Сырьевые материалы для производства данного материала

Основным сырьевым компонентом керамических строительных материалов является глина — осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов с различными примесями. Помимо глины, как относительно пластичного вещества используют и добавочные вещества — непластичные компоненты сырьевой смеси (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.). Глина является главным структурообразующим веществом. Добавочные вещества входят в глину с целью повышения или снижения её пластичности, что важно при формовании изделий; для увеличения пористости лёгких керамических изделий (порообразующие добавки); для снижения температуры обжига изделий (легкоплавкие добавки, или плавни).

Глины состоят из мельчайших (менее 0,01 — 0, 001 мм) частиц глинистых минералов, образовавшихся главным образом в процессе химического выветривания магматических и некоторых других пород. Пригодность глин для производства керамических изделий оценивается их керамическими и минеральными составами и свойствами.

Химический состав глин характеризуют обычно содержанием оксидов (в процентах по масс). Главными и обязательными оксидами, составляющие различные глины, являются кремнезём SiO₂ (от 40 до 70%) и глинозём Ai₂O₃ (от 15 до 35%). Постоянный компонент также — K₂O и Na₂O (вместе 1−15%), химически связанная вода.

Чистые глины, состоящие из каолинита, называют каолинами. Это — первичные глины. Каолины состоят почти исключительно из минерала каолинита и содержат значительное количество частиц меньше 0,01 мм; после обжига сохраняют белый или почти белый цвет. В природе они встречаются довольно редко и применяются для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий. Резкого разграничения между каолинами и глинами провести нельзя. Некоторые глины (например, огнеупорные) близки к каолинам по составу и свойствам. Все же глины более разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями.

Кроме глинистых минералов в глинах содержатся более крупные частицы: пыль размером 0,005…0,15 мм, песок размером 0,15…5 мм и обломки горных пород. Последние ухудшают технологические свойства глин. Карбонатные включения (доломит и кальцит) при недостаточном измельчении после обжига вызывают разрушение изделий.

Глинистые минералы придают глине характерные свойства: при увлажнении глина набухает и делается пластичной; при сушке мокрой глины объем ее уменьшается (происходит усадка) и глина превращается в камневидное тело. Переход глины из пластичного состояния в камневидное обратимый: при повторном увлажнении глина вновь размокает.

Чем больше в глине содержится частиц глинистых минералов, тем больше воды она способна удерживать, больше набухает, но медленнее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называются «жирными». Глины, содержащие много песчаных частиц, характеризуются небольшой усадкой и набуханием, легко сушатся, но их пластичность снижается. Данные глины называются «тощими».

Для производства керамических изделий нужна смесь, которая хорошо формуется и достаточно быстро сохнет. Смесь с оптимальным соотношением глинистых и песчаных частиц получают, добавляя в жирную глину отощающие добавки: шамот, дегидратированную глину, песок, гранулированный шлак, золу ТЭС. Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин.

Шамот — это зернистый керамический материал (с зернами 0,14 — 2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий — лицевого кирпича, огнеупоров и т. д.

Дегидратированная глина при температуре 700 — 750 °C, добавляемая в количестве 30 — 50%, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.

Песок (с зернами 0,5 — 2 мм) добавляют в количестве 10 — 25%, при большей добавке песка снижается прочность и морозостойкость керамических изделий.

Гранулированный шлак (с зернами до 2 мм) является эффективным отощителем глин при производстве кирпича.

Роль отощителей выполняют также золы ТЭС и выгорающие добавки.

Способность глины при обжиге переходить в камневидное состояние, в котором она совершенно не размокает в воде, объясняется следующим. При обжиге протекают химические и физико-химические процессы (удаление кристаллизационной воды, частичное разложение безводной глины на оксиды и образование новых водостойких и тугоплавких соединений), приводящие к изменению структуры глины. Частицы обезвоженной и видоизмененной глины спекаются, не переходя при этом полностью в расплавленное состояние. Спекание происходит за счет плавления легкоплавких примесей. Этот расплав склеивает, цементирует всю массу.

Связующая способность глин выражается в том, что уплотнённая влажная глина после высыхания не рассыпается, а сохраняет полученную форму. Эта способность выражается также в том, что глина связывает зёрна непластичных материалов, например песка или других минеральных крупных включений.

Для улучшения спекания керамического черепка при обжиге, снижения температуры обжига изделий вводят флюсы или плавни (стеклобой, полевые шпаты, вулканические породы, нефелиновые концентраты). Для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки — древесные опилки, угольную мелочь, торфяную пыль, полистирольный бисер и др. Используют также вещества, вьщеляющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор, — мел, доломит и глинистый мергель (в молотом виде). Эти добавки обладают также свойствами отощающих добавок.

Для изготовления лицевого кирпича используют в основном керамические (гончарные) глины — тонкодисперсные землистые вторичные породы (переотложенные глины), состоящие, в основном, из глинистых минералов (каолинита, гидрослюд с более или менее значительной примесью кварца, полевого шпата, окислов железа, карбонатов и др.).