При виробництві виробів будівельної кераміки в якості матеріалів, що отощують, застосовують кварцовий пісок, шамот і деякі інші матеріали (шлаки, піски та т.п.).

Флюси (плавні) покращують спікання керамічного черепка при випалі, знижують температуру випалу виробів. У процесі сушіння виробів плавні, звичайно, відіграють роль матеріалів, що отощають. У якості плавнів до складу маси для виготовлення виробів будівельної кераміки вводять польові шпати, пегматити, нефелінові концентрати, перліти, склобій.

Добавки, що коригують структуру, змінюють взаємне розташування складових кераміки. До них відносяться добавки-поризатори та добавки-модифікатори.

У якості добавок поризаторів, звичайно, використовують речовини, які сприяють утворенню пористої структури кераміки. До них відносяться добавки, що вигорають, речовини, які при високих температурах згорають, залишаючи замість себе порожнини в керамічному виробі (золи, тирса та інші).

У якості добавок-модифікаторів, звичайно, використовують хімічні або природні речовини, які змінюють склад новотворів кераміки.

Найбільш важливі керамічні сировинні матеріали утворюють (у значенні геологічного походження) усього лише три головні групи гірських порід, які класифікуються як вивержені, осадові і метаморфічні породи. Ці три групи можуть бути далі розділені на більше число груп, у залежності від переважання тих або інших хімічних і фізичних умов. Мінералогія кожної породи залежить від температури та тиску, при яких протікала її кристалізація, а також від змін у хімічному складі, що зазнали її складові матеріали.

Вивержені породи характеризуються тим, що вони утворилися або при високих, або при середніх температурах, при найрізноманіт-ніших тисках, але при дещо обмеженій зміні хімічного складу.

Осадові породи характеризуються тим, що вони утворилися при середніх температурах (0…45)^оС і в основному при постійному атмосферному тиску. Такі матеріали могли утворитися з найрізноманітніших первинних матеріалів із широко мінливим складом.

Метаморфічні породи утворилися в результаті процесів, що мали місце нижче зони вивітрювання. Умови утворення цих порід характеризуються широким інтервалом температур, тиску і валового складу. Окремі мінерали, або комплекси мінералів, стабільні тоді, коли вони мають найменшу можливу вільну енергію при звичайних фізичних і хімічних умовах, у зв'язку з чим вони не мають тенденції до яких-небудь змін. Мінерали, або комплекси мінералів, стабільні при одному визначеному співвідношенні фізичних і хімічних умов, можуть стати несталими при зміні цих умов. Тому польові шпати, вулканічне скло та інші алюмосилікати, що утворилися під дією підвищених температур в умовах вулканічної діяльності, хитливі за інших умов, які мають місце у випадку осадових порід, і змінюються з утворенням глинистих мінералів, які у цих умовах стійкі.

Велике число геохімічних процесів, пов'язаних з утворенням гірських порід і мінералів, проходить у контрольованих умовах температури, тиску і хімічного складу при виготовленні керамічних виробів. Основні механізми цих процесів подібні і можуть бути добре зрозумілі при розгляді принципів фізики та хімії твердого стану.

Глинисті мінерали. Слово «глина» має два значення. Глинами називають визначені види гірських порід і тонкодисперсні (пилуваті) фракції глинистої породи. У другому випадку проводять різницю між власне глинистою частиною породи та включеннями, що входять до складу глинистої гірської породи. Глинистою сировиною служать тонкодрібні гірські породи різноманітного хіміко-мінералогічного складу, що зустрічаються у природі в пухкому, пастоподібному, або ущільненому стані.

Глинисті мінерали являють собою тонкозернисті водяні алюмосилікати, що в суміші з водою набувають пластичності.

Загальну їхню хімічну формулу може бути представлено у вигляді

mAl₂О₃ nSiO qH₂О.

У залежності від розміру m, n, q, їх хімічний склад, мінералогічні та фізичні характеристики змінюються в надзвичайно широких межах. Для глин найбільш характерна шарувата структура. Глинисті мінерали повністю складаються з електрично нейтральних алюмосилікатних прошарків, що можуть легко зрушуватися один щодо одного, обумовлюючи такі їхні фізичні властивості, як м'якість, відчутну жирність і спроможність легко розколюватися по площинах спайності. Усі глинисті мінерали є вторинними геологічними утвореннями, тобто вони виникли в родовищах, у яких була присутня вода, як продукт зміни алюмосилікатних гірських порід. Більшість глинистих мінералів є продуктом вивітрювання та осадження, але вони можуть також утворитися в гідротермальних умовах. Механізм утворення глин дотепер ще цілком не вивчений. У керамічних виробах глини виконують дві важливі функції. По-перше, вони надають масам пластичність, що необхідно для більшості, звичайно використовуваних процесів формування. Спроможність водно-глинистих композицій формуватися та зберігати міцність і форму у процесі сушіння та випалу є основою більшості керамічних процесів. По-друге, глини обпалюють (у температурному інтервалі, що залежить від їхнього складу) таким чином, що зміцнення та ущільнення, які відбуваються при цьому, не викликають втрати форми виробів. Дуже чисті глини вогнетривкі, а забруднені плавляться при відносно низькій температурі.

Найбільш звичайні глинисті мінерали можуть бути класифіковані відповідно до їхньої структури на каолінітову, монтморилонітову й іллітову (гідрослюди) групи. Зовсім недавно було встановлено, що мінерали хлоритової групи є найважливішою складовою частиною більшості родовищ глин. Зазначена класифікація ґрунтується на кристалографічній структурі глинистих мінералів і відповідає їх ідеальним хімічним формулам, приведеним нижче.

Каолініт Al₂(Si₂O₅)(OH)₄;

Галуазит Al2(Si2o5)(oh)42h2o;

Пірофіліт Al₂(Si₂O₅)₂(OH)₂;

Монтморилоніт ;

Слюда Al₂K(Si_1.5Al_0.5O₅)₂(OH)₂;

Ілліт Al_2-xMg_x K_1-x-y(Si_1.5-y Al_0.5+y O₅)₂(OH)₂.

Каолініти (каолініт, діккіт, накріт) мають частки розміром від 1 до 3 мкм, вони не спроможні приєднувати і міцно утримувати велику кількість води, при сушінні порівняно вільно віддають приєднану воду. Глинисті породи, у яких переважають каолінітові мінерали, називають каолінами. Каоліни з невеликою кількістю домішок вогнетривкі, помірковано або малопластичні, мало чутливі сушінню й випалу, мають білий колір, іноді з кремовим, або сіруватим відтінком. Вони є основною сировиною для виробництва санітарних керамічних виробів. Каоліни можуть бути як первинними, так і вторинними; вони є білопаленим матеріалом і можуть мати як погану, так і достатньо гарну пластичність.

Монтморилоніти (монтморилоніт, нонтронит, бейделіт) інтенсивно поглинають досить велику кількість води, міцно її утримують і важко віддають при сушінні. При зволоженні вони сильно набухають і можуть збільшуватися в об'ємі в 16 разів. Розміри часток монтморилоніту менше 1 мкм. Глинисті породи, у яких переважають монтморилонітові мінерали, називаються бентонітами. Такі глини високо пластичні, дають значну повітряну усадку, мають підвищену схильність до тріщиноутворення у процесі сушіння та спушування у процесі випалу. Бентоніти використовують у якості добавок у маси для підвищення їхньої пластичності і сполучної спроможності.

Гідрослюди (ілліт, гідромусковіт) мають у своєму складі значну кількість оксидів лужних і лужноземельних металів. Розміри часток гідрослюди 1 мкм. Гідрослюдисті глини за ступенем зв'язку з водою і за своїми властивостями займають середнє положення між каолінітом і монтморилонітом. Вони помірно, або середньопластичні, мають знижену температуру спікання, широко застосовуються для виробництва будівельної кераміки.

У залежності від кількісного переважання того, або іншого глинистого мінералу розрізняють глини каолінітові, гідрослюдисті, монтморилонітові, гідрослюдисто-каолінітові, монтморилоніто-каолінітові, монтморилоніто-гідрослюдисті та полімінеральні, що містять три і більше глинистих мінералів.

Властивості глин змінюються не тільки в залежності від мінералогічної групи, але залежать також і від умов утворення даного родовища.

Каоліни, звичайно, класифікуються як осадові, тобто ті, що залишилися після утворення на тому ж місці, або вторинні (переміщені), тобто ті, що, після утворення були переміщені під дією повітря, або води і відкладені знову на деякій відстані від місця їхнього утворення. Осадові глини, звичайно, знаходяться в суміші зі значними кількостями слюди, кварцу і польового шпату, що навіть не розкладався. Ці домішки повинні бути відділені. Осадові глини, звичайно, мають більший розмір часток і меншу пластичність, ніж вторинні глини. Їх зерновий склад, як правило, змінюється від тонкодисперсних (пило видних) різновидів у верхній частині покладу до грубодисперсних (зернистих) - у нижній, ще нижче залишкові глини поступово переходять у незруйновані материнські (польовошпатові) породи. Вторинні глини, як правило, мають дуже невеликий розмір часток, високу пластичність і менш забруднені грубозернистими мінеральними домішками. Проте присутність у них значних кількостей органічних матеріалів більша. Глини, що піддалися після утворення дії високих тисків, звичайно ущільнені до такого ступеня, що вони дуже тверді, непластичні і важко диспергуються у воді. Часто вони мають раковистий злам (сланці, сухарі). Осадові (вторинні) глини, звичайно, більш рівномірні за складом та властивостями. Розрізняють делювіальні, льодовикові і лесовидні осадові глини. Делювіальні глини були перенесені дощовими, або сніговими водами недалеко від місць їхнього походження.

Для родовищ цих глин характерні нашарування, неоднорідний склад та засміченість дрібними домішками. Льодовикові глини були перенесені льодовиком, що у далекому минулому покривав значну частину земної поверхні. Ці глини залягають, звичайно, лінзами, бувають сильно засмічені кам'янистими включеннями від великих валунів до дрібної щебінки. Лесовидні глини були перенесені вітром, вони розташовуються переважно на межі колишньої пустелі, де вітри значно змінювали свою швидкість. Такі глини характеризуються однорідним складом, високою дисперсністю (пилуватістю) і сильнопористою будовою.

Відкладені глинисті породи з часом ущільнювалися, просочувалися різноманітними розчинними у воді солями та речовинами, що склеюють (наприклад, продуктами гниття та розкладання рослинності), і в такий спосіб відбувалася цементація часток глин в окремі агрегати (групи) і повністю у глинисту породу. При цьому утворені глинисті породи, у залежності від властивостей плівок, що цементують, можуть легко розпушуватися у воді або бути водостійкими.

Речовинний склад. Глини включають глинисту речовину та домішки. Глиниста речовина являє собою комплекс мінералів, що утворюють глину, найголовніші, з яких - каолініт, монтморилоніт і гідрослюда. Усі мінерали, що утворюють глину, є водяними алюмосилікатами, їм властива шарувата (пакетна) будова кристалічної решітки, при змішуванні з водою вони утворять тісто, спроможне формуватися.

Зерновий склад. Глинисті породи складаються з часток різноманітного розміру. Зерновий склад являє собою кількісне співвідношення часток різного розміру, фракцій, виражене у % по масі.

Фракція - сукупність зерен у заданому інтервалі розмірів.

За вмістом тонко дисперсних фракцій глинисту сировину підрозділяють на групи.

За утриманнями грубозернистих включень розміром більше 0,5 мм розрізняють групи глинистої сировини з низьким (менше одного відсотка), середнім (1- 5 %) і високим (понад 5%) вмістом включень. За розміром включень розрізняють такі види глин: із дрібними (менше 1 мм), середніми (1-5 мм) і великими (понад 5 мм) включеннями.

Зерновий склад глин, використовуваних у виготовленні виробів будівельної кераміки, характеризують частіше усього кількістю часток таких розмірів, мкм: 1000-250, 250-50, 50-10, 10-5, 5-1 і менше 1. У технічних вимогах на глини різноманітних родовищ, звичайно, регламентується кількість часток розміром більше 60 мкм.

