. Определение шихтового состава массы по химическому составу черепка и сырьевых материалов.
Дан состав электротехнического фарфора:
Глинистого вещества: 43%
Полевого шпата: 26%
Кварца:31%
Исходя из керамических (формовочных) свойств сырья принимают количество пластичной глины в массе равным 30%. Зная химический состав сырьевых материалов с глиной будут введены оксиды в количестве (в вес.ч.):: 0.597·30=17,9O3:0,25·30=7,5
К2О+Na2O: 0,0086·30=0,258
С каолином (в вес.ч):: 0.4926·13=6,4O3:0,3702·13=4,81
К2О+Na2O: 0,0038·13=0,05
С кварцем (в вес.ч):: 0.9612·31=21,08O3:0,0301·31=5,74
С полевым шпатом (в вес.ч.):: 0.6801·26=17,68O3:0,1852·26=4,82
К2О+Na2O: 0,1209·26=3,14
Общая сумма данных оксидов (в вес.ч):: 17,9+9,85+23,07+17,68=63,06O3:7,5+7,4+0,72+4,81=22,87
К2О+Na2O: 0,3+0,076+3,14=3,49
Итого: 89,42
Для определения в массе содержания каолина и полевого шпата составляют систему уравнений с двумя неизвестными, где х - количество каолина, которое необходимо ввести в массу, а у - количество полевого шпата:
х·0,0038+у·0,1209=3,19
х·0,3702+у·0,1852=15,37
откуда 
Количество кварцевого песка:
с глиной: 0,597·30=17,9
с каолином:0,493·29,44=14,51
с полевым шпатом:0,68·25,46=17,31
Дополнительно остается ввести SiO2:
,06-(17,9+14,51+17,31)=13,34 вес.ч.
Для 13,34 вес.ч. SiO2 необходимо следующее количество песка:
Шихтовой состав массы
Таблица 1
| Материал | Содержание в | |
| вес.ч. | в процентах | |
| Глина | 30,37 | |
| Каолин | 29,44 | 29,81 |
| Полевой шпат | 25,46 | 25,77 |
| Кварцевый песок | 13,88 | 14,05 |
| Всего | 98,78 | 100,0 |
. Расчет молекулярного, рационального состава сырьевых материалов и масс.
Определяем молекулярные коэффициенты по заданному содержанию оксидов. Процентное содержание оксидов:
в глине (30 вес.ч.)::17,9 вес.ч.
,9 % - 0,01498 мол.
,0 % - 0,2829 мол.
,9 % - 0,2979 мол.O3:7,5 вес.ч.
,5 % - 0,0049 мол.
,0 % - 0,0687 мол.
|
|
,5 % - 0,0736 мол.
К2О+Na2O:0,258 вес.ч.
(0,0065+0,0021)·30=0,258
К2О:0,195 вес.ч.
,005 % - 0,0000531 мол.
,09 % - 0,000956 мол.
,1 % - 0,00106 мол.
,195 % - 0,0021 мол.O:0,063 вес.ч.
,003 % - 0,0000484 мол.
,06 % - 0,000968 мол.
0,063 % - 0,001 мол.
с каолином (13 вес.ч.)::6,4 вес.ч.
,4 % - 0,00666 мол.
,0 % - 0,0999 мол.
,4 % - 0,1066 мол.O3:4,81вес.ч.
,01 % - 0,000098 мол.
,8 % - 0,00785 мол.
,0 % - 0,0392 мол.
,81 % - 0,0471 мол.
К2О+Na2O:0,05 вес.ч.
(0,003+0,0008)·13=0,05
К2О:0,039 вес.ч.
,009 % - 0,0000956 мол.
,03 % - 0,000319 мол.
,039 % - 0,0004 мол.O:0,01 вес.ч.
,01 % - 0,000161 мол.
,01 % - 0,0002 мол.
с кварцем (31 вес.ч.)::21,08 вес.ч.
,08 % - 0,001331 мол.
,0 % - 0,3495 мол.
,08 % - 0,3508 мол.O3:5,74 вес.ч.
,04 % - 0,000392 мол.
,7 % - 0,00687 мол.
,0 % - 0,049 мол.
,74 % - 0,0563 мол.
с полевым шпатом(26 вес.ч.)::17,68 вес.ч.
,08 % - 0,001331 мол.
,6 % - 0,00999 мол.
,0 % - 0,2829 мол.
,68 % - 0,2942 мол.O3:4,82 вес.ч.
,02 % - 0,000196 мол.
,8 % - 0,00785 мол.
,0 % - 0,0392 мол.
,82 % - 0,0472 мол.
К2О+Na2O:3,14 вес.ч.
(0,0322+0,0887)·26=3,14
К2О:0,837 вес.ч.
,007 % - 0,0000743 мол.
,03 % - 0,000319 мол.
,8 % - 0,00849 мол.
,837 % - 0,0009 мол.O:2,306 вес.ч.
,006 % - 0,0000968 мол.
,3 % - 0,00464 мол.
,0 % - 0,0323 мол.
,306 % - 0,0002 мол.
Определение рационального состава сырья.
Химический состав сырьевых материалов:
Глина (в %): SiO2 - 17,9; Al2O3 - 7,5; К2О - 0,195; Na2O - 0,063.
Каолин (в %): SiO2 - 6,4; Al2O3 - 4,81; К2О - 0,039; Na2O - 0,01.
Полевой шпат (в %): SiO2 - 17,68; Al2O3 - 4,82; К2О - 0,837; Na2O - 2,306.
Кварц (в %): SiO2 - 21,08; Al2O3 - 5,74.
Решение:
Количество ортоклаза:
в 100 в.ч. глины:
в 100 в.ч. каолина:
в 100 в.ч. полевого шпата:
Количество альбита:
в 100 в.ч. глины:
в 100 в.ч. каолина:
в 100 в.ч. полевого шпата:
Количество Al2O3 и SiO2:
в глине:O3 в ортоклазе: 
O3 в альбите: 
в ортоклазе: 
в альбите: 
в каолине:O3 в ортоклазе: 
Al2O3 в альбите: 
в ортоклазе: 
в альбите: 
в полевом шпате:O3 в ортоклазе: 
O3 в альбите: 
в ортоклазе: 
в альбите: 
В каолините связано Al2O3:
|
|
в глине: 7,5-0,314=7,186в.ч.
в каолине:4,81-0,059=4,75в.ч.
в полевом шпате:4,82-4,702=0,118в.ч.
вкварце:5,74в.ч.
Количество каолинита:
в глине: 
с этим количеством связано SiO2: 
в каолине: 
с этим количеством связано SiO2: 
в полевом шпате: 
с этим количеством связано SiO2: 
в кварце: 
с этим количеством связано SiO2: 
Несвязанный кремнезем:
,06-(0,747+0,364+0,149+0,058+3,205+12,619+8,14+5,38+0,133+6,5)=25,765
Рациональный состав:
Глинистого вещества: в глине - 18,18
в каолине - 12,01
в полевом шпате - 0,298
в кварце - 14,52
Σ - 45,01в.ч.
Ортоклаза: в глине - 1,153
в каолине - 0,23
в полевом шпате - 4,95
Σ - 6,333в.ч.
Альбита: в глине - 0,53
в каолине - 0,085
в полевом шпате - 19,49
Σ - 20,105в.ч.
Кварца: 25,765 в.ч.
. Расчет шихтового состава массы при расчетной или полной замене одного из сырьевых материалов.
Количество оксидов, вводимых с сырьевыми материалами в шихту эталонной массы.
Таблица 2
| Показатели | Содержание, в вес.ч. | ||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | R2O | п.п.п. | |
| Глина | 17,9 | 7,5 | 0,633 | 0,102 | 0,114 | 0,258 | 3,144 |
| Каолин | 6,4 | 4,81 | 0,068 | 0,073 | 0,017 | 0,05 | 1,563 |
| Кварцевый песок | 21,08 | 5,74 | 0,016 | - | - | - | 0,161 |
| Полевой шпат | 17,68 | 4,82 | 0,042 | 0,06 | 0,088 | 3,14 | 0,138 |
| Итого на непрокаленную массу | 63,06 | 22,87 | 0,76 | 0,24 | 0,22 | 3,45 | 5,01 |
| Итого в пересчете на: | |||||||
| 100 вес.ч. | 65,96 | 23,92 | 0,79 | 0,25 | 0,23 | 3,61 | 5,24 |
| прокаленную массу | 69,61 | 25,24 | 0,84 | 0,26 | 0,24 | 3,81 | - |
Пользуясь данными, рассчитываем новый рецепт массы. Начинаем с расчета необходимого количества канского пегматита, с которым требуется ввести 3,81% R2O. Пегматита необходимо ввести: 
Количество оксидов, которые будут введены в массу с пегматитом:: 
O3: 
O3: 
: 
: 
O: 
п.п.п.: 
|
|
Глинистые материалы рассчитывают по содержанию в них Al2O3. Для фарфора отношение каолина к глине (по Al2O3) равно примерно 2:1.
