4.2. Глина как сырье для производства керамических материалов

Основными материалами для производства керамических изделий являются глины и каолины, в качестве вспомогательных сырьевых материалов для улучшения технологических свойств применяют пески кварцевые и шлаковые, шамот, а также выгорающие добавки органического происхождения (древесные опилки, угольная крошка и т.п.).

Глины — землистые осадочные горные породы, состоящие из глинистых минералов со значительными примесями.

Каолины — это чистые глины, состоящие преимущественно из глинистого минерала каолинита (А1₂О₃ -2SiO₂ -2H₂О). Каолины огнеупорны, малопластичны, имеют белую окраску. Их применяют для производства фарфора, фаянса и тонких облицовочных изделий, так как после обжига получается белый черепок.

Обычные глины отличаются от каолинов большим разнообразием минералогического, химического и гранулометрического состава.

Изменения химического состава заметно отражаются на свойствах глин. С увеличением Аl₂О₃ повышается пластичность глин и огнеупорность, а с повышением содержания SiO₂ пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изделий. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глины, наличие щелочей ухудшает формуемость изделий.

При изготовлении керамических материалов основными технологическим свойствами глин являются пластичность, воздушная и огневая усадка, огнеупорность, цвет керамического черепка и спекаемость.

Пластичность глин — способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после прекращения действия этих сил. По степени пластичности глины делят на высокопластичные, или «жирные», средней пластичности и малопластичные, или «тощие». Жирные глины хорошо формуются, но, высыхая, дают трещины и значительную усадку. Тощие глины формуются плохо. Для повышения пластичности глин применяют операцию вылеживания их во влажном состоянии на воздухе, вымораживание, гноение в темных подвалах, при этом происходит разрыхление материала и увеличивается ее дисперсность. Пластичность можно также повысить добавлением высокопластичных глин. Самый распространенный способ повышения пластичности — их механическая обработка. Для понижения пластичности глин вводят добавки различных непластичных материалов (отощающие добавки).

Усадка— уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в процессе его сушки на воздухе и составляет 2...10%.

Огневая усадка получается из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка составляет 2...8%.

Полная усадка определяется как арифметическая сумма величин воздушной и огневой усадок. Значение полной усадки колеблется в пределах 4... 18%. Полную усадку учитывают при формовании изделий.

Огнеупорность — свойство глины выдерживать действие высоких температур без деформации. По температуре плавления глины разделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350 °С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350... 1580 °С) и огнеупорные (свыше 1580 °С).

Огнеупорные глины применяют для производства огнеупорных изделий, а также фарфора и фаянса. Тугоплавкие глины применяют в производстве кислотоупоров, плиток для полов, канализационных труб. Легкоплавкие глины используют для производства керамического кирпича, пустотелых камней, черепицы.

Цвет черепка после обжига зависит от состава и количества примесей в глине. Каолины дают черепок белого цвета. На цвет обожженных глин оказывает влияние содержание оксидов железа, которые придают окраску от светло-желтой до темно-красной и бурой. Оксиды титана вызывают синеватую окраску черепка. Используя минеральные красители, можно получать керамические изделия различных цветов и оттенков.

Спекаемостъю глин называют ее способность уплотняться при обжиге и образовывать камневидный материал. При спекании увеличивается прочность и уменьшается водопоглощение изделий.