Сырье для производства кирпича

Основное сырье — легко­плавкие глины (огнеупорность по ГОСТ 9169—75 ниже 1350 °С) в плотном, рыхлом и пластическом состоянии, а также трепельные и диатомовые породы, отходы добычи и обо­гащения угля, золы ТЭС.

Вторичные или осадочные легкоплавкие глины имеют большей частью желтые и бу­рые оттенки. Их химический состав, % по .массе: оксид кремния SiOj 60—80; глинозем АЬОз вместе с диоксидом титана TiOj 5—20; оксид железа FejOj вместе с FeO 3—10; оксид кальция СаО 0—25; оксид магния MgO О—3; серный ангидрид 8Оз 0—3; оксиды ще­лочных металлов NasO+KzO 1—5; ППП до 15%.

Оксид кремния находится в связанном состоянии в составе глинообразующих минера­лов и в свободном состоянии в виде кварце­вого песка, тонких пылевидных частиц, реже в виде кремния. С увеличением количества песка уменьшаются усадка и прочность из­делия. Тонкодисперсные фракции повышают чувствительность глин к сушке.

Оксид алюминия находится в глине в со­ставе глинообразующих минералов и слюдя­нистых примесей. С повышением его содер­жания, как правило, повышается пластичность глины, возрастает прочность сформованных, сухих и обожженных изделий, увеличивается их огнеупорность.

Диоксид титана влияет на окраску из­делий.

Оксид железа способствует образованию после обжига красноватого цвета изделиям. При его содержании более 3 % и наличии восстановительной среды оксид железа сни­жает температуру обжига изделий.

Присутствие частиц известняка размером 1—2 мм приводит при обжиге к образованию оксида кальция, который под влиянием влаги воздуха гасится, увеличиваясь в объеме («дутик»), а при большом содержании даже к разрушению изделия. Присутствие в глине сульфата кальция — причина образования на обожженных изделиях белых налетов.

Оксиды щелочных металлов находятся в глинах в составе слюд и полевых шпатов, а в примесях в виде растворимых солей. Являются плавнями, при сушке изделия миг­рируют на поверхность, а после обжига спе­каются, придавая ему большую прочность. Растворимые соли образуют на поверхности изделия белесоватый налет.

Органические примеси находятся чаще всего в коллоидном состоянии, связывают большое количество воды, повышают пластич­ность глин, а при сушке сырца являются при­чиной воздушной усадки и образования трещин. Органические примеси придают изделиям при обжиге более темный цвет. Эти примеси, хи­мически связанная вода в водных кристалло­гидратах и алюмосиликатах, а также СО г кар­бонатов — удаляются из изделия при терми­ческой обработке.

Легкоплавкие глины обычно состоят из не­скольких минералов, преимущественно монтмориллонитовой и гидрослюдистой групп, а так­же с примесью минералов каолинитовой группы. Глинистые породы на их основе от­личаются высокой степенью дисперсности (<0,005 мм), пластичности, сильно набухают, высыхают медленно и наиболее чувствительны к сушке и обжигу. Гидрослюдистые глины, со­держащие иллит K2O-MgO-4Al2O3-7Si02-2НгО,  отличаются  средней  дисперсностью и  пластичностью. Каолинитовые глины, состоящие из минералов каолинита, диккита, накрита с одинаковым химическим составом Al2O3 •2SiO2•2H2O, слабо набухают в воде, мало чувствительны к сушке и обжигу.
По гранулометрическому составу или  распределению зерен в глинистой породе (% по массе) глины разделяют на высокодисперсные с содержанием более 85 % частиц размером менее 0,01 мм и более 60 % частиц менее 0,001 мм; дисперсные с содержанием 40— 85 % частиц менее 0,01 мм и 20—60 % частиц менее 0,001 мм; грубодисперсные, если соот­ветственно тех же фракций менее 40 % и менее 20 %. Чем более дисперсно-глинистое сырье, тем оно пластичнее. По содержанию крупнозернистых включений размером более 0,5 мм различают группы глинистого сырья (%): с низким их содержанием — не более 1, со средним — 1—5, с высоким — более 5. Мел­кими считают включения менее 2 мм, сред­ними — 2—5, крупными более 5 мм.

