Вопрос 26. Физико-химические процессы, протекающие при обжиге глины. Добавки, вводимые в сырьевую смесь

Глиной называются землистые минеральные массы, или землистые обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму, а после обжига получающее твердость камня.

Обжиг глиняных изделий – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырьевых изделий, собственно обжиг и регулируемое охлаждение изделий. В первом периоде из обжигаемых изделий удаляется гигроскопичная и гидратная вода, частично разлагаются карбонаты, сгорают органические примеси и равномерно прогревается вся масса изделий. Вначале нагревания при температуре 100-120°С удаляется физически связанная вода, в температурном интервале 450-650°С – химически связанная вода, причем глинистые минералы разрушаются, и глина переходит в аморфное состояние. Дальнейшее повышение температуры приводит к расплавлению части материала, в результате чего происходит спекание массы и образование керамического черепка. Этому соответствует температура 800-1000°С для легкоплавких глин, и 1150-1200°С для тугоплавких. Температурный режим и длительность обжига зависят от состава применяемой шихты. При повышении температуры обжига получают изделия с большей механической прочностью, однако чрезмерное повышение температуры может вызвать деформацию изделий.

После обжига изделия охлаждают. Процесс охлаждения весьма ответственный, при этом нельзя допускать резкой смены температур и доступа холодного воздуха, влекущих за собой образование трещин. В начальной стадии температуру снижают медленно и лишь после достижения 650°С процесс охлаждения можно ускорить.

Добавки к глинам.

Отощающие добавки.

В высокопластичные глины, для затворения которых требуется большое количество воды (до28%) и которые большую линейную усадку при сушке и обжиге (до15%), необходимо вводить отощающие добавки, т.е. непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды, что сокращает усадку (до2-6%).

В качестве отощающих добавок чаще всего применяют вещества неорганического происхождения – кварцевый песок, шамот (обожженная и измельченная глина), бой изделий, молотый шлак и золу. Эти вещества не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, облегчают технологический процесс производства и устраняют брак.

Выгорающие добавки.

Для получения изделий с меньшей объемной массой и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки. Наиболее часто используют древесные опилки, угольную мелочь и угольный порошок, торфяную пыль и др.

Все эти добавки обладают также свойствами отощающих добавок.

Специальные добавки.

Для придания керамическим изделиям специальных свойств вводят соответствующие добавки. Так, например, при изготовлении кислотоупорных изделий и облицовочных плиток к глинам добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами. При необходимости понижения температуры обжига некоторых изделий используют флюсы (плавни) – молотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник. Для повышения качества кирпича в виде добавки вводят пирофосфаты и полифосфаты натрия.