I этап
Добыча сырья
II этап
Исследование
III этап
Технология
IV этап
Продукция


Ходаковська Т.В, Огороднік І.В. 

АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ВИРОБНИЦТВА КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ ЗІ СПЕЧЕНИМ ЧЕРЕПКОМ З ВИКОРИСТАННЯМ НЕКОНДИЦІЙНОЇ СИРОВИНИ ПРИРОДНОГО ПОХОДЖЕННЯ.

Виробництво керамічних матеріалів зі спеченим черепком представляє великий науковий та практичний інтерес. До керамічних виробів із спеченим черепком можна віднести слідуючі матеріали: порівняно новий вид продукції ─ керамограніт та традиційні клінкерні матеріали.

Виробництво керамограніту являється високотехнологічним процесом. Його отримують з каолінової глини з добавкою польових шпатів, кварцу. Керамічна маса реттельно перемішується і пресується під високим тиском на сучасних гідравлічних пресах, в результаті чого отримують плитки, котрі випалюють при високих температурах (1200 ─ 1300 ºС). В результаті високотемпературного випалу, досягається висока ступінь спікання керамічної маси, внаслідок чого вироби характеризуються підвищеною міцністю та стійкістю до різних взаємодій.

Керамограніт фарбують шляхом об'ємного забарвлення, для чого в склад керамічної маси, на різній стадії її підготовки, вводять мінеральні пігменти. Таким чином колір розприділяється по всій товщині плитки, придаючи їй однорідність структури. Фактура плиток нагадує природній граніт. З додавання мінеральних пігментів можливе отримання керамограніту різного кольору та рисунку.

Керамограніт має високі експлуатаційні властивості. Він характеризується надзвичайно низьким водопоглинанням порядка 0,05 % (порівняно з природнім гранітом водопоглинання складає 0,5%), що пояснюється дуже щільною структурою матеріалу. Показник твердості керамограніту по шкалі МООСа складає ─ 8-9 балів. Також, важливою характеристикою керамограніту є його висока механічна міцність, яка дозволяє використовувати даний виріб в умовах високих навантажень.

Керамограніт класифікується за різновидностями:

1) Гомогенний.
Технологія виробництва полягає в тому, що вся маса плитки піддається пігментації для створення рисунку, який остається незмінним як на поверхні так і в середині виробу. Гомогенний керамограніт класифікують по видам пігменту і технології фарбування.

2) Матовий.
Вироби не піддаються додатковим обробкам ─ це та сама фактура, яка виходить після випалу. Поверхня виробів не має блиску і характеризується високими експлуатаційними властивостями, що дозволяє використовувати матеріал в жорстких умовах.

3) Напівполірований та полірований.
Відрізняється від матового, тим що його поверхню полірують абразивними матеріалами. При цьому, отримуються вироби з зеркальним блиском поверхні, але при порушенні структури понижується стійкість проти спрацювання та підви-щується водопоглинання. 

Таким чином, за сучасною технологією, керамограніт виробляється прямокутної та квадратної форми високого ступеня спікання з різною фактурою поверхні.

Керамічні клінкерні матеріали є традиційними виробами зі спеченим черепком. Сьогодні, керамічні клінкерні вироби на Україні практично не виробляються. Однак, розвиток будівництва, приближення його до європейських стандартів, потребує випуску даної продукції. Клінкер як будівельно-оздоблювальний матеріал має слідуючі різновидності:

  • технічний (дорожній клінкер, матеріали для підлоги громадських та промислових будівель, кислототривкі матеріали, водостійкий клінкер);
  • облицювальна плитка для зовнішніх та внутрішніх робіт будівель.

На ринку України з'являються зразки клінкерних матеріалів виробників Іспанії, Польщі, Німеччини, Фінляндії та інших європейських країн. Одним з головних лідерів виробництва клінкерних виробів вищої якості являється іспанський завод Gres de Aragon. 

Клінкерні керамічні вироби європейських виробників відрізняються високою якістю і високою ціною. Висока ціна даних виробів пов'язана зі значними техноло-гічними та транспортними витратами.

У зв’язку з цим є актуальним розробка та впровадження в Україні сучасної технології виробництва клінкерних виробів різного призначення, які відповідали б вимогам європейських стандартів.