Хімічний склад. Хімічний склад глин значною мірою характеризує їхня придатність для виготовлення виробів визначених видів. При зіставленні хімічного складу різноманітних глин, звичайно, розглядають кількість оксиду різних хімічних елементів, з яких складаються всі з'єднання глин. Хімічний склад глин характеризується такими основними оксидами.

Кремнезем SiО₂ знаходиться у глинах у зв'язаному та вільному стані. Зв'язаний кремнезем входить до складу мінералів, що утворюють глину, вільний - поданий домішками кварцового піску.

Загальне утримання кремнезему у звичайних глинах 50-65 %, у запісочених 80-85 %. У залежності від утримання вільного кварцу, глини бувають із низьким (10%), середнім (більше 10 до 25 %) і високим (понад 25 %) утриманням.

Оксид алюмінію Al₂O₃ знаходиться у глинах у зв'язаному стані, у складі мінералів, що утворюють глину, і слюдистих домішках. Він є найбільш тугоплавким оксидом, із підвищенням його утримання зростає вогнетривкість глин. Глини в залежності від утримання в них оксидів алюмінію підрозділяють на високоглиноземисті (понад 45%), високо основні (понад 38 до 45 %) основні (від 28 до 38 %), напівкислі (менше 28 до 14 %) і кислі (менше 14 %). У виготовленні виробів будівельної кераміки, звичайно, використовують основні та напівкислі глини.

Домішками є всі складові частини глинистої породи, що не володіють властивостями глинистих мінералів. Основними видами домішок у глинах є.

Включення кварцу та уламків гірських порід зустрічаються у глинах у вигляді кварцу, кварцитів, гранітів, сланців й інших порід. Вони отощують глину, погіршують її технологічні властивості - ускладнюють формування, випал, зменшують міцність, а іноді і морозостійкість обпалених виробів.

Карбонатні включення (кальцит, доломіт) зустрічаються у глинах у вигляді тонкодисперсних рівномірно розподілених пилуватих часток, пухких примазок і скупчень, у вигляді щільних кам'янистих включень. Тонкодисперсні карбонатні домішки руйнуються при випалі та обумовлюють підвищену пористість керамічного черепка і деяке зниження його міцності, ускладнюють випал виробів. Пухкі примазки та скупчення при механічному опрацюванні глини легко руйнуються та перетворюються в рівномірно розподілену тонко дисперсну домішку, їхня кількість, звичайно, невелика і тому вони істотно не впливають на властивості глин.

Кам'янисті карбонатні включення шкідливі; вони викликають поступову руйнацію обпалених виробів («дутик») у процесі їхнього збереження та експлуатації.

Включення залозистих мінералів зустрічаються у вигдяді тонкодисперсних, рівномірно розподілених часток (мінералу лімоніту, оксидів, або гідрооксидів заліза) або твердих включень піриту, або сидериту. Тонкодисперсні залозисті домішки надають обпаленому керамічному черепку різноманітного кольору, від білого до червоного. При утриманні у глині до 1 % оксидів заліза і до 0,5 % оксидів титану утвориться після випалу білий черепок; глини, що містять до 2 % оксидів заліза і до 1 % оксидів титана, утворять черепок світлих тонів (жовтуватий, сіруватий). При більшій кількості барвних оксидів інтенсивність фарбування черепка збільшується.

Наявність тонкодисперсних залозистих домішок сприяє одночасно зменшенню вогнетривкості глин і зниженню температури випалу виробів, а їхнє підвищене утримання збільшує схильність глини до спушування у процесі випалу. Включення піриту - FeS, або сидериту - FеСОз, викликають на обпалених виробах появу залозистих виплавок, або крапкових чорних плям, мушок.

Лужні оксиди (калію та натрію) утримуються в домішках глин (у вигляді розчинних солей) і в польовошпатовому піску.

Розчинні солі при сушінні виробів виступають на їхній поверхні, а при випалі оплавляються, створюючи на поверхні виробу нальоти різноманітних кольорів, погіршуючи зовнішній вигляд, а в ряді випадків і експлуатаційні властивості виробів. Вони знижують водопоглинання обпалених виробів. Сірчанокисла сіль натрію Na₂S0₄ - шкідлива домішка, тому що вона кристалізується в порах обпаленого виробу з різким збільшенням об'єму і може викликати руйнацію виробу.

Органічні домішки (залишки рослинного походження), звичайно, утримуються у глинах від 1 до 10 %. При випалі виробу вони згоряють, виділяючи гас, що може призвести до утворення чорної серцевини в черепку виробу, а в ряді випадків - до спушування черепка.

Оксиди лужноземельних металів - оксид кальцію СаO, оксид магнію MgO - входять, звичайно, до складу карбонатів - кальциту та доломіту, а в невеликих кількостях - до складу деяких глинистих мінералів. У невеликих кількостях (до 3-4 %) оксиди лужноземельних металів сприяють спіканню керамічних мас, за великою кількістю - призводять до підвищення пористості черепка. Звичайно, утримання оксиду кальцію у глинах складає декілька відсотків і лише в окремих різновидах досягає 20-25 %. Утримання оксиду магнію не перевищує 2-3 %.

Оксиди заліза Fe₂O₃ присутні у глинах, головним чином, у складі домішок. Утримання їх у глинах коливається від долі відсотка до 8-10 %.

Оксид титану TiO₂ утримується в домішках, його кількість не перевищує 1,5 %. Ця домішка надає обпаленому черепкові зеленувате забарвлення.

Структура. Глинисті мінерали, звичайно, представлено гідросилікатами алюмінію, вони тонкодисперсні, а їх частинки мають плоский габітус.

Характер і властивості цих мінералів у значному ступені визначаються їхньою структурою. Будова кристалічної решітки звичайних глинистих мінералів основана на комбінації шарів (Si₂O₅)_n, які зв'язані у вузлах із шарами AlO(OH)₂.

Якщо іони кисню, які лежать під площиною Si₂O₅, вбудовуються у площину AlO(OH)₂, тоді вони можуть утворювати шари складу Al₂(Si₂O₅)(OH)₄, що спостерігається в найбільш розповсюдженому мінералі – каолінові.

Другою основною структурою глинистих мінералів є структура монтморилонітових глин, яка характерна для пірофіліту.

Типи глин. Різноманітні класифікації глин ґрунтуються на їх геології, мінералогії, складі, властивостях і використанні, але жодна з них не охоплює всієї можливої розмаїтості глин. Найбільш поширеними типами глин є такі.

Пластичні глини. До цього типу відносять осадові білопалені глини з невеликим розміром часток, що володіють високою пластичністю та міцністю у висушеному стані.

Вогнетривкі глини. Глини цього типу не є білопаленими, але вільні від таких плавнів, як залізо, лужноземельні та лужні метали, а також від надлишку кремнезему.

Сухарні глини включають непластичні тверді вогнетривкі глини, що мають низьку вогневу усадку.

Гончарні глини. Під цим загальним терміном розуміють різноманітні білопалені глини, що мають достатню пластичність, і вироби з яких можуть бути обпалені без утрати форми.

Глинисті сланці є твердими непластичними, звичайно, скам'янілими глинами з низькою вогневою усадкою.

Глини, що спікаються. Це глини, які ущільнюються при випалі під дією достатньо невисоких температур та, звичайно, містять значні кількості заліза і мають відносно низьку вогневу усадку.

Цегельні глини. До цієї групи відносять лесові глини (глини, що утворилися в результаті діяльності вітру, які містять велику кількість кремнезему та лугів і мало глинозему), льодовикові глини (звичайно, піщанисті глини, що містять значні кількості заліза) і глини інших типів, вироби з яких можуть бути сформовані пластичним методом і обпалені при низькій температурі, даючи прийнятне забарвлення та текстуру.

Поливи. До цієї групи відносять глини, які містять достатню кількість плавнів, що цілком розплавлюються при дії невисоких тем-ператур. Вони використовуються для виготовлення емалей.