В эталонной массе содержится 25,24в.ч. Al2O3, с канским пегматитом введено 5,07 вес.ч., следовательно, с новыми глинистыми материалами необходимо ввести 25,24-5,07=20,17 вес.ч. Al2O3, или с каолином 13.45 вес.ч. и с глиной 6.72 вес.ч. Al2O3, исходя из соотношения их в массе, равном 2:1.
Определяем необходимое количество каолина в массе:
Количество оксидов, которые будут введены в массу с каолином:: 
Al2O3: 
O3: 
: 
: 
O: 
п.п.п.: 
Содержание глины в массе составит:
Количество оксидов, которые будут введены в массу с глиной:: 
Al2O3: 
O3: 
: 
MgO: 
O: 
п.п.п.: 
Количество SiO2, которое надо ввести с кварцевыми отходами, определяется по разности содержания SiO2 в эталонной и вводимого с пегматитом, каолином и глиной:
,61-(16,7+18,13+9,78)=25вес.ч.
Количество оксидов, которые будут введены в массу с кварцевыми отходами:O3: 
O3: 
: 
п.п.п.: 
Результаты расчетов даны в таблице 3.
Таблица 3 - Количество оксидов, вводимых с сырьевыми материалами в шихту новой массы
| Показатели | Содержание, в вес.ч. | ||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | R2O | п.п.п. | |
| Глина кравальбалайская | 9,78 | 6,72 | 0,1 | 0,07 | 0,05 | 0,27 | 2,26 |
| Каолин краваль-балайский | 18,13 | 13,45 | 0,18 | 0,08 | 0,07 | 0,5 | 4,72 |
| Кварцевые отходы кравальбалайские | 0,4 | 0,03 | 0,04 | - | - | 0,04 | |
| Пегматит канский | 16,7 | 5,07 | 0,05 | 0,08 | 0,016 | 3,82 | 0,04 |
| Итого на непрокаленную массу | 69,61 | 25,64 | 0,36 | 0,27 | 0,14 | 4,59 | 7,06 |
| Итого в пересчете на: | |||||||
| 100 вес.ч. | 64,65 | 23,81 | 0,34 | 0,25 | 0,13 | 4,26 | 6,56 |
| прокаленную массу | 69,19 | 25,48 | 0,36 | 0,27 | 0,14 | 4,56 | - |
Для того, чтобы сохранить в массе заданное содержание щелочей, можно уменьшить содержание в ней пегматита. Количество его определяют по разности щелочей в расчетной и эталонной массе. Эта разность составляет 4,56-3,81=0,75 вес.ч. щелочей.
пегматита
Количество выведенных из массы оксидов:: 
O3: 
O3: 
: 
O: 
Выведение из состава массы 5,06 вес.ч. пегматита уменьшает в ней содержание Al2O3 против эталонной массы на 25,24-(25,48-1,0)=0,76 вес.ч. По количеству недостающего глинозема определяют дополнительное количество каолина,
каолина
Вместе с каолином вводят (вес.ч.):: 
Al2O3: 
O3: 
O: 
Данные сведены в таблицу 4.
Таблица 4 - Уточненный химический состав массы
| Показатели | Содержание, в вес.ч. | |||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | R2O | |
| Состав: | ||||||
| расчетной массы | 69,19 | 25,48 | 0,34 | 0,25 | 0,13 | 4,26 |
| избыточного пегматита | 3,28 | 1,0 | 0,01 | 0,02 | - | 0,75 |
| расчетной массы без избыточного пегматита | 65,91 | 24,48 | 0,33 | 0,23 | 0,13 | 3,51 |
| дополнительно введенного каолина | 1,03 | 0,76 | 0,01 | - | - | 0,03 |
| Итого, состав массы с дополнительным введением каолина | 66,94 | 25,24 | 0,34 | 0,23 | 0,13 | 3,54 |
Недостачу SiO2 компенсируют дополнительным вводом кварцевых отходов (69,61-66,94=2,67).
