Глина и гончарное производство

Сукновальная глина ценится за её отбеливающие свойства при очистке нефтепродуктов. Фильтры из сукновальной глины применяются при очистке растительных и минеральных масел.

Гончарная глина, именуемая также комовой, находит применение при изготовлении посуды. Глина или глинистый сланец представляет собой важное сырье, которое вместе с известняком используется в производстве портландцемента.

Следует отметить самые важные качества используемых сортов глины, наиболее распространенными из которых являются: красная глина, белая керамика (майолика), глина из песчаника, глина для производства фарфора и огнеупорная глина (каолин).

Природная красная глина – в природе эта глина имеет зеленовато-корич-невую окраску, которую придает ей оксид железа (Fe2O3), составляющий 5-8% от общей массы. При обжиге в зависимости от температуры или типа печи глина приобретает красную или белесую окраску. Она легко разминается и выдерживает нагрев не более 1050-1100С. Большая эластичность этого вида сырья позволяет использовать его для работ с глиняными пластинами или для моделирования небольших скульптур.

Белая глина – ее месторождения встречаются во всем мире. Во влажном состоянии она светло-серая, а после обжига приобретает белесый цвет или цвет слоновой кости. Белой глине свойственна эластичность и просвечиваемость из-за отсутствия в ее составе оксида железа. Глина используется для изготовления посуды, кафеля и предметов сантехники или для поделок из глиняных пластин. Температура обжига: 1050-1150С. Перед глазурованием рекомендуется выдерживать работу в печи при температуре 900-1000С. Обжиг неглазурованного фарфора называется бисквитным.

Пористая керамическая масса – глина для керамики представляет собой белую массу с умеренным содержанием кальция и повышенной пористостью. Ее натуральный цвет – от чисто-белого до зеленовато-коричневого. Обжигается при низких температурах. Рекомендуется необожженная глина, так как для некоторых глазурей однократного обжига недостаточно.

Майолика – это вид сырья из легкоплавких пород глины с повышенным содержанием белого глинозема, обжигается при низкой температуре и покрывается глазурью с содержанием олова.

Каменная керамическая масса – основу этого сырья составляют шамот, кварц, каолин и полевой шпат. Во влажном состоянии оно имеет черно-коричневый цвет, а после сырого обжига – цвет слоновой кости. При нанесении глазури каменная керамика превращается в прочное, водостойкое и несгораемое изделие. Она бывает очень тонкой, непрозрачной или в виде однородной, плотно спекшейся массы. Рекомендуемая температура обжига: 1100-1300С. При ее нарушении глина может рассыпаться. Материал используют в различных технологиях изготовления гончарных изделий из пластинчатой глины и для моделирования. Отличают изделия из красной глины и каменную керамику в зависимости от их технических свойств.

Глина для фарфора – глина для фарфоровых изделий состоит из каолина, кварца и полевого шпата. Она не содержит оксида железа. Во влажном состоянии имеет светло-серый цвет, после обжига – белый. Рекомендуемая температура обжига: 1300-1400С. Этот вид сырья обладает эластичностью. Это твердая, непористая глина, с низким водопоглощением. После обжига фарфор становится прозрачным. Обжиг глазури проходит при температуре 900-1000С.

Грубокерамические материалы – крупнопористые крупнозернистые керамические материалы применяются для изготовления крупногабаритных изделий в строительстве, архитектуре малых форм и т.п. Эти сорта выдерживают высокие температуры и термические колебания. Их пластичность зависит от содержания в породе кварца и алюминия (кремнезема и глинозема). В общей структуре много глинозема с высоким содержанием шамота. Температура плавления колеблется от 1440 до 1600С. Материал хорошо спекается и дает незначительную усадку. При изготовлении художественных объектов не следует превышать температуру в 1300С.

Цветная глина – это глиняная масса с содержанием оксида или красочного пигмента, представляющая собой гомогенную смесь. Если, проникая глубоко в глину, часть краски останется во взвешенном состоянии, то может нарушиться ровный тон сырья.

Массы с цветным пигментом. Пигменты – это неорганические соединения, которые окрашивают глину и глазурь. Пигменты можно разделить на две группы: оксиды и красящие вещества. Оксиды – основной материал естественного происхождения, который образуется среди пород земной коры, очищается и распыляется. Чаще всего используются: медный оксид, который в окислительной среде обжига принимает зеленый цвет; оксид кобальта, образующий голубые тона; оксид железа, дающий в смеси с глазурью голубые тона, а в смеси с глиной-ангобы земляных тонов. Оксид хрома придает глине оливково-зеленый цвет, оксид магния – коричневый и пурпурный, оксид никеля – серовато-зеленые тона. Все эти оксиды можно смешивать с глиной в пропорции      0,5-6%. Если превысить их процентное содержание, то оксид будет действовать как флюс, понижая температуру плавления глины. При окраске изделий температура не должна превышать 1020С, иначе обжиг не даст результата. Вторая группа – красящие вещества. Их получают промышленным способом или путем механической обработки природных материалов, которые представляют полную гамму красок. Красящие вещества смешиваются с глиной в пропорции 5-20%, отчего зависит светлый или темный тон материала.

ГЛАВА 2. ГОНЧАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Гончарное производство – обработка через обжигание глины для превращения её в предметы домашнего обихода, в строительные материалы и различные украшения, то есть керамика вообще.

Все керамиковые изделия можно разделить на две группы. Плотные, которые от действия высокой температуры сплавились, слились в однородную массу (в изломе имеют вид стекла). К плотным изделиям относятся фарфор различных сортов, бисквит, каррара, так называемые каменные изделия и пр. Вторая группа изделий – пористые. К пористым изделиям относятся фаянс, майолика, опак, терракота и различные обычные гончарные изделия из обыкновенной или огнеупорной глины (кирпич, черепица, горшечная масса и пр.).

Гончарное производство включает три главных класса производств: приготовление обычных строительных кирпичей; производство различной глиняной или каменной посуды вместе с различными более грубыми предметами украшений или заводских потребностей (огнепостоянные кирпичи, реторты, кафели, трубы и т.п.); приготовление фаянсовых и фарфоровых изделий.

Таблица 1

Важнейшие керамические изделия и их свойства

Производство обыкновенных гончарных изделий состоит из следующих операций: приготовление глиняной массы (очистка, разминание, измельчение и отмучивание), формование, высушивание, обжигание и покрытие глазурью (поливой) для придачи изделиям свойства полной непроницаемости.

Пригодность глины для гончарного производства определяется лабораторным путем. Первоочередной задачей являются заготовка глины и складирование ее для выветривания. Заготовку глины следует производить с запасом на 2-3 года, так как лучшей глиной для гончарных изделий считается глина, пролежавшая в грядах 2-3 зимы. В том случае, когда отстарьеванной (перезимовавшей) глины нет, ее можно старьевать ускоренным путем. Процесс старьевания глины заключается в следующем: осенью заготовленную глину засыпают в заранее приготовленные ящики и замачивают, хорошо перемешивая. В таком виде замес оставляют на промораживание. После того как глина промерзнет, ее вносят в теплое помещение и оттаивают. Оттаявшую глину хорошо перемешивают и снова выносят на мороз. Так повторяется 5-6 раз, пока глина не приобретет нужных физико-механических свойств. Простарьеванную глину загружают в замочный ларь, заливают водой и накрывают мешковиной. В замочке глину держат от четырех до семи суток. После замочки глину выкладывают на настил и хорошо перемешивают на механической глиномялке, а полученный брус разрезают на валюшки. При обработке на ручной глиномялке вынутую из глиномялки глину хорошо перемешивают руками, а затем сбивают из нее валюшки. Сбитые валюшки складывают в темное и сырое помещение, накрывают мокрой мешковиной или рогожей и в таком состоянии оставляют на 10-15 дней. Такая выдержка глины в темном сыром помещении называется маукованием. Маукование в буквальном переводе означает гниение. За время маукования в глине происходят механические и химические изменения, повышающие ее пластические и обжиговые качества. Чем больше вылеживается глина, тем выше ее формовочные и обжиговые качества.

Рассмотрим подробнее технология производства некоторых глиняных изделий.

2.1 Производство глиняных строительных кирпичей

Строительный кирпич – искусственный камень правильной формы, сформированный из минеральных материалов и приобретающий камнеподобные свойства после обжига или обработки паром.

Для изготовления кирпича пригодны легкоплавкие глины с большим диапазоном их состава. По пластичности наиболее пригодны умеренно пластичные глины с числом пластичности Пл=7-15. Малопластичные глины с Пл меньше 7 плохо формуются, а высокопластичные глины с Пл больше 15 растрескиваются при сушке и требуют отолщения. Содержание каменистых включений не должно превышать 10%. Огневая усадка кирпичных глин в большинстве случаев не превышает 3%, а интервал спекания – не более 50С.

При применении эффективных методов обезвреживания известковых включений их наличие и содержание в кирпичных глинах может не ограничиваться, хотя в целом они не желательны.

В качестве добавок применяют: древесные опилки – до 15% по объему, антрацит, коксик, каменные и бурые угли до 80% от общего расхода топлива от обжига кирпича, крупнозернистый песок, горелые породы, гранулированный доменный шлак – до 30%.

Основные производственные операции состоят из следующих процессов: разработка карьера; обработка глины (выделение каменистых включений, грубое дробление, предварительное увлажнение, тонкое измельчение, окончательное увлажнение); формование изделий; сушка изделий; обжиг изделий.

В большинстве случаев глиняный кирпич изготовляют способом пластического формования на специальных агрегатах. Глину измельчают и смешивают с отощающими, а иногда и с выгорающими добавками до образования однородной керамической массы. Затем массу увлажняют водой или паром до формовочной влажности (до 18-23%) и тщательно перемешивают. Для этого глину пропускают через бегуны, а затем увлажняют и проминают в одновальных или двухвальных глиномешалках. Чаще всего увлажнение и перемешивание глиняной массы производят в двухвальных мешалках с открытым корытом производительностью до 35м3/ч. Подготовленная таким образом глиняная масса подается для формования.

Для формования кирпича используют горизонтальные вакуумные обычные (без вакуума) ленточные прессы. В настоящее время при пластическом формовании кирпича широко применяется вакуумирование глиняной массы. При вакуумировании массы прочность отформованного сырца повышается, что позволяет укладывать его при сушке в более высокие штабеля и полнее использовать объем сушилок, кроме того, снижается способность сырца к трещинообразованию, улучшается качество готовой продукции. Ленточные вакуум-прессы состоят в основном из трех частей – подготавливающей, вакуумирующей и прессующей. Подготавливающая часть пресса (мешалка) располагается или над прессующей частью, или на одной осевой линии с ней. Шнек подготавливающей части пресса захватывает глиняную массу и проталкивает ее через перфорированную решетку в вакуум-камеру. Отвакуумированная, освобожденная от воздуха, глиняная масса с помощью шнекового винта уплотняется и продвигается к выходному отверстию мундштука, укрепленного на головке пресса. Выйдя из мундштука пресса, непрерывный глиняный брус разрезается на отдельные кирпичи-сырцы.

Продолжительность сушки сырца в естественных условиях составляет до 15-20 суток. Существует ряд методов интенсификации сушки и продления сушильного сезона (навесы со стеклянной кровлей, установка переносных вентиляторов, введение в шихту электролитов и т. п.). Тем не менее, большинство современных кирпичных заводов используют искусственные сушильные установки камерного или туннельного типа.

Обжиг высушенного сырца является завершающей и важнейшей технологической операцией. Обжиг кирпича производится в основном в печах непрерывного действия (кольцевые и туннельные печи). В процессе обжига в печах любого типа осуществляется прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение готового изделия.

Вследствие содержания в глине окиси железа кирпичи большей частью окрашены в красный цвет.

2.2 Производство различной  глиняной или каменной посуды

Выделка обычных глиняно-гончарных изделий состоит из следующих работ: составления глиняной массы, её формования, просушки, обжигания и покрытия поливою, или глазурью.

Для выделки гончарных изделий избирают по возможности чистую «горшечную» глину, обладающую должной вязкостью и таким сопротивлением к жару, который отвечает назначению изделий. Хотя глина и обладает высокою степенью пластичности, тем не менее, одна не может быть употребляема на выделку гончарных изделий, так как вследствие быстрого и неравномерного сжатия при обжигании изделия из неё трескаются и теряют свою форму.

Недостаток этот убирается примесью разного рода веществ, которые уменьшают степень сжимания массы от действия огня. Вещества эти различны. Для самых простых изделий употребляется песок, зола, древесные опилки; для лучшего рода продуктов – шамот, т.е. порошок от измельченных гончарных изделий или слабо обожженной заранее глины. Хотя приготовленная из таких веществ масса очень удобна для выделки, сушки и обжига, но так как она после обжига остается пористой и с трудом принимает глазурь, то для избавления от этого недостатка прибавляют к массе какое-либо вещество, делающее состав легкоплавким и твердым, не принимающим воду и хорошо покрываемым глазурью.

Глина, употребляемая для выделки обыкновенных гончарных изделий, очень часто заключает в своем составе окислы железа, известь, щелочи, гипс и т.п. подмеси, которые, смотря по содержанию, могут быть иногда даже полезны для спекаемости массы и прочности изделий; но необходимо, чтобы смесь была однородна и не содержала крупных зерен и частиц. Такая чистая глина редко встречается в природе, и для того, чтобы она могла быть употреблена в дело, её надо первоначально очистить и тогда уже смешать с другими веществами.