Какие добавки вводят в глину при производстве керамики и как они влияют на свойства глин

Глинистое сырье в чистом виде применяется редко. Чаще всего его используют в смеси с непластичными материалами— добавками, введение которых позволяет скорректировать природные свойства глинистого сырья и придать конечному продукту необходимые, заранее заданные эксплуатационные свойства. Смесь природного глинистого сырья с добавочными материалами называют шихтой.

По своему происхождению добавки могут быть природными, искусственными (специально получаемые или из отходов про­мышленности).

По назначению добавки классифицируют как отощающие, парообразующие, пластифицирующие, плавни (флюсующие), специального назначения (разувлажняющие, против выцветов, разрушающие известковые включения, окрашивающие, противоморозные).

Отощающие добавки вводят в шихту с целью улучшения сушильных свойств и уменьшения воздушной и огневой усадки керамических масс.

Добавки этой группы практически не имеют усадки и, образуя своеобразный минеральный скелет в отформованном изделии, повышают капиллярность керамической массы. Благодаря этому сокращается продолжительность сушки, исключается коробление сырцовых изделий и образование на их поверхности усадочных трещин.

К природным добавкам относятся кварцевые пески, песчаники, кварциты, кремнеземсодержащие породы (диатомит, трепел, опока) и отходы угледобывающей промышленности (негорелые шахтные породы).

К числу искусственных, специально получаемых отощающих добавок относятся дегидратированная глина, которая получа­ется в процессе обжига глины при температуре 500-600 °С, и шамот, получаемый путем дробления до требуемого размера предварительно обожженных волюшек из огнеупорной или ту­гоплавкой глины. Различают высокожженный шамот (получают при Т = 1200-1400 °С) и низкожженный шамот (получают при Т = 700-1200 °С).

Такие отходы промышленности, как топливные шлаки и золошлаковые смеси, золы ТЭС, отвальные и гранулированные металлургические шлаки, горные породы угледобычи, отходы обогащения бокситов, опилки, лузга подсолнечника и др., широко используют в качестве отощающей добавки.

Парообразующие добавки вводятся в керамическую массу с целью получения облегченных изделий с улучшенными теплофизическими свойствами. Они подразделяются на органические, минеральные и пенообразующие.

Создание поровой структуры органическими добавками (древесные опилки, молотый уголь, лузга, торф, зола уноса и др.) связано с процессом их выгорания при обжиге и образованием пустот в теле материала.

Минеральные порообразующие добавки (плотные и пористые известняки, мел, доломит, глинистый мергель) обеспечивают создание пористой структуры керамического черепка за счет их диссоциации, протекающей при обжиге, за счет выделения угле­кислого газа (С0₂).

При использовании пенообразующих добавок глиняное тесто механически смешивается с устойчивой и упругой пеной, пред­варительно приготавливаемой в пеногенераторах. Полученная масса разливается по формам, сушится и обжигается.

Пластифицирующие добавки используются для придания глинистому сырью требуемых формовочных свойств. Для этих целей применяют: высокопластичные глины (число пластично­сти > 25), поверхностно-активные вещества, электролиты.

Плавни (флюсы) — добавки, образующие с глинистыми ве­ществами при обжиге легкоплавкие соединения, «склеивающие» зерна более тугоплавких компонентов, что позволяет снизить тем­пературу обжига керамики. Они подразделяются на собственно и намни (полевошпатные горные породы, пегматиты, перлиты, железосодержащие руды), имеющие низкую температуру плавле­ния, и несобственно плавни (известняки, мел, доломит, магнезит, мраморы), способные при обжиге образовывать легкоплавкие соединения.

Добавки специального назначения используются для разувлажнения сырья, нейтрализации вредных примесей, окрашивания, повышения морозостойкости изделий.

Разувлажняющие добавки регулируют влагосодержание глинистых масс (дегидратированная глина, известь-пушонка, строительный гипс и др.).

Добавки, нейтрализующие действие вредных примесей, хи­мически взаимодействуют с примесями с образованием нейтральных соединений. Так, для нейтрализации вредного влияния растворимых солей, образующих высолы на изделиях, в состав массы вводят хлористый или углекислый барий. При этом протекает следующая реакция: CaS0₄ + ВаСО=CaC0₃ +BaS0₄ с образованием малорастворимых соединений.

Карбонатные включения (СаСО₃ и MgC0₃) обезвреживают путем введения в шихту 0, 5-1% хлористого натрия (соль) или натрия. Они способствуют химическому взаимодействию СаО с SiO₂ и А1₂0₃ с образованием силикатов или алюминатов при температуре обжига 900-1000 °С.

Окрашивающие добавки вводят в состав шихты для изменения цвета. Для этого используют минеральные пигменты, марганцевые, железистые, фосфатные руды или чистые оксиды металлов. Для отбеливания (осветления) керамического черепка в его состав вводят карбонатные породы.

Для повышения морозостойкости керамических изделий в массу рекомендуется вводить до 2, 5% растворов хлоридов (NaCl илиКСl, А1Сl₃).