Аналитический обзор литературы

Сырье для производства пустотелого керамического кирпича и его состав

Основным сырьем для производства пустотелого керамического кирпича являются глинистые породы, представляющие собой механическую смесь глинообразующих минералов и примесей. Глинистые породы — это обычно рыхлые образования, обладающие способностью переходить при увлажнении в пластическое состояние, т. е., легко формоваться и сохранять приданную им форму. После сушки и обжига такая глинистая масса превращается в очень стойкий и прочный каменистый материал, обладающий высокой структурой связью. Именно на этих характерных свойствах глинистых пород основана технология керамических изделий. Основным сырьем, применяемым при производстве кирпича керамического пустотелого, является глина, песок кварцевый того же месторождения и шамот, выступающие в роли отощителя.

Сырье для производства керамических материалов оценивается по следующим показателям:

• — пластичности;
• — связующей способности;
• — чувствительности к сушке;
• — воздушной усадке при сушке, огневой при обжиге.

Пластичность глин — их способность под воздействием внешних усилий принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять ее после прекращения этих усилий. Согласно ГОСТ 21 216.1−81 пластичность глин характеризуется числом пластичности:

П = W1 — W2.

Где:

W1- влажность предела текучести, %, являющаяся границей между пластическим и вязко-текучим состоянием системы;

W2 — влажность предела раскатывания, %, которая находится на границе между хрупким и пластическим состоянием системы.

Связующая способность глин определяет их возможность сохранять пластичность при смешивании с непластичными материалами и измеряется количеством нормального песка (ГОСТ 6139−78), при добавлении которого образуется масса с числом пластичности 7. В зависимости от способности глин связывать то или иное количество нормального песка (%) их разделяют на:

• — высоко-пластичные (60−80);
• — пластичные (20−60);
• — низко-пластичные — тощие (20);
• — камнеподобные — сланцы, сухарные глины (не образуют теста).

Воздушной усадкой (линейной или объемной) глинистого сырья называют изменение линейных размеров или объема сформованных из него образцов при сушке. Огневой усадкой называют изменение линейных размеров высушенных изделий после их обжига.

Спекаемость глин — их способность при обжиге уплотняться с образованием твердого камнеподобного тела (черепка). Классификация глин по температуре спекания:

• — низкотемпературная с температурой спекания до 1100 °C;
• — среднетемпературная соответственно 1100−1300°С;
• — высокотемпературная свыше 1300 °C.

Керамические стеновые материалы пластического формования обжигают при 900−980°С, а полусухого на 50−100°С выше.

Огнеупорность глин — их свойство противостоять не расплавляясь воздействию высоких температур. Глины делят на:

• — огнеупорные с показателем огнеупорности свыше 1580 °C;
• — тугоплавкие 1350−1580°С;
• — легкоплавкие — до 1350 °C.

Глина по степени огнеупорности относится к группе легкоплавких. Ее огнеупорность 1190−1250^оС.

По содержанию оксида AL2O3 — к группе кислого сырья. Глина содержит большое количество красящих оксидов.

Высокое содержание свободного кварца определяет ее к группе низко-дисперсного сырья.

Химический состав глины приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Химический состав глины:

В производстве кирпича обычно используют легкоплавкие глинистые породы с огнеупорностью ниже 13 500 °C, обладающие необходимой пластичностью и связующей способностью.

Их химический состав в %:

• — оксид кремния SiO₂ 60−80;
• — глинозем Аl₂О₃ вместе с диоксидом титана TiO₂5−20;
• — оксид железа Fe₂O₃ вместе с FeO3−10;
• — оксид кальция СаО0−25;
• — оксид магния MgOО-3;
• — серный ангидрид SО₃0−3;
• — оксиды щелочных металлов NaSOKzO1−5.

Оксид алюминия находится в глине в составе глинообразующих минералов и слюдянистых примесей. С повышением его содержания, как правило, повышается пластичность глины, возрастает прочность сформованных, сухих и обожженных изделий, увеличивается их огнеупорность. Диоксид титана влияет на окраску изделий. Оксид железа способствует образованию после обжига красноватого цвета изделиям. При его содержании более 3% и наличии восстановительной среды оксид железа снижает температуру обжига изделий.

Оксиды щелочных металлов находятся в глинах в составе слюд и полевых шпатов, а в примесях в виде растворимых солей. Являются плавнями, при сушке изделия мигрируют на поверхность, а после обжига спекаются, придавая ему большую прочность. Растворимые соли образуют на поверхности изделия белесоватый налет.

Кварцевый песок — распространенный отощитель. При обычных температурах обжига изделий он не взаимодействует с расплавом и тем самым способствует устойчивости изделий при сушке и обжиге.

Гранулометрический состав кварцевого песка приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Гранулометрический состав кварцевого песка:

Модуль крупности кварцевого песка 1,02−1,08. Он характеризуется содержанием глинистых в количестве 2,4−3,2%. Объемная насыпная масса кварцевого песка 1300−1400 кг/м³. Влажность 0,8−2,9%.

В качестве шамота используют молотый бой обжига и брака сушки. Величина отдельных зерен шамота не более 7 мм. Он не может быть засорен посторонними примесями. Влажность шамота — не более 3%.

Основные показатели качества сырья для производства кирпича представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 — Основные показатели качества сырья для производства кирпича:

Древесные опилки армируют глиняную массу, улучшают формовочные свойства, повышают трещиностойкость при сушке, однако снижают прочность изделий и повышают их водопоглощение. Более эффективно применять 5−10% опилок в сочетании с минеральными отощителями.

Отвальные и гранулированные шлаки черной и цветной металлургии, топливные шлаки снижают чувствительность сырца к сушке, повышают трещиностойкость и улучшают процесс обжига.

Пластифицирующие добавки используют для придания мало пластичному (тощему) глинистому сырью необходимой формирования, улучшения сушильных свойств и получения прочных изделий. В качестве пластифицирующих и одновременно обогащающих добавок применяют высоко пластичные, тонкодисперсные, огнеупорные или тугоплавкие глины, отходы добычи и обогащения углей, глины, а также органические и ПАВ, электролиты. СДБ, технический лигнин, введенные в количестве 0,1−1% массы сухой глины повышают пластичность сырья благодаря образованию на поверхности глинистых частиц адсорбционных пленок, играющих роль смазки. Наиболее эффективный способ введения пластифицирующих добавок — в виде шликера или суспензии вместе с водой затворения.

Флюсующие добавки способствуют появлению жидкой фазы при обжиге изделий при более низких температурах в результате образования с компонентами основного сырья низкотемпературных эвтектик. В качестве флюсующих добавок используют тонкомолотый бой стекла, шлаки, пиритные огарки и др.

К окрашивающим добавкам относят тонкомолотые светло-жгущиеся глины, марганцевые, железные и фосфорные руды, карбонатные породы и др. Подготовка добавок сводится к измельчению или просеиванию их до заданного зернового состава.