Технология получения тонкой керамики

Свойства строительного  кирпича определены требованиями ГОСТ 530-95. От них зависит его качество. По прочности при сжатии и при изгибе кирпич разделяется на 8 марок: 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75.

 

      2.2. Технология изготовления керамзита

 

Современное производство керамзитового гравия может быть основано не нескольких технологиях подготовки сырцовых гранул, то есть нескольких непосредственных технологий изготовления. Выделяется сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый способы.

Сухой метод применяется, если в производстве используется камнеподобное глинистое сырье, плотные и сухие глиняные породы, глиняные сланцы. Это наиболее простой метод из всех существующих, при нем сырье дробится и сразу же поставляется во вращающуюся печь. Однако предварительно необходимо сортировать сырье на частицы более крупные и помельче, отправив первые на дополнительное измельчение. Сухой метод выгоден в том случае, если исходная пород однородна и не включает вредных, агрессивных компонентов, отличается высоким уровнем вспучивания.

Пластический способ является наиболее распространенным, несмотря на то что он несколько более сложен, чем сухой. При нем рыхлое глинистое сырье перерабатывают в увлажненном состоянии в специальных агрегатах — вальцах или глиномешалках, как при производстве кирпича. После этого пластичную глиномассу помещают на дырчатые вальцы или ленточные шнековые прессы, на которых она прессуются в сырцовые гранулы, отличающиеся цилиндрической формой. При транспортировке или особой обработке такие гранулы обретают более круглые очертания.

От качества сырцовых гранул напрямую зависит качество конечного продукта — керамзита. Поэтому очень важно на этапе  подготовки глинистого сырья соблюдать  все технологические требования. Необходима предварительная сортировка сырцовых гранул по размеру — в  соответствии с желаемой крупностью частиц керамзитового гравия и установленному для конкретного сырья коэффициента вспучивания.

Гранулы с влажностью от 20% рекомендуется  вначале подсушивать в специальных  барабанах и только после этого  направлять в печь. Это позволяет  существенно улучить показатели производительности переработки такого сырья.

То есть, можно с уверенностью сказать, что  пластический способ достаточно сложный, в отличие от сухого, требует больших  финансовых и энергетических затрат, однако, с другой стороны, при такой  технологии повышается уровень вспучивания  сырья, а значит, эффективность метода себя оправдывает.

Порошково-пластический способ производства керамзитового гравия основан на первоначально помоле сухой глины в порошок, разбавлении этого порошка водой до пластичной глиномассы и формировании из нее сырцовых гранул. Естественно, что подобный сложный предварительный процесс обработки сырья является затратным, но это даже не все, что может понадобиться в этом случае. Иногда требуется дополнительная сушка сырья перед помолом.

Тем не менее, этот способ существует, он используется, и он во многом себя оправдывает. Например, так обрабатывать сырье попросту необходимо в том случае, если оно неоднородное по структуре и составу, потому что при помоле и сушке сырье можно перемешать и гомогенизировать, а также, потому что в таком состоянии легче ввести в сырье требуемые добавки. Несомненным плюсом помола сырья является возможность существенного снижения опасности вредных компонентов в сырье — известняка, гипса и др. - если они, конечно, присутствуют в глине. И, разумеется, такая тщательная подготовка сырья гарантирует максимальный коэффициент вспучивания, а значит, предельный уровень производительности керамзитового гравия на выходе и его безупречное качество.

Мокрый, или шликерный, способ получения  керамзита основан на разведении глины в воде в особых емкостях большого объема — глиноболтушках. В результате образуется так называемая пульпа (так же шликер, шлам), влажность которой составляет 50%, направляемая насосами в шламбассейны и только оттуда в барабанные вращающиеся печи. При этом в одном из отделов печи размещена завеса из цепей, которые выполняют функцию теплообменника. Сначала они работают на подсушивание пульпы, а потом размалывают ее на гранулы. После этого такое сырье легко нагревается и вспучивается.

Недостатком мокрого способа является несколько  повышенный расход топлива, обусловленный  высоким уровнем влажности сырья  вначале.

А вот  достоинств у такого метода множества. Это, во-первых, однородность сырьевой пульпы, во-вторых, возможность простого добавления различных веществ в  сырье, в-третьих, не менее простое  удаление из сырья ненужных природных  включений.

Мокрый  способ получения керамзита наиболее актуален в том случае, если глине  присущ высокий уровень карьерной  влажности. Также этот способ отлично  сочетается с гидромеханической  добычей глины и доставлением ее на производства в виде пульпы по трубам с места разработок — вместо классической транспортной схемы доставки сырья, более затратной и неэкономичной.

При любом используемом методе получения  керамзита, готовый продукт обязателен к охлаждению — и только по регламентированным правилам, иначе качество керамзита будет более чем сомнительным. Сразу после вспучивания гранулы керамзита следует быстро, за 2-3 мин, охладить до температуры 800-900 градусов по Цельсию (чтобы закрепилась новая структура). Это осуществляется непосредственно во вращающейся печи за счет поступающего в нее воздуха. После этого необходимо медленно охлаждать керамзит до 600-700 градусов в течение 20 мин, что обеспечит затвердение стеклофазы и формирования в ней кристаллических минералов — залог прочность будущего материала. Это происходит уже в барабанных слоевых холодильниках или специальных аэрожелобах. И, наконец, этап окончательного быстрого охлаждения керамзита.

После охлаждения керамзит фасуется и отправляется на склады готовой продукции.

 

2.3. Технология изготовления алгопорита

Аглопорит – это искусственный  пористый материал, получаемый  термической обработкой силикатных материалов методом агломерации.  Агломерация – спекание сыпучего глинистого материала с углем путем слоевого обжига с интенсивным просасыванием воздуха через слой зажженного материала.

Аглопорит применяется в качестве заполнителя для легких бетонов.

При разработке способов повышения  стойкости к самораспаду топливных  шлаков, используемых в качестве заполнителя для бетонов, был впервые получен аглопорит. В настоящее время такое получение аглопорита утратило актуальность в связи с переводом железнодорожного транспорта, который являлся основным источником получения топливных шлаков, на электрическую и локомотивную тягу, а также из-за сокращения сжигания угля на тепловых электростанциях. Поэтому теперь развито производство аглопорита из глинистого сырья и отходов углеобогащения. В 1970 г. выпуск аглопорита в СССР составлял 3 млн м³. Теперь его выпускают по заявкам строительных организаций. Наиболее развито его производство в Беларуси.

По ГОСТ 11991 различают два вида аглопоритовых материалов: щебень и  песок. По размерам зерен щебень разделяют  на три фракции: 5…10, 10…20 и 20…40 мм. Зерна песка имеют размеры менее 5 мм.

Марки аглопоритовых материалов устанавливают  по насыпной плотности (таблица 9.1). Потери массы не должны превышать, масс.%: при прокаливании  – 3, при определении стойкости против силикатного распада – 8 и против железистого распада – 5, при испытании на стойкость в  растворе сернистого натрия – 5 и при испытании на морозостойкость после 15 теплосмен – 10.

 

Процессы агломерации, происходящие в слое топливосодержащей зажженной шихты при прососе через нее воздуха, заключаются в следующем. На I этапе (рисунок 9.1) за счет тепла от зажигательного горна в верхней части слоя испаряется гигроскопическая влага. Дымовые газы и водяные пары просасываются через слои шихты и покидают ее. В зоне сушки с температурой до 100°С нижняя часть слоя может даже увлажняться за счет конденсации паров.

При более высоких температурах верхний слой, будучи уже сухим, подогревается (II этап), а смежный с ним нижележащий  слой подсушивается. Температура шихты  на этом этапе находится в пределах 100…600°С.

Рис. 2. Динамика процесса агломерации: 1 – зажигательное  устройство; 2 – дымосос.  Зоны: а – шихты; б – сушки; в – подогрева; г – горения топлива; д – остывания

При этом происходит дегидратация глинистых  минералов и гидроокиси железа и  кристаллизация гематита. Когда верхний  слой подогревается до температуры  воспламенения угля, он начинает гореть (III этап), взаимодействуя с воздухом,  просасываемым через слой шихты. Температура здесь достигает 1500°С, и в материале происходят процессы, наиболее важные для формирования структуры аглопорита. Внутри слоя при недостатке кислорода – среда восстановительная, поэтому железистые оксиды восстанавливаются до FeO, что способствует интенсивному образованию жидкой фазы. Происходит спекание внутри гранул и на их контактах. Сыпучий слой превращается в спекшийся, но пористый из-за просасывания газов. Глинистые и слюдистые примеси частично вспучиваются, обусловливая образование в материале некоторой доли закрытых пор.

После выгорания органических веществ  наступает последний (IV) этап – охлаждение спекшегося конгломерата. В этот период наряду с физическим охлаждением материала в нем завершаются процессы кристаллизации гематита и магнетита, а также a-кристобалита. Оплавленные зерна кварца, сохранившиеся в виде a-кварца, переходят при 575°С в b-кварц. В остывшем аглопорите содержится 48—50% стекла. Кристаллическими фазами являются кварц, кристобалит, в небольшом количестве муллит, гематит и некоторые другие минералы.

Такое деление процессов агломерации  является условным. В действительности четкой последовательности протекания указанных процессов и строго определенных температурных границ между ними нет. Эти процессы накладываются друг на друга и часто смещаются в область более высоких температур.

По мнению ученых, пористость в аглопорите образуется за счет четырех факторов: превращения межзерновых пустот в поры при контактном спекании гранул материала (основной фактор), удаления гигроскопической влаги, выгорания органических веществ и вспучивания глины. Последний фактор, который для керамзита играет основную роль, в производстве аглопорита имеет второстепенное значение. Пористость в аглопорите преобладает открытая, поскольку его образование внология озможно только при непрерывном просасывании воздуха через слой обжигаемого материала. По сравнению с керамзитом аглопорит менее прочен, но прочность бетонов на его основе обеспечивается высокой адгезией этого заполнителя к цементному камню, благодаря поверхностной пористости.

 

 

 

2.4. Технология черепиц

 

Керамическая  черепица — один из старейших видов  кровельных покрытий. Керамическая черепица является натуральным, экологически чистым материалом, что в наши дни очень  ценится, технология производства такой  черепицы почти не меняется. Несмотря на широкий ассортимент новых  современных и недорогих кровельных материалов, популярность керамической черепицы остается на высоте.

Технология  производства натуральной черепицы практически не изменилась за много  лет. Усовершенствованиям подвергалось только производственное оборудование. Главный принцип производства остается неизменным: из глины, смешанной со специальными добавками, в частности  с пластификаторами, формуются черепки, которые затем подвергаются сушке  и обжигу при температуре около 1000 °С. Очень важно как качество глины, так и тщательное следование технологии обжига, поскольку оба  эти фактора определяют дальнейшую морозоустойчивость и водонепроницаемость  керамической черепицы.

 

 

 

Рис.3. Керамическая черепица.

После обжига керамическая черепица приобретает  свой естественный красно-коричневый цвет. Такой оттенок обусловлен наличием в глине окислов железа. Керамическая черепица со временем покрывается патиной  и темнеет. Все предлагаемое на рынке  разнообразие цветов и оттенков керамической черепицы достигается с помощью  такого процесса, как ангобирование.

При этом поверхность  заготовки черепицы покрывается  специальным составом — ангобом, который представляет собой смесь порошкообразной глины с минеральными веществами и водой. Эти минеральные вещества и придают при обжиге черепице различные цвета и оттенки. Цвет ангобированной черепицы не изменяется со временем.

Существует  еще один вариант покрытия черепицы — глазурирование. Глазурь — это стекловидная масса, которую, так же как и ангоб, перед обжигом наносят на заготовки черепицы. В процессе обжига глазурь затвердевает и образует на поверхности черепицы цветной защитный слой.

Пазовые виды керамической черепицы имеют двойной  замок (паз) по вертикали и горизонтали  для повышения герметичности  кровли. Это надежно защищает подкровельное  пространство от проникновения дождя  или снега, что немаловажно в  российском климате.

Отдельные плитки черепицы могут немного перемещаться по отношению друг к другу вблизи места соединения. Это позволяет  черепичной кровле не разрушаться от деформаций, вызванных сильным ветром, усадкой строения или другими  причинами.

Керамическая  черепица не нуждается в уходе, и  весьма длительное время не требует  ремонта. Срок службы керамической черепицы может превышать сотню лет, что  соответствует среднему сроку службы коттеджа или загородного дома. Благодаря  природным свойствам глины керамическая черепица имеет низкую теплопроводность и хорошую шумоизоляцию. Под кровлей  из керамической черепицы практически  не будет слышен шум дождя. В жаркие летние дни в доме будет прохладнее, а зимой — теплее.

Красивый, изысканный внешний вид черепичной кровли является несомненным достоинством керамической черепицы. Такая кровля по-настоящему надежна. Керамическая черепица огнеупорна, не выделяет никаких вредных  веществ и не накапливает статическое  электричество. Технология производства такой черепицы давно выверена и  проверена годами.

В Германии керамическая черепица занимает около 70% всего рынка кровельных материалов. Немецкие мастера внесли большой  вклад в развитие технологий производства черепицы. Керамическая черепица Braas является одним из самых качественных кровельных материалов немецкого производства. В ассортименте черепицы Braas более  трехсот наименований, в том числе  декоративные элементы для крыш, разнообразные  профили и широкий выбор оттенков черепицы, а также все необходимые  виды комплектующих. На черепицу Braas предоставляется  тридцатилетний гарантийный срок. Такая кровля способна прослужить нескольким поколениям благодаря прочности и надежности керамической черепицы.

 

 

 

  2.5. Технология плиток для полов