2.3 Материалы, получаемые термической обработкой минерального сырья.

2.3.1 Керамические изделия

Основным исходным сырьем для керамических изделий являются широко распространенные глины.

Глины образовались в результате химического разложения горных пород под воздействие воды, углекислоты. В результате разложения полевого шпата образуется минеральный каолинит АI2О3 2 Si2 2Н2О - основа глины.

Глины имеют помимо каолинита – кварц, слюду, полевой шпат, магнезит и т.д. Содержат окиси кальций, железа, натрия и д.р. Содержание кальция сокращает процесс спекания глин и ухудшает условия обжига.

Вода в глинах содержится в виде свободной и химически связанной, – т.е. входящей в состав глин образующих минерал. О количестве воды можно судить по наличию в глине тех или иных минералов.

При смачивании сухой глины молекулы воды втягиваются между чешуйчатыми частицами каолинита и расклинивают их, вызывая набухание глин. Тонкие слои воды между пластинчатыми частицами глины строительных минералов обусловливают характерные свойства глинистого теста. С одной стороны они способствует связыванию глинистой массы в единое целое, с другой служат как бы смазкой, облегчая движение глинистых частиц при механическом воздействии. Нечто подобное происхождение, когда между стеклянными пластинами, плотно прижатыми друг к другу находится тонкий слой воды. Разнять весьма трудно, но легко скользит относительно друг друга.

Основные свойства глин – пластичность, отношение к сушке (воздушная усадка) и отношение к температурам.

Пластичность – возможность формирования изделий различных конфигураций. Пластичность можно повысить добавлением более пластичной глины или удалением из глины песка. Пластичность зависит от содержание глинистых частиц.

Воздушная усадка – уменьшение объема при сушке в условие нормальной (комнатной) температуры вследствии удаления из нее воды и сближение частиц глины, усадка у кирпича 4 - 15%.

Отношение к температурам. На воздействия температур глины проверяют, на огнеупорность с помощью конуса из глины размерами в вершине 2мм, в основании 8мм и высотой 30 мм, который помещается, в печь и когда при оплавлении вершина касается подставки фиксируют температуру.

По отношению к температурам глины бывают огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Глины, имеющие после обжига белый цвет применяется для изготовления фаянса и фарфора.

Огнеупорные глины содержат мало примесей, очень пластичны, и выдерживают температуру выше 1580°С. Применяются при изготавлении огнеупорного кирпича и плитки.

Тугоплавкие глины имеющие огнеупорность 1350-1580°С, применяются для изготовления облицовочного кирпича, плиток для полов, канализационных труб и т.д.

Легкоплавкие - с огнеупорностью ниже 1350°С, имеют примеси в виде песка, известняка, слюды, полевого шпата. Применяются для изготовления кирпича, черепицы и аналогичных изделий.

Желательно использовать глины после вылеживания их в течение года после добычи.

Глиняные массы для керамических изделий, кроме глины содержат различные добавки, оказывающие влияние на их свойства.

Для снижения пластичности в глину вводят добавки: кварцевый песок, шлак и т.д. это снижает усадку.

В производстве керамических изделий на основе глинистых пород и плавленых изделий применяются золошлаковые отходы ТЭС в качестве отощающих или топливосодержащих добавок, а также в качестве основного сырья для изготовления зольной керамики.

Наиболее широко применяют топливные шлаки и золы как добавки при производстве стеновых керамических изделий. Для изготовления полнотелого и пустотелого кирпича и керамических камней рекомендуется использовать легкоплавкие золы с температурой размягчения до 1200 °С. Золы и шлаки, содержащие до 10% топлива, применяются как отощающие добавки, а 10% и более — как топливосодержащие. В последнем случае можно существенно сократить или исключить введение в шихту технологического топлива. В золах, используемых как добавки при производстве стеновых керамических изделий, количество S03 не должно превышать 2% от общей массы.

Порообразующие добавки вводят в сырьевую массу для получения изделий с пористой и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге выделяют газ (молотый мел, доломит) или выгорают (опилки, бурый уголь). Выгорают древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы обогатительных фабрик, золы ТЭЦ- это способствует повышению пористости и равномерному спеканию керамического черепка.

Керамические изделия классифицируют:

• по структуре образования;

• по областям применения;

• по назначению.

По структуре различают грубую – крупнозернистую с неоднородными строением и тонкую – с мелкокристалическим строением.

Большую часть строительных керамических материалов относят к грубой пористой керамике с водопоглащением 5-15%. Это – стеновые камни, кирпичная черепица, дренажные трубы др.

Дорожные и кислотоупорные кирпичи, канализационные трубы относят к грубой плотной керамике с водопоглащением 10%.

К тонкой пористой керамике относят изделия из фаянса и майолике, а к тонкой плотной - фарфор и часть огнеупорных, кислотоупорных электроизоляционных керамических материалов.

Керамические строительные материалы делят на плотные и пористые. Пористые с водопоглащение более 5%, плотные менее 5%. Поликристаллическая структура керамических материалов формируется при обжиге т. е. при высокой температуре.

В зависимости от назначения и области применения в строительстве керамические изделия подразделяются на стеновые материалы, камни для перекрытий, кровельные материалы, материалы для наружной и внутренней отделки, материалы для полов, для дорожных покрытий, специального назначения (теплоизоляционные, огнеупорные, кислотоупорные) сантехнические изделия, трубы дренажные и канализационные.

Особую группу составляют декоративно-художественная и бытовая керамика.

В каждой из этих групп входят разнообразные продукции по размерам:

- так стеновые ограждения конструкции включает в себя мелкоштучные и крупные керамические блоки, а также панели.

Основные технологические виды современной керамики: терракота, майолика, фаянс, фарфор, каменная масса.

Терракота- неглазурованная однотонная естественно окрашенная керамик , цветом от светло-кремового до красно-коричневого. Это могут быть скульптуры, МАФ, облицовочная плитка, архитектурные детали, вазы и др.

Майолика - керамика из цветной обожженной глины с крупнопористым черепком, покрытая глазурью - фризы, наличники, порталы, изразцы и т.д.

Фаянс - твердый, мелкопористый керамический материал, чаще белого цвета, более пористый чем фарфор, поэтому покрывают глазурью. Водопоглащение -10%.

Фарфор - спеченный керамический водонепроницаемый материал белого цвета. Получают путем обжига тенкодисперсной массы (смеси глины, каолина, кварца и полевого шпата).

Каменная масса- или «каменная» керамика, это близкий к фарфору плотный материал, отличающийся цветом черепка (серый, коричневый). Изготавливают дорожное покрытие, химически стойкую плитку.

К керамическим изделиям относят и огнеупорные керамические материалы, кислотоупорные, сантехнические.

По форме: кирпичи выпускают в виде прямоугольных параллелепипедов, лекальными, фигурными.

По отделки поверхности: обыкновенные, облицовочные, глазурованные без применения штукатурки.

Разнообразие форм, рельефа, цвета и рисунка кирпича помогают решать эстетичные вопросы строительства.

В зависимости от предела прочности кирпичи и керамические камни классифицируют по маркам. Марка соответствие пределу прочности при сжатии (5 образцов) М75 до 300 МПА.

Производство керамических изделий. Производство керамических материалов возникло много тысячелетий назад в виде гончарных изделий, настенных украшений и т.д.

Технологическая цепочка изготовления керамических изделий – подготовка сырья - дозировка – перемешивание - формирование ---сушка - обжиг.

Технология изготовления керамических материалов включает: