Керамические облицовочные плитки на основе сырья Узбекистана

АННОТАЦИЯ

На основе минерального сырья Узбекистана (кварцевый песок джеройский, каолин ангренский первичный обогащенный и вторичный необогащенный, глина джеройская, пегматит чирокчийский, мел самаркандский, тальк зинельбулакский, доломит гузарский, полевой шпат ингичкинский) разработаны состав черепка и глазурь для облицовочной керамической плитки.

Подобран оптимальный гранулометрический состав пресс-порошка. Влажность шликера составила 34–35 %, пресс порошка – 6–7 %. Оптимальные составы плиток имеют прочность при изгибе равную 15 МПа и водопоглощение – 13–14 %.

Исследовано структурообразование в процессе обжига рентгенофазовым методом. Изменение фазового состава черепка плитки при термической обработке изучалось на образцах в интервале 900–1100 ^оС. В процессе воздействия высокой температуры отмечается исчезновение рефлексов каолинита при 900 ^оС и талька при 1000 ^оС, в качестве новообразований выявлены анортит и муллит. Появление этих фаз увеличило термостойкость и прочность плиток.

В качестве оптимального состава глазури выбран состав, обеспечивший отсутствие дефектов, максимальный блеск и термостойкость. Термостойкость глазурного покрытия составили 240 ^оС, термический коэффициент линейного расширения – 65·10^-7 град^-1, температура разлива – 1050 ^оС.

Обжиг керамических плиток в промышленных условиях осуществляли в 40 метровой конвейерной печи при температуре 1150^оС. Варка фритты осуществлялась во вращающейся печи при температуре 1450±10 ^оС с выдержкой при максимальной температуре – 1 час.

Разработанные составы облицовочной плитки и глазури прошли апробацию в промышленных условиях и внедрены на Ташкентском комбинате строительных материалов.

ABSTRACT

Based on Uzbekistan mineral raw materials (Jeroy quartz sand, kaolin Angren enriched primary and secondary raw, Jeroy clay, Chirakchi pegmatite, Samarkand chalk, Zinelbulak talc, Guzar dolomite, Ingichkinsky feldspar), the structure of the crock and glaze for the ceramic veneer are developed.

The optimal grain-size composition is selected. Slip humidity is 34–35 %, the molding powder is 6-7%. Optimal compositions of tiles have equal flexural strength of 15 MPa and water absorption – 13–14 %.

Structure formation during the firing by X-ray diffraction method is investigated. The change of phase composition of a tile crock during heat treatment is studied on samples ranging 900-1100 ^оС. During high temperature action the disappearance of kaolinite reflexes is observed at 900 °C and talc at 1000 °C, as new growth, anorthite and mullite are revealed. The appearance of these phases has increased heat resistance and durability of tiles.

As an optimal glaze composition, the composition is selected which ensures lack of defects, the maximum gloss and heat resistance. Temperature resistant of glaze covering is 240 °C, the thermal coefficient of linear expansion – 65·10^-7 deg-1, temperature of the spill – 1050 ^оС.

Firing of tiles in industrial conditions is performed in 40 meter conveyor oven at the temperature of 1150 °C. Frit melting is made in a rotary kiln at 1450 ± 10 °C and held at maximum temperature – 1 hour.

Developed compositions of ceramic veneer and glaze are tested in an industrial environment and implemented at Tashkent plant of building materials.

В Узбекистане принята программа «Локализации», которая призвана обеспечить переход на местное сырье при выпуске товаров, пользующихся спросом на внутреннем рынке. Разработка эффективных составов керамических облицовочных плиток для скоростного обжига на основе местных сырьевых материалов позволит удовлетворить потребности населения и обеспечит импортозамещение.

В Узбекистане имеется большое количество минерального сырья, которое может быть использовано в составе масс для производства облицовочных плиток. Выбор вида сырьевого компонента для керамической массы осуществляли исходя из химического состава и влияния на конечные свойства черепка [1]. Проведенные исследования позволили выбрать некоторые из них, как наилучшие для решения поставленной задачи. Химические составы исходного сырья приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Химические составы сырьевых материалов

Влажность шликера, подготовленного в лабораторных условиях, составила 34-35%. После обезвоживание масс был приготовлен пресс порошок, который имел влажность 6-7%.

Параметры порошка из опытных керамических масс приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Параметры порошка опытных керамических масс

Механические свойства отформованных и термообработанных опытных образцов приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Механическая прочность плиток

На основе полученных результатов в качестве оптимального состава для черепка облицовочных плиток выбран состав М-3. Для этого состава водопоглощение составило 13–14 %.

Изменение фазового состава черепка плитки при термической обработке изучалось на образцах в интервале 900–1100 ^оС. Дифракционные картины получены по методу порошка на установке Shimadzu на Cu Kα излучении. Съемка рентгенограмм осуществлялась с шагом 0,02 град, напряжение 30 кВ, ток 30 мА. Дифрактограммы образцов, обожженных при 1000 и 1100 ^оС представлены на рис. 1 и 2.

Полученные данные позволяют сделать следующий вывод. В процессе воздействия высокой температуры отмечается исчезновение рефлексов каолинита при 900^оС и талька при 1000^оС и фиксируется появление фазы анортита при 1000^оС, но более четко проявляющихся при 1100^оС (4,037; 3,198, 2,517; 2,282; 2,128 Å) слабые рефлексы муллита (5,401; 3,391; 2,690 Å) при 1100^оС [3].

                              2θ, …^о

Рисунок 1. Дифрактограмма массы черепка керамической плитки, обожженной при 1000^оС

                          2θ, …^о

Рисунок 2. Дифрактограмма массы черепка керамической плитки, обожженной при 1100^оС

В качестве компонентов для глазури выбраны сырьевые материалы, химический состав которых приведен в табл. 4.

На основе приведенных сырьевых материалов разработано глазурное покрытие, качество которого оценивали визуально. В качестве оптимального состава глазури выбран состав, обеспечивший отсутствие дефектов, максимальный блеск и термостойкость. Термостойкость глазурного покрытия составили 240^о С, термический коэффициент линейного расширения составил 65·10^-7 град^-1. Температура разлива составила 1050 ^оС.

Разработанный состав облицовочной плитки и глазури апробированы и внедрены на Ташкентском комбинате строительных материалов.

Таблица 4.

Химические составы сырьевых материалов для глазури

Обжиг керамических плиток осуществляли в 40 метровой конвейерной печи. Температура обжига черепка составила 1150^оС.

Варка фритты осуществлялась во вращающейся печи при температуре 1450±10^оС с выдержкой при максимальной температуре – 1 час. Полученные стекла сливали в бассейн с холодной водой. Из полученной гранулированной фритты была приготовлена глазурь в шаровой мельнице с добавлением 8 % каолина с влажностью 30 %. Глазурь наносили методом полива на утильные образцы облицовочных плиток. Обжиг глазурованных образцов вели в конвейерной печи. Конечная температура политого обжига составляла 1030±20^оС. Разработанный состав глазури обеспечил ее хороший разлив.

Готовые изделия характеризовались хорошим блеском, отсутствием дефектов.

Таким образом, проведенные исследования и апробация в промышленных условиях показали возможность получения керамических облицовочных плиток, удовлетворяющих предъявляемым требованиям [2], на основе сырья Узбекистана.