Таблица 5 - Шихтовой состав массы
| Материал | Содержание в | |
| вес.ч. | в процентах | |
| Глина краваль-балайская | 19,24 | 17,92 |
| Каолин краваль-балайский | 39,22 | 36,53 |
| Пегматит канский | 20,72 | 19,3 |
| Кварцевые отходы | 28,18 | 26,25 |
| Всего | 107,36 | 100,0 |
4. Расчет шихтового состава массы по формуле Зегера.
Дана следующая молекулярная формула: SiO2 - 1.0495; Na2O - 0.0014; К2О - 0.0034; Al2O3 - 0.2242.
Находим процентное содержание оксидов по молекулярной формуле:: 
O3: 
2O: 
К2О: 
Сумма весовых частей - 86.25.
Вычисляем содержание оксидов в %:: 
O3: 
2O: 
К2О: 
Определяем шихтовой состав массы.
Исходя из керамических (формовочных) свойств сырья принимают количество пластичной глины в массе равным 30%. Зная химический состав сырьевых материалов с глиной будут введены оксиды в количестве (в вес.ч.):: 0.597·30=17,9O3:0,25·30=7,5
К2О+Na2O: 0,0086·30=0,258
С другими материалами следующее количество оксидов:: 73.01-17,9=55.11O3:26.52-7,5=19.02
К2О+Na2O: 0,47-0,258=0.212
Для определения в массе содержания каолина и полевого шпата составляют систему уравнений с двумя неизвестными, где х - количество каолина, которое необходимо ввести в массу, а у - количество полевого шпата:
х·0,0038+у·0,1209=0,212
х·0,3702+у·0,1852=19.02
откуда 
Количество кварцевого песка:
с глиной: 0,597·30=17,9
с каолином:0,493·51.34=25.31
с полевым шпатом:0,68·0.14=0.095
Дополнительно остается ввести SiO2:
-(17,9+25.31+0,095)=29.71 вес.ч.
Для 29.71 вес.ч. SiO2 необходимо следующее количество песка:
Шихтовой состав массы
Таблица 6
| Материал | Содержание в | |
| вес.ч. | в процентах | |
| Глина | 26,69 | |
| Каолин | 51.34 | 45.68 |
| Полевой шпат | 0,14 | 0.12 |
| Кварцевый песок | 30.91 | 27.51 |
| Всего | 112.39 | 100,0 |
. Расчет шихтового состава массы по ее химическому составу.
Химический состав массы (в вес%): SiO2 - 63.06; Fe2O3 - 0.759; CaO - 0.235; Na2O - 2.379; К2О - 1.071; Al2O3 - 22.87; MgO - 0.219; п.п.п. - 5.006.
Теоретический состав исходных материалов.
Таблица 7 - Характеристика исходных материалов
| Материал | Формула | Молекулярный вес | Состав в вес.ч. | ||||
| К2О | Na2O | Al2O3 | SiO2 | Н2О | |||
| Полевой шпат | К2О· Al2O3·6SiO2 | 556,7 | 94,2 | - | 101,96 | 360,54 | - |
| Na2O · Al2O3·6SiO2 | - | 101,96 | 360,54 | - | |||
| Каолин | Al2O3·2SiO2·2 Н2О | 258,13 | - | - | 101,96 | 120,18 | |
| Кварц | SiO2 | 60,09 | - | - | -- | 60,09 | - |
Определяем содержание полевого шпата: 
Количество полевого шпата: 6.33+20.11=26.44 вес.ч.
Количество глинозема и кремнезема, введенных с полевым шпатом:
Al2O3
SiO2
Определяем содержание каолина:
с каолином введено 22.87-2,49=20.38 вес.ч. Al2O3
каолина
Количество кремнезема вводимого с каолином:
SiO2
Количество несвязанного кварца:
-(8,82+24.02)=30.22 вес.ч. кварца.
Поскольку небольшие количества оксидов Fe2O3, CaO, MgO являются постоянными примесями глинисты материалов:
+0,759+0,235+0,219=52.81 вес.ч. каолина.
Шихтовой состав массы
шихтовый сырьевой масса состав
Таблица 8
| Материал | Содержание в | |
| вес.ч. | в процентах | |
| Каолин | 52.81 | 48.24 |
| Полевой шпат | 26.44 | 24.15 |
| Кварцевый песок | 30.22 | 27.61 |
| Всего | 109.47 | 100,0 |