Сырье и исходные материалы

Черепица изготовляется из легкоплавких пластичных глин, в качестве добавок могут использоваться различные виды песка. Черепица отличается разнообразием цветовой гаммы. Например, при отсутствии химических добавок изделия имеют естественный терракотовый цвет. Медно-красные и тёмно-серые тона создаются при нанесении покрытий из специальных составов на поверхность высушенных черепиц перед обжигом.

Основным материалом для производства керамической черепицы является глинистое сырьё, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками – отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др.

Глинистое сырьё (глины и каолины) – продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород. Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.

Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определённое содержание пылевидных частиц с размерами зёрен 0,005 – 0,16 мм и песчаных частиц с размерами зёрен 0,16 – 2 мм.

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, даёт легко формуемую пластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объёму. Этот процессназывается воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умереннопластичные, малопластичные и непластичные. Высокопластичные глины имеют в своём составе до 80 – 90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28%, воздушную усадку 10 – 15%.

Средне- и умереннопластичные глины имеют в своём составе 30 – 60% глинистых частиц, число пластичности 15 – 25, водопотребность 20 – 28% и воздушную усадку 7 – 10%. Малопластичные глины имеют в своём составе от 5 до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7 – 15 и воздушную усадку 5 – 7%. Непластичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто.

Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют «жирными», отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют «отощающие» добавки. Глины с содержанием глинистых частиц менее 10 – 15% - «тощие» глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину.

Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом. Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.). Глинистые частицы в большинстве своём состоят из вторичных минералов: каолинита Al2O3·2SiO2·2H2O, монтмориллонита Al2O3·4SiO2·4H2O, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетания.

Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке.

Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривлений изделий и растрескивания. Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Содержание в них частиц размером менее 0,001 мм достигает 85 – 90%. Образцы с преобладанием в глинистой части гидрослюдистых минералов характеризуются помежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке.

Химический состав глин выражается содержанием и соотношение различных оксидов. В керамическом сырье содержание важнейших оксидов колеблется в широких пределах: SiO2 – 40-80%, Al2O3 – 8-50%, Fe2O3 – 0-15%, CaO – 0.5-25%, MgO – 0-4%. С увеличением содержания Al2O3 повышается пластичность и огнеупорность глин, а с повышением содержания SiO2 – пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожжённых изделий. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин, тонкодисперсного известняка – придаёт светлую окраску и понижает огнеупорность глин, а камневидные включения его являются причинами появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях. Оксиды щелочных металлов (Na2O, K2O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий.

В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются кондиционным сырьём для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения.

Отощающие добавки – вводят в пластичные глины для уменьшения осадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. К ним относятся дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.

Порообразующие добавки – вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. К ним относятся древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль. Эти добавки являются одновременно и отощающими.

Плавни – вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий. К ним относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит.

Пластифицирующие добавки вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества.

Специальные добавки – для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом; для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов.

Таблица 1 – Исходные сырьевые материалы

Для производства керамической черепицы выбрала коктюбинскую глину.Месторождение суглинков располо­жено в Энбекши-Казахском районе, в 2,5 км к юго-западу от с. Тургень, с юга непосредственно примыкает к территории действующего Коктюбинского кирпичного завода КСМК № 3. Разведано в 1967 г. Алматинской геолнерудэкспедицией ЮКГУ по заданию Министерства местнсной промышлен­ности КазССР.

Продуктивная толща представлена лессовидными суглинками, которые в верхней части. (5-6 м) имеют мелкие стяжения карбонатных соединений с примесью микрочешуек гидрослоды и мелкие включения углистого вещества. Продуктивная толща вытянута в северо-западном направлении на 1200 м. Вскрытая мощность 9,55-19,6 м (средняя 15,23 м). Вскрышные породы - почвенно-растительный слой мощностью 0,3-0,5 м (средняя 0,39м).

Химический и гранулометрический состав суглинков дается ниже.

Карбонаты присутствуют в тонкодисперсном состоянии, что мало влияет на качество готовой продукции.

Объемная масса суглинков 1,67 т/м³; коэффициент разрыхления 1,09; число пластичности о,4-8,2 (среднее 6,7); коэффициент чувстви­тельности к сушке

0,46-0,58; оптимальная температура обжига 1000°С; водопоглощение 19,93-21,61% (среднее 20,65%); усадка, %: воздушная 2,о6-5,23 (среднее 3,39), общая 2,45-4,90 (среднее 3,15); предел прочности, кг/см²: при сжатии 124,0-240,0, при изгибе 43. Суглин­ки пригодны для производства методом пластического прессования моро­зостойкого кирпича марок 125 и 150, что соответствует требованиям ГОСТ 530-95.

Месторождение не обводнено. Горнотехнические условия благопри­ятны для разработки открытым способом с применением механизации. Всеверной его части разработка возможна в один уступ высотой 10 м, в юго-восточной в два уступа высотой по 10 м. Запасы утверждены ТКЗ ЮКГУ по категориям А, В, С₁ и С₂ (протокол № 156, 1967 г.). Увеличение их возможно за счет разведки на глубину.