Сырье для производства керамических материалов оценивается по следующим по­казателям:

•  пластичности,
• связующей способно­сти,
• чувствительности к сушке,
• воздушной усад­ке при сушке, огневой при обжиге,
• спекаемости и огнеупорности.

Пластичность глин — их способность под воздействием внешних усилий принимать лю­бую форму без разрыва сплошности и сохра­нять ее после прекращения этих усилий. Со­гласно ГОСТ 21216.1—81* пластичность глин характеризуется числом пластичности: Я— =*№т~Wp, где Ч^т — влажность предела теку­чести, %, являющаяся границей между плас­тическим и вязкотекучим состоянием системы; Ц7Р — влажность предела раскатывания, %, которая находится на границе между хруп­ким и пластическим состоянием системы. По степени или числу пластичности глины разде­ляют на высокопластичные — более 25; среднепластичные— 15—25; умереннопластичные— 7—15; малопластичные — менее 7; непластич­ные. Чем пластичнее глина, тем больше воды необходимо для получения формовочной мас­сы. Влажность массы составляет, %: из вы­сокопластичных глин 25—30, из среднепластич-ных 20—25 и малопластичных 15—20.

Связующая способность глин определяет их возможность сохранять пластичность при смешивании с непластичными материалами и измеряется количеством нормального песка (ГОСТ 6139—78), при добавлении которого образуется масса с числом пластичности 7. В зависимости от способности глин связывать то или иное количество нормального песка (%) их разделяют на высокопластичные (60—80); пластичные (20—60); низкопластич- ные — тощие   (20);   камнеподобные — сланцы, сухарные глины (не образуют теста).

Воздушной усадкой (линейной или объем­ной) глинистого сырья называют изменение линейных размеров или объема сформованных из него образцов при сушке

£,=[(/,-/2)100]:/,,

где /| и /г — расстояние между метками по диа­гонали образца до и после сушки.

Чувствительность глины к сушке характе­ризуется коэффициентом чувствительности Кч, определяемым по формуле

/C4=AV,C:V,,

где AVec — усадка единицы объема образца, высушенного до воздушно-сухого состояния; V, — объем пор, отнесенный к единице объема образца.

По степени чувствительности к сушке гли­ны разделяют на следующие классы: при /CiSjl — глины малой чувствительности; /(,= = 1 —1,5 — глины средней чувствительности; /Сч^1,5 глины высокочувствительные (глины с /Сч=0,5 и менее также относятся к высоко­чувствительным, так как отличаются очень низкой трещиностойкостью).

Огневой усадкой называют изменение ли­нейных размеров высушенных изделий после их обжига н определяют по формуле

1о=[(/а-/3):/з]100,

где /2 и /з — расстояние между метками после сушки и после обжига изделия.

Спекаемость глин — их способность при обжиге уплотняться с образованием твердого камнеподобного тела (черепка). Классифика­ция глин по температуре спекания: низко­температурная с температурой спекания до 1100°С, среднетемпературная соответственно 1100— 1300 "С; высокотемпературная свыше 1300 °С. Разность между температурой спе­кания Тс и началом деформации 7"д (спека­ния) называют температурным интервалом спекания Т*=ТС+ТЛ. Интервал спекания глин, применяемых в кирпичном производстве, обыч­но составляет 50 — 100 "С. Керамические стено­вые материалы пластического формования об­жигают при 900—980 °С, а полусухого на 50— 100°С выше.

Огнеупорность глин — их свойство противо­стоять не расплавляясь воздействию высоких температур. Глины делят на огнеупорные с показателем огнеупорности свыше 1580 °С, тугоплавкие —1350—1580 °С и легкоплавкие — до 1350 °С. Кирпич-сырец пластического прессования из трепелов и диатомитов обладает небольшой воздушной и огневой усадками, выдерживает быструю сушку, однако в ряде случаев недостаточно морозостоек и требует дополнительных технологических мероприятий для устранения этого недостатка, например при полусухом прессовании обработку в стержневых смесителях.

Отходы углеобогащения обладают недоста­точно стабильными свойствами, но могут ис­пользоваться как основное сырье в производ­стве кирпича и керамических камней. Содер­жание оксидов в зависимости от месторож­дения, %: SiO2 55—63; А12О3 17—23: Fe2O3 + + FeO 3—11; СаО до 3,8; R2O до 2,7; содер­жание угля в пересчете на С 5—25. Отходы углеобогащения гравитационного процесса крупностью более 1 мм и флотационного крупностью менее 1 мм Донецкого, Кузнец­кого, Карагандинского, Печерского, Экибастуз-ского и других бассейнов относятся к группе с содержанием 60—70 % глинистых минера­лов.

Золы ТЭС состоят в основном из кислого алюмосиликатного стекла, аморфизированного глинистого вещества, кварца, полевого шпата, муллита, магнетита, гематита и остатков топ­лива. По нормам допустимое содержание остатков горючих в золе-уносе ТЭС должно находиться, % от массы золы: бурых углей и сланцев менее 4, каменных углей 3—12, антрацита 15—25 (подробнее см. п. 3.3.3). В производстве кирпича золу с удельной поверхностью 2000—3000 с.м2/г используют в качестве основного сырья и в качестве отощающей и выгорающей добавки. В связи с повышенной влажностью и наличием шлака золу отвала перед подачей в производство необходимо подсушивать в естественных усло­виях и измельчать шлаковые включения. Удельная теплота сгорания золы в зависи­мости от содержания несгоревших частиц топ­лива 4200—12500 кДж/кг (1000—3008 ккал/кг). 8 глиняную массу вводят 15.—45 % золы ТЭС. Предпочтение следует отдавать золам с низ­ким содержанием CaO+MgO и температурой размягчения до 1200 "С. Золы бурых углей вследствие низкого содержания несгоревших частиц, а также высококальциевые золы не оказывают положительного влияния на свой­ства керамической массы и готовых изделий.

Корректирующие добавки. В глинистое сырье вводят отощители, пластификаторы, флюсующие (плавни), топливосодержащие, регулирующие высолы на его поверхности. В большинстве случаев введение добавки оказывает комплексное влияние.

Кварцевый песок — распространенный отощитель. При обычных температурах обжига изделий он не взаимодействует с расплавом и тем самым способствует устойчивости из­делий при сушке и обжиге.

Древесные опилки армируют глиняную массу, улучшают формовочные свойства, по­вышают трещиностойкость при сушке, однако снижают прочность изделий и повышают их водопоглощение. Более эффективно применять 5—10 % опилок в сочетании с минеральными отощителями.

Отвальные и гранулированные шлаки чер­ной и цветной металлургии, топливные шлаки снижают чувствительность сырца к сушке, повышают трещиностойкость и улучшают про­цесс обжига.

Пластифицирующие добавки используют для придания малопластичному (тощему) гли­нистому сырью необходимой формуемости, улучшения сушильных свойств и получения прочных изделий. В качестве пластифицирующих и одновременно обогащающих добавок применяют высокопластичные, тонкодисперс­ные, огнеупорные или тугоплавкие глины, отходы добычи и обогащения углей, бентони­товые глины, а также органические и ПАВ, электролиты. СДБ, технический лигнин, триэта-исламин, введенные в количестве 0,1 — 1 % мас­сы сухой глины повышают пластичность сырья благодаря образованию на поверхности гли­нистых частиц адсорбционных пленок, играю­щих роль смазки. Наиболее эффективный спо­соб введения пластифицирующих добавок — в виде шликера или суспензии вместе с водой затворения.

Флюсующие добавки способствуют появле­нию жидкой фазы при обжиге изделий при более низких температурах в результате обра­зования с компонентами основного сырья низкотемпературных эвтектик. В качестве флю­сующих ­ добавок используют тонкомолотый бой стекла, шлаки, пиритные огарки и др.

К окрашивающим добавкам относят тонкомолотые светложгущиеся глины, марганце­вые, железные и фосфорные руды, карбонат­ные породы и др. Подготовка добавок сво­дится к измельчению или просеиванию их до заданного зернового состава.