Diferitele și numeroasele proprietăți ale argilelor utilizate cu succes în producția de materiale și produse ceramice pot fi combinate în patru grupe principale: mecanice, apă, uscare și termice.
◊ Proprietățile de apă ale argilelor
Proprietățile de apă ale argilelor se manifestă atunci când interacționează liber cu apa. Prin urmare, pentru a descoperi și a înțelege mecanismul acestor proprietăți, este în primul rând necesar să se ia în considerare structura sistemului de lut-apă. Principalele proprietăți de apă ale argilelor sunt capacitatea de umiditate, umflarea, înmuierea și întărirea tixotropică.
Capacitatea de umiditate este abilitatea lutului de a conține o anumită cantitate de apă și o păstrează în ciuda acțiunii de gravitate. Apa din lut este reținută nu numai de forțele de atracție moleculară; o parte a apei pătrunde în stratul difuz și prin absorbția osmotică, iar în porii apei din roci argiloase poate fi reținută și prin forțe capilare.
Atât forțele osmotice cât și cele capilare sunt relativ mici comparativ cu forțele de atracție moleculară, astfel încât apa osmotică și capilară formează grupuri de apă liberă. Valoarea capacității de apă a lutului depinde de dispersia și compoziția mineralogică: cu dispersie tot mai mare și, prin urmare, cu suprafața specifică a lutului, capacitatea de umiditate crește. Argilele de argint au cea mai mare capacitate de umiditate, argilele de caolinit au cel mai mic conținut de umiditate.
Citiți și materii prime pentru ceramică
Umflarea se referă la capacitatea lianei de a-și crește volumul prin absorbția umidității din aer sau prin contactul direct cu apa lichidă. Cantitate, gradul de umflare este măsurat prin creșterea relativă a volumului inițial exprimată în procente sau prin creșterea volumului de umiditate absorbită în raport cu greutatea inițială a lutului.
Material de particule de argilă este un agregat de particule primare minerale glinoobrazuyuschih aglomerează, cimenturi naturale uneori cimentate complex cationic. Umflarea argile apare deoarece moleculele de apă sunt polarizați prins între granulele de argilă individuale lipicioase și adsorbite pe suprafața lor, se deplasează în afară, creând în jurul învelișului apos. In minerale cu culisantă rețeaua cristalină a moleculelor de apă pătrund, de asemenea, în spațiul dintre straturile individuale (pachete) ale rețelei, care formează apa strat intermediar.
Gradul de umflare depinde de dispersia argilor și de compoziția mineralelor care formează lut. În argilele foarte dispersate, gradul de umflare este mai mare datorită valorii mari a suprafeței lor specifice. În argilele de montmorilonită, care se caracterizează prin mobilitatea rețelei de cristal, gradul de umflare este mai mare decât cel al argilelor de caolinit. Structura pachetului de zăbrele de cristal de caolinit este astfel încât unul dintre capetele sale este reprezentat de ionul H +, iar cel de-al doilea este OH-.
Prin urmare, capetele a două pachete ferm interblocată ioni având sarcini opuse, și pentru a împinge o rețea de molecule de apă nu poate, iar interacțiunea lor este limitată numai prin adsorbție pe suprafața boabelor minerale. În structura rețelei cristaline montmorillonit simetrice: aceleași acuzații nume de oxigen pe capete pachet sunt închise, creând o conexiune slabă. Prin urmare, moleculele de apă sunt ușor de ele însele pană în zăbrele montmorillonit spațiu interpacket, împingându-l. Contaminarea argilelor le reduce umflarea.
Când argila umflarea are loc contracție: volumul argilei umflat mai mică decât cantitatea de volume de argilă și apă, datorită comprimării apei și crește densitatea în timpul particulelor de boabe de adsorbție de argilă. Procesul de umflare în timp se estompează. Argilele friabile se umflă mai repede decât cele dense. Argilele de tip montmorilonit se umflă mai repede decât argilele de caolinit.
Razmokanie este descompunerea în apă a particulelor de argilă agregată în particule mai mici sau granule elementare, cu formarea unui sistem polidispers.
Natura rezistenței argilei este explicată prin mai mulți factori. Una dintre ele este forțele valențelor secundare (forțele van der Waals), adică forța de atracție intermoleculară. Ele apar datorită polarizării moleculelor, precum și interacțiunii dispersiei, în care mișcarea electronilor în interacțiunea moleculelor conduce la apariția unor dipoli instantanee și, ca o consecință, la atracția lor reciprocă. Cuplarea granulelor individuale de minerale poate apărea, de asemenea, datorită cimentării prin ioni a diferitelor impurități, mai ales dacă ele însele sunt înconjurate de o carapace hidratată.
Prima etapă a dispersiei (descompunerii) unei particule de lut este umflarea acesteia, când moleculele de apă, trase în golurile dintre granulele agregatului, le pun pe picioare. Pe măsură ce grosimea carcasei de apă crește, ea tot mai mult protejează efectul forțelor intermoleculare ale coeziunii, slăbind legătura dintre granulele individuale ale particulei. La cojile de apă suficient de groase, straturile lor exterioare nu mai sunt ținute de atracția intermoleculară, ci de presiunea capilară în pori relativ mari, dacă nu sunt complet umplută cu apă.
În acest caz, forța capilară a presiunii de strângere a particulelor individuale de cereale, împiedicându-le decuplat permanent. Când porii sunt complet umpluți cu apă, meniștii vor dispărea și forțele de presiune capilară se vor opri. După aceea, nimic nu va mai deține cereale-aproape unul de altul și ei vor începe să se miște liber în apă, fiind în ea într-o stare suspendată, și că ar însemna o înmuiere completă de argilă.
Procesul de înmuiere începe cu suprafața piesei de lut. Umflarea straturilor exterioare, testarea forțelor de forfecare, separarea treptată, expunerea unor suprafețe noi pentru a interacționa cu apa. Cu toate acestea, în argilele dense, nu există aproape nici o separare a acestor straturi, iar hidratarea lor face dificilă accesarea apei în straturile interioare ale piesei. Prin urmare, argilele dense se scot foarte greu.
Amestecarea argilei, însoțită de distrugerea mecanică a pieselor sale individuale, determină o expunere intensă a suprafețelor noi pentru interacțiunea cu apa și, prin urmare, accelerează procesul de înmuiere. Încălzirea apei accelerează de asemenea acest proces datorită scăderii vâscozității apei în timpul încălzirii, ceea ce facilitează pătrunderea acesteia la o adâncime mai mare în interiorul piesei. Intensitatea de lustruire a lutului are o mare importanță practică atunci când se prepară un aluat plastic omogen și în special alunecări de lut.
Prin întărirea tixotropică se înțelege capacitatea unei mase umede de lut de a repara spontan o structură ruptă și a se întări la o umiditate constantă. Odată cu trecerea timpului, crește puterea masei de lut. În acest moment, structura este distrusă cu forța (de exemplu, o alunecare este turnată), iar puterea acesteia scade la valoarea inițială, după care este restabilită din nou. După distrugerea secundară, își restabilește din nou puterea, etc.
Auto-întărirea lutului are loc datorită procesului de reorientare a particulelor de lut și a moleculelor de apă, astfel încât acestea să fie îmbinate cu capete având încărcături opuse, ceea ce crește rezistența aderenței lor. Evident, un proces de tranziție a unei părți din apa de la forme libere la cele asociate are loc, de asemenea, datorită hidratării granulelor individuale de masă de lut mai adâncă în timp. Intensitatea și mărimea întăririi tixotropice este diferită.
Argilă de tigot se reflectă în proprietățile de turnare ale șlamurilor și se utilizează pentru a îmbunătăți proprietățile de turnare și de uscare a argilelor în timpul preparării aluatului din plastic.
Plasticitatea lutului
◊ Proprietăți mecanice
Argila, amestecată cu o anumită cantitate de apă, formează aluat de argilă, care are conectivitate și plasticitate. Când umezi argila uscată, există un miros caracteristic al pământului umezit și eliberarea de căldură. Moleculele de apă (dipoli) se trag între particulele scalate ale caolinitului și le pătrund (figura 1), determinând umflarea lutului.
Figura-1. Schema acțiunii de înclinare a apei adsorbite:
1 - particule de argilă coalescată cu încărcături negative la capete; 2 - moleculă de dipol de apă (conform MI Rogovoh)
Straturile subțiri de apă dintre particulele lamelare de minerale argiloase determină proprietățile caracteristice ale aluatului de lut. Acest lucru este confirmat de următorul experiment. Răspândiți între două plăci de sticlă curată o picătură de apă și acum simțiți cât de greu este să rupeți plăcile în afară (Figura 2).
-Figura 2. Schema de experiență care prezintă proprietățile speciale ale straturilor subțiri de apă între suprafețele solide:
rezistând Totuși separare, plăcile aluneca cu ușurință la forfecare, în care un strat de apă acționează ca un lubrifiant pentru a facilita alunecarea, deci argila este amestecată cu apă, dă masă plastică ușor moldable.
Plasticitatea lutului se numește proprietatea sa într-o stare umedă pentru a lua sub influența acțiunii externe forma dorită fără formarea spărturilor și fisurilor și pentru a păstra forma rezultată în timpul uscării și arderii ulterioare. Deoarece aluatul din lut este un sistem vâscos-vâscos, se aplică ecuația lui Bingham-Shvedov. Pe baza acestei ecuații se propune să se caracterizeze plasticitatea prin indicele de plasticitate fizică Ф (с -1), care reprezintă raportul dintre tensiunea finală de forfecare σ și viscozitatea plastică η:
Ф = то / η;
Organismul nu va fi plastic dacă Φ = 0. Acest lucru este posibil în două cazuri: 1) când sistemul este fluid și = 0 sau 2) atunci când corpul este fragil și → → ∞. Curbele dependenței exponentului Φ de conținutul de umiditate al argilei fac posibilă stabilirea umidității optime la care se manifestă cea mai mare plasticitate.
indice de plasticitate tehnică este numărul plasticitate: PI = Wt-Wp, unde Wp-Wt și umiditatea corespunzătoare limitei de curgere și de rulare ham argilă% (Figura 3).
Figura-3. Schimbarea proprietăților deformante ale lutului în funcție de conținutul său de umiditate (conform MI Rogovoi):
Domeniul de stat: A-fragil; B-plastic; B-flux vâscos.
Pentru producția de produse din ceramică de construcții, se folosesc de obicei argile moderne din plastic cu numărul plastic PL-7-15. Argilele cu clasificare scăzută cu Pl <7 sunt slab modelate, iar argilele cu fisură Pl> 15 în timpul uscării și necesită îndepărtarea. Capacitatea de legare a lutului se manifestă prin posibilitatea de a lega granulele din materiale neplastice (nisip, șamot, etc.). precum și în formarea unui produs suficient de durabil, materie primă atunci când este uscat. Capacitatea de legare a mortarelor de argilă este utilizată la instalarea cuptoarelor, țevilor.
argilă contracție
Proprietățile de uscare se manifestă prin capacitatea lianei de a se întări la uscare. O caracteristică a aluatului de lut este capacitatea de a se vindeca când se usucă în aer. Rezistența lianei uscate se datorează acțiunii forțelor van der Waals și cimentării granulelor de minerale prin ioni de impurități. forțele de presiune capilară strâng particule de lut, împiedicându-le să se corodeze, ducând la contracția aerului.
Când sunt saturați cu apă, meniștii dispar, forțele capilare încetează, particulele se mișcă liber în exces de apă și lutul se înmoaie. Contracția este o diminuare a dimensiunilor și a volumului liniar de materie primă din lut în timpul uscării sale (contracția aerului) și ardere (contracția de argilă). Contracția este exprimată ca procent din dimensiunea originală a produsului.
contracției antenei apare în timpul evaporarea apei din apa brută datorită reducerii grosimii învelișului în jurul particulelor de argilă în porii de apariție a meniscului prime și a forțelor de presiune capilară care caută să aducă împreună particulele. După uscare, rolul fenomenelor osmotice și atracție intermoleculară sporind contracția aerului.
Pentru diferite argile, contracția liniară a aerului variază de la 2 la 3 până la 10-12%, în funcție de conținutul de fracțiuni fine. Ștergătoarele sunt adăugate pentru a reduce solicitările de contracție la argilele grase. Surfactanți (RRT și colab.) A introdus în masa de argilă într-o cantitate de 0,05 - 0,2%, pentru a îmbunătăți umectarea particulelor de argilă cu apă, permițând formarea reducerea umidității aerului și pentru a reduce contracția.
O altă modalitate de a reduce sensibilitatea argilelor la uscare cuprinde introducerea în lut 1-1.5% bitum și substanțe gudronate sau lemn suprafață irigare argilă care iese din presă cu bandă compoziție peliculogenă (de exemplu, bitum și emulsii).
Contracția la foc se obține datorită faptului că, în procesul de ardere a componentelor cu punct de topire scăzut, argila este topită și particulele de lut în locurile de contact ale acestora se apropie. Contracția la foc poate fi de 2 - 8% în funcție de tipul de lut,
Contracție totală. egală cu suma algebrică a contracției de aer și de incendiu, variază între 5 și 18%. În consecință, dimensiunile matrițelor sunt mărită pentru a obține produsul finit de dimensiunile dorite.
