Глинистые горные породы
4. Химический состав
Химический состав глин колеблется в широких пределах, и входящие в состав глин оксиды по разному влияют на процесс получения конечные свойства керамики.
В глинах наиболее характерных видов содержится (в % по массе): кремнезема - 46-85, глинозема - 10-35, оксида железа - 0,2-10, диоксида титана - 0,2-1,5, оксидов щелочных металлов - 0,1-6, сернистого ангидрида - 0-0,5, потери при прокаливании (п.п.п.) - 8-14.
Литологические разновидности глин |
Содержание компонентов, % (от-до/среднее) на сухое вещество |
|||||
SiO2 |
AI2O3 |
Fe2O3 |
TiO2 |
п.п.п. |
||
Аргиллитиподобные |
36,09-58,31 44,4 |
26,73-40,55 36,11 |
0,09-4,29 1,41 |
0,5-5,37 1,92 |
10,19-16,0 14,32 |
|
Аргиллитиподобные углистые |
31,4-49,94 40,09 |
24,92-41,42 33,45 |
0,28-3,1 1,85 |
0,38-4,58 1,72 |
46,0-33,0 20,72 |
|
Пластичные |
31,88-77,44 47,0 |
25,25-40,87 32,24 |
0,41-4,19 2,65 |
0,18-4,31 1,72 |
7,05-16,0 13,14 |
|
Пластичные углистые |
32,99-64,62 40,0 |
25,29-39,06 30,27 |
0,28-3,39 2,26 |
0,79-4,31 1,59 |
16,0-35,0 22,79 |
|
Аргиллитиподобные пластичные и песчаные |
33,53-67,1 60,78 |
20,32-36,03 23,02 |
0,6-4,1 2,44 |
0,88-3,34 1,6 |
7,47-11,36 9,64 |
Примеси в глинах находятся в виде тонкодисперсных частиц либо включений и оказывает существенное влияние как на формовочные свойства глин, так и на свойства готовых изделий.
Кварцевый песок, количество которого может достигать в глинах по массе 60%, ухудшает пластичность, связующую способность глин и повышает трещинообразование на стадии охлаждения в процессе обжига, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности и морозостойкости готовых изделий.
Оксид алюминия (глинозем - А1203) при повышенном его количество в глине приводит к увеличению температуры обжига и интервала спекания. А изделия с низким содержанием глинозма обладают невысокой прочностью.
Наличие железистых примесей (оксидов и гидроксидов железа, лимонит, пирит, сидерит) придает обжигаемым изделиям в зависимости от их количества цвет от светлокремового до красно-бурого. Глины с повышенным содержанием красящих оксидов железа могут слуюить природными пигментами: до 25% гидроксида железа - желтая охра, до 40% оксида железа -красная охра, до 60% оксида железа - яркокрасный сурик и др. В определенных количествах железистые соединения повышают количество керамических изделий, а также указывают на способность глин к вспучиванию.
Включения пирита и гипса являются причиной появления на поверхности готовых изделий зеленоватых выцветов и выплавов.
Наличие сульфатов вызывает после обжига появление на поверхности изделий высолов.
Карбонатные примеси (кальцит, доломит) понижают огнеупорность глин, сокращают интервал спекания, повышают пористость и понижают прочность готовых изделий. Тонкодисперсные примеси карбонатных пород практически не оказывает влияние на качество стеновой керамики, но очень вредны для производства изделий с плотным черепком - напольных плиток, канализационных труб, дорожного кирпича. Крупные же включения (более 1 мм) переходят при обжиге сырца в известь, которая гидратируется, поглощая водяные пары из воздуха или при увлажнении изделий в службе, резким увеличением объема, приводящим к появлению локальных вздутий («дутиков») либо полному разрушению изделий.
Оксид кальция в виде СаС03 также понижает температуру плавления, изменяет окраску обжигаемых изделий, придавая им желтый или розовый цвет, повышает пористость, снижает прочность и морозостойкость изделий.
Оксиды щелочных металлов являются сильными плавнями. Они понижают температуру обжига, повышают плотность и пористость изделий, ослабляют красящие свойства оксида железа.
Органические примеси (п.п.п.) в виде остатков растений и гумусовых кислот окрашивают изделия в темные тона, повышают пластичность за счет большого количества связанной воды и, следовательно воздушную осадку. С увеличением их содержания возрастает пористость, тем самым снижая механическую прочность изделий. Они полезны при получении стеновой керамики, но нежелательны в производстве напольных плиток, особенно бе-ложгущихся.
Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов.
Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты
(xАl2О3 * ySiO2 * zH2O),
где х, y, z имеют различные значения.
К важнейшим глинистым минералам относятся: каолинит -- Аl2О3 * 2SiO2 * 2Н2О, монтмориллонит -- (Са, Mg)O * Аl2О3 * 4 -- 5SiO2 * xН2О, гидрослюда (иллит) -- К2О * MgO * 4Аl2О3 * 7SiO2 * 2Н2О и др.
Мономинеральные глины, состоящие преимущественно из каолинита или минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема Аl2О3, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу.