Влияние минералогического состава глинистых материалов

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

КЕРАМИЧЕСКАЯ ОБЛИЦОВОЧНАЯ ПЛИТКА

Спрос в Украине на керамическую облицовочную плитку (в том числе для внутренней облицовки стен, пола и наружной облицовки фасадов зданий) увеличивается из года в год. За последние 5 лет потребление плитки на украинском рынки увеличилось на 35 млн. м² год (рис. 1).

Анализ украинского рынка плитки показал, что плитка отечественного производства составляет всего 40 % от общего объема продаваемых облицовочных материалов. Традиционно плитка импортируется из Италии, Испании. В последнее время к ним добавились белорусские, польские, немецкие, российские, турецкие и китайские производители.

Тем не менее, украинские производители наращивают темпы производства. Так, если еще пять лет назад всеукраинские предприятия выпускали около 10 млн. м² плитки в год, сегодня производство увеличилось почти в 2 раза. Преобладание на рынке импортной плитки объясняется недостаточной мощностью отечественных предприятий, отставанием применяемых технологий по сравнению с передовыми современными технологиями производства плитки, и морально устаревшим оборудованием большинства украинских предприятий.

Совершенствование технологии облицовочных материалов должно осуществляться за счет интенсификации технологических процессов при использовании достижений науки и техники, в том числе новейших средств контроля и управления высокотемпературными процессами, а также использования передового опыта зарубежных производств.

Так, за последние три года было произведено переоснащение двух украинских предприятий (Харьковского плиточного завода и Киевского завода «АТЕМ»), на которых пущены линии, оборудованные агрегатами итальянской компании САКМИ, мирового лидера в производстве оборудования для керамической отрасли. Так на ОАО «Харьковская керамика» (в прошлом Харьковский плиточный завод) модернизировано массозаготовительное отделение, способное обеспечить производство 16 млн. м² в год, смонтирована новая линия для производства глазурованной плитки для пола мощностью 2,5 млн. м² год. В перспективе закупка и монтаж линии по производству плитки для внутренней облицовки стен.

На рис. 2 представлена диаграмма, характеризующая производство керамической плитки в Украине в 2005 году.

Интенсификация производства плитки возможна также за счет:

- внедрения оптимальных режимов варки фритт и политого обжига изделий;

- освоение производства изделий из масс с пониженной (на 50-100 ^оС) температурой обжига;

- снижения материалоемкости при использовании техногенного сырья, в том числе вторичных ресурсов;

- полной автоматизации и компьютеризации дозирования и контроля за высокотемпературными процессами технологии.

Требования к готовой продукции регламентируются ДСТУ 61-41-91, в соответствии с которым изготавливаются облицовочные плитки размером 150х150 мм и 200-300 мм, плитки для пола 300х300, 200х300 мм, 200х200 мм, фризы 200х60 мм и 200х70 мм. Общие требования к плиткам, предъявляемые нормативно-технической документацией следующие:

1) плитки различают по сортности на 1 и 2 сорт в зависимости от наличия дефектов на глазурном покрытии; количество дефектов на одной плитке 1 сорта – 2 шт.; на одной плитке 2 сорта – 3 шт.

2) плитки могут быть квадратными, прямоугольными, фасонными, фигурными; боковые грани могут быть с завалом и без него;

3) отклонения от размеров по длине и ширине ±0,8 %, по толщине ± 8-10 %; разница между наибольшими и наименьшими размерами плиток одной партии не должна превышать 1 мм (разница по толщине не более 0,5 мм);

4) физико-механические характеристики:

а) плитки для внутренней облицовки стен:

- водопоглощение плиток– 16 % (на основе карбонатных глин–24% );

- предел прочности на изгиб – не менее 15 МПа;

- твердость глазурного покрытия по Моосу – не менее 5

- термостойкость глазурного покрытия для плиток с белой глазурью 150^оС;

для плиток с цветной глазурью 125 ^оС

б) плитки для пола:

- водопоглощение – 3,5 % (для неглазурованных); 4,5 % (для глазурованных);

- предел прочности на изгиб – для плиток толщиной до 9 мм – 28 МПа; для плиток толщиной свыше 9 мм – 25 МПа;

- износостойкость 0,18 г/см²;

- термостойкость глазурного покрытия 125 ^оС;

- морозостойкость (регламентируется только для неглазурованной плитки) – не менее 25 циклов замораживания и оттаивания;

- твердость глазурного покрытия по Моосу – не менее 5.

Показатели внешнего вида плиток 1 сорта должны соответствовать следующим требованиям: не допускаются отбитости со стороны лицевой поверхности, щербины и зазубрины на ребрах со стороны лицевой поверхности, плешины и пятна, мушки, засорка, пузыри, прыщи, вскипание глазури, волнистость, слипыш, нарушения сплошности декора.

Сырьевые материалы и составы масс. В качестве пластичного сырья для производства плиток используют, в основном, тугоплавкие глины и каолины (не менее 50 %, в том числе глин не менее 30 %). Как отощающие материалы применяют кварцевый песок и утельный бой изделий. Для снижения температуры спекания масс используют плавни – нефелиновый сиенит, габбросиенит, мел, доломит, стеклобой (эрклез), перлит. Примеры типовых составов масс и глазурей приведены в таблицах 1 и 2.

Технология. Типовая технологическая схема изготовления керамических облицовочных плиток приведена на рис. 3. Технологическая схема получения пресс-порошка шликерным способом, традиционно используемая в производстве керамических плиток приведена на рис. 4:

Таблица 1 - Типовые составы плиточных масс

Таблица 2 - Типовые составы глазурей

Керамический шликер получают раздельным помолом каменистых (отощающие + плавни) и глинистых материалов. С целью уменьшения влажности шликера при сохранении его высокой текучести вводят добавки электролитов (водорастворимые соединения одновалентных металлов). Влажность шликера, поступающего в башенное распылительное сушило (БРС) 42 %; текучесть – 8-10 сек , остаток на сите 005 до 2 %. В результате распылительной сушки в БРС получают пресс-порошок с влажностью 6-7 % и следующим гранулометрическим составом:

- частицы размером более 0,5 мм – 10-12 %

- частицы размером 0,2-0,5 мм – 27-28 %

- частицы размером до 0,2 мм – 60-65 %.

Прессование осуществляют двухсторонним двухступенчатым прессованием на коленорычажных прессах или на гидравлических прессах, преимуществом которых является плавное нарастание давления прессования, что позволяет исключить запрессовку воздуха и предотвратить получение «слойки». Удельное давление прессования составляет:

- на первой ступени – 5 МПа;

- на второй ступени – 20 – 25 МПа.

Сушка плиток осущетсвляется при температуре 240 ^оС в двухярусных конвейерных сушилах в течение 10-13 минут. Остаточная влажность плиток после сушки составляет 1 %.

Далее плитки для внутренней облицовки подвергаются утельному обжигу, целью которого является закрепление структуры фаянсового черепка перед глазурованием. Температура утельного обжига составляет 900-1050 ^оС. Водопоглощение плиток после утельного обжига составляет 16-18 %, что обеспечивает необходимые условия для нанесения и закрепления глазурного слоя.

Плитки для пола вследствие их сравнительно большой толщины обжигают однократным способом (после нанесения глазури на высушенную плитку).

Рис. 4 - Технологическая схема получения пресс-порошка шликерным

способом

П ри приготовлении глазурей используются следующие составы:

А) фриттованные глазури (для облицовочной плитки) – 97 % фритты и 3 % глины огнеупорной беложгущейся (например, Веско-Прима);

Б) частично фриттованные глазури (для метлахской и фасадной плитки) 40-70 % фритты и 30-60% сырьевых материалов, нерастворимых в воде (полевой шпат, пегматит, песок и т.д.)

В качестве заправочных средств (сверх 100 %):

- натриевая селитра – 0,2 -0,5 % (для повышения блеска глазурного покрытия);

- карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) – 0,05-0,1 % (для повышения адгезии слоя глазури к черепку);

- триполифосфат натрия – 0,05-0,1 % (для разжижения глазурного шликера и

улучшения его реологических свойств).

Технология приготовления глазури зависит от типа глазури (фриттованная, нефриттованная, частичнофриттованная). Обобщенная технологическая схема приготовления глазурей приведена на рис 5. Фриттование осуществляется во фриттоварочных барабанах или ванных печах. Температура фриттования составляет 1350-1400 ^оС с выдержкой при максимальной температуре 1 час. По завершении фриттования осуществляется водное гранулирование (слив расплава в перфорированные кюбели, установленные под барабаном в канале с проточной водой). Помол глазури осуществляется в шаровых мельницах. Загрузка мельниц производится в соотношении «материал : мелющие тела : вода» равном 1 : 1,5 : 0,6. Тонина помола соответствует остатку на сите 0063 не более 0,1-0,2 %. Плотность глазурного шликера 1,56-1,58 г/см³. Расход глазури на одну плитку зависит от размеров последней. Так для плитки размером 150 х 150 мм расход глазури составляет 24 г.

Приготовление цветной глазури осуществляют путем перемешивания в бассейне белой глазури и предварительно приготовленой суспензии красителя.

Глазурование осуществляется на конвейерных линиях, где плитки проходят камеру увлажнения и глазуруются поливом на щелевых глазуровочных устройствах или «колоколах».

Декорирование производится по сырому слою глазури методом шелкографии (через трафарет, выполненный на капроновых сетках). Современные машины для декорирования позволяют последовательно наносить рисунок, состоящий из 8 цветов, формирующих декор плитки.

Для декорирования используют мастику приблизительно следующего состава :

- смесь красителя и флюса в соотношении 1:1 – 50 % (возможно повышение количества красителя до 50% );

- трансформаторное масло – 50 %.

Политой обжиг, целью которого является получение глазурного покрытия и одновременное закрепление декора, осуществляется в щелевых роликовых печах (или щелевых печах с сетчатым подом). В первом случае в качестве передвижной части конвейера применяются муллито-корундовые ролики; во втором – сетки из жаропрочной стали. Температура и продолжительность политого обжига в зависимости от состава глазури находится в пределах:

- для облицовочной плитки – 960-1050 ^оС при общей продолжительности 24-45 мин;

- для метлахской плитки – 1020-1100 ^оС при продолжительности 70-90 мин.

В настоящее время на отечественных предприятиях, производящих плитку, используют преимущественно скоростные низкотемпературные режимы обжига. Такие условия требуют применение научно-обоснованных параметров обжига с учетом показателей спекания масс, температурного интервала их дегидратации и декарбонизации, а также допустимых скоростей нагрева и охлаждения. Поэтому при разработке режимов обжига плиток на основе новых масс необходимо проведение эксперимента по определению характеристик спекания (температуры начала и полного спекания, интервала спекания и спекшегося состояния), дилатометрических характеристик, а также дифференциально-термического анализа масс для выявления процессов, происходящих при термообработке масс.

Допустимые скорости нагрева и охлаждения можно определить расчетным путем:

Допустимые перепады температур рассчитываются для трех интервалов:

- до 600 ^оС :

- от 600 до 800 ^оС :

- от 800 до 1160 ^оС :

где Q - допустимая скорость охлаждения (нагрева), ^оС/ч;

D t _доп – допустимый перепад температур между поверхностью плитки и ее

центром, ^оС;

S – толщина плитки, м;

К_з – коэффициент запаса, равный 1,2;

а – температуропроводность;

s - предел прочности на изгиб, МПа;

a - ТКЛР, град ^–1;

m - коэффициент поперечного сжатия (0,3-0,5);

e - максимально допустимая деформация образца в области упруго-вязких

свойств, мм;

Е – модуль упругости (Юнга), МПа

Особенности обжига плиток для внутренней облицовки стен,

пола и фасадов зданий:

А) для обжига плиток однократного обжига (метлахских и фасадных) применяют следующие режимы:

- подогрев до 700 ^оС (7-9 мин);

- обжиг в интервале 700-850 ^оС (15-25 мин);

- обжиг в интервале 850-1000 ^оС (2-3 мин);

- выдержка при максимальной температуре 10-15 мин.

Б) для плиток двухкратного обжига (для внутренней облицовки стен) применяют

- утельный обжиг с максимальной температурой 900-1050^оС с общей продолжительностью до 30 мин);

- политой обжиг при максимальной температуре 850-1050 ^оС с общей продолжительностью 24-45 мин.

- Скорость нагрева может быть больше, чем при обжиге метлахских плиток;

- Длительность выдержки при максимальной температуре зависит от размера плиток, состава плиточной массы (химического и минералогического состава сырья) и составляет в среднем 10-15 мин.

Влияние минералогического состава глинистых материалов

на спекаемость плиточных масс

Учитывая тенденции современного рынка керамической плитки и перспективность производства плиток с черепком, спеченным до водопологощения 0,5 –1,% (керамогранит), необходимо учитывать влияние химического и минералогического состава глинистого сырья, применяемого в производстве плиток на характеристики спекания плиточных масс.

В таблице 3 приведены сведения о спекаемости плиточных масс в зависимости от минералогического и химического состава применяемых глинистых материалов. Приведенные данные позволяют предварительно оценить степень спекания еще до проведения экспериментальных исследований характеристик спекания.

Таблица 3 – Зависимость спекания от химического и минералогического состава

глинистого сырья

Тип глинистого сырья	Факторы, определяющие спекаемость глин
Каолинитовые глины с минимальным содержанием щелочных оксидов	При соотношении глины не спекаются до 1300 оС; при уменьшении этого соотношения спекаемость улучшается
Каолинито-гидрослюдистые глины	При соотношении минералов глины плохо спекаются при температуре 1000 оС. При уменьшении этого соотношения спекаемость улучшается
Каолинитовые глины с примесью гидрослюды и монтмориллонита	При увеличении доли гидрослюды по сравнению с каолинитовой и монтмориллонитовой составляющими спекание улучшается
Каолинито-монтмориллонитовые глины	При соотношении минералов или глины спекаются плохо. При сохранении данного соотношения в пределах 4-7 глины хорошо спекаются уже при температуре 1000 оС

Анализ таблицы позволяет заключить, что оптимальным, с точки зрения характеристик спекания, а также физико-механических свойств плиток является следующий минералогический состав: каолинит – 50-65 %, гидрослюда 15-35 %, монтмориллонит 5-20 %.