> Техника, страница 66 > Огнеупорные глины
Огнеупорные глины
Огнеупорные глины, глины, обладающие достаточной пластичностью и способностью выдерживать высокую <° (от 1 600° до 1 700°) не плавясь и не размягчаясь. При смешивании с водой они дают пластичную массу, обладающую такой связывающей способностью, что отформованный из нее предмет может быть направлен на обжиг при более или менее высокой температуре. Обжиг сообщает полученным предметам твердость, цвет, стойкость к воздействию воды. Фарфоровые и каменные изделия из О. г. при обжиге спекаются, остальные же виды товаров из О. г. не спекаются, пропускают газ и жидкости, причем для придания им газо- и водонепроницаемости их покрывают глазурями или эмалями. В самом широком химич. смысле глинами называют бисиликаты алюминия, состоящие из оводненного кремнекислого глинозема с примесью кремнекислых земель, щелочей и железа. В узком нее значении этого слова химич. глины следует рассматривать как гидратные формы кремнекислого алюминия и его аморфную форму. В сухом состоянии глина представляет собой землистую, ломкую, липнущую к языку землю, которая при слабом увлажнении (дыхании на кусок) получает своеобразный запах. Природа этого характерного для глин запаха не выявлена; вероятно он зависит от присутствия в глинах невесомого количества органич. примесей. Твердость глин мала и по шкале твердости она принята равной единице. Теплопроводность глин очень мала: она в 10 раз хуже проводит тепло, чем графит.
По своеобразному ощущению на осязание глины разделяются на «жирные» и «тощие», и между этими крайними видами имеется ряд переходных видов. Жирные глины являются наиболее чистыми, они находят предпочтительное применение для изготовления огнеупорных изделий. Они мягки, жирны наощупь, с водою дают жидкое тесто; при высыхании после формовки изделия дают большую усадку. Такие глины у наших ке-рамистов-практиков называются «мыленка-ми». Тощие глины известны под названием «сухарей». Они тверды, сухи наощупь, часто имеют камневидное состояние. С водою не дают хороших жидких тестовидных смесей. Мыленки легко полируются пальцем, сухари этим свойством не обладают. Промежуточные глины носят название «полусухарей», «мягких сухарей» и т. д. Для применения О. г. в промышленности очень важно отношение их к воде. С водою пластич. сухие глины легко размешиваются и дают пластич. массы. Хорошие пластические глины удерживают до 70% воды, не переходя в капельно-жидкое состояние. У тощих глин такой большой водоемкости нет, и они не могут давать хороших пластич. масс. В виду этого они могут применяться или в смесях с жирными глинами или там, где не требуется большой пластичности. Влажные глины обладают очень большой водонепроницаемостью; это свойство сильнее выражено у жирных глин, чем у тощих. Непроницаемы влажные глины и для солей растворенных в воде. Сухие глины обладают избирательным поглощением солей и красок, при этом коллоидальные тела из глин не вымываются. Избирательно поглощаются основные краски (метилен блау, конгорот, малахитовая зеленая). Из солевых растворов глины поглощают основания, оставляя кислоты. Поглощением коллоидов объясняется накопление в глинах гумусовых веществ, гумусовых к-т н других органич. веществ, которые часто сообщают глине кроме цвета еше и специфические свойства.
Основным химич. веществом глины являются водные силикаты глинозема, сходные по своему составу с каолином. Вещество глины можно разделить на три составные части, а) Собственно глины—пластическое связывающее вещество, к-рое после подсушивания переходит в твердую, но ломкую массу с уд. в 2,2. При тщательном отмучива-нии и отделении от других составных частей глины остаются частички размером в0,01 .мм. Совершенного от.чучивания и отделения достигнуть трудно и особенно это отделение трудно от кристаллических частичек каолина, переходящих в отмученную жидкость несколько более крупными частичками (0.01—0,03 миллиметров). б) Второй слагающей глин является песок. Наличие песка понижает пластич. свойства глин и огнеупорность, несмотря на то что ί°,Μ. песка высока. Уд. вес частичек песка в глине 2,6. в) Третьей составной частью глин являются так паз. шлюффы—остатки продуктов выветривания полевых шпатов. В противоположность основному веществу глины остальные слагающие при высыхании не дают ломких, плотно схватывающихся с водою масс. При растирании они гораздо труднее поддаются превращению в порошок. Уд. вес этого шлюффа 2,2—2,6; большое количество его делает глину совершенно негодной для изготовления предметов с последующим обжигом. Так как по своему уд. весу эти три составных вещества близки, то разделение их довольно затруднительно, и поэтому более точное суждение о характере глин и их пригодности для переработки можно получить согласно предложению Зегера на основании т. н. рационального анализа. Для этого глина подвергается обработке разбавленной серной к-той, которая разрушает основное вещество глины и не действует на песок и шлюфф. Глинозем силиката переходит в раствор; промытый осадок, состоящий из кремнезема силиката алюминия, песка и остатков выветривания, обрабатывается разбавленной щелочью и соляной кислотой для перевода кремнекислоты в рас твор и ее определения. На фильтре остаются неразложенные части. Такой анализ дает быстрый и верный метод для суждения о ценности глины для ее применения в огнеупорных и керамич. изделиях. Чем больше содержание основного вещества глины и чем меньше шлюффа и кварцевого песка, тем огнеупорнее глина. Отмученный каолин, по Зегеру, содержит 96,56% основного вещества глины, 2,3% кварцевого песка и 1,15% остатков полевого шпата. Кроме этих трех слагающих глины содержат еще и другие примеси, часто б. или м. случайные.
Цвет природных глин б. ч. серый, часто голубоватый и даже голубой, нередко черный, желтый и красный. Цвет глин обусловлен приметанными в суспендированном виде примесями, но часто эти красители и растворены в глине. При прокаливании цвет глины изменяется, только белые пластич. глины и белый каолин сохраняют свою окраску. Зегер классифицирует глины по их окраске, которая получается при обжиге, на четыре класса. 1) Глины, богатые основным веществом и бедные железом (<1%), при обжиге остаются белыми или принимают едва заметную окраску (каолин, фаянсовые глины, трубчатые глины). 2) Глины, богатые глиноземом с примесью небольшого количества глин же с окисью железа. При обжиге они дают черепок слабожелтого до желтотелесного цвета; сюда молено отнести большинство огнеупорных пластич. глин, с содержанием 1—5% железа и 20—30% глинозема. 3) Глины, бедные глиноземом и богатые глинами, содержащими соли железа, в зависимости от t° обжига дают цвета от красного до черно-голубого. 4) Глины, содержащие мало глинозема и много соединений железа и извести, с возрастанием t°. начиная с красного цвета, становятся все светлее, принимая нередко бело-желтую окраску; при температуре белого каления при плавлении дают плавни от желто-зеленого до черного цвета. Глины третьего и четвертого раздела к огнеупорным глинам отнесены быть не могут.
По способу подготовки материала и по переработке этого материала между О. г. и каолинами трудно провести границу; нельзя провести границу и по их химич. составу, можно только отметить, как это видно из прилагаемой ниже таблицы, что «настоящие глины» содержат сравнительно боль-. шое количество щелочей, извести, окиси железа и меньшее количество воды, чем «настоящие» каолины. Состав каолинов и их глин приведен в помещаемой ниже таблице.
Приводим названия различных глин: 1) Английская China clay. 2) С.-Ирье, французская, 3) Саксонская, Зейлиц, 4) Китайская, 5) Глуховская (это—пять образцов каолина), 6) Берлинская, 7) Сибирская, 8) Глуховская «чистый белый сухарь», 9) Глуховская «миленка», 10) Тульская, деревня Баздыровка, 11) Гжельская мыловка, 12) Сосновская, б. Екате-ринославской губернии, 13) Софиевская, б. Екатеринослав-ской губернии, 14) Вычегодская, б. Олонецкой губернии, 15) Челябинская, 16) Севрская смