Файл: Справочник понаилучшим доступным технологиям и т с 4 2 0 1 5.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 337
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Раздел 2. Описание технологических процессов, используемых
при производстве керамических изделий
Данный раздел подготовлен специалистами в химической технологии керамики с использованием отечественных и зарубежных (прежде всего справочника ЕС по НДТ
«Производство керамических изделий» (далее — справочник ЕС)) источников инфор- мации.
2.1
Технологические процессы и способы производства
керамических изделий
Керамику изготавливают из различных видов сырья, формуют различными спо- собами, обжигают в печах разных типов, готовые изделия имеют разнообразную фор- му, размеры и цвет. Основные этапы производства изделий из керамики (технологиче- ские переделы) одинаковы для всех ее видов и включают массоподготовку (объединя- ет подготовку сырьевых материалов и формовочных масс), формование, сушку, обжиг
(однократный или многократный, в зависимости от вида изделия) и послеобжиговую обработку. Для изделий хозяйственно-бытового назначения, художественной керамики, санитарно-технических изделий и некоторых видов строительной керамики отдельной стадией является декорирование, которое может включать в себя ангобирование, гла- зурование и нанесение рисунков.
В настоящем разделе представлена общая технология керамики, характерные технологические аспекты производства изделий в различных подотраслях рассмотре- ны далее (см. подразделы 2.2–2.7)
2.1.1
Сырьевые материалы
В технологии производства керамических изделий применяют разнообразные сырьевые материалы, как природного, так и искусственного происхождения. Большин- ство таких материалов добывают и производят на территории России, некоторые виды сырья поставляют из-за рубежа.
Сырье для производства керамики по происхождению можно подразделить на две основные группы: природное и искусственное. Природное сырье после добычи направляют непосредственно в производство, при необходимости его предварительно сортируют, усредняют, обогащают. Искусственное сырье, отличающееся повышенным
40 качеством и чистотой, получают в результате глубокой, в первую очередь химической, переработки природных либо других искусственных материалов.
Сырье для производства керамики условно подразделяют на основное и вспомо- гательное. Основное сырье преобладает по содержанию и в значительной степени определяет технологические свойства перерабатываемой массы, внешний вид и тех- нические данные готового изделия. Вспомогательное сырье регулирует технологиче- ские свойства исходных масс, способствует оптимизации технологических процессов, снижает температуру обжига, улучшает отдельные характеристики готового продукта.
Сырье может быть основным или вспомогательным в зависимости от технологии про- изводства конкретного изделия. В качестве основного сырья может быть использован как один материал, например глинозем (Al
2
O
3
) для изготовления корундовой керамики, так и несколько компонентов, например: глина, кварцевый песок и полевой шпат для производства фарфоровых изделий [84], [85].
Глинами называют тонкодисперсные осадочные горные породы, состоящие в основном из гидроалюмосиликатных минералов и способные при замачивании водой образовывать легкодеформируемую пластичную массу, которая при высыхании сохра- няет приданную ей форму, а после обжига приобретает камнеподобное состояние.
Кроме гидроалюмосиликатов, в глинах присутствуют различные примеси [86].
Глины являются главным, а в ряде случаев единственным компонентом формо- вочных масс в производстве керамического кирпича, плитки, шамотных огнеупоров, по- суды, санитарно-технических изделий; в то же время глины используют как добавку в технологии карбидкремниевых огнеупоров, муллитокорундовой, стеатитовой, форсте- ритовой, кордиеритовой и других видов керамики. В состав масс для производства из- делий на основе глин могут входить один или несколько ее видов, а также так называ- емые отощающие — непластичные компоненты (измельченный кварц, полевой шпат и др.) [87].
Глины или глинистые породы (осадочные и сланцевые глины, тяжелые суглинки) в основном применяют в производстве кирпича. Органические добавки (опилки, отходы целлюлозно-бумажного производства) и неорганические вспомогательные вещества
(кизельгур, перлит) вводят в изделия для увеличения объема пор. При производстве лицевого кирпича для получения требуемой окраски в формовочную массу вводят ок- сиды металлов (MnO
2
, TiO
2
, Fe
2
O
3
), хромиты, а также известняк (CaCO
3
), доломит
(CaMgCO
3
).
Карбонат бария (BaCO
3
) добавляют для уменьшения высолов. В случаях аномально высокого содержания соединений серы в глине (свыше 0,5 %) в формовоч- ную массу добавляют также известь (CaCO
3
) для связывания оксидов серы с целью
41 уменьшения их выбросов в атмосферу. Эти добавки вводят в твердом виде непосред- ственно перед формованием или в процессе массоподготовки [88].
Керамическая плитка, хозяйственно-бытовая и санитарная керамика состоят главным образом из алюмосиликатов, основным компонентом сырьевых смесей при их производстве служат пластичные глины.
В состав сырьевых смесей для производства огнеупоров входят глина, шамот
[
(прокаленная) обожженная и измельченная пластичная глина)], некоторые природные минералы (кварцит, доломит, боксит, магнезит), а также искусственные материалы (ко- рунд, карборунд и шпинель). Для получения формовочных масс к измельченному сы- рью добавляют связки и заполнители [84].
Выбор глин для конкретного производства обусловлен их технологическими свойствами, которые определяются их минеральным, химическим и зерновым соста- вами [89].
В качестве отощителей и плавней (последние предназначены для снижения температур спекания различных масс и растекания глазурей) широко применяют кварц, полевые шпаты, в некоторых случаях — мел, доломит, волластонит, стеатит и др.
Так называемую техническую керамику, в которой доля глинистых компонентов может быть мала или вовсе отсутствовать, изготавливают из масс на основе искус- ственно получаемых оксидов и бескислородных соединений Al, Mg, Mn, Ni, Si, Ti, W, Zr и других металлов. Типичными примерами здесь выступают Al
2
O
3
(глинозем), MgO (пе- риклаз), SiC (карбид кремния), Si
3
N
4
(нитрид кремния) и AlN (нитрид алюминия) [90],
[91], [92].
Кроме перечисленных основных сырьевых материалов и вспомогательных ве- ществ, для производства керамических изделий необходимы временные технологиче- ские связки, огнеприпас для обжига изделий, топливо. В качестве связок в процессе формования применяют растворы полимеров и масла. Огнеприпас представляет собой огнеупорные капсели, плиты и стойки многоразового использования [84], [91].
2.1.2
Общее описание производственного процесса
В соответствии с общей схемой производства сырьевые материалы смешивают, затем полученной массе прессованием, способами пластического формования или шликерного литья придают заданную форму. Для улучшения качества смешения и формования обычно используют воду, которая затем испаряется при сушке. Далее из- делия загружают в печь (в случае печей периодического действия) либо пропускают через непрерывно действующую роликовую или туннельную печь (в последнем случае
42 изделия предварительно помещают на вагонетки). В производстве шамота применяют вращающиеся печи.
В процессе обжига происходит необратимое изменение структуры материала, поэтому необходимо обеспечить правильный режим термообработки: скорость нагре- вания, продолжительность выдержки при максимальной температуре, скорость охла- ждения. Важный фактор получения требуемых свойств изделий — правильно выбран- ная среда обжига. Готовую продукцию упаковывают и отправляют на склад до отгрузки потребителям.
Ниже описаны основные участки производства керамических изделий, а также переделы и варианты реализации технологического процесса [93] — [96].
2.1.3
Основные участки производства керамических изделий
2.1.3.1
Хранение и транспортировка сырья в пределах производственной
площадки
Добычу глины, каолина, глинистых материалов, полевого шпата, кварца и боль- шинства других видов сырья ведут открытым (в карьерах) или закрытым (в шахтах) способом, в ряде случаев, в частности в Московском регионе, глину добывают по бере- гам расположенных рядом с предприятием рек. Доставку сырья на предприятие осу- ществляют автомобильным либо железнодорожным транспортом.
Сырье в зависимости от его свойств и того, на какой стадии процесса оно приме- няется, хранят в открытых буртах или на складах, подразделяемых на боксы, крупно- тоннажные питатели, смесительные, вылежные, раскислительные и сухие силосы. Не- которые материалы (например, глазури, фритты, каолины высокой степени обогаще- ния) поставляются на предприятия упакованными в «биг-бэги».
Для производства кирпича и плитки на предприятии необходимо хранить значи- тельное количество глины и минерального сырья, которое часто размещают на откры- той площадке. В ряде случаев, особенно при пластическом формовании, такое хране- ние в течение нескольких месяцев улучшает рабочие свойства глин. Этот технологиче- ский прием называется «раскисление» (летование) и особенно эффективен при хране- нии глин в течение нескольких сезонов [85].
Оборудование для транспортировки внутри производства выбирают, исходя из таких параметров, как зернистость материала, его насыпная плотность, сыпучесть, температура и влажность, требуемая производительность и доступные площади. Для перемещения кусковых и зернистых материалов применяют такие виды транспортных
43 устройств, как ковшовые элеваторы, цепные, шнековые и пневмоконвейеры, тележки и кюбели. Шликеры и жидкие материалы подают по шликеропроводам или используют емкости, установленные на транспортных средствах. Полуфабрикаты и готовые изде- лия перемещают на тележках, в том числе многоярусных, ленточных конвейерах [85],
[92], [95].
Основными факторами воздействия на окружающую среду на данном технологи- ческом участке оказываются организованные (устройства хранения) и неорганизован- ные (устройства перемещения) источники пыли, а также шум от работающего оборудо- вания и техники. На этом участке возможно образование производственных отходов, часть которых может быть возвращена в технологический процесс.
2.1.3.2
Подготовка сырьевых материалов
2.1.3.2.1
Первичное и вторичное дробление, измельчение и рассев
Грубое первичное дробление глин производят при помощи валковых дробилок и бегунов раздавливанием и истиранием.
Валковые дробилки широко применяют в технологии грубокерамических изделий для измельчения, выравнивания и гомогенизации глиняных частиц. Пары гладких па- раллельных друг другу роликов из закаленной стали вращаются по направлению друг к другу, сминая и расплющивая подаваемый между ними материал. Размер частиц определяется величиной зазора между валками.
Каменистое хрупкое твердое сырье, применяемое, например, в производстве ог- неупорных изделий, измельчают при помощи щековых или конусных дробилок, прин- цип действия которых основан на сжатии и изломе кусков материала между подвижной и неподвижной твердой поверхностью щеки или конуса.
Используют также молотковые дробилки, в которых измельчение достигается за счет ударного воздействия: куски подаваемого в дробилку материала разбиваются при соударении с быстро вращающимися молотками.
Бегуны мокрого и сухого помола используют для дробления и грубого помола более пластичных материалов. Бегуны с перфорированным подом обеспечивают по- лучение частиц строго определенного размера, бегуны мокрого помола также позво- ляют смешивать глину с вводимой водой.
Ножевые глинорезки применяют при подготовке пластичного сырья. Глинорезки представляют собой бункер с вращающимся днищем, в котором под углом установле-
44 ны ножи. Куски глины выходят из отверстий, расположенных под ножами, в виде струж- ки [92].
2.1.3.2.2
Сухой или мокрый помол (измельчение)
Описанный выше процесс дробления позволяет получать частицы размером бо- лее 0,5 мм. Для производства большинства видов изделий необходимо дальнейшее уменьшение размеров частиц. Тонкий помол обычно производят в шаровых мельницах непрерывного или периодического действия, представляющих собой горизонтально расположенный вращающийся барабан с перекатывающимися и падающими мелющи- ми телами из износостойкой керамики или кварцевой гальки.
2.1.3.2.3
Сухой рассев (воздушная классификация)
Для улучшения определенных свойств керамики (например, плотности) зачастую необходимо смешивать порошки с различным размером частиц. При сухом рассеве ис- пользуют вибросита, вращающиеся барабанные сита, в том числе с электроподогре- вом, во избежание их засорения.
Также для разделения частиц по крупности применяют воздушные сепараторы и классификаторы на основе циклонов. В обоих случаях слишком крупные частицы воз- вращают на стадию измельчения [94].
2.1.3.2.4
Распылительная сушка
Этот прием обезвоживания и гранулирования широко распространен в произ- водстве керамической плитки, технической керамики и огнеупоров. Суспензию матери- ала после мокрого помола в шаровой мельнице (содержание твердой фазы порядка
60 %
— 70 %) распыляют под давлением в виде мелких капель в башне, которая нагревается газовыми горелками до температуры 350 °C — 500 °C. При высыхании ка- пель суспензии образуются узко фракционированные гранулы более или менее сфе- рической формы с влагосодержанием от 5,5 % до 7 %; полученный порошок обладает хорошей сыпучестью и обеспечивает лучшее заполнение пресс-форм [16].
2.1.3.2.5
Прокаливание
Ряд сырьевых материалов для улучшения свойств подвергают предварительно- му прокаливанию (обжигу) во вращающихся, туннельных или шахтных печах.
К примеру, некоторые сырьевые материалы (доломит, магнезит) для производства ог-
45 неупоров необходимо обжигать при повышенных температурах (более 1800 °C). При- менение прокаленных глин (например, каолина) уменьшает усадку заготовок, способ- ствуя более точному соблюдению размеров изделия и ускорению обжига. В некоторых производствах обжигом гранул глины во вращающихся печах получают шамот.
2.1.3.2.6
Искусственное сырье
Следует отметить, что, хотя некоторые виды искусственных материалов (напри- мер, карбид кремния) поставляются специализированными компаниями, подобное сы- рье чаще всего необходимо подвергать измельчению.
2.1.3.2.7
Фритты и глазури, приготовление глазурей
При производстве керамической облицовочной и напольной плитки применяют стеклообразные сырьевые материалы (фритты). Фритты — это стекловидные компо- ненты, нерастворимые в воде и получаемые из кристаллических веществ плавлением
(остекловыванием) при повышенных температурах (до 1500 °C) с последующей закал- кой. Фритты поставляют на предприятия по производству керамической плитки специа- лизированные фирмы-производители.
Помимо фритт основными компонентами глазурей, используемых в производ- стве плитки, посуды и других изделий, являются кремнезем (стеклообразователь), флюсы (соединения щелочных и щелочно-земельных элементов, оксиды бора, свинца и др.), глушители (соединения циркония, титана и т. д.) и красители (железо, хром, ко- бальт, марганец и т. п.).
Помимо фритт основными компонентами глазурей являются кремнезем и поле- вой шпат (стеклообразователи), флюсы (соли и оксиды щелочных и щелочноземель- ных металлов, бора, свинца и др.), глушители (цирконий, титан и т. д.); кроме того, ос- новным компонентом любой керамической глазури является каолин, выполняющий роль стабилизатора реологических свойств и предотвращающий осаждение частиц глазури.
При приготовлении глазурей фритту и добавки измельчают в шаровой мельнице периодического действия до получения заданной величины остатка на сите, пропуска- ют через вибросита и путем введения различных добавок регулируют характеристики глазурной суспензии в соответствии с принятым способом нанесения глазури.
Составы глазурей в зависимости от вида и свойств готовой продукции, темпера- туры обжига конечных изделий, а также желаемых эффектов могут быть различными
[84], [91].
при производстве керамических изделий
Данный раздел подготовлен специалистами в химической технологии керамики с использованием отечественных и зарубежных (прежде всего справочника ЕС по НДТ
«Производство керамических изделий» (далее — справочник ЕС)) источников инфор- мации.
2.1
Технологические процессы и способы производства
керамических изделий
Керамику изготавливают из различных видов сырья, формуют различными спо- собами, обжигают в печах разных типов, готовые изделия имеют разнообразную фор- му, размеры и цвет. Основные этапы производства изделий из керамики (технологиче- ские переделы) одинаковы для всех ее видов и включают массоподготовку (объединя- ет подготовку сырьевых материалов и формовочных масс), формование, сушку, обжиг
(однократный или многократный, в зависимости от вида изделия) и послеобжиговую обработку. Для изделий хозяйственно-бытового назначения, художественной керамики, санитарно-технических изделий и некоторых видов строительной керамики отдельной стадией является декорирование, которое может включать в себя ангобирование, гла- зурование и нанесение рисунков.
В настоящем разделе представлена общая технология керамики, характерные технологические аспекты производства изделий в различных подотраслях рассмотре- ны далее (см. подразделы 2.2–2.7)
2.1.1
Сырьевые материалы
В технологии производства керамических изделий применяют разнообразные сырьевые материалы, как природного, так и искусственного происхождения. Большин- ство таких материалов добывают и производят на территории России, некоторые виды сырья поставляют из-за рубежа.
Сырье для производства керамики по происхождению можно подразделить на две основные группы: природное и искусственное. Природное сырье после добычи направляют непосредственно в производство, при необходимости его предварительно сортируют, усредняют, обогащают. Искусственное сырье, отличающееся повышенным
40 качеством и чистотой, получают в результате глубокой, в первую очередь химической, переработки природных либо других искусственных материалов.
Сырье для производства керамики условно подразделяют на основное и вспомо- гательное. Основное сырье преобладает по содержанию и в значительной степени определяет технологические свойства перерабатываемой массы, внешний вид и тех- нические данные готового изделия. Вспомогательное сырье регулирует технологиче- ские свойства исходных масс, способствует оптимизации технологических процессов, снижает температуру обжига, улучшает отдельные характеристики готового продукта.
Сырье может быть основным или вспомогательным в зависимости от технологии про- изводства конкретного изделия. В качестве основного сырья может быть использован как один материал, например глинозем (Al
2
O
3
) для изготовления корундовой керамики, так и несколько компонентов, например: глина, кварцевый песок и полевой шпат для производства фарфоровых изделий [84], [85].
Глинами называют тонкодисперсные осадочные горные породы, состоящие в основном из гидроалюмосиликатных минералов и способные при замачивании водой образовывать легкодеформируемую пластичную массу, которая при высыхании сохра- няет приданную ей форму, а после обжига приобретает камнеподобное состояние.
Кроме гидроалюмосиликатов, в глинах присутствуют различные примеси [86].
Глины являются главным, а в ряде случаев единственным компонентом формо- вочных масс в производстве керамического кирпича, плитки, шамотных огнеупоров, по- суды, санитарно-технических изделий; в то же время глины используют как добавку в технологии карбидкремниевых огнеупоров, муллитокорундовой, стеатитовой, форсте- ритовой, кордиеритовой и других видов керамики. В состав масс для производства из- делий на основе глин могут входить один или несколько ее видов, а также так называ- емые отощающие — непластичные компоненты (измельченный кварц, полевой шпат и др.) [87].
Глины или глинистые породы (осадочные и сланцевые глины, тяжелые суглинки) в основном применяют в производстве кирпича. Органические добавки (опилки, отходы целлюлозно-бумажного производства) и неорганические вспомогательные вещества
(кизельгур, перлит) вводят в изделия для увеличения объема пор. При производстве лицевого кирпича для получения требуемой окраски в формовочную массу вводят ок- сиды металлов (MnO
2
, TiO
2
, Fe
2
O
3
), хромиты, а также известняк (CaCO
3
), доломит
(CaMgCO
3
).
Карбонат бария (BaCO
3
) добавляют для уменьшения высолов. В случаях аномально высокого содержания соединений серы в глине (свыше 0,5 %) в формовоч- ную массу добавляют также известь (CaCO
3
) для связывания оксидов серы с целью
41 уменьшения их выбросов в атмосферу. Эти добавки вводят в твердом виде непосред- ственно перед формованием или в процессе массоподготовки [88].
Керамическая плитка, хозяйственно-бытовая и санитарная керамика состоят главным образом из алюмосиликатов, основным компонентом сырьевых смесей при их производстве служат пластичные глины.
В состав сырьевых смесей для производства огнеупоров входят глина, шамот
[
(прокаленная) обожженная и измельченная пластичная глина)], некоторые природные минералы (кварцит, доломит, боксит, магнезит), а также искусственные материалы (ко- рунд, карборунд и шпинель). Для получения формовочных масс к измельченному сы- рью добавляют связки и заполнители [84].
Выбор глин для конкретного производства обусловлен их технологическими свойствами, которые определяются их минеральным, химическим и зерновым соста- вами [89].
В качестве отощителей и плавней (последние предназначены для снижения температур спекания различных масс и растекания глазурей) широко применяют кварц, полевые шпаты, в некоторых случаях — мел, доломит, волластонит, стеатит и др.
Так называемую техническую керамику, в которой доля глинистых компонентов может быть мала или вовсе отсутствовать, изготавливают из масс на основе искус- ственно получаемых оксидов и бескислородных соединений Al, Mg, Mn, Ni, Si, Ti, W, Zr и других металлов. Типичными примерами здесь выступают Al
2
O
3
(глинозем), MgO (пе- риклаз), SiC (карбид кремния), Si
3
N
4
(нитрид кремния) и AlN (нитрид алюминия) [90],
[91], [92].
Кроме перечисленных основных сырьевых материалов и вспомогательных ве- ществ, для производства керамических изделий необходимы временные технологиче- ские связки, огнеприпас для обжига изделий, топливо. В качестве связок в процессе формования применяют растворы полимеров и масла. Огнеприпас представляет собой огнеупорные капсели, плиты и стойки многоразового использования [84], [91].
2.1.2
Общее описание производственного процесса
В соответствии с общей схемой производства сырьевые материалы смешивают, затем полученной массе прессованием, способами пластического формования или шликерного литья придают заданную форму. Для улучшения качества смешения и формования обычно используют воду, которая затем испаряется при сушке. Далее из- делия загружают в печь (в случае печей периодического действия) либо пропускают через непрерывно действующую роликовую или туннельную печь (в последнем случае
42 изделия предварительно помещают на вагонетки). В производстве шамота применяют вращающиеся печи.
В процессе обжига происходит необратимое изменение структуры материала, поэтому необходимо обеспечить правильный режим термообработки: скорость нагре- вания, продолжительность выдержки при максимальной температуре, скорость охла- ждения. Важный фактор получения требуемых свойств изделий — правильно выбран- ная среда обжига. Готовую продукцию упаковывают и отправляют на склад до отгрузки потребителям.
Ниже описаны основные участки производства керамических изделий, а также переделы и варианты реализации технологического процесса [93] — [96].
2.1.3
Основные участки производства керамических изделий
2.1.3.1
Хранение и транспортировка сырья в пределах производственной
площадки
Добычу глины, каолина, глинистых материалов, полевого шпата, кварца и боль- шинства других видов сырья ведут открытым (в карьерах) или закрытым (в шахтах) способом, в ряде случаев, в частности в Московском регионе, глину добывают по бере- гам расположенных рядом с предприятием рек. Доставку сырья на предприятие осу- ществляют автомобильным либо железнодорожным транспортом.
Сырье в зависимости от его свойств и того, на какой стадии процесса оно приме- няется, хранят в открытых буртах или на складах, подразделяемых на боксы, крупно- тоннажные питатели, смесительные, вылежные, раскислительные и сухие силосы. Не- которые материалы (например, глазури, фритты, каолины высокой степени обогаще- ния) поставляются на предприятия упакованными в «биг-бэги».
Для производства кирпича и плитки на предприятии необходимо хранить значи- тельное количество глины и минерального сырья, которое часто размещают на откры- той площадке. В ряде случаев, особенно при пластическом формовании, такое хране- ние в течение нескольких месяцев улучшает рабочие свойства глин. Этот технологиче- ский прием называется «раскисление» (летование) и особенно эффективен при хране- нии глин в течение нескольких сезонов [85].
Оборудование для транспортировки внутри производства выбирают, исходя из таких параметров, как зернистость материала, его насыпная плотность, сыпучесть, температура и влажность, требуемая производительность и доступные площади. Для перемещения кусковых и зернистых материалов применяют такие виды транспортных
43 устройств, как ковшовые элеваторы, цепные, шнековые и пневмоконвейеры, тележки и кюбели. Шликеры и жидкие материалы подают по шликеропроводам или используют емкости, установленные на транспортных средствах. Полуфабрикаты и готовые изде- лия перемещают на тележках, в том числе многоярусных, ленточных конвейерах [85],
[92], [95].
Основными факторами воздействия на окружающую среду на данном технологи- ческом участке оказываются организованные (устройства хранения) и неорганизован- ные (устройства перемещения) источники пыли, а также шум от работающего оборудо- вания и техники. На этом участке возможно образование производственных отходов, часть которых может быть возвращена в технологический процесс.
2.1.3.2
Подготовка сырьевых материалов
2.1.3.2.1
Первичное и вторичное дробление, измельчение и рассев
Грубое первичное дробление глин производят при помощи валковых дробилок и бегунов раздавливанием и истиранием.
Валковые дробилки широко применяют в технологии грубокерамических изделий для измельчения, выравнивания и гомогенизации глиняных частиц. Пары гладких па- раллельных друг другу роликов из закаленной стали вращаются по направлению друг к другу, сминая и расплющивая подаваемый между ними материал. Размер частиц определяется величиной зазора между валками.
Каменистое хрупкое твердое сырье, применяемое, например, в производстве ог- неупорных изделий, измельчают при помощи щековых или конусных дробилок, прин- цип действия которых основан на сжатии и изломе кусков материала между подвижной и неподвижной твердой поверхностью щеки или конуса.
Используют также молотковые дробилки, в которых измельчение достигается за счет ударного воздействия: куски подаваемого в дробилку материала разбиваются при соударении с быстро вращающимися молотками.
Бегуны мокрого и сухого помола используют для дробления и грубого помола более пластичных материалов. Бегуны с перфорированным подом обеспечивают по- лучение частиц строго определенного размера, бегуны мокрого помола также позво- ляют смешивать глину с вводимой водой.