Proprietăți termice ale lutului
Proprietățile termale se manifestă în timpul încălzirii argilei la temperaturi ridicate. Cele mai importante dintre acestea sunt refractarea, contracția la foc, coacerea și intervalul de ardere.
În procesul de ardere la temperaturi înalte, lutul suferă schimbări fizico-chimice profunde. Prima apă liberă se evaporă, apoi se ard substanțele organice. La temperaturi de 700 - 800 ° C cauzează descompunerea Al2O3 metacaolinit anhidru · Si02, care este format anterior (la 450 - 600 ° C), din cauza deshidratarea caolinit.
Dioxidul de siliciu amorf și oxidul de aluminiu, la o temperatură ridicată (900 ° C și mai sus) se unesc din nou pentru a forma artificială mulitul mineral 3Al2O3 · 2SiO2. Mullite dă produsului ceramic ars rezistența la apă, rezistența, stabilitatea termică. Odată cu formarea sa, argila trece ireversibil într-o stare de piatră. Împreună cu formarea mulitului, constituenții de argilă cu topire redusă sunt topiți, cimentând și întărind materialul.
Pirozarea cărămizilor și a altor produse poroase se termină, de obicei, la o temperatură de 950 - 1000 ° C. O creștere suplimentară a temperaturii intensifică brusc formarea și acumularea unei faze lichide - topitura de silicat, care nu doar cimentă particulele de lut, ci compactează și materialul ceramic. Ca rezultat, se obțin produse cu un shard ceramic dens, care diferă în absorbția mică a apei (mai puțin de 5%).
Cuarțul este prezent în lut sub formă de nisip de cuarț, adesea adăugat pentru îndepărtarea unor argile din material plastic. Cuarțul suferă transformări polimorfe, însoțite de schimbări volumetrice. Cea mai frecvent întâlnită în natură β-cuarț la 573 ° C se transformă în mod reversibil în α-cuarț cu o creștere a volumului cu 0,82%.
Această formă este stabilă până la 1050 ° C, astfel încât în timpul răcirii produselor ceramice, coapte la 1000 ° C, α-cuart trece din nou în β cuarț cu o scădere corespunzătoare a volumului. La temperaturi de peste 1050 ° C continuă α-cuarț pentru a-cristobalit, care la rândul său este în intervalul de temperaturi 1400-1450 ° C trece în α-tridimit cu schimbare de volum 0,6%. Cuarțul se topește la 1723 ° C. Modificările volumului de boabe de cuarț care apar în procesul de ardere afectează rezistența și cracarea produsului ceramic.
Calitatea argilor se numește capacitatea de sinterizare a lutului lor pentru a forma un shard de piatră.
Figura 4. Dependența absorbției de apă a materialului ceramic la temperatura de ardere
În Fig. 4 că, odată cu creșterea temperaturii de ardere, gradul de sinterizare crește, iar absorbția de apă până la punctul C scade, deoarece la temperatură tc există semne de ardere-reumplere sau umflare a materialului. Intervalul de sinterizare este tc-ta, unde ta este temperatura de pornire a sinterizării. Argilele de topire ușoară (pentru producerea cărămizilor, lut expandat) au un interval de sinterizare de 50-100 ° C, în argile refractare ajunge la 400 ° C.
Refractorizarea se referă la proprietatea lutului de a rezista la acțiunea temperaturilor ridicate, fără a se topi.
Culoarea lutului după calcinare este esențială pentru confecționarea produselor ceramice (cărămizi faciale și pietre ceramice, plăci de teracotă), precum și pentru ceramica fină. Pentru obținerea unui shard alb, prăjirea este efectuată într-un mediu reducător (în prezența CO și H2 liber în gaze) și la anumite temperaturi, astfel încât oxidul de fier să poată fi transformat în oxid de azot. Granulele mari de pirită (FeS2) și oxizii de fier nu sunt de dorit în lut, formând puncte negre pe ceramică după ardere. Eliberarea oxidului de fier liber când este încălzit între 450 și 800 ° C conferă produsului o culoare roșie sau gălbuie. Oxizii de titan provoacă o culoare albăstrui profundă a șarpelui.
Articole similare
-
Proprietatea - argilă - o mare enciclopedie de petrol și gaze, articol, pagina 1
-
Proprietățile argilelor ca principală materie primă pentru producerea materialelor ceramice
Trimiteți-le prietenilor: