывобезопасность. Общие требования.
СНиП III-24-75 Промышленные печи и кирпичные трубы.
СНиП II-33-75. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.
СНиП II-2-80. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений.
Перечень сокращений, условных обозначений и терминов
Сокращения
г. - город
тыс. - тысяча (в тексте тысяч)
др. - другие
т.д. - так далее
М - марка (кирпича)
мк - микрон
лк - люкс
ТБ - техника безопасности
т.е. - то есть
Условные обозначения и термины
Шлюф - более тонкая часть глины, "песочная пыль", получаемая при отмучивании глины в керамическом производстве.
Плавни - вещества, которые при обжиге глины заполняют в ней поры и которое способствует лучшему скреплению частиц обжигаемой массы.
Предел прочности - механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала.
Содержание
1. Введение
. Патентные исследования
. Характеристика сырьевых материалов и выпускаемой продукции
. Выбор и обоснование способа производства
. Технологическая схема производства. Описание технологических и физико-химических процессов
. Расчет сырьевой смеси
. Расчет материального баланса завода. Определение мощности производственных отделений
. Расчет и подбор основного технологического оборудования
. Организация технологического контроля
. Научно-исследовательская часть
.1 Обзор литературы
.2 Характеристика сырьевых материалов и методы исследования
.3 Результаты экспериментов
.4 Выводы по научной части
. Охрана окружающей среды
. Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
. Экономика и бизнес-планирование
. Заключение
15. Summary
. Түйіндеме
17. Список использованных источников
. Введение
производство кирпич добавка нетрадиционный
Строительная керамика - большая группа керамических изделий, применяющихся при строительстве жилых и промышленных зданий и сооружений. Керамические стеновые изделия - один из наиболее древних искусственных материалов, их возраст около 5 тыс. лет. Они отличаются своей долговечностью, высокими художественными характеристиками, кислотостойкостью и полным отсутствием токсичности. Применение глины для изготовления керамических изделий было известно уже в глубокой древности, за несколько тысяч лет до нашей эры. Ассирийцы и египтяне уже были знакомы с обжигом керамических изделий. В древней Греции и Риме керамическое производство также было весьма развито.
Лучшими образцами древнерусского керамического производства могут служить украшения старинных русских соборов (Владимирского, Новгородского и др.) X-XIII веков. На территории нынешнего Казахстана также было развито производство строительной керамики. Примером может послужить городище Отрар. Уже в VII-VIII веках все сооружения в городище были построены из глиняного кирпича [1,4].
Главными направлениями технического прогресса производства строительной керамики являются: создание новых и совершенствование существующих технологических процессов, обеспечивающих получение продукции с минимальными затратами энергетических, материальных и трудовых ресурсов; получение новых видов строительных материалов и изделий с заданными свойствами, отвечающими самым высоким требованием строительства; широкое внедрение малоотходных и безотходных технологий, использование вторичных продуктов производства.
Различные эксплуатационные условия зданий и сооружений, параметры технологических процессов обуславливают разнообразные требования к строительной керамике, а отсюда вытекает весьма обширная номенклатура ее свойств: прочность при нормальной или высокой температуре (последняя характеризует жаро- или огнестойкость материала), водостойкость, стойкость против действия различных солей, кислот и щелочей, и т.д. Не менее важна в строительстве и технике проницаемость (или непроницаемость) материалов для жидкостей, газов тепла, холода, электрического и радиоактивного излучения. Наконец материалы для отделки помещений жилых и общественных зданий, садов и парков должны быть красивыми, долговечными и прочными.
Важнейшие свойства строительной керамики определяет области ее применения. Только глубокое и всестороннее знание свойств материалов позволяет рационально и в техническом, и в экономическом отношениях выбрать материал для конкретных условий использования.
Другой важной задачей является опережающее развитие производства строительной керамики, неуклонное снижение себестоимости и удельных капитальных вложений [3,5].
Применение строительных материалов далеко не ограничивается использованием их только для целей строительства. Без них не может существовать ни одна область техники.
Производство строительной керамики является важной отраслью народного хозяйства. В последние десятилетия созданы механизированные заводы, оснащенные мощными глинообрабатывающими и формующими машинами, механизированными экономичными сушилками и печами. В настоящее время предусматривается преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоёмкости, стоимости и трудоёмкости строительства, веса зданий, сооружений и повышение их теплозащиты, развитие мощности по производству строительных материалов с использованием золы и шлаков тепловых электростанций, металлургических и фосфорных шлаков, отходов горнодобывающих отраслей промышленности и углеобогатительных фабрик, техническое перевооружение производства кирпича на базе новейшей техники [37].
Строительный керамический кирпич является самым распространённым местным стеновым материалом, позволяющим экономить дефицитные металлы, цемент, а также транспортные средства. В общем балансе производства и применения стеновых материалов керамический кирпич занимает более 30%. Кирпич, накапливая солнечную энергию, медленно и равномерно отдает тепло, что защищает от чрезмерного нагревания летом и сохраняет тепло зимой. Кирпичная стена "дышит", пропуская испарения сквозь свою толщу. В результате в помещениях поддерживается уровень равновесной влажности.
В данный момент в производстве строительного керамического кирпича сосредоточено внимание на совершенствовании технологии, улучшении качества выпускаемой продукции и расширении ассортимента. При строительстве новых предприятий предусматривается установление автоматизированных и высокомеханизированных технологических линий на базе современного отечественного и импортного оборудования. Осваивается выпуск эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно заменять традиционный полнотелый кирпич. Это позволит не только экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу наружных стен без снижения их теплозащитных свойств, а также создавать облегчённые конструкции панелей для индустриализации строительства. Также для производства кирпича внедряются новые виды сырья и добавок, повышающие прочностные характеристики кирпича [40].
Актуальность. Возможности использования природного сырья в керамике и критерии оценки его качества изучены достаточно хорошо. Как правило, в керамическом производстве применяют легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные глины, а в качестве отощителей и плавней используют полевые шпаты, пегматиты и их заменители. Качество сырья зависит от химического и минералогического состава. Все используемое сырье должно соответствовать требованиям ГОСТа или техническим условиям. Однако природное сырье дорогостоящее, так как требуются большие затраты на его разработку, транспортировку и доработку для приведения в соответствие с требованиями ГОСТа. Поэтому в настоящее время все актуальнее использование в керамическом производстве нетрадиционных добавок, которые при меньшей затрате на сырье, позволит получить кирпич высокой марки. Введение нетрадиционных добавок в состав масс для получения керамики делает производство ресурсосберегающим, менее дорогостоящим и в определенной степени способствует решению экологических проблем окружающей среды.
Цель работы - Разработка энерго- и ресурсосберегающей технологии производства строительной керамики на основе местного сырья с включением в сырьевую смесь нетрадиционных видов добавок.
Научная новизна. Получены зависимости физико-механических свойств прочности, средней плотности керамических материалов на основе лессового сырья с введением в шихту нетрадиционных видов добавок.
Практическая значимость работы. Показаны возможности технологии, открывающие перспективы существенного (на 80-100%) повышения прочности, сокращения длительности производственного цикла, использования нетрадиционного сырья, механизации и автоматизации процессов, экономии тепла, расширения ассортимента продукции.
3 Характеристика сырьевых материалов и выпускаемой продукции
Керамический (красный) кирпич - кирпич, производимый из глины с применением различных добавок (для регулирования тех или иных свойств) с последующим обжигом (рис 1). В Казахстане производятся следующие разновидности керамического кирпича: одинарный кирпич стандартного размера (250х120х65 мм); полуторный кирпич стандартного размера: 250х120х88 мм. Для экономии средств в строительстве зачастую используется двойной кирпич. Его размеры отличаются от стандартного одинарного по высоте: 250-120-138 мм [4].
Существуют подразделения керамического кирпича не только по параметрам, но и по назначению. В зависимости от своих функций кирпич бывает рядовым, лицевым и печным. По фактуре поверхностей различают рельефные и гладкие кирпичи. Существует ещё масса классификаций керамического кирпича. Он бывает пустотелым, или экономичным (часто употребляют варианты "самонесущий" и "дырчатый"); полнотелым, или строительным или облицовочным. Основные технические показатели керамического кирпича зафиксированы в ГОСТ 7484-78 "Кирпич и камни керамические лицевые. Технические условия" и ГОСТ 530-95 "Кирпич и камни керамические. Технические условия". По которым вес готового кирпича не должен превышать 4,3 кг. В обозначениях кирпича должны быть обозначены характеристики и морозостойкости, они указываются буквой F с цифровым указанием количества циклов замерзания и оттаивания в испытательной термокамере. Буквой М обозначается норма прочности на сжатие. Цифровой показатель обозначает прочность кирпича при испытаниях на сжатие на прессах.
Рис 1 - Керамический кирпич
Если кирпич содержит в себе различные примеси (к примеру, крупные куски известняка или камней) лучше отказаться от его использования. В противном случае, это может плохо сказаться не только на внешнем виде дома, но, самое важное, на его безопасности. Если при ударе кирпич издаёт глухой звук и, к тому же имеет горчичный цвет, обратите внимание, это тоже брак. В своё время он был плохо обожжён в печи[5,6].
Керамический кирпич очень функционален. Его можно применять практически везде: при закладке фундамента, возведении стен, в печах и каминах (исключение составляют такие места, где происходит непосредственное соприкосновение с огнем), для облицовки зданий и их внутренней отделки.
Сырьевые материалы, используемые в производстве керамического кирпича, подразделяются на пластичные (глинистые), непластичные (отощающие, выгорающие и плавни)[3].
К глинистым материалам относятся глины и каолины. Согласно ГОСТ 9169-75 глинистое сырье представляет собой горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда).
В техническом понимании глинами называют горные землистые породы, способные при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое в высушенном состоянии обладает некоторой прочностью (связностью), а после обжига приобретает камнеподобные свойства[7].
Согласно ГОСТ 9169-75 глинистое сырье классифицируют:
- по огнеупорности;
по содержанию А12О3;
по содержанию красящих оксидов (Fe2О3, ТiO2,);
по содержанию водорастворимых солей;
по минеральному составу;
по содержанию тонкодисперсных фракций;
по содержанию крупнозернистых включений;
по пластичности;
по механической прочности на изгиб в сухом состоянии;
по спекаемости;
по содержанию свободного кремнезема.
Минералогический состав глин представлен каолинитом, монтмориллонитом, гидрослюдой и другими минералами и примесями.
Каолинит имеет химическую формулу Al2O3•2Si2O2•2H2O. Его кристаллическая решетка характеризуется относительно плотным строением с наименьшим расстоянием между закономерно повторяющимися группами ионов и неподвижна. Поэтому каолинит не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды. При сушке он сравнительно свободно отдает присоединенную воду. Размеры частиц каолинита от 1 до 3 мк.
Монтмориллонит имеет химическую формулу Al2O3•4Si2O2•H2O•nH2O. Эта формула не совсем точно отражает состав монтмориллонита, так как в состав кристаллической решетки некоторых разновидностей этой группы минералов входят также Mg, Fe, Na. Кристаллическая решетка монтмориллонита имеет слоистое строение, отдельные слои в ней могут раздвигаться под воздействием вклинивающихся молекул воды. В связи с этим монтмориллонит способен интенсивно поглощать довольно большое количество воды, прочно ее удерживать и трудно отдавать при сушке, а также сильно набухать при увлажнении - объем увеличивается в 16 раз. Размеры частиц монтмориллонита много меньше 1 мк.
Гидрослюда является продуктом многолетней гидратации слюд и имеет химическую формулу K2O•MgO•4Al2O3•7SiO2•2H2O. Кристаллическая решетка у этого минерала не разбухающая. По интенсивности связи с водой он занимает среднее положение между каолинитом и монтмориллонитом. Характерной особенностью минерала является то, что в его составе принимают участие окcиды щелочных и щелочноземельных металлов, а также способность отдельных катионов к изоморфным замещениям. Так, Si4+ может замещаться Аl3+, а последний - Mg2+. Размеры частиц гидрослюды около 1 мк[10].
В зависимости от количественного преобладания того или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые и т.п.
Примесями являются все компоненты глинистой породы, не входящие в состав глинообразующих минералов. В составе примесей различают их тонкодисперсную часть и включения. Согласно ГОСТ 9169 включениями считаются зерна величиной более 0,5 мм. Для глин, используемых в технологии грубой строительной керамики, к включениям относятся зерна величиной более 2 мм.
Кварцевые примеси встречаются в глине в виде кварцевого песка и тонкодисперсной кварцевой пыли - шлюфа. Они отощают глину, ухудшая ее формовочные свойства. Кварцевый песок улучшает сушильные свойства глин, а шлюф - ухудшает. Обжиговые свойства глин кварцевые примеси ухудшают, понижая трещиностойкость обожженных изделий при их охлаждении. Кроме того, они понижают прочность, а иногда и морозостойкость обожженных изделий.
Карбонатные примеси встречаются в глинах в трех структурных формах: в виде тонкодисперсных равномерно распределенных пылеватых частиц, составляющих с остальной частью породы однородную массу, в виде рыхлых примазок и мучнистых стяжаний и в виде плотных каменистых конкреций, которые являются включениями.
Тонкодисперсные карбонатные примеси, разлагаясь при обжиге по схеме СаСО3→СаО + СО2, обусловливают повышенную пористость керамического черепка и некоторое понижение его прочности. При производстве стеновых материалов они не являются вредными, однако ухудшают свойства глин, используемых для производства изделий со спекшимся черепком. Каменистые карбонатные включения являются вредными, вызывая в изделиях характерные пороки, получившие название "дутика"[3,4].
Железистые примеси встречаются в виде тонкодисперсных равномерно распределенных минералов лимонита, гидроокида железа и включений пирита. Тонкодисперсные железистые примеси придают глине окраску от светло-коричневого до темно-красного тона, а обожженному керамическому черепку - от кремового и бледно-розового до красного.
При обжиге изделий в восстановительной среде железистые оксиды переходят из окисных соединений в закисные (восстанавливаются), окрашивающие изделие в сине-зеленоватый цвет. При увеличении содержания железа цвет глины после обжига делается все более темным и может стать черным. Красящее действие оксидов железа значительно ослабляется при наличии в глине карбонатных примесей.
Щелочные оксиды в примесях глин присутствуют обычно в виде полевошпатового песка и растворимых солей. Последние при сушке изделия мигрируют по капиллярам на его поверхность, а после обжига спекаются с черепком, образуя на внешней поверхности изделия белые налеты, портящие цвет черепка (так называемые "высолы").
Органические примеси окрашивают глину в черный цвет. В обжиге они выгорают, выделяя газы и обусловливая восстановительную среду внутри черепка. Эти явления могут являться источником определенных пороков ("пузыря") при обжиге изделий с плотным черепком.
В химическом составе глин принимают участие следующие основные оксиды: SiО2, А12О3, СаО, MgO, Fe2О3, ТiO2, К2O, Na2O [5, 7].
Кремнезем Si02 находится в глинах в связанном и свободном состояниях: связанный кремнезем входит в состав глинообразующих минералов, свободный представлен примесями кварцевого песка и шлюфа. Определение химическим анализом содержания свободного кремнезема является особо важным при оценке пригодности глин для производства кирпича. Общее содержание кремнезема в глинах составляет 60-65°/0 и в запесоченных глинах достигает 80-85%.
Глинозем А12О3 находится в глинах в связанном состоянии, участвуя в составе глинообразующих минералов и слюдистых примесей. Он является наиболее тугоплавким оксидом: с повышением его содержания огнеупорность глин возрастает. Так как содержание слюдистых примесей в глинах обычно невелико, то содержание в них глинозема косвенно отражает относительную величину глинистой фракции, содержащейся в глинистой породе. Содержание глинозема колеблется от 10-15% в кирпичных и до 32-35% в наиболее ценных сортах огнеупорных глин.
Известь СаО и магнезия MgO в небольших количествах участвуют в составе глинистых минералов. При относительно высоких температурах обжига известь вступает в реакцию с глиноземом и кремнеземом и, образуя эквтектические расплавы в виде алюмокальциевых силикатных стекол, резко понижает температуру плавления глины.
Оксид железа Fe2О3 содержится в глинах в виде примесей и оказывает на них и на обожженный черепок прежде всего красящее действие. Температуру плавления глины оксиды железа заметно понижают лишь при обжиге в восстановительной среде. Содержание оксидов железа (в пересчете на Fe2О3) находится в пределах от долей процента в наиболее чистых беложгущихся глинах до 8-10% в кирпичных.
Диоксид титана ТiO2 участвует в примесях и его содержание не превышает 1,5%. Диоксид титана придает обожженному черепку окраску зеленоватых тонов.
Щелочные оксиды К2O, Na2O входят в состав некоторых глинообразующих минералов, но в большинстве случаев присутствуют в примесях в виде растворимых солей и полевошпатных песках. Их содержание составляет до 5-6%. Они ослабляют красящее действие Fe2О3 и ТiO2 и понижают температуру плавления глин.
Добавки к глинам вводятся для регулирования свойств керамики и снижения расхода дефицитных глин. По влиянию на свойства они делятся на: отощающие, выгорающие, флюсующие, химические и специального назначения.
Отощающие добавки - это материалы, снижающие пластичность и усадку глин в сушке и обжиге. К ним относятся: кварц, шамот, золы, шлаки. [3-7].
1. Кварцевые материалы - наиболее распространенные природные отощающие добавки. К ним относятся жильный кварц, кварцевые пески и кремень. Они состоят из кремнезема и являются отощителями из-за способности не давать усадку при сушке и обжиге. Кварц и его кристаллические разновидности устойчивы к действию кислот (за исключением плавиковой) и менее стойки к щелочам. Степень воздействия щелочей на кварц тем выше, чем мельче его зерна. При нагревании кварц претерпевает модификационные превращения в твердой фазе: при 575°С он перекристаллизуется из β-кварца в α-кварц с увеличением объема, что может привести к растрескиванию изделий. При 870°С он превращается в тридимит, а при 1410°С - в кристобалит. При 1710°С кварц плавится и при резком охлаждении дает кварцевое стекло. Эти особенности кварца в технологии керамики известны и учитываются при разработке режимов обжига: при температурах указанных превращений скорость подъема и охлаждения замедляют. Заменителями жильного кварца могут быть чистые кварцевые пески, а также пески, получаемые при отмучивании каолинов.
2. Шамот изготовляют обжигом огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000…1400°С. Его применяют как отощитель керамических масс, при производстве облицовочных плиток, фарфора и фаянса, шамотных огнеупоров. Шамот в отличие от других отощителей не понижает огнеупорности масс. Зерновой состав и количество шамота определяются рецептурой массы для разных видов изделий. Лучше применять его тонкозернистым и при совместном помоле с глинистыми минералами для равномерного распределения в массе.
На многих керамических заводах вместо шамота применяют измельченный бой готовых изделий или утильного обжига, а также бой огнеупоров, который предварительно сортируют и очищают от загрязнений. На кирпичных заводах вместо шамота используют молотый обожженный кирпич. Но количество этих отходов невелико, поэтому они не оказывают заметного влияния на свойства масс. Применение боя и отходов кирпича важнее с точки зрения их утилизации, создания безотходных технологий и охраны окружающей среды.
3. Дегидратированная глина применяется при недостатке отощителей. Она получается нагреванием обычной глины до 600…700°С, когда та теряет пластичность при удалении химически связанной воды. Ее применяют чаще в производстве грубой строительной керамики. Это позволяет снизить сроки сушки без появления трещин на изделиях, расширить базу отощителей.
Флюсующиеся добавки (плавни)
Флюсующие материалы (плавни) - это материалы, взаимодействующие в обжиге с глинистыми минералами с образованием более легкоплавких соединений. Поэтому введение в состав массы плавней улучшает степень спекания и снижает температуру обжига. Плавни делят на две группы: флюсующие, имеющие низкую температуру плавления, - полевые шпаты, пегматиты, сиениты - и материалы с высокой температурой плавления, но дающие при обжиге легкоплавкие соединения с компонентами массы - мел, доломит, тальк.
1. Полевые шпаты представляют собой плавни, широко применяемые в производстве тонкой керамики. Различают следующие виды полевых шпатов.
Калиевый полевой шпат (ортоклаз) - K2O·Al2O3·6SiO2. Цвет его от белого, серого, желтоватого до коричнево- и темно-красного в зависимости от примесей. Плотность - 2,55 г/см3. Температура начала плавления - 1200°С.
Натриевый полевой шпат (альбит) - Na2O·Al2O3·6SiO2 . Цвет белый, чаще светлых оттенков, но встречается также красного, желтого, серого и других тонов. Плотность - 2,6 г/см3 , температура плавления - 1160…1190°С.
Известковый полевой шпат (анортит) - СаО·Al2O3·2SiO2. Обычно желтоватого цвета. Температура плавления около 1550°С.
Плагиоклазы - это полевые шпаты, содержащие смесь альбита и анортита в разных соотношениях. Обычно белого цвета. Плотность 2,62…2,76 г/см3.
Полевые шпаты редко встречаются в чистом виде, чаще - в смеси этих минералов. Основное требование, предъявляемое к ним - легкоплавкость. При введении в состав массы в обжиге они образуют вязкое стекло, которое в фаянсовых массах частично заполняет поры и способствует спеканию. В фарфоровых массах полевой шпат с другими компонентами образует сплавы, заполняющие поры до монолитного стекловидного состояния. Реакционная способность расплава возрастает с повышением температуры и тонкости помола компонентов. У альбитов она выше, чем у ортоклазов и плагиоклазов. Вредные примеси в полевых шпатах - оксиды железа, которых должно быть не более 0,1…1%.
Пегматиты - это полевые шпаты, проросшие кристаллами кварца, содержание которого может колебаться в широких пределах. Ввиду того, что кварц и полевой шпат являются компонентами фарфоровых и фаянсовых масс, пегматиты являются заменителями полевых шпатов и частично кварца. Поведение пегматита в обжиге зависит от свойств полевого шпата, входящего в его состав: температуры плавления и растворяющей способности[3-5].
2. Нефелиновые сиениты представляют собой сростки минерала нефелина (алюмосиликат натрия) с полевым шпатом. Температура плавления нефелина около 1200°С, содержание щелочей - до 20%. Нефелиновые сиениты используются керамической промышленностью в качестве заменителей полевых шпатов при производстве изделий, не требующих белизны черепка (плитки для полов, кислотоупорные изделия). Нефелиновые сиениты, особенно бокситы, применяемые в керамической промышленности, являются попутными отходами горно-обогатительных комбинатов и получаются в виде тонкомолотых порошков. Поэтому их использование экономически выгодно. Но они загрязнены железистыми и магнезиальными примесями и имеют темно-серую окраску. Поэтому в производстве фаянса и фарфора не применяются. Наряду с нефелиновым сиенитом ведутся успешные опыты по использованию других щелочесодержащих пород в качестве заменителей полевых шпатов, например гранитов. Помимо указанных добавок в производстве разных видов керамических изделий используются и другие добавки. Их характеристика и влияние будут рассмотрены при описании технологии соответствующих видов изделий.
Выгорающие добавки
Выгорающие добавки выгорают в обжиге почти целиком (за исключением зольной части). В технологии керамики они чаще применяются при производстве стеновых материалов. К ним относятся опилки, уголь, золы ТЭЦ.
1. Древесные опилки при производстве строительного кирпича вводятся в массу для улучшения сушильных свойств полуфабриката (сырца). Являясь длинноволокнистыми, опилки армируют глинистые частицы и повышают сопротивление разрыву керамической массы и трещиностойкость в сушке. В обжиге они выгорают, оставляя в керамике относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощение кирпича, теплоизоляционные свойства, но снижающие морозостойкость. В кирпичные массы добавляют обычно 5…10% опилок (от объема глины). В таком количестве они ускоряют сушку и существенно не снижают прочность кирпича, несмотря на увеличение пористости. Наиболее эффективно повышают трещиностойкость кирпича опилки продольной резки.
2. Антрацит и тощие каменные угли добавляют в глину до 60% от требуемого на обжиг объема топлива, или 2…2,5% от объема глины. В таких количествах каменный уголь оказывает небольшое влияние на пористость кирпича. Основное его назначение - создать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Это интенсифицирует процесс спекания и упрочнения керамики. В изломе кирпича, полученного из глины и угля, видна темно-малиновая уплотненная зона, повышающая его прочность.
3. Бурые угли добавляют в глину с той же целью. При их использовании увеличивается недожог кирпича вследствие улетучивания горючих веществ при температурах ниже температуры их воспламенения. Выделение тепла и газов происходит более равномерно и в более широком температурном интервале, чем при вводе антрацита, поэтому почти не возникает пережог кирпича, и его обжиг можно вести более уверенно.
4. Золы ТЭЦ также используются в качестве добавок в глину при производстве кирпича. Они действуют как отощители, а при наличии в золе недожога - невыгоревшего остатка кокса - как выгорающие добавки[4-6].