Сырьевая база керамической промышленности РБ

3. Сырьевая база керамической промышленности РБ

Для производства керамических изделий применяют следующие основные виды сырья: беложгущиеся глины и каолин, кварц, кварцевый песок, полевой шпат, пегматит, нефелиновый сиенит, сподумен, мел, магнезит, доломит, чистые однородные по составу разновидности цветных глин. В массы специального состава для изготовления разных видов технической керамики водят тальк, андалузит, окислы магния и др.

К сырьевым материалам предъявляются высокие требования в отношении однородности и стабильности их состава; включения инородных материалов не допускаются. Недостаточно чистые исходные материалы обогащают отмучиванием, флотацией, воздушной или электромагнитной сепарацией.

Сырьевые материалы подразделяются на пластичные и отощающие. К пластичным относятся глинистые. К отощающим все остальные материалы не обладающие пластичностью.

Глины — это полиминеральные осадочные породы, являющиеся результатом совместного действия выветривания и жизнедеятельности микроорганизмов. При затворении водой глина придаёт массе пластичность, что даёт возможность формовать изделия сложной формы с небольшим усилием сохранять её после снятия нагрузки и приобретать камнеподобное состояние после термообработки. Минеральный состав глин очень сложен. Основу составляет каолинит, монтмориллонит, минералы групп гидрослюд. Кроме этого присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, растворимых солей и органических остатков. Частицы глинообразующих минералов имеют размер 0,001 — 10 мкм и в основном пластинчатую форму. Они не способны включать воду в свою химическую структуру, но удерживают её вокруг частиц в виде тонких плёнок (физически связанная вода). Поэтому большая часть глинистых минералов увеличивает свой объём, т.е. набухает.

Существует классификация глин по нескольким характеристикам.

По химическому составу глины подразделяются по содержанию Al₂O₃:

высокоглинозёмистые — более 45%

высокоосновные — 38 – 45%

основные — 28 – 38%

полукислые — 14 – 28%

кислые — менее 14%

По содержанию красящих оксидов Fe₂O₃ и TiO₂ делят на 4 группы: от низкого содержания — не более 1% до высокого — Fe₂O₃ более 3%, TiO₂ больше 2%.

Невысокое содержание Al₂O₃ при значительном SiO₂ может свидетельствовать о запесоченности сырья или о том, что основным глинообразующим компонентом является монтмориллонит. Малое содержание Al₂O₃ при значительном содержании оксидов щелочных металлов свидетельствует о легкоплавкости глин.

Пластичность глин — основная характеристика для получения изделий лепкой, раскаткой и выдавливанием через мундштук. Чем пластичней глина, тем больше число пластичности (П = П₁ + П₂), тем легче формование из пластической массы.

По пластичности глины подразделяются на 5 групп: от высокопластичных до непластичных.

Нижний предел пластичности (П₂) — это минимальное содержание воды в глине, при котором на поверхности глиняного жгута диаметром до 3 см³ отмечается появление трещин (масса рассыпается в руках).

Верхний предел пластичности (П₁) — содержание воды в глине, при котором она приобретает свойства текучести (масса прилипает к рукам).

По чувствительности к сушке глины делят на 3 категории: высокочувствительные, среднечувствительные, малочувствительные.

По огнеупорности глины делят на легкоплавкие — огнеупорность ниже 1350 ⁰С, тугоплавкие — огнеупорность 1350 — 1580 ⁰С, огнеупорные — огнеупорность выше 1580 ⁰С. Для изготовления огнеупоров годятся только последние глины. Для фарфора и фаянса — огнеупорные и беложгущиеся тугоплавкие. Для строительной керамики и изделий хозяйственно-бытового назначения используют легкоплавкие глины.

Месторождения огнеупорных глин: Украина — Чесовьяское, Дружковское, Новорайское, Веселовское. Месторождения каолинов: Украина — Глуховецкое и Просяновское. Российские месторождения глин: Трошковское и Латненское. Каолины — Кыштынское и Журавлиный Лог. Месторождения легкоплавких глин: российское — Имбрийское (голубой цвет), Кучинское; в Беларуси — Гайдуковка (Минская обл.), Лукомль (Витебская обл.), Осетки, Секеровщина, Заполле, Гершоны, Щебринь. Тугоплавкие: Гародное, Туровское, Городок, Столинские хутора. Каолины: Ситница, Глушковичи.

Отощающие добавки.

Отощающие материалы играют в массах сложную роль, с одной стороны, улучшают усадку, способствуют бездефектной сушке изделий, с другой стороны снижают пластичность масс.

Кварцевые пески и кварцсодержащие материалы (кварцит, жильный кварц, трепел, диатомит, маршалит и др.) характеризуются содержанием SiO₂, Fe₂O₃, TiO₂ и щелочно-земельных оксидов.

Шамот — это огнеупорный материал, полученный путём обжига глин и каолина. В роли шамота выступает либо измельчённый и рассеянный бой изделий, бой огнеупорных капселей, либо специально изготовленный шамот из огнеупорных глин.

Плавни в технологии керамики играют важнейшую роль, т.к. они не только образуют стеклофазу, но и позволяют снижать температуру спекания и, следовательно, обжига изделия. Из наиболее распространенных плавней в керамической промышленности используются полевые шпаты, пегматиты, доломит, нефелин, сиенит, перлит, тальк и некоторые виды искусственных материалов, например, бой тарного стекла. Полевые шпаты (ортоклаз, альбит, анортит, микроклин), в чистом виде встречаются редко и для производства тонкой керамики применяются с определённым содержанием красящих оксидов (не более 0,3%), щелочей (не менее 12%) и калийнонатриевым модулем (K₂O/Na₂O) не менее 2%. Наиболее широко используются в России Карельское полевошпатовое сырьё (Чупинские полевые шпаты и пегматиты).

Одна из важных стадий керамического производства — это хранение и контроль сырья. Прибывшее на предприятие сырье должно проходить входной контроль, на каждую партию составляют паспорт с указанием всех определённых свойств и датой приёмки. Каждый компонент керамической массы должен хранится в отдельном отсеке складов сырья. Для карьерных глин желательно длительное вылёживание в условиях постоянной влажности или промораживания в ямах и на открытых площадках.

Дефекты, связанные с сырьевыми материалами можно условно разделить на 2 группы: возникающие из-за присутствия в сырье нежелательных примесей и возникающие из-за несоблюдения рецептуры масс.

I группа связана в основном с содержанием в сырье примесей ухудшающих цвет изделия (высаливание растворимых сульфатов, хлоридов в глинах, появление мушки из-за небольших включений, наличие гипса или муллита в глине), деформирующих изделие при обжиге (наличие карбонатов и слюд в глинах, органических веществ).

Дефекты относящиеся ко II группе, могут проявляться лишь после обжига изделий. Поэтому необходимо постоянный контроль промежуточных технологических параметров керамической массы на всех технологических стадиях. По составу масс типичные составы фарфоровых масс содержат половину пластичных и отощающих материалов. Фаянсовые массы содержат больше пластичных и мало полевых шпатов, в качестве плавня добавляют доломит, известняки. В майоликовых массах широко применяется как тугоплавкие, так и легкоплавкие глины в сочетании с кварцевым песком и различными плавнями (нефелин, доломит). Масса для производства строительной керамики содержит разнообразные местные легкоплавкие глины со значительным содержанием шамота, различных плавней.

В современном керамическом производстве стремятся использовать нетрадиционные виды сырья (пирофиллит, волластонит, диопсид, рисовую шелуху, а также широкую гамму техногенных материалов, как отходы (металлургические шлаки, гальванические шламы, золы ТЭЦ), так и заранее синтезированные.