Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Строительное материаловедение

Глина — основное сырье для строительной керамики


Глина — основное сырье для строительной керамики

Для производства строительной керамики применяют глины как относительно пластичный компонент и добавочные вещества — непластичные компоненты сырьевой смеси. Глина является главным структурообразующим веществом, создающим при обжиге изделий микро- и макроструктуру керамического конгломерата в виде различных изделий. Добавочные вещества вводят в глину (смеси) с целью повышения или снижения ее пластичности, что важно при формовании изделий; для увеличения пористости легких 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 процессах химического выветривания магматических и некоторых других пород. Пригодность глин для производства керамических изделий оценивается их химическим и минеральным составами и свойствами.

Химический состав глин характеризуют обычно содержанием оксидов (в процентах по массе). Главными и обязательными оксидами, составляющими различные глины, являются кремнезем БЮг (от 40 до 70%) и глинозем АЬОз (от 15 до 35%). Постоянными компонентами глин являются также КгО и ИагО (вместе 1—15%), химически связанная НгО (около 5—15%).

Часто присутствует БегОз (0—7%). Встречаются в глинах и другие соединения, например ТЮг, MgO, карбонаты Са и Mg, органические примеси. В каолинитовых глинах содержание глинозема и кремнезема почти одинаково, тогда как в монтмориллонитовых и магнезиальных возрастает количество кремнезема за счет снижения содержания глинозема. Резкое возрастание кремнезема обычно обусловливается присутствием песчаной примеси в глинах. С увеличением содержания АЬОз повышаются пластичность и огнеупорность глин, а с повышением содержания кремнезема пластичность глины снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обо» жженных изделий. Присутствие оксидов железа (и закиси) тонкодис» персных карбонатов СаСОз и MgCCh снижает огнеупорность глин, увеличивая усадку изделий. Наличие в глине щелочей ухудшает формуемость изделий, понижает огнеупорность и вызывает появление белых выцветов на изделиях.

Свойства глин имеют в керамическом производстве важное значение. Из физических свойств следует учитывать их пластичность, связующую способность, водопоглощаемость, воздушную и огневую усадки, огнеупорность, способность ионного обмена с окружающей средой и др.

Пластичность — способность влажной глины под действием внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после устранения давления. Ее можно увеличить вылеживанием глин на воздухе и снизить нагреванием (агрегированием тончайших частиц) или введением добавок, например кремнезема. К наиболее пластич-1 ным относятся монтмориллонитовые, а к наименее пластичным •—I каолинитовые глины. С увеличением частиц размером меньше! 0,001 мм пластичность глин возрастает.

Связующая способность глин выражается в том, что уплотненная влажная глина после высыхания не рассыпается, а сохраняет полученную форму, например изделия-сырца, для последующего обжига. Эта способность выражается также в том, что глина связывает зерна непластичных материалов, например песка или других минеральных крупных включений.

Водопоглощаемость некоторых глин достигает больших количеств, причем вода проникает не только по трещинам и капиллярам, но и между слоями в кристаллической решетке некоторых минералов, раздвигая их с эффектом набухания глины до 40% и более.

Воздушная и огневая усадки отражают способность глин уменьшать объем при высыхании на воздухе или при обжиге. Большая усадка может нередко сопровождаться образованием трещин, если глину не «отощить», т. е. не добавить в нее кремнезем. Высокопластичные глины при высыхании дают до 10—15% воздушной усадки. При обжиге часть наиболее легкоплавких компонентов глины расплавляется, заполняя поры расплавом. Это приводит к сближению частиц и эффекту огневой усадки. Сумма воздушной и огневой усадок (полная усадка) колеблется до 18%.

Огнеупорность — важнейшее свойство глин выдерживать высокую температуру, не расплавляясь и не деформируясь.

Другой, более низкой является температура спекания глины, когда возникает заполнение пор расплавом, но без деформации изделия, а только с его уплотнением. Полностью спекшийся глиняный черепок имеет водопоглощаемость 2—5%. При нагревании выше температуры спекания количество расплава возрастает сверх объе пор и тогда наступает деформирование изделий с постепенным расплавлением всей массы. Интервал между температурами спекания и началом деформирования (оплавления) глины называется интервалом спекания (иногда — густоплавкостью). Чем больше этот интервал, тем спокойнее протекает обжиг и меньше опасность деформирования изделий при обжиге. Для получения плотного черепка необходимо, чтобы интервал спекания был не менее 100°С, для пористого — не менее 40—50°С. Огнеупорность зависит от химического и минерального составов глин. Присутствие каолинита всегда повышает степень огнеупорности, а даже небольшое количество в глине минералов — плавней — понижает температуру плавления.

Химический состав оказывает влияние на температуру плавления глин. Температура плавления оксидов сравнительно высока: SiOz — П10°С, АЬОз — 2050°С, MgO — 2800°С, Fe203 — 1548°С, реО — 1380°С, ТЮг — 1700°С и т. д. В глинах, однако, практически мало имеется химически чистых оксидов. Они находятся в химических соединениях в виде минералов, а при повышенных температурах создают, кроме того, эвтектические смеси, которые значительно снижают температуру плавления глинистых масс.

Способность ионного обмена с окружающей средой относится к важному свойству глин. Особенно легко замещаются катионы Na+, К+, Са2+, Mg2+, NH4+, и анионы S042~, СГ, Р043~, N03K Следует отметить, что тенденцией к ионному обмену обладают практически все минералы, если они переведены в тонкодисперсное состояние, так как на обломанных краях кристалликов заряды некоторых элементов становятся незамещенными. Возникают и неуравновешенные свободные заряды, например при замене А13+ на Si4+ или Mg2+ на А13+, что также способствует ионному обмену. Замена катиона на другой приводит к изменению свойств глин — пластичности, водопроницаемости, густоплавкости и др.

Характерным свойством глин является их способность при обжиге превращаться в каменный материал.

Среди непластичных материалов, используемых в керамическом производстве в качестве добавок, — отощающие, выгорающие и плавни. К отощающим добавкам относятся кварцевые пески, пылевидный кварц (маршаллит), кремень, шамот (обожженная глина и затем измельченная в порошок), золы ТЭС и др. К выгорающим добавкам относятся древесные опилки, торф, антрацит, каменный и бурый уголь, топливные шлаки и др., которые создают пористость после их выгорания при обжиге изделий и могут выполнять функции отощающей добавки (снижать пластичность). К плавням (флюсам) относят материалы, которые в процессе обжига взаимодейству-Ют с глинистым веществом с образованием более легкоплавких соединений, чем чистое глинистое вещество. Среди них — полевые пшаты, пегматит, мел, доломит, руды с содержанием оксидов железа и др. Иногда в глину вводят специальные добавки, например с целью повышения кислотостойкости — песчаные смеси, затворенные жидким стеклом, для окрашивания изделий — оксиды металлов, для улучшения качества кирпича — пирофосфаты и полифосфаты натрия, для вспучивания — кокс и др.





Похожие статьи:
Строительные термины и определения

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Строительное материаловедение

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум