Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Мая 2012 в 21:57, курсовая работа
Керамика это древнейшее искусство лепки из глины. Слово керамика происходит от двух греческих: «keramike» - гончарное искусство и «keramos» - глина. Под керамикой понимают искусственные силикаты, вырабатываемые из глинистых материалов с различными минеральными добавками и обожженными до камневидного состояния. За высокое качество, функциональность, дизайн и декор, кроме признания у потребителей, современная керамика, также получила уважение всего мирового сообщества на международном уровне.
Глинистые материалы, находись в коллоидном или чаще в предколлоидном состоянии, представляют собой высокодисперсные кристаллы, имеют хорошо выраженную трех и двухмерную повторяемость основных структурных элементов в пространстве. Почти во всех каолинах с уменьшением величины зерна возрастает содержание А12O3, а содержание SiО2, К2O, Na2О уменьшается, т.е. уменьшается количество силикатных загрязнений (песка, полевого шпата, слюды).
Различие в гранулометрическом составе глин и каолинов проявляется также и в том, что плотность каолинов выше, а воздушная усадка в 2-4 раза ниже, чем у глин, прочность после сушки при 110°С значительно уступает прочности глин после сушки. Повышенная гигроскопичность глинистого сырья указывает на его тонкодисперсность и повышенную пластичность.
Тонкодисперсные минералы - каолинит, бейделит, галлуазит, монтриллонит и другие образуют глинистое вещество, определяющее состав и основные технологические свойства глинистых материалов. Содержание крупнозернистых включений характеризуется их количеством, размером и видом. По количеству различают глинистое сырье с низким содержанием включений, со средним и высоким.
По виду включений глинистое сырье делят на пять групп: с кварцевыми включениями (кварцевый песок, кварциты, сланцы, обломочные силикатные горные породы), с железистыми включениями (сидерит, пирит, лимонит, гидроксиды железа и др.), с карбонатными включениями (кальцит, доломит и др.), с гипсовыми включениями (гипс), с органическими включениями (растительные остатки, торф, уголь и др.). Кроме глин и каолинов в керамическом производстве используют бентонитовые глины. Бентонитовые глины образовались в результате расстекловывания и химических превращений стекловидной фазы вулканических туфов, лавы, пепла. Основной материал бентонитовых глин - монтмориллонит, сопутствующие - кварц, карбонаты, полевой шпат, слюда, лимонит, каолинит и др. Бентонитовые глины высокодисперсные, пластичные, поглощают много воды при затворении, склонны к значительному набуханию. Бентониты используют в производстве фарфоровых изделий в качестве пластифицирующих добавок, улучшающих формовочные свойства масс и повышающих прочность и водоустойчивость полуфабриката после сушки.
Свойства глинистых материалов
Свойство глинистых материалов | Описание свойства глинистых материалов |
1. Пластичность. | Способность тестообразной керамической массы принимать под влиянием внешних условий любую форму без разрывов и трещин и сохранять ее после внешнего воздействия. На пластичность влияет природа минералов и количественное соотношение их в массе. Пластичность можно снизить введение в глинистые массы непластичных материалов: боя изделий, более тощих глин. |
2. Ионообменная способность. | Вид и количество адсорбируемых катионов — оказывающих большое влияние на систему глина- вода. Причиной адсорбции ионов является их неправильное распределение в октаэдрических и тетраэдрических слоях глинистых материалов. |
3. Связующая способность. | Проявляется в том, что глинистые материалы в массах связывают значительное количество отощающих материалов, обеспечивая при этом достаточную прочность высушенного полуфабриката. Количественно связующая способность характеризуется пределом прочности при изломе воздушно-сухих образцов. |
4. Гигроскопичность. | Способность глин и каолинов поглощать влагу из воздуха гигроскопичность глин при нормальных условиях составляет 8-9%, каолинов 2-4%. Высокая гигроскопичность высушенного полуфабриката затрудняет обжиг изделий, а также может стать причиной снижения качества изделий. |
5. Разжижаемость. | Определяет пригодность глинистых материалов для изготовления изделий способом литья в гипсовые формы. Разжижению глинистых материалов способствуют электролиты, особенно щелочные, содержащие катион натрия. Количество вводимых электролитов зависит от минералогического состава глинистых материалов и их дисперсности. |
6. Зябкость. | Способность нормальной на вид пластичной массы растекаться при незначительном встряхивании. Зябкость увеличивается у каолинов электролитного обогащения, если перед обезвоживанием избыточная щелочность не была нейтрализована. Зябкость снижается при добавлении коагулянтов - известкового молока, хлористого кальция, соляной кислоты, сернокислого кальция и др. |
7. Набухание. | Состояние глинистых материалов набухать под воздействием поглощения частицами глины паров воды и конденсации влаги в капиллярах и особенно при непосредственном увлажнении водой. Набухание бывает внутрикристаллическое и осмотическое. Процесс набухания глинистых частиц сопровождается выделением теплоты, что указывает на физико-химическую природу этого явления. На величину набухания влияют: минералогический и гранулометрический составы, гидрофильность глины, характер строения частиц, характер обменных катионов, полярность среды. |
8. Тиксотропия. | Самопроизвольное обратимое уплотнение керамической массы. Тиксотропное упрочнение керамической массы связано с развитием сольватных оболочек на глинистых частицах. Тиксотропия протекает неравномерно. В течение 1-2 суток прочность нарастает более активно, а затем этот процесс замедляется. |
9. Воздушная усадка. | Способность свежесформированного полуфабриката уменьшать линейные размеры в результате удаления из него влаги при сушке. Она зависит от природы глин и каолинов, их дисперсности, размера и формы частиц, их ионообменной способности, количества воды затворения и содержания в массе отощающих материалов. Чем больше ионная способность, тем больше расход воды для затворения и тем выше воздушная усадка. Воздушная усадка способствует отделению заформованных изделий от гипсовых форм в процессе сушки. Чрезмерная усадка приводит к растрескиванию и деформации изделий. |
10. Прочность. | Свойство, наиболее полно характеризующее при изгибе связь между числом пластичности, ионообменной способностью и удельной поверхностью глинистых материалов. Снижение в массе содержания отощающих материалов, введение пластифицирующих или поверхностно-активных добавок способствует повышению прочности изделий в высушенном состоянии. |
11. Огнеупорность. | Условно определяется температурой, при которой образец - трехгранная усеченная пирамида (нижнее основание 8, верхнее 2, и высота 30 мм) из глины настолько размягчается, что ее вершина наклоняется и слегка касается поверхности подставки. В зависимости от огнеупорности глины подразделяют на: (О) - огнеупорные, (Т) - тугоплавкие, (Л) - легкоплавкие. Огнеупорность глин О выше 1580°С, глин Т от 1350 до 1580°С, и глин Л ниже 1350°С. |
12. Спекшееся состояние. | Характеризуется разностью температуры полного спекания и температуры начала деформации образца - пирамидки под влиянием собственной массы. По спекаемости глины бывают: сильноспекающиеся, среднеспекающиеся и неспекающиеся. В зависимости от температуры спекания глинистое сырье разделяется на группы низкотемпературного спекания до 1100°С, среднетемпературного 1100-1300°С и высокотемпературного свыше 1300°С. по температуре спекания классифицируют только спекающееся глинистое сырье. |
13. Усадка при обжиге (огневая усадка). | Способность воздушно-сухих изделий изменять линейные размеры в результате физико-химических процессов. При одинаковых условиях тепловой обработки огневая усадка тем выше, чем дисперснее глинистые материалы и чем больше в них плавней (флюсов). Усадку можно снизить при обжиге введением отощающих добавок и более крупного помола компонентов массы. |
14. Водопоглощение. | Свойство пористого черепка поглощать и удерживать воду при непосредственном соприкосновении с ней. Водопоглощение обожженных изделий резко снижается с повышением содержания плавней в массе, тонины помола компонентов массы, степени спекания, возрастанием огневой усадки. Водопоглощение является мерой полноты спекания материала изделий. |
15. Цвет в природном состоянии. | Цвет в природном состоянии от белого до черного. Окраску определяют органические и неорганические примеси, всегда имеющиеся в глинистых материалах. Каолины, в отличие от глин имеют более светлую окраску. Вредными примесями в фарфоровых и фаянсовых массах являются соединения железа и титана, снижающие белизну изделий. В массы изделий с повышенными требованиями по белизне вводятся минимальное количество глины, необходимое для получения массы с достаточной формовочной способностью. |
16. Цвет после обжига. | Имеет палитру от белого до темно-коричневого. Огнеупорные глины используют для производства огнеупоров, а беложгущиеся идут в производство фарфоровых и фаянсовых изделий бытового и строительного назначения, химически стойких и других изделий. |
Основные месторождения глинистых материалов на территории России и стран СНГ
Наша страна, а также страны СНГ располагают большими запасами разнообразного глинистого сырья, которое обеспечивает перспективные планы в настоящем и дальнейшем развитии керамической промышленности. Далее будут приведены сведения о наиболее крупных месторождениях глин и каолинов, которые широко используются многими фарфоро-фаянсовыми заводами России.
Месторождения каолинов
1. Просяновское месторождение расположено в Днепропетровской области на Украине. Материнская порода, из которой образовались просяновские каолины это гранито-гнейс. Каолины содержат в значительном количестве неразложившийся полевой шпат и слюду. Для использования в промышленности первичный каолин обогащается на Просяновском каолиновом комбинате.
2. Глуховецкое месторождение каолинов расположено в Винницкой области на Украине. Отличается большой мощностью залегания до 100 м. Материнские породы - пегматиты и граниты. Первичный каолин обогащается на Глуховецком каолиновом комбинате.
3. Из числа месторождений расположенных на Украине можно выделить также: Дубровское (Житомирская область), Положское (Запорожская область), Новоселицкое (Черкасская область).
4. На Урале наиболее большими запасами каолинов располагает Кыштымское месторождение (Челябинская область) и Еленинское месторождение каолинов.
5. На Дальнем Востоке наибольший суммарный вес выработки каолина имеет Святогорское месторождение.
6. В Приморском крае один из наиболее известных в России, так называемый «фарфоровый камень» - месторождение дацитового порфира.
7. Месторождения Средней Азии: Ташкентская область - Ангренское месторождение, Казахстан - Яблоновское месторождение и др.
Месторождения огнеупорных и тугоплавких глин
1. Веселовское месторождение расположено в Донецкой области на Украине. Основные породообразующие минералы - каолинит и гидрослюда. Пластичность веселовских глин 15-25. Усадка при обжиге на 1300°С - 15,1-16,0%. Используются веселовские глины во многих отраслях промышленности, в том числе фарфора и фаянса.
2. Часовьярское месторождение расположено в Донецкой области на Украине. Породообразующие минералы - каолинит, гидрослюда. Пластичность часовьярских глин 26,0-29,0. Усадка при высушивании 8,5-10,4%. Водопоглощение после обжига на 1300°С - 0,02-6,8%.
3. Также из Украинских месторождений можно выделить следующие: Дружковское, Новорайское, Николаевское, Никифоровское (все в Донецкой области).
4. В производстве химически стойких изделий используют глины Артемовкого месторождения (Донецкая область), Лукошкинского месторождения (Липецкая область).
5. В производстве огнеупоров используют глины Латненского месторождения (Воронежская область), Боровичско-любытинского месторождения (Новгородская область).
6. Уральские месторождения: Белкинское (Свердловская область), Нижнеувельское (Челябинская область).
7. Сибирские месторождения: Вороновское (около г. Томска) и Евсинское (Новосибирская область).
Месторождения бентонитов
1. Огланлинское (Туркмения);
2. Гисибринское и Асканское (Грузия);
3. Пыжевское, Черкасское, Горбское, Курцевское и другие (все на Украине).
Оценивая качество глин и каолинов с учетом требований производства тонкокерамических изделий, необходимо отметить, что каолин Просяновского месторождения является самым лучшим на данный момент для производства керамических изделий. В качестве примесей в нем присутствуют гидрослюда, кварцевый песок, неразложившиеся зерна полевого шпата.
Каолин подразделяют на сорта - 1, 2 и 3 по ГОСТ 6138-61. Красящие оксиды по сортам в каолине составляют: высший - 0,8%, 1 - 1%, 2 - 1,4%, 3 - 1,8%. Для производства художественного и хозяйственного фарфора используется каолин высшего и 1 сортов, для производства санитарно-технического фаянса и полуфарфора каолин 2 и 3 сортов.
Глины в свою очередь подразделяют на 1 и 2 сорта. В производстве керамических изделий наиболее большой процент использования имеют украинские и российские месторождения глинистых материалов.
ОТОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Отощающими материалами являются материалы, которые регулируют технологические свойства формовочной массы и литейных свойств шликеров, а также получение изделий с заданными свойствами. Основными отощающими материалами являются: кварц жильный молотый, кварцевый песок, кварцевые отходы обогащения каолинов, шамот из боя изделий или полученный обжигом глин и каолинов и др.
Отощающие материалы активно участвуют в изменении не только свойств массы, но и в формировании черепка изделий, оказывая влияние на их физико-технические свойства.
Кварцевый песок - это рыхлая сыпучая порода, состоящая из мелких обломков и зерен различного размера: 0,01 - 0,25 мм - мелкозернистый песок; 0,25 - 0,5 мм - среднезернистый; 0,5 - 1 мм - крупнозернистый; 1 - 2 мм - грубозернистый. По минералогическому составу пески состоят в основном из кварца с примесью различных минералов — слюды, глауконита, глины, полевых шпатов и др. По происхождению пески могут быть речными, озерными, морскими и дюнными.
Кварцевые пески, получаемые в Авдеевском, Часовьярском (Донецкая область); Водолажском и Новосельском (Харьковская область); Люберецком (Московская область) карьерах, а также на обогатительных фабриках каолиновых комбинатов, являются качественным сырьем для производства керамических изделий. Качество кварцевого песка определяется огневой пробой. При наличии в кварцевых песках крупных примесей полевого шпата, известняка их удаляют на концентрационных столах, а также просевом на плоских ситах или грохотах.
Каолинизированный кварцит (гусевский камень) подразделяется на две разновидности: бесщелочная разновидность темно-серого цвета представляет собой каолинизированный вторичный кварцит, образовавшийся в результате гидротермального изменения кислой эффузионной горной породы типа дацитового порфира, состоящей до 56% из кварца и около 40% из каолинита. Вторая разновидность нормальной щелочности белого, серого и темно- серого цветов, состоящая из 50-55% кварца, 20-30% каолинита, 14-22% гидрослюды типа гидромусковита. Гусевкий камень делится на высший, 1 и 2 сорта, отличающиеся наличием красящих оксидов и щелочей — высший соответственно 0,6% и 2,5%, 1 сорт — до 0,6% и до 2,5%, 2 сорт — до 1% и до 2,5%.
Жильный кварц используют для приготовления глазури. Он встречается в природе в чистом виде сравнительно редко. Известны Чупинское и Медвежьегорское (Карелия), Кейвское (Мурманская область), Кыштымское (Челябинская область), Нарын-кунтинское (Иркутская область), Джезказганское (Карагандинская область) и другие месторождения жильного кварца.
Пирофиллит - отощающий материал; на ощупь он мягкий, жирный, легко рассыпается в руке. Цвет белый, огнеупорность до 1790°С. В воде не набухает и не размокает, при нагревании почти не изменяет объема, усадкадо 1%. Массы, содержащие до 40% пирофиллита, одинаково хорошо поддаются оформлению пластическим формованием и литьем в гипсовых формах. Основные месторождения: Суранское, Спасское, Чистогоровское, Овручское, Эбранковское и другие.
Шамот получают в результате помола отходов производства - боя изделий после первого и второго обжига, а также при обжиге каолина (каолиновый шамот), огнеупорной и тугоплавкой глины (глиняный шамот), из боя огнеупорного припаса и др. Количество шамота зависит от температуры обжига и характеризуется величиной водопоглощения. Различают шамот спекшийся (при температуре 1100-1350°С, водопоглощение 3-12%) и низкожженный (при температуре б00-800°С, водопоглощение 22-28%). В производстве керамических изделий обычно используют спекшийся шамот и реже низкожженый (дегидратированная глина). Обоженный каолин в массах повышает их прочность и улучшает эксплуатационные качества изделий.
ПЛАВНИ (ФЛЮСЫ)
Плавни (флюсы) - это вещества, дающие в смеси с глинистым веществом при прокаливании более легкоплавкие соединения, чем первоначальное глинистое вещество. Введение плавней также обуславливает снижение температуры спекания керамической массы, что имеет особенное значение в производстве тонкой керамики.
В процессе обжига плавни переходят в жидкое состояние, растворяя частично основные компоненты массы (глинистое вещество и кварц). Одновременно, плавень, например полевой шпат, склеивает не растворившиеся в нем зерна глинистого вещества и кварца, образующие в основном скелет керамического материала. Плавни до температуры, при которой они начинают проявлять флюсующее действие, могут играть роль отощающих материалов. Их разделяют на собственно плавни и не собственно плавни.
Собственно плавни это вещества, флюсующее действие которых обусловлено низкой температурой их плавления. Сюда относятся главным образом полевые шпаты и пегматиты.
Полевой шпат - это алюмосиликат щелочных и щелочноземельных металлов. Эти минералы являются составной частью многих изверженных горных пород (гранит, гнейс и др.). Полевые шпаты довольно тверды - средняя твердость по шкале твердости 6. Плотность колеблется от 2,5 до 2,8, понижается при нагреве до 2,33.
Калиевые полевые шпаты иногда встречаются в виде весьма крупных кристаллов, однако чаще в виде мелкозернистых масс. Они непрозрачны, имеют перламутровый блеск. Цвет - белый, серый, желтый или красный.
Натриевые полевые шпаты - образуют кристаллы, сходные с кристаллами ортоклаза. В отличие от ортоклаза они не бывают крупными. Альбиты залегают в виде мелкозернистых масс. Альбит более прозрачен, чем ортоклаз, и просвечивает в тонких слоях. Цвет - белый, серый, слегка голубоватый, зеленоватый или красноватый.
Кальциевые полевые шпаты кристаллизуются как ортоклазы и альбиты (мелкие кристаллы и крупные кристаллические массы). Цвет белый, серый, желтоватый, голубоватый. Кроме этих основных типов, известны еще и другие полевые шпаты, как, например, бариевые полевые шпаты. В природе редко встречаются полевые шпаты, которые можно точно отнести к тому или иному типу. Например, даже самая чистая их разновидность - ортоклаз имеет примесь альбита. Упомянутые основные типы полевых шпатов встречаются в различных модификационных и в смешанных кристаллах. Полевой шпат, предназначенный для производства керамических изделий, должен быть тонко измельчен. Для облегчения помола его обычно предварительно слабо прокаливают, а затем быстро охлаждают - происходит разрыхление крупных кусков. Этому способствует включения кварца. Основное требование, предъявляемое к полевому шпату как к плавню, сводится к тому, чтобы при сравнительно низкой температуре обжига керамического изделия он образовывал полевошпатное стекло в виде однородной белой или бесцветной расплавленной стекловидной массы, отличающейся вязкостью и способностью растворять в себе кварц и каолин.
Полевой шпат, обладающий хорошим флюсующим действием, плавится при температуре 1100-1200°С с образованием прозрачного или молочно-белого стекла. Температура плавления полевых шпатов повышается с увеличением содержания оксидов калия, а вместе с тем растет и вязкость расплава. Чистый калиевый полевой шпат плавится полностью при 1530°С, но природные примеси, преимущественно альбиты, понижают его температуру плавления на 250-300°С. Калиевый полевой шпат дает очень вязкое стекло, плавление его постепенно. Состав калиевого полевого шпата сравнительно с другими более или менее постоянен, что делает его наиболее ценным полевошпатным сырьем для керамической промышленности. Альбит хотя и плавится при более низкой температуре (1100°С), чем ортоклаз, но ввиду того, что он дает менее вязкое стекло, его использование в керамике ограниченно. Анортит плавится при 1550°С. Он легко кристаллизуется при охлаждении, кроме того, он обладает малой химической стойкостью, - все это делает его почти неприменимым в керамике (применяется для покрытия по черному металлу).