Аналіз сучасних тенденцій розвитку технології виготовлення керамічного клінкеру показує використання способів пластичної екструзіі та напісухого форму-вання виробів /1/.

Керамічні клінкерні вироби отримуються способом пластичної екструзії на стрічкових або вакуум-пресах. В окремих випадках, для отримання більш щільного виробу, сирець допресовують на важільних пресах. Допресований сирець (після вакуум-преса допресовка не потребується) сушать в періодичних камерних або тунельних сушилах.

При напівсухому способі, клінкер пресують переважно на коліноричажних або ротаційних пресах, сирець випалюють без сушки. В окремих випадках, при необхідності його досушують.
Випал керамічних клінкерних виробів проводять в тунельних, кільцевих та камерних печах. Температура випалу керамічного клінкеру достатньо висока 1200-1350º С. Вироби при випалі повинні спікатися і не виявляти ознак деформації. 

Перевагою способу пластичної екструзії, порівняно з напівсухим форму-ванням, є отримання керамічних клінкерних виробів різноманітних форм.

В літературних данних зазначено /1-2, 8-10/, що основною сировиною, для отримання високоякісних керамічних клінкерних виробів, являються пластичні легкоплавкі та тугоплавкі глини з великим інтервалом між температурою спікання і початком деформації. 

Легкоплавкі глини характеризуються малим інтервалом спікання (< 60°С), що обмежує їх застосування у виробництві клінкерних виробів. Крім цього при сушці та випалу вироби можуть давати велику усадку, яка супроводжується розтріс-куванням та деформацією /2-6/, що не дозволяє отримання виробів правильної форми і точних розмірів. В цьому випадку в склад керамічної маси вводять спіснювачі, які можуть відігрівати роль і плавня. В зв'язку з різноманітними властивостями глин, вибір спіснювачів-плавнів повинен проводитися в кожному окремому випадку, з обліком властивостей даного матеріалу і особливостей технологічних процесів.

Із усіх відомих плавнів найбільш якісний черепок (мінімальна деформація, двисока ступінь спікання, широкий інтервал спікаючого стану) отримується при використанні калієвого польового шпату. Чистий калієвий польовий шпат (ортоклаз, мікроклін К2О Аl2O3 ∙6SiO2) не має визначеної температури плавлення і розтоплюється розділяючись на лейцит і багате кремнекислою скло: К2О ∙Аl2O3 ∙6SiO2 → К2О∙Аl2O3 ∙4SiO2+2SiO2. Цей розклад починається при температурі 1170ºС, кінцевий розплав наступає при 1510 ─ 1530 ºС.

Натрієвий польовий шпат-альбіт (Na2О ∙Аl2O3 ∙6SiO2) також, як і калієвий польовий шпат, визначеної точки розтоплювання не має. Але цінною властивістю являється його велика в'язкість при високих температурах і відносно мале зниження в'язкості з підвищенням температури нагріву. Висока в'язкість розплаву сприяє збереженню форми виробу в процесі випалу і забезпечує більш широкий температурний інтервал спікаючого стану. Натрієвий польовий шпат має значно меньшу в'язкість при високих температурах порівняно з калієвим. 

Дударів Г.Н /11/ відзначає, що натрієва польовошпатова скловидна фаза має більш низьку температуру плавлення і більш короткий інтервал в'язкого стану.

Внаслідок того, що родовища калієвого та натрієвого польового шпату обмежені, в промисловості частіше всього використовують гірські породи, які представляють собою тверді розплави калієвого та натрієвого польового шпату.
Було встановлено /7/, що достатньо широким інтервалом спікаючого стану (50-75º) характеризуються маси з використанням плавнів з співвідношенням К2О:Na2О=4÷1:1,0÷0,5.

Відомо /6/, що введення матеріалів, які мають вміст лужноземельних оксидів (особливо СаО), у всі глини, за виключенням каолініто-гідрослюдистих, не дозволяє отримувати необхідний робочий інтервал випалу виробів. Короткий інтервал випалу пояснюється швидким наростанням кількості розплаву, який утворюється при випалі, а розтоплювання в розчині СаО обумовлюється різким зниженням його в'язкості. Керамічні матеріали, які мають вміст лужноземельних оксидів, характеризуються малим інтервалом спікання. 

Павлов В.Ф /6/ встановив, що введення магній та кальційвмістких добавок в керамічні маси на основі каолініт-гідрослюдистих глин в такій кількості, яка забезпечує співвідношення RO/R2O рівне ─ 0,5-1, при вмісті їх в масі 6 ─ 10%, обумовлює інтенсивне спікання при широкому робочому інтервалі спікаючого стану.

Дослідниками встановлено /2, 6, 8-10/, що на ступінь спікання керамічних виробів також впливають плавні до яких відносяться матеріали, які при випалі виробу вступають у взаємодію з сировинними матеріалами шихти, утворюючи легкоплавкі з'єднання. Підвищенний вміст плавнів Fe2O3+RO+R2O (більше 3%) сприяє одерженню черепка керамічних клінкерних виробів підвищенної щільності з мінімальним водопоглинанням. 

М.І. Рищенко та ін. /12, 16/ використовували в якості плавня нефелін-егерин-польовошпатові відходи, нефелін- польовошпатовий і егеріновий продукт. 

Інститутом силікатних матеріалів Рижського технічного університету було встановлено /25/, що інтервал спікання може бути розширенний шляхом застосування деяких видів глин, або за рахунок введення додатків, таких як природній та синтетичний волостаніт, нефеліновий сієніт, в кількості 15 %. В інтервалі температур 1060-1150°С утворюється спечений (водопоглинання < 2%) керамічний матеріал, міцність на згин складає 58 та 45 МПа. 

Для виробництва дорожно-будівельних виробів, з метою зниження темпе-ратури випалу, використовували в якості топника відходи дроблення перліту. Були отримані вироби з необхідними значенням стираності, густини та водопоглинання. В результаті випуску партії на Заліському виробництві показана можливість отримання високоміцних дорожно-будівельних виробів /26/.

 Н.Г. Хізанішвілі та А.Айзенберг /13/ провели технологічні дослідження андезіта Бакуріянського родовища. Мінералогічний склад андезіта представлен середніми і основними плагіоклазами, піроксеном та склом. Оптимальний вміст андезіта в керамічних масах складає 20  60 %. При його використанні температура випалу виробів знижується на 200 ─ 250°С. Кислотостійкість зразків, випалених при при температурі 1100°С, складає 99,68 %, міцність на стиск – 65─70 МПа.

Купер С.М. /17/ рекомендує в керамічній та скляній промисловості використовувати аляскіти родовища Режик. Це гірські породи які складаються з польових шпатів (65 ─ 72%) і кварцу (27 ─ 32%). Аляскіти являються плавнями та забезпечують розширення інтервалу спікаючого стану та підвищують міцність виробів.

Автором /15/ показано перспективність використання кварцових порфірів для виробництва керамічних кислототривких виробів. Порфіри Чирагідзорського родовища включають кварц, серицит, каолініт, ортоклаз, інколи хлорит, кальцит. Для виробництва кислототривких виробів на основі порфірів розроблена маса слідуючого складу, %: кварцеві порфіри ─ 55, глина ─ 30, шамот ─ 15. В результаті випалу при 1150º С водопоглинання отриманих виробів ─ 4,8 %, міцність на стиск ─ 60 МПа, кислотостійкість ─ 97,4 %.

Дослідниками встанослено /14/ можливість отримання кислототривких керамічних виробів на основі вулканічного туфу Артикського та Айрунського рудовищ.

В.Ф. Павлов /21/ для виробництва кислототривкої кераміки розробив склади мас, які включають 80 % каменської глини і 20% базальту з широким інтервалом спікаючого стану (100 ─ 150 ºС). Плитки випалені при температурі 1180 ºС мають водопоглинання 1,0 ─ 1,5 %, міцність на стиск 150 ─ 170 МПа і кислотостійкість 97,5 ─ 98,5 %.

Аміров Ф.Ш та Зіневич В.Г. /20/ встановили, що добавка 10─25 % цеолітових порід (>50% цеоліту) в масу плиток для підлоги інтенсифікує процес спікання керамічних мас і понижує температуру випалу до 1050 ºС.
Для виготовлення будівельних матеріалів були розроблені склади мас на основі граніту і відходів гранітних кар'єрів /18, 19/. Вироби випалювали в інтервалі температур 1200 ─ 1250º С.