Ножевые глинорезки применяют при подготовке пластичного сырья. Глинорезки представляют собой бункер с вращающимся днищем, в котором под углом установле-
44 ны ножи. Куски глины выходят из отверстий, расположенных под ножами, в виде струж- ки [92].
2.1.3.2.2
Сухой или мокрый помол (измельчение)
Описанный выше процесс дробления позволяет получать частицы размером бо- лее 0,5 мм. Для производства большинства видов изделий необходимо дальнейшее уменьшение размеров частиц. Тонкий помол обычно производят в шаровых мельницах непрерывного или периодического действия, представляющих собой горизонтально расположенный вращающийся барабан с перекатывающимися и падающими мелющи- ми телами из износостойкой керамики или кварцевой гальки.
2.1.3.2.3
Сухой рассев (воздушная классификация)
Для улучшения определенных свойств керамики (например, плотности) зачастую необходимо смешивать порошки с различным размером частиц. При сухом рассеве ис- пользуют вибросита, вращающиеся барабанные сита, в том числе с электроподогре- вом, во избежание их засорения.
Также для разделения частиц по крупности применяют воздушные сепараторы и классификаторы на основе циклонов. В обоих случаях слишком крупные частицы воз- вращают на стадию измельчения [94].
2.1.3.2.4
Распылительная сушка
Этот прием обезвоживания и гранулирования широко распространен в произ- водстве керамической плитки, технической керамики и огнеупоров. Суспензию матери- ала после мокрого помола в шаровой мельнице (содержание твердой фазы порядка
60 %
— 70 %) распыляют под давлением в виде мелких капель в башне, которая нагревается газовыми горелками до температуры 350 °C — 500 °C. При высыхании ка- пель суспензии образуются узко фракционированные гранулы более или менее сфе- рической формы с влагосодержанием от 5,5 % до 7 %; полученный порошок обладает хорошей сыпучестью и обеспечивает лучшее заполнение пресс-форм [16].
2.1.3.2.5
Прокаливание
Ряд сырьевых материалов для улучшения свойств подвергают предварительно- му прокаливанию (обжигу) во вращающихся, туннельных или шахтных печах.
К примеру, некоторые сырьевые материалы (доломит, магнезит) для производства ог-
45 неупоров необходимо обжигать при повышенных температурах (более 1800 °C). При- менение прокаленных глин (например, каолина) уменьшает усадку заготовок, способ- ствуя более точному соблюдению размеров изделия и ускорению обжига. В некоторых производствах обжигом гранул глины во вращающихся печах получают шамот.
2.1.3.2.6
Искусственное сырье
Следует отметить, что, хотя некоторые виды искусственных материалов (напри- мер, карбид кремния) поставляются специализированными компаниями, подобное сы- рье чаще всего необходимо подвергать измельчению.
2.1.3.2.7
Фритты и глазури, приготовление глазурей
При производстве керамической облицовочной и напольной плитки применяют стеклообразные сырьевые материалы (фритты). Фритты — это стекловидные компо- ненты, нерастворимые в воде и получаемые из кристаллических веществ плавлением
(остекловыванием) при повышенных температурах (до 1500 °C) с последующей закал- кой. Фритты поставляют на предприятия по производству керамической плитки специа- лизированные фирмы-производители.
Помимо фритт основными компонентами глазурей, используемых в производ- стве плитки, посуды и других изделий, являются кремнезем (стеклообразователь), флюсы (соединения щелочных и щелочно-земельных элементов, оксиды бора, свинца и др.), глушители (соединения циркония, титана и т. д.) и красители (железо, хром, ко- бальт, марганец и т. п.).
Помимо фритт основными компонентами глазурей являются кремнезем и поле- вой шпат (стеклообразователи), флюсы (соли и оксиды щелочных и щелочноземель- ных металлов, бора, свинца и др.), глушители (цирконий, титан и т. д.); кроме того, ос- новным компонентом любой керамической глазури является каолин, выполняющий роль стабилизатора реологических свойств и предотвращающий осаждение частиц глазури.
При приготовлении глазурей фритту и добавки измельчают в шаровой мельнице периодического действия до получения заданной величины остатка на сите, пропуска- ют через вибросита и путем введения различных добавок регулируют характеристики глазурной суспензии в соответствии с принятым способом нанесения глазури.
Составы глазурей в зависимости от вида и свойств готовой продукции, темпера- туры обжига конечных изделий, а также желаемых эффектов могут быть различными
[84], [91].