Технология однократного обжига это относительно новое и перспективное направление в производстве керамической плитки для внутренней облицовки. Внедрение данной технологии позволит перейти на качественно новый уровень, повысить конкурентоспособность продукции и существенно сократить продолжительность технологического процесса. Основной причиной, сдерживающей её внедрение, можно считать отсутствие составов масс, разработанных с учетом экономических аспектов. В настоящее время, ввиду роста строительного производства, а также недостаточно активной разработки новых месторождений, промышленность России столкнулась с существенным ростом цен на высококачественное глинистое сырьё, что ставит под сомнение экономическую эффективность их повсеместного использования. Таким образом, в условиях возрастающей конкуренции, всё большую актуальность приобретает разработка составов масс однократного обжига на основе доступных местных материалов. При этом необходимо особое внимание уделять эстетическим показателям готовой продукции, поскольку получение высококачественного глазурного покрытия при однократном обжиге затруднено дегазацией массы.
Самым дорогостоящим компонентом, применяемым при производстве керамической плитки является каолин, он позволяет получить продукцию с высокими прочностными характеристиками, однако при этом существенно повышается тугоплавкость массы, что требует введения повышенного количества плавня либо повышения температуры обжига. Оба эти варианта являются негативными с точки зрения экономической эффективности, в связи с этим, возникает необходимость поиска материала способного заменить данный компонент. Одним из таких материалов может являться щелочной необогащённый каолин, характеризующийся повышенным содержанием щелочных и щелочноземельных оксидов, что положительно сказывается на интенсификации процесса спекания. Использование данного компонента в составах масс однократного обжига является весьма перспективным, поскольку позволяет получить керамический черепок высокой прочности, обладающий пониженной усадкой, что позволяет повысить сортность продукции по калибровке. Однако высокое содержание диоксида кремния также предопределяет использование высокоэффективного плавня. Известно, что высоких физико-механических показателей керамического черепка можно достичь повышением содержания мела [1], что в свою очередь может привести к ухудшению качества глазурного покрытия. Несмотря на все недостатки, мел используется, прежде всего, благодаря низкой цене и достаточно высокой эффективности. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о необходимости снижения количества вводимого мела при одновременном улучшении качества продукции.
Изложенная проблема может быть решена двумя путями: заменой мела другим плавнем, позволяющим получать качественное декоративное покрытие, либо снижением тугоплавкости массы. В связи с низкой стоимостью мела, замена данного компонента другим высокоэффективным плавнем в большинстве случаев является экономически нецелесообразной. Таким образом, первостепенной задачей при переходе к технологии однократного обжига можно считать снижение тугоплавкости керамической массы, которое позволило бы снизить количество вводимого мела. Наиболее эффективным методом снижения тугоплавкости можно считать использование местных легкоплавких глин, исходя из этого, были разработаны составы масс однократного обжига с поэтапным введением Маркинской глины, шихтовые составы которых представлены в табл. 1. Количество вводимого щелочного каолина, в данном случае, определялось полученным ранее оптимальным соотношением [1].
Помимо Маркинской исследовались глины Власовского месторождения, а также суглинки Ново-Азовского месторождения, однако исходя из содержания щелочных и щелочноземельных оксидов (табл. 2), оптимальным сырьевым материалом является именно рассматриваемая глина.
Подготовка масс осуществлялась шликерным способом, для этого сырьевые материалы, отвешенные, в соответствие с рецептурой, размалывали мокрым способом в фарфоровых барабанах на лабораторной вальцовой мельнице при соотношении загружаемого материала к массе мелющих тел 1:2. Известно, что повышенное содержание глинистого компонента приводит к повышению плотности и снижению текучести шликерных масс, что является важным фактором, поскольку приготовление пресс – порошка на предприятии осуществляется в башенных распылительных сушилах с инжекторными форсунками, ввиду чего текучесть не должна превышать 18 -20 секунд. В связи с этим, особое внимание уделялось реологическим свойствам, приведённым в табл. 3. Качество помола шликера контролировалось методом ситового анализа путём определения остатка ни сите № 0063, величина которого не должна превышать 6%.
Таблица 1. Шихтовые составы масс
| Компонент | Содержание, % по массе | ||||||
| 1 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| Глина ВКС-3 | 63 | 63 | 63 | 63 | 63 | 63 | |
| Мел МД (Копанищенский) | 12 | 8 | 6 | 4 | 2 | - | |
| Щелочной каолин | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
| Бой плитки дроблёный | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| Глина Маркинская | 2 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | |
Таблица 2. Химический состав Маркинской глины
| Содержание, % по массе | ||||||||||||
| SiO2 | Fe2O3 | TiO2 | CaO | MgO | K2O+ Na2O | SO3 | P2O5 | MnO | П.П.П. | Сумма | ||
| Глина Маркинская | 57,19 | 11,75 | 0,68 | 9,26 | 1,94 | 1,18 | 1,21 | 0,13 | 0,14 | 11,20 | 100 | |
Следует отметить, что в составы № 6 и 7 сверх 100% вводилось 1,5% триполифосфата натрия вместо 1% в остальных составах, что было обусловлено повышением вязкости шликера.
Из шликера готовился пресс-порошок влажностью 5,5%, после чего осуществлялось прессование плиток 110х55 мм. Продолжительность процесса обжига составила 28 минут, максимальная температура 1100 0С, после чего определялись основные характеристики керамического черепка, табл. 4.
Таблица 3. Результаты анализа шликеров
| Наименование | Показатели характеристик шликеров | ||||||
| характеристик | 1 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Плотность шликера, г/см3 | 1,40 | 1,41 | 1,40 | 1,41 | 1,42 | 1,43 | |
| Влажность, % | 53,30 | 53,30 | 57,49 | 54,94 | 52,50 | 51,71 | |
| Текучесть, сек. | 9,9 | 14,6 | 16,2 | 18,2 | 13,8 | 15,0 | |
| Остаток на сите № 0063, % | 2,06 | 1,06 | 1,21 | 1,44 | 1,04 | 1,30 | |
Таблица 4. Послеобжиговые свойства
| Наименование | Показатели характеристик обожжённого черепка | ||||||
| характеристик | 1 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Усадка, % | 0,52 | 0,66 | 1,2 | 1,22 | 1,63 | 2,78 | |
| Механическая прочность, σизг,МПа | 26,18 | 30,31 | 29,14 | 31,28 | 28,59 | 28,48 | |
| Водопоглощение, % | 12,64 | 13,17 | 12,69 | 11,10 | 8,8 | 8,55 | |
На основании анализа результатов, приведённых в табл. 4, можно сделать вывод о том, что оптимальным будет являться состав № 3, поскольку удовлетворяет всем требованиям нормативной документации и имеет наилучшее соотношение между представленными показателями. Повышенную величину прочности и относительно низкое водопоглощение можно объяснить уменьшением количества удаляемого при обжиге диоксида углерода, что благоприятствует снижению открытой пористости и увеличению удельной поверхности контакта между частицами керамического черепка. Кроме того, содержание мела было снижено до 8%, что существенно ниже, чем в аналогичных массах двукратного обжига, что позволяет обеспечить высокое качество глазурного покрытия и существенно улучшить эстетические показатели готовой продукции. Таким образом, был разработан состав керамической массы однократного обжига с пониженным содержанием мела, обладающий высокими технико-эксплуатационными показателями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Зубехин А.П., Попова Л.Д., Галенко А.А. Разработка состава керамических масс однократного обжига с карбонатным плавнем. Студенческая научная весна – 2008: материалы Межрегиональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Южного федерального округа / Юж.– Рос. гос. техн. ун-т.– Новочеркасск: ЛИК, 2008. – С. 335 -336.