Вопрос № 3. Сырьевые, пластические материалы

Пластичные материалы — вещества, образующие при затворении водой жирную вязкую массу, которой посредством внешнего воздействия (формования) может быть придана любая форма. После прекращения воздействия Полученные изделия сохраняют приданную им форму, а после обжига переходят в камнеподобное состояние. К пластичным материалам относятся глинистые породы: глины, каолины и бентониты.

Глинами называются осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов и примесей других минералов и обладающие пластичностью. Глинистые материалы образуются на поверхности земной коры в результате различных геологических процеccoв. Наиболее активным из них является выветривание, т. е. механическое разрушение и физико-химическое разложение горных пород, содержащих кремнезем SiО₂ и глинозем Аl₂О₃. Глины отличаются тонкой дисперсностью¹, которая характеризуется преобладанием частиц размерами менее10 мкм (более 50%) и менее 1 мкм (до 25%). По содержанию тонкодисперсных фракций глины подразделяются на группы (табл. 2).

Таблица 2. Содержание тонкодисперсных фракций в глинах

Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов. Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты (x Аl₂О₃ • y SiO₂ • z H₂O), где х, y, z имеют различные значения.

К важнейшим глинистым минералам относятся: каолинит — Аl₂О₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О, монтмориллонит — (Са, Mg)O • Аl₂О₃ • 4 — 5SiO₂ • x Н₂О, гидрослюда (иллит) — К₂О • MgO • 4Аl₂О₃ • 7SiO₂ • 2Н₂О и др.

Мономинеральные глины, состоящие преимущественно из каолинита или минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема А l ₂ О₃, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу.

Важнейшие свойства глин: пластичность, набухание усадка, спекаемость, огнеупорность, способность образовывать устойчивые суспензии.

Пластичность — способность глин образовывать с во дои тестообразные массы, принимающие под давлением любую форму и сохраняющие ее после высыхания. Пластичность зависит от минералогического состава и дисперсности глин. С пластичностью связана способность глин образовывать с отощающими материалами (кварц, шамот и др.) прочную и твердую однородную массу.

По пластичности глины бывают связующие, пластичные, тощие и непластичные. Связующие глины, имеющие наибольшую пластичность, не снижают своей способности образовывать пластичное тесто при добавке более 50% непластичных материалов. В пластичные глины можно добавлять до 50% непластичных материалов, не снижая способности глины образовывать пластичное тесто, в тощие — только до 20%. Непластичные глины не образуют пластичного теста.

Набухание — способность глины увеличиваться в объеме при смешивании с водой. Это свойство зависит от минерального и зернового состава глин.

Воздушная усадка — это уменьшение объема глины и изделий из нее при сушке, а огневая усадка — при обжиге. Воздушная и огневая усадки зависят от минералогического состава глинистого вещества, дисперсности и шлажности изделий. Воздушная усадка тем больше, чем выше пластичность глин. Воздушная усадка колеблется от 1,5 до 13%, огневая — достигает 23% от объема сырого образца. Добавление отощающих материалов снижает усадку.

Спекаемость глин заключается в их способности при обжиге образовывать камнеподобное твердое тело (черепок), характеризующееся высокой механической прочностью и химической стойкостью. Степень спекания зависит от состава глинистой массы и режима обжига. Температура спекания у разных глин колеблется от 450 до 1400°С. По степени спекания при температуре обжига 1350°С глины делятся на сильноспекающиеся, способные при обжиге давать черепок с водопоглощением не более 2%, среднеспекающиеся — с водопоглощением не более 5% и неспекающиеся — с водопоглощением более 5%.

Огнеупорность — способность глин противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорность зависит от химического состава глин, дисперсности, наличия примесей. По огнеупорности глины делятся на высокоогнеупорные (температура плавления 1700°С и выше), огнеупорные (температура плавления от 1580 до 1700°С), тугоплавкие (температура плавления 1350...1580°С) и легкоплавкие (температура плавления менее 1350°С).

Адсорбционные свойства характеризуются способностью глин поглощать из окружающей среды и удерживать на поверхности частиц глинистых минералов те или иные ионы и молекулы. Адсорбционные свойства глин зависят от их состава и дисперсности. Глины, образованные за счет вулканических туфов, обладают наиболее активными адсорбционными свойствами.

Цвет глин, как в сыром, так и в обожженном состоянии зависит от минерального состава и присутствия различных примесей в глинах: даже незначительное количество примесей меняет основную окраску глин. Мономинеральные глины имеют обычно белый или светло-серый цвет, каолин — чаще белый, желтоватый, серый. Зеленая и голубая окраска разной степени интенсивности присуща гидрослюдистым глинам. Гидрооксиды и оксиды железа придают глинам оттенки желтого, красного и фиолетового цветов; оксиды марганца — буроватый цвет. Наличие различных минеральных компонентов дает смешанную окраску, часто неравномерную по слою. Органические примеси окрашивают глины в серый, темно-серый и черный цвета.

По цвету обожженного черепка различают беложгущиеся глины (белый черепок), светложгущиеся (светло-желтый, светло-серый черепок), темножгущиеся (красный, коричневый оттенок черепка).

По содержанию красящих оксидов (Fe ₂O₃ + ТiO₂), от которого зависит цвет глиняного черепка, глины подразделяют на четыре группы: с весьма низким содержанием (до 1%) красящих оксидов, с низким содержанием красящих оксидов (Fe₂O₃ менее 1,5%, ТiO₂ менее 1%), со средним содержанием красящих оксидов (Fe₂O₃ 1,5...3%, ТiO ₂ 1...2%), с высоким содержанием красящих оксидов (Fe₂O₃ более 3%; ТiO ₂ более 2%).

¹ Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц