Чем больше в составе глин окислов-плавней Nа2O, К2О, МgО, СаО, Fе2O3, тем ниже температура образования жидкой фазы. В процессе обжига под действием сил поверхностного натяжения жидкой фазы твердые частицы обжигаемого материала сближаются и объем его уменьшается, то есть происходит огневая усадка. Огневой усадкой (линейной или объемной) называется уменьшение линейных размеров и объема высушенных глиняных образцов в процессе обжига.

Переход глиняных масс при обжиге и последующем охлаждении в камнеподобное тело обусловлен сцеплением частиц в результате диффузных процессов, приводящих к возникновению новых кристаллических силикатов за счет топохимических реакций, и образованием стекловидного расплава, связывающего отдельные более огнеупорные зерна в прочный монолитный черепок.

Процесс уплотнения глиняных масс при обжиге принято называть спеканием. Температура обжига, при которой водопоглощение обожженного изделия составляет 5°/о, принимается за начало спекания глин. Температурный интервал между огнеупорностью и началом спекания называется интервалом спекания глин. Его величина зависит от состава глин: чистые каолинитовые глины имеют интервал спекания более 100°С, присутствие в составе глин кальцита СаС03 уменьшает их интервал спекания. При производстве плотных керамических изделий можно использовать только глины с большим интервалом спекания.

Огнеупорность глин зависит от их состава, и у чистого каолинита она равна 1780°С. По огнеупорности глины подразделяются на огнеупорные с огнеупорностью более 1580°С, тугоплавкие с огнеупорностью 1350-1580°С и легкоплавкие с огнеупорностью менее 1350°С.

Для получения керамических строительных материалов используют преимущественно легкоплавкие (кирпичные) глины, содержащие значительное количество кварцевого песка, соединений железа и других плавней.

Цвет глиняного черепка после обжига зависит от состава глин, и в частности от присутствия в них окислов железа. Соединения железа окрашивают керамический черепок в красный цвет при обжиге в окислительной среде и в темно-коричневый или черный - при обжиге в восстановительной среде. Интенсивность окраски повышается с увеличением содержания в глине Fе2O3.

Химический состав легкоплавких глин

Глина состоит из химических соединений алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния, натрия, калия в виде окислов, солей и др. В глинах содержатся также некоторое количество органических веществ и вода.Содержание важнейших окислов, входящих в состав легкоплавких глин, находится в следующих пределах (в %) : кремнезема SiO2 - 60-80; глинозема Al2O3 вместе с окисью титана TiO2 -5-20; окиси железа Fе2O3 вместе с закисью железа FeO -3-10; окиси кальция CaO -0-25; окиси магния MgO -0-3; окислов щелочных металлов Na2O – K2O -1-5.

Кремнезем – окись кремния SiO 2 находиться в глинах в связанном и свободном состояниях: связанный кремнезём входит в состав глинообразующих минералов ,свободный представлен в виде кварцевого песка и тонких пылевидных частиц (шлюфа).Кварцевый песок в значительно количестве засоряет глину и снижает её пластичность. С увеличением количества песка уменьшаются усадка изделий и их механическая прочность. Кроме того, изделия при большом содержании кремнезема могут в процессе обжига увеличиваться в объёме за счёт превращений кварца в другие модификации (разновидности).

Глинозём Al2O3 находиться в глине в связном состоянии, участвуя в составе глинообразующих минералов и слюдянистых примесей . Он является наиболее тугоплавким окислом. С повышением содержания глинозёма, как правило, повышается пластичность глины, возрастает прочность сформированных, сухих и обожжённых изделий, увеличивается их огнеупорность.

Двуокись титана TiO2 содержится в наибольшем количестве до 1,5 % и придаёт обожжённому изделию окраску зеленоватых тонов; интенсивность зависит от соотношения с другими окислами.

Окись железа Fе2O3 содержится в глинах главным образом в составе примесей и придаёт глинам после обжига преимущественно красноватый цвет; при содержании от 3% и более при восстановительной среде окись железа заметно снижает температуру обжига изделий, превращаясь в закисные формы.

Окись кальция (известь) CaO и окись магния ( магнезия) MgO входит обычно в состав карбонатных пород - известняка, кальциты, доломита и присутствует в глине в виде углекислого кальция CaCO3 и углекислого магния MgCO3. Образующаяся в процессе обжига изделий окись кальция под влиянием влаги воздуха превращаеться в гидрат окиси кальция Ca (OH)2 и, увеличиваясь в объёме, разрушает изделия. Влияние окиси магния менее значительно. Окись кальция влияет также на окраску получаемых изделий и придаёт им жёлтый или розоватый цвет. Наличие окиси кальция в тонкораспылённом состоянии делает сырьё менее чувствительным к сушке, т.е. уменьшает трещинообразование.

Окислы щелочных металлов (Na2O и K2O) являются плавнями, понижают температуру обжига и придают керамическому черепку большую прочность. Высокий процент их, в особенности K2O, свидетельствует о значительном содержании слюды и гидрослюды в глинах. Они входят в состав глинообразующих минералов, но в большинстве случае присутствуют в примесях в виде растворимых солей. При сушке изделий последние мигрируют (проникают) по капиллярам на их поверхность, а после обжига спекаются с черепком, образуя на внешней поверхности изделия белесоватые налёты, портящие цвет черепка. Окислы щелочных металлов ослабляют красящее действие Fе2O3 и TiO2.

Химический состав глин является их основной характеристикой и в значительной мере определяет их промышленное значение.

В зависимости от минерального состава глинистое сырье подразделяют на группы, указанные ГОСТ 9169-75*

Наименование групп Преобладающие минералы (св. 50 %)

Каолинитовые Каолинит

Гидрослюдистые Гидрослюда

Монтмориллонитовые Монтмориллонит

Гидрослюдисто-каолинитовые Гидрослюда, каолинит

Монтмориллонито-каолинитовые Монтмориллонит, каолинит

Монтмориллонито-гидрослюдистые Монтмориллонит, гидрослюда

Полиминеральные

(смешанослойные) Содержат три и более глинистых минерала

Превращения при обжиге огнеупорных и тугоплавких глин

Минералы огнеупорных и тугоплавких глин

На основании имеющихся в настоящее время данных о строении глинистых минералов и составе их можно классифицировать следующим образом.

Каолинитовые минералы. К этой группе минералов относят каолинит, накрит и диккит с общей структурной формулой Аl4 (OH4)8 · [Si2O5], чему соответствует теоретический состав (%) : 46,6 SiO2 , 39,48 Al2O3 , 13,92 Н2О . Сюда относят также галлуазит и аллофан ,хотя химический состав их отличается от приведённой формулы.

Гидрослюды (иллиты). Группа гидрослюд или иллитов включает мусковитовые минералы со структурной формулой (К,Н3О) Аl2 (ОН)2 · [Аl Si3 О10] · nН2О, гидробиотитовые (К,Н3О) (Мg Fe) (ОН)3 · [Аl Si3 О10] · nН2О.

Группа монтмориллонита. Сюда входит ряд сходных по структуре набухающих минералов: монтмориллонит Al2 (OH)2 [Si4O10] · nH2O, бейделлит (R2H3O) Al2 (OH)2 ·[AlSi3O10] · nH2O, а также разновидности монтмориллонита- нонтронит , сапонит,медомонит, гекторит, клеолит.Среди минералов группы монтмориллонита известно около двадцати различных названий.