Глина и гончарное производство

 

 

Дисциплина: Теоретические основы прогрессивных      технологий (химия)

Тема: Глина и гончарное производство

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение	…………………………………………………………….....	3
Глава 1	Глина. Состав и свойства…………...……………………..	6
	1.1. Минералы, содержащиеся в глинах………………….	8
	1.2. Минералы, загрязняющие глины и  коалины………...	9
	1.3. Виды глины……………………………………………	10
Глава 2	Гончарное производство…………………………………..	14
	2.1 Производство глиняных строительных кирпичей…...	15
	2.2 Производство различной глиняной или каменной посуды	17
	2.3 Производство фарфоровых изделий……………….....	20
Заключение…………………………………………………………………		30
Список использованной литературы……………………………………...		33

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Пластические свойства глины были известны человеку уже в глубокой древности. Она легко мялась и под умелыми руками быстро принимала такую форму, которую было очень трудно или даже невозможно придать другим известным материалам. Тогда же было обнаружено, что глиняные изделия после обжига в огне удивительным образом меняют свои свойства – обретают твердость камня, водонепроницаемость и огнестойкость.

Тысячелетия ушли на изучение достоинств и недостатков разнообразных глин. Из множества их видов древние мастера научились выбирать те, которые отличались наибольшей пластичностью, связанностью и влагоемкостью. В глиняную массу стали примешивать различные добавки, улучшающие качество изделий (например, крупный или мелкий песок). Одновременно древние гончары осваивали различные способы лепки. Обычно гончар, взяв комочек глины, путем выдавливания средней его части и осторожного сдавливания боков вылеплял днище. Затем к краю днища мастер начинал прилеплять раскатанные полоски глины и так постепенно получал стенки. В конце концов выходил грубый сосуд, пригодный после обжига на костре к приготовлению в нем пищи.

Важным шагом в развитии гончарного производства стало освоение приема вращения. В этом случае мастер прилеплял к готовому днищу кусочек глины и, вращая днище левой рукой, правой обводил кусочком по спирали, постепенно вылепляя грани горшка. Позже для удобства работы под заготовку стали подкладывать деревянный диск. Потом пришли к мысли, что процесс лепки значительно простится, если заставить этот диск вращаться вместе с заготовкой – так был изобретен простейший ручной гончарный круг. Он представлял собой диск, углубленный посередине примерно на половину своей толщины. Своим углублением диск насаживался на выступавший и несколько закругленный конец деревянного стержня, плотно укреплявшегося в земле. Для того чтобы стержень не шатался и удерживал вертикальное положение, между ним и кругом помещали неподвижную деревянную доску с отверстием посередине. Это несложное приспособление произвело настоящий переворот в гончарном деле, подняв его до уровня искусства. Благодаря ему работа заметно ускорилась и улучшилась. При вращении изделия выходили гораздо более плотными и однородными. Их форма получалась правильной и изящной.

Новым шагом на пути совершенствования гончарного искусства стало изобретение ножного круга. Главные его преимущества заключались в том, что он позволил в несколько раз увеличить скорость вращения и освободил мастеру для работы обе руки. Основные отличия нового круга были следующие. Веретено (ось вращения) было удлинено. Вращающийся диск был жестко соединен с ним. Для укрепления веретена служили две доски. Нижняя была основой всего устройства (в ней было вырезано углубление, куда вставлялся конец веретена). Верхняя доска со сквозным отверстием поддерживала веретено в вертикальном положении. Наконец, к нижней части веретена было жестко присоединено ножное колесо. Благодаря тому, что нижнее колесо было тяжелее и больше диаметром, чем рабочее верхнее, оно выполняло роль маховика: сохраняло вращение некоторое время и после того, как нога с него была снята.

Одновременно с усовершенствованием гончарного круга шло усложнение техники обжига глины. В древности обжиг производился прямо на открытом огне при температуре в 300-400С. Позже его стали производить в специальных печах. Уже первые примитивные печи позволяли вдвое увеличить температуру нагрева. Частички глины стали лучше сплавляться друг с другом, прочность изделий заметно возрастала. На смену прежним толстостенным сосудам приходят сосуды с тонкими, как яичная скорлупа стенками (до 3мм). Изобретение печей имело огромное значение для истории техники, так как положило начало сооружению высокотемпературных устройств, получивших затем распространение и в других отраслях хозяйств. Печь делалась следующим образом: из тонких стволов делали деревянный каркас, который обмазывался толстым слоем глины, только местами оставляя небольшие отверстия. Этот каркас ставили над углублением, представлявшим собой место для разжигания костра. От сильного огня деревянные части сгорали, а глина обжигалась и образовывала плотный под с отверстиями. При обжиге под и стенки печи раскалялись докрасна и тоже начинали излучать жар благодаря концентрации тепла внутри печи температура в ней могла подниматься до 800 и даже до 900С.

 

ГЛАВА 1. ГЛИНА. СОСТАВ И СВОЙСТВА

Глина – мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита, монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы. Как правило, породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47% оксида кремния (IV) (SiO2), 39% оксида алюминия (Al2О3) и 14% воды (Н20). Al2O3 и SiO2 – составляют значительную часть химического состава глинообразующих минералов. Диаметр частиц глин менее 0,005мм, породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лёсс. Большинство глин – серого цвета, но встречаются глины белого, красного, жёлтого, коричневого, синего, зелёного, лилового и даже чёрного цветов. Окраска обусловлена примесями ионов – хромофоров, в основном железа в валентности 3 (красный, желтый цвет) или 2 (зеленый, синеватый).

В чистом виде (как химическое соединение) глина практически не встречается. Вещество представляет собой коллоидный раствор кремнекислоты, окисей железа и марганца, углекислой извести и других химических соединений. «Растворителем», а вернее, основной массой этого раствора является химически чистая глина. Даже этот раствор никогда не встречается без инородных физических примесей, находящихся в нем во взвешенном состоянии. Прежде всего, это зерна кварца, полевого шпата, слюды, железного блеска и органических веществ, которые делают состав глины таким изменчивым. Без преувеличения можно сказать, что любая глина, всегда уникальна по составу. В сухом виде глина представляет собой плотное, землистое вещество. Часто оно кажется жирным на ощупь, легко растирается в порошок, в котором заметны инородные вкрапления камушков, зерен других пород и остатков веточек.

Водонепроницаемость глины всем известна. Однако при этом материал обладает высокой гигроскопичностью, то есть не только не пропускает воду, но и активно поглощает ее.

При соединении с водой коллоидность глины значительно возрастает. Если в большой сосуд с водой поместить комок глины и, дождавшись его разбухания, начать разминать глину и перемешивать воду, то глина скоро превратится в тонкодисперсную жижу со своеобразным запахом и вкусом.

В природе встречаются самые разнообразные глины. Они отличаются между собой по огнеупорности, химическому (содержание Al2O3, SiO2, Fe2O3 и др.) минералогическому составам, степени дисперсности, пластичности, спекаемости и по некоторым другим показателям. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005мм 80-90%.

В глинах могут быть примеси снижающие, температуру плавления: карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3. Камневидные включения CaCO3 являются причиной появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях, так как гидратация CaO, получившегося при обжиге керамических изделий, сопровождается увеличением его объема. Часто встречающаяся примесь оксида железа придает глине привычную красную окраску.

Свойства глин определяет область их промышленного применения. Например, легкоплавкие глины иллитового минерального состава с высоким держанием окрашивающих оксидов (преимущественно Fe2O3) – основа для производства красного строительного кирпича; коалинитовые глины с минеральным содержанием оксидов железа используют в производстве фарфора, фаянса, огнеупорных изделий.

Все важнейшие физико-химические и технологические свойства глины и глинистых пород (пластичность, набухание, воздушная усадка, спекаемость, огнеупорность, вспучивание, адсорбция) зависят главным образом от минерального, гранулометрического и химического состава.

Пластичностью глины называют ее свойство во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздуха желаемую форму без образования разрывов и трещин и сохранять полученную форму при сушке и обжиге.

Техническим показателем пластичности является число пластичности:

Пл = WT – WP

где WT и WP – значения влажности, соответствующие пределу текучести и пределу раскатывания глиняного жгута, %.

Воздушная усадка представляет собой уменьшение размеров глиняного образца при его сушке.

Спекаемостью глин называют их свойство уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок. Для получения белого черепка обжиг ведут в восстановительной среде (при наличии свободных CO и H2 в газах) и при определенных температурах, чтобы Fe2O3 перевести в FeO. Не желательны в глине крупные зерна пирита FeS2 и оксидов железа, образующие на черепке после обжига черные точки. Выделение свободного оксида железа при нагревании между 450 и 800С придает изделию красноватое и желтоватое окрашивание. Оксиды титана вызывают глубокую синеватую окраску черепка.

Огнеупорность – свойство керамических материалов и материалов противостоять воздействию высоких температур, не расплавляясь.

1.1 Минералы, содержащиеся в глинах

Каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O) глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия. Химический состав Al4[Si4, O10](OH)8; содержит 39,5% Al2O3, 46,5% SiO2 и 14% H2O.

Образует землистые массы, в которых при больших увеличениях под электронным микроскопом обнаруживаются мелкие шестигранные кристаллы. Кристаллизуется в моноклинной сингонии. В основе кристаллической структуры каолинита лежат бесконечные листы из тетраэдров SiO4, имеющих три общих кислорода и связанных попарно через свободные вершины алюминием и гидроксилом. Эти листы соединены между собой слабыми связями, что обусловливает весьма совершенную спайность каолинита и возможность различного наложения одного слоя на другой, что, в свою очередь, ведет к некоторому изменению симметрии всей кристаллической постройки.

Слоистая структура каолинита придает минералам на его основе (глинам и каолинам) свойство пластичности.

Твердость по минералогической шкале 1; плотность 2540-2600кг/м³; жирен на ощупь. При нагревании до 500-600С каолинит теряет воду, а при     1000-1200С разлагается с выделением тепла, давая вначале силлиманит, а затем муллит; реакция эта составляет основу керамического производства.

Каолинит – основной компонент многих глин. Образуется при каоли-низации (выветривании и гидротермальном изменении полевошпатовых пород).

• Андалузит, дистен и силлиманит (Al2O3·SiO2).
• Галлуазит (Al2O3·SiO2·H2O) глинистый минерал подкласса слоистых силикатов. По составу близок к каолиниту, от которого отличается более высоким содержанием воды. Он кристаллизуется в моноклинной системе.
• Гидраргиллит (Al2O3·3H2O)
• Диаспор (Al2O3·H2O)
• Корунд (Al2O3)
• Монотермит (0,2[K2MgCa]0·Al2O3·2SiO2·1,5H2O)
• Монтмориллонит (MgO·Al2O3·3SiO2·1,5H2O)
• Мусковит (K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O)
• Наркит (Al2O3·SiO2·2H2O)
• Пирофиллит (Al2O3·4SiO2·H2O)

1.2 Минералы, загрязняющие глины и коалины

• Кварц (SiO2)
• Гипс (CaSO4·2H2O)
• Доломит (MgO·CaO·CO2)
• Кальцит (CaO·CO2)
• Глауконит (K2O·Fe2O3·4SiO2·10H2O)
• Лимонит (Fe2O3·3H2O)
• Магнетит (FeO·Fe2O3)
• Марказит (FeS2)
• Пирит (FeS2)
• Рутил (TiO2)
• Серпентин (3MgO·2SiO2·2H2O)
• Сидерит (FeO·CO2)

1.3 Виды глины

Различают несколько разновидностей глины. Каждая из них используется по-своему. Большую часть добываемых и поступающих в продажу глин составляет каолин, который применяется в целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве фарфора и огнеупорных изделий. Вторыми по важности материалами являются обычная строительная глина и глинистый сланец. Огнеупорная глина идет на изготовление огнеупорного кирпича и других жаропрочных изделий.

Важное место среди видов глин занимает бентонит. Считают, что эта глина образовалась в результате химического распада вулканического пепла. При погружении в воду она разбухает, увеличивая свой объём в несколько раз. В основном она используется в буровых растворах при бурении скважин.