Черняк Л.П. та ін./22, 23/ була показана доцільність введення польовошпатових та граносієнітових відсівів каменедробіння, які відіграють роль спіснювача-плавня. Як показали результати проведених дослідів введення в склад мас на основі глин різного мінералогічного типу відсівів каменедробіння дозволяє забезпечити ефективність інтенсифікації спікання і підвищення основних фізики-механічних та експлуатаційних властивостей виробів.

Телющенко І.Ф. та ін. /24/ розроблено масу для клінкерних виробів слідуючого складу глина ─ 69,72 %, каолін ─ 7,2 %, гранітний відсів ─ 23,07 %. При випалі на 1100 ºС вироби характеризуються міцністю на стиск ─ 19,99 МПа, при водопоглинанні ─ 5,7 %.

Аналіз літературних джерел показав, що питанням розробки керамічних мас зі спеченим черепком, з використанням некондиційної сировини природного походження, займалось багато дослідників. Але на сьогодні, це питання на Україні так і залишилось не вирішеним.

В зв'язку з цим, перспективним є розробка технологічного процесу отримання керамічних клінкерних виробів високої якості з підвищеними експлуатаційними властивостями, з використанням некондиційної сировини різного хіміко-мінералогічного складу.
Висновки 

  • Аналіз сучасних технологій показав, що перспективним для отримання керамічних клінкерних виробів різномонітної форми, фактури та призначення є пластична екструзія з подальшою допресовкою виробів.
  • Комплексне використання природньої некондиційної сировини різного хіміко-мінералогічного складу є одним з ефективних заходів практичного впливу на інтенсифікацію спікання та вдосконалення параметрів кристалізаційної структури керамічних мас для отримання клінкерних виробів.

Література

    1. Бутт Ю.М., Дударев Г.Н, Матвеев М.А. Общая технология силикатов.- М.:гостройиздат, 1962.-457с.
    2. Будников П.П., Бережной А.С., Булавин И.А.и др. Технология керамики и огнеупоров.-Гос. изд. лит. по строит. матер. М.:-1950.- 575с.
    3. Чернова О.А., Кузьмина А.П. Класификация легкоплавкого глинистого сырья// Строит. матер.- 1973.-№11.-С.34-35.
    4. Нагибин Г.В. Технология строительной керамики.-М.:Высш. школа,-1975.-280с.
    5. Дударев И.Г., Матвеев Г.М., Суханова В.Б. Общая технология сыликатов.М.:-Стройиздат,-1987.-560 с.
    6. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики.М.:-Стройиздат.-1977.-270 с.
    7. Кособока П.А. Влияние некоторых добавок на спекание легкоплавких глин.-Тез. докл. Науч. Конференции.-М.-1998 
    8. Мороз И.И. Технология строительной керамики.-К.:Госстройиздат УССР,-1961.- 464 с.
    9. Августиник А.И. Керамика.Л.:-Стройиздат,-1975.- 560 с.
    10. Соколов Я.А. Клинкер и его производство.М.: Изд-во гушосдор, -1973.
    11. Дударев Г.Н. Обжиг спекающихся керамических масс.М.: Промстройиздат,-1957.-117с. 
    12. М.И. Рыщенко, Г.С. Попенко, Т.В. Лисадчук и др. Влияние некоторых плавней на прочностные и эксплуатационные показатели фасадных керамических плиток// Тр. ин-та НИИстройкерамика-1984.-Вып. 55- С. 65-70. 
    13. Хизанишвили И.Г., Айзенберг А. Керамические кислотоупорные изделия с тонкозернистым черепком на основе андезита// Тр. ТбилНИИСМа-1970.-Вып.4.-С.129-133. 
    14. М.Г. Манвелян, Р.В. Манукян, Н.С. Дявидянц и др. Разработка керамических составов на основе туфа// Стекло и керамика-1966.-№2.-С.10-12. 
    15. Исмайлова М.А. Кислотоупорная керамика составов на основе кварцевых порфиров// Стекло и керамика-1965.-№7.-С. 18. 
    16. Шильцина А.Д., ВерещагинВ.И. Применение полевошпатового сырья Хакасии для получения керамических плиток// Стекло и керамика-1999.-№2.-С.7-9.
    17. Купер С.М. Новое месторождение полевошпатового сырья для керамической и стекольной промышленности// Стекло и керамика-1961.-№3.- С.25-27.
    18. Пат. 1111974 Великобритания, МКИ СОЧВ33/00. Плавленные гранитные изделия- №24987/64; Заявлено 16.06.1964; Опубл.25.05.69// Рефераты патентных заявок.Великобритания.-1969.-Х-15.-С.7.
    19. Великобритания, МКИ С 04 В 33/00. Керамические изделия/ Роберт Т. Лейрд /Великобритания/. - №848/70; заявлено 07.01.1970; Опубл. 09.01.74;// Изобретения за рубежом.-1974.-№1.-С.18.
    20. Амиров Ф.Ш., Зиневич В.Г. Использование цеолитовых горных пород Закарпатья для производства керамических плиток// Реф. Информ. ВНИИСМИ. Керамическая промышленность-1983.-Вып. 5.-С. 9-11.
    21. Павлов В.Ф. Кислотоупорная керамика из сырья Восточной Сибири// Сб.ст. Красноярського политихнического института. Строительные материалы и изделия из местного сырья Восточной Сибири -1970.-№1.-С. 68-83.
    22. Черняк Л.П., Страшненко С.В., Сухинин В.М. Комплексне використання полімінеральної глини та відсівів каменедробіння у технології керамічних труб// Буд. матеріали та вироби.-2001.-Вип.16.-С.71-73.
    23. Крупа А.А., Огородник И.В., Черняк Л.П. Структура и свойства керамики на основе техногенного сырья Житомирской области// Вестник Киевского политехнического института. Химическое машиностроение и технология.-1987.-Вып.24.-С.53-55. 
    24. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Доний А.Н. Оптимизация процессов структурообразования керамических масс системы монтмориллонитовая глина ─ некондиционное сырье природного и техгенного происхождения //Строит. материали и изделия.─2003.─№7.─ С.42-45.
    25. Седмале Г.П., Седмалис У.А. Спекшиеся керамические материалы из гидрослюдистых глин// Стекло и керамика. Рус.-2000-№1.-С. 25-27. 
    26. Б.И. Мороз, Г.Х. Матвейчук Получение высокопрочных дорожно-строительных изделий с использованием отходов дробления перлита// Тез. докл. республ. семин. Расширение объемов использования сырьевых ресурсов при производстве строительных материалов и изделий, 14-15 октября 1986.-Киев,1986.-С.23. 

 

УДК 666.3/7

         Аналіз сучасного стану виробництва керамічних матеріалів зі спеченим черепком з використанням некондиційної сировини природного походження/ Ходаковська Т.В., Огороднік І.В.// Збірник Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. -2004.-№__.-С___: Бібліограф.:26 назв.
Проведено аналіз сучасних тенденцій розвитку технологій виготовлення виробів зі спеченим черепком. До таких виробів відноситься: порівняно новий матеріал керамограніт та традиційні клінкерні вироби. 
Показана ефективність впливу на інтенсифікацію спікання та вдосконалення параметрів кристалізаційної структури керамічних мас з використанням некондиційної сировини природного походження різного хіміко-мінералогічного складу.

 

УДК 666.3/7

         Анализ современного состояния производства керамических материалов со спекшимся черепком с использованиям некондиционного сырья природного происхождения/ Ходаковская Т.В., Огородник И.В.// Збірник Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. -2004.-№__.-С___:Библиограф.:26 назв.
Проведен анализ современных тенденций развития технологии производства изделий со спекшимся черепком. К таким изделиям относятся: относительно новый материал керамогранит и традиционные клинкерные изделия.
Показана эффективность влияния на интенсификацию спекания и улучшения параметров кристализационной структуры керамических масс с использованием некондиционного сырья природного происхождения различного химико-минералогического состава.

 

UDK 666. 3/7

Analyse of the present state of art in the production of ceramic materials with sintered body with the use of non standard raw material of natural origin /Khodakovskaya T.V., Ogorodnik I.V.// Збірник Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка.─2004.─№___.─Р.___: Refs.:26 titles. 
Analyse of modern tendencies in the development of the production process of products with sintered body was carried out. To these products belong: relatively new material─ ceramogranite and traditional klinker products.
The efficiency of the influence on sintering and improvement of parameters of crystallization structure of ceramic mixtures with the use of non standard raw material of natural origin of different chemico-mineralogical composition was shown.

Разработка и продвижение сайта - Studio "V7"