Главная Обратная связь

Дисциплины:






КЕРАМІЧНІ СИРОВИННІ МАТЕРІАЛИ



 

При вивченні складу, структури та властивостей керамічних матеріалів, необхідно мати уявлення не тільки про всі процеси виробництва, але і про сировинні матеріали, які використовуються у цих процесах. Хоча і є надзвичайно велике число різноманітних сировинних матеріалів, використовуваних для виробництва кераміки, традиційна керамічна промисловість в основному використовує різноманітні комбінації глинистих мінералів, що надають пластичність, польових шпатів, що утворять грузлу рідину при температурі випалу, а також тугоплавких кремнеземистих матеріалів, спроможних утворювати скло. Крім того, широко використовуються мінеральні плавні, алюмосилікати, тальк і пов'язані з ним мінерали, вогнетривкі сировинні матеріали. Більшість цих матеріалів добувають і потім підготовляють для використання. Усе більше число сировинних матеріалів піддають очищенню; багато з них утворюються як повторний продукт з інших вихідних складових. У даному розділі ми роздивимося деякі з найбільш звичайно та широко використовуваних керамічних сировинних матеріалів, які, звичайно, поділяють на три групи: глинисті (пластичні), непластичні та добавки.

Глинисті матеріали (глини) - основна сировина для виробництва кераміки. Вони забезпечують форму виробів та їхні основні властивості.

Непластичні матеріали в залежності від їхньої ролі в технологічному процесі поділяють на ті, що отощають, флюси (плавні) та добавки, що коригують структуру.

Матеріали, що отощають, вводять у масу для зменшення усадки при сушінні й випалі виробів, щоб зберегти форму виробу у процесі його виготовлення, полегшити та прискорити процеси сушіння та випалу виробів. При виробництві виробів будівельної кераміки в якості матеріалів, що отощають, застосовують кварцовий пісок, шамот і деякі інші матеріали (шлаки, піски та т.п.).

Флюси (плавні) покращують спікання керамічного черепка при випалі, знижують температуру випалу виробів. У процесі сушіння виробів плавні, звичайно, відіграють роль матеріалів, що отощають. У якості плавнів до складу маси для виготовлення виробів будівельної кераміки вводять польові шпати, пегматити, нефелінові концентрати, перліти, склобій.

Добавки, що коригують структуру, змінюють взаємне розташування складових кераміки. До них відносяться добавки поризатори та добавки модифікатори.

У якості добавок поризаторів, звичайно, використовують речовини, які сприяють утворенню пористої структури кераміки. До них відносяться вигоряючі добавки, речовини, які при високих температурах згорають, залишаючи замість себе порожнини в керамічному виробі (золи, тирса та інші).

У якості добавок-модифікаторів, звичайно, використовують хімічні або природні речовини, які змінюють склад новотворів кераміки.



Умови утворення.

 

Найбільше важливі керамічні сировинні матеріали утворюють (у значенні геологічного походження) усього лише три головні групи гірських порід, які класифікуються як вивержені, осадові і метаморфічні породи. Ці три групи можуть бути далі підрозділені на більше число груп у залежності від переваження тих або інших хімічних і фізичних умов. Мінералогія кожної породи залежить від температури та тиску, при яких протікала її кристалізація, а також від змін у хімічному складі, що перетерпіли її складові матеріали.

Вивержені породи характеризуються тим, що вони утворилися, або при високих, або при середніх температурах, при самих най різноманітних тисках, але при декілька обмеженій зміні хімічного складу.

Осадові породи характеризуються тим, що вони утворилися при середніх температурах (0…45)оС і в основному при постійному атмосферному тиску. Такі матеріали могли утворитися з найрізноманітніших первинних матеріалів із широко мінливим складом.

Метаморфічні породи утворилися в результаті процесів, що мали місце нижче зони вивітрювання. Умови утворення цих порід характеризуються широким, інтервалом температур, тиску і валового складу. Окремі мінерали, або комплекси мінералів, стабільні тоді, коли вони мають найменшу можливу вільну енергію при звичайних фізичних і хімічних умовах, у зв'язку з чим вони не мають тенденції до яких-небудь змін. Мінерали, або комплекси мінералів, стабільні при одному визначеному співвідношенні фізичних і хімічних умов, можуть стати несталими при зміні цих умов. Тому польові шпати, вулканічне скло та інші алюмосилікати, що утворилися під дією підвищених температур в умовах вулканічної діяльності, хитливі за інших умов, які мають місце у випадку осадових порід, і змінюються з утворенням глинистих мінералів, які у цих умовах стійкі.

Велике число геохімічних процесів, пов'язаних з утворенням гірських порід і мінералів, проходить у контрольованих умовах температури, тиску і хімічного складу при виготовленні керамічних виробів. Основні механізми цих процесів подібні і можуть бути добре зрозумілі при розгляді принципів фізики та хімії твердого стану, що розбираються в наступних розділах.

Методи видобутку.

Вибір методів видобутку для даного мінерального родовища визначається, головним чином, економічними умовами і такими чинниками, як розмір, форма і геологічні характеристики родовища. Відкриті методи розробки родовищ більш кращі, ніж дорогі підземні. Великі пластоподібні поклади, що виходять на поверхню, або залягають під іншими породами середньої товщини, розробляють переважно відкритими методами. У той час, як мінеральні відкладення, що залягають глибоко, можуть розроблятися лише підземними методами. Гідравлічна розробка родовищ за допомогою гідрогармат використовується для видобутку деяких видів каоліну.

Методи збагачення.

Економічні умови також визначають ступінь збагачення, якої піддають керамічні сировинні матеріали. Така дешева сировина, як цегельні глини, звичайно, використовується в тому виді, у якому вона добувається. У той час, як більш дорогі матеріали, такі, як високосортний каолін і польовий шпат, можуть бути збагачені шляхом механічної концентрації, або флотації. У деяких із цих операцій попутно одержують і інші додаткові мінерали, також є цінною сировиною. Хімічне очищення використовується для особливо дорогих матеріалів.

У цей розділ включено лише стислий огляд геологічних і економічних аспектів деяких із найбільш важливих керамічних сировинних матеріалів. Більш докладну інформацію з цього питання треба одержати в додатковій спеціальній літературі.

 

 

Глинисті мінерали

 

Слово «глина» має два значення. Глинами називають визначені види гірських порід і тонкодисперсні (пилуваті) фракції глинистої породи. У другому випадку проводять різницю між власне глинистою частиною породи та включеннями, що входять до складу глинистої гірської породи. Глинистою сировиною служать тонко дрібні гірські породи різноманітного хіміко-мінералогічного складу, що зустрічаються у природі в пухкому, пастоподібному, або ущільненому стані.

Глинисті мінерали являють собою тонкозернисті водяні алюмосилікати, що у суміші з водою набувають пластичності. Загальну їхню хімічну формулу може бути представлено у вигляді m×Al2О3 n×SiO q×H2О. В залежності від розміру m, n, q, їх хімічний склад, мінералогічні та фізичні характеристики змінюються в надзвичайно широких межах. Для глин найбільш характерна шарувата структура. Глинисті мінерали цілком складаються з електрично нейтральних алюмосилікатних прошарків, що можуть легко зрушуватися один щодо одного, обумовлюючі такі їхні фізичні властивості, як м'якість, відчутну жирність і спроможність легко розколюватися по площинах спайності. Усі глинисті мінерали є вторинними геологічними утвореннями, тобто вони виникнули в родовищах, у яких була присутня вода, як продукт зміни алюмосилікатних гірських порід. Більшість глинистих мінералів є продуктом вивітрювання та осадження, але вони можуть також утворитися в гідротермальних умовах. Механізм утворення глин дотепер ще цілком не вивчений.

У керамічних виробах глини виконують дві важливі функції. По-перше, вони надають масам пластичність, що необхідно для більшості, звичайно, використовуваних процесів формування. Спроможність водно-глинистих композицій формуватися та зберігати міцність і форму у процесі сушіння та випалу є основою більшості керамічних процесів. По-друге, глини обпалюють (у температурному інтервалі, що залежить від їхнього складу) таким чином, що зміцнення та ущільнення, які відбуваються при цьому, не викликають втрати форми виробів. Дуже чисті глини вогнетривкі, а забруднені плавляться при відносно низькій температурі.

Найбільш звичайні глинисті мінерали можуть бути класифіковані відповідно до їхньої структури на каолінітову, монтморилонітову й іллітову (гідрослюди) групи. Зовсім нещодавно було встановлено, що мінерали хлоритової групи є найважливішою складовою частиною більшості родовищ глин. Зазначена класифікація ґрунтується на кристалографічній структурі глинистих мінералів і відповідає їх ідеальним хімічним формулам, приведеним нижче.

 

Каолініт Al2(Si2O5)(OH)4





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...