Промышленная глина, состав глины. К глинам относятся осадочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто а при высыхании сохранять приданную ему форму. Глины образуются путем естественного разрушения глинистой породы (элювиальные), либо путем механического и биохимического воздействия в процессе эволюции (аллювиальные). Важная особенность глины - мелкая дисперсность составляющих ее частиц. К глинам относятся породы у которых частиц размером менее 0.01мм - более 50% а частиц размером менее 0.001мм - более 25%. Наиболее важное значение для промышленной технологии имеет наличие в глине частиц размером 1-5мкм и меньше.
Основной объем глины промышленность использует для производства кирпича, цемента, керамзита, керамики.
Состав глины. Глинистые породы, по своему химическому составу, состоят из водных силикатов алюминия и магнезиальных силикатов со сложной кристаллической решеткой. Кроме этого в глинах присутствуют в разных количествах примеси кварца, карбонаты кальция, гидроокись железа, сульфиды железа. В таблице 1 приведены химические формулы основных глинистых минералов:
| Каолинит | Al2(Si2O5)(OH)4 |
| Галлуазит | Al2(Si2O5)(OH)4*2H2O |
| Al-монтмориллонит | Al2(Si4O10)(OH)*nH2O |
| Fe-монтмориллонит | Fe2(Si4O10)(OH)*nH2O |
| Гидромусковит | (KH2O)Al2(AlSi)4O10*(OH)nH2O |
| Глауконит | (KH2O)(Fe,Mg,Al)2(AlSi)3O10(OH)2 |
Химический состав глины в различных месторождениях колеблется в широком диапазоне (см. таблицу2):
| % | |
| SiO2 | 42,18-75,34 |
| Al2O3 | 9,45-22,9 |
| Fe2O3 | 3,59-13,27 |
| CaO | 1,57-15,9 |
| MgO | 0,29-4 |
| SO3 | 0,1-3,4 |
| ппп | 3,66-19,08 |
В зависимости от назначения глинистого сырья, глины нормируются по содержанию оксидов железа (придает при обжиге красный цвет), кварцевого песка, крупномерных примесей, легкоплавких примесей.
Глина в месторождениях залегает в виде пластов или линз, разделенных прослойками песка. Часто встречается 3 - 6 реже до 20 слоев глины. Прослойки песка имеют мощность 3-5м. Мощность пластов глины от 2-5м до 20-30м. Мощность вскрышных пород от 1-2м до 25-30м. Вскрышные породы это чаще всего пески, супеси, суглинки, некондиционные глины.
В производстве изделий строительной керамики (кирпич, камни и плитки керамические различных видов, черепица и др.) используются в основном легкоплавкие глины и суглинки, реже лесс, аргиллиты, глинистые сланцы (предварительно размолотые). Сложность технологического процесса заключается в трудности установления строгой зависимости между свойствами сырья и готовой продукции. В настоящее время единых регулируемых стандартами требований к качеству глинистого сырья для изделий строительной керамики не существует, пригодность сырья устанавливается по качеству готовых изделий и возможности получения стандартной продукции.
Легкоплавкие глинистые породы, используемые для производства кирпича и черепицы, должны обладать необходимой пластичностью и связующей способностью, причем при полусухом способе формования кирпича могут применяться и малопластичные глинистые породы. Качество сырья зависит также и от содержания в нем собственно глинистых частиц: недостаток их может вызвать зыбкость рабочей массы. Содержание песчаных фракций до 10 % вполне допустимо. Вредны каменистые включения, особенно известковые и гипсовые, и фракции крупнее 3 мм.
По химическому составу пригодными для этой цели являются глинистые породы, содержащие 53–81 % SiO2, 7–23 % А12О3, 2,5–8 % Fe2O3, до 15 % CaO. Нежелательным является содержание в большом количестве крупных включений карбонатов кальция и магния. Вредно также повышенное содержание SO3 (до 2 %), водорастворимых солей щелочных (до 4–5 %) и щелочноземельных (до 2 %) металлов.
Для производства изделий грубой керамики (кислотоупорные изделия, канализационные трубы, дренажные трубы, плитки для полов, клинкерный кирпич и другие изделия) используются в основном тугоплавкие глины, а также низкоспекающиеся разности огнеупорных глин (клинкерный кирпич). Единых требований к качеству сырья для грубой керамики нет. Пригодность его устанавливается по качеству готовых изделий, которое нормируется соответствующими стандартами.
На изготовление кислотоупорных изделий идут низкоспекающиеся среднепластичные тугоплавкие и огнеупорные глины. Они не должны иметь включений серного колчедана, гипса и железистых соединений, а содержание карбонатов Ca и Mg не должно превышать 3 %.
Для производства клинкерного кирпича могут быть использованы легкоплавкие глины и суглинки, не содержащие примесей крупного песка, включений карбонатов, гипса, угля. Основными показателями их пригодности является большой интервал спекания (не менее 100 °С), который обеспечивает однородную спекаемость черепка, и температура начала деформации (не ниже 1200 °С). Глины и суглинки, не обладающие требуемым интервалом спекания, или высокоспекающиеся (при t выше 1300 °С) могут быть использованы в производстве указанных изделий при условии введения добавок – плавней или материалов, понижающих температуру плавления.
Для производства канализационных труб и плиток для полов используются тугоплавкие и огнеупорные глины, обладающие пластичностью, однородным составом и имеющие низкую температуру спекания и интервал спекания не менее 200 °С. При обжиге глины должны давать плотный спекающийся черепок без деформации, пятен, выплавок и мушек. Кроме имеющихся стандартов на эти виды сырья, существует ряд стандартов на качество глин определенных месторождений, как, например, ОСТ 21-30–82 «Глина тугоплавкая Артемовского месторождения», регламентирующих в глинах содержание глинозема, оксидов титана, железа, кальция и других вредных примесей.
Для производства изделий тонкой керамики (фарфор, полуфарфор, фаянс) в качестве основного компонента используется каолин с весьма низким содержанием красящих оксидов, а в качестве связующего – беложгущиеся разности пластичных огнеупорных глин и бентонитовые глины.
Наиболее высокие требования предъявляются к глинам, применяемым для изготовления фарфора. Однако и для фаянсовых изделий сырье не всегда может быть использовано в естественном виде и нуждается в обогащении.
Единых требований к глинам, используемым в производстве изделий тонкой керамики, не существует. Имеются стандарты для отдельных разновидностей глин и некоторых разрабатываемых месторождений, как, например,РСТ РСФСР 303–82 «Глина гончарная», ГОСТ 7032–75 «Глина бентонитовая для тонкой и строительной керамики», ТУ 21-25-203–78 «Глина огнеупорная Веселовского месторождения». В глинистом сырье для тонкой керамики вредными примесями являются красящие – оксиды железа и титана, сернистые соединения, вызывающие вспучивание черепка, нежелательны включения пирита и марказита, дающие на черепке поверхностные и скрытые выплавки. Как фарфоровые, так и фаянсовые изделия относятся к группе белого черепка. Они могут иметь глазурованный и неглазурованный черепок. Отличие их заключается в том, что фарфоровые изделия в изломе имеют сильно спекшийся черепок, а фаянсовые – пористый. Пористость фаянса от 10 до 14 %, пористость фарфора не более 0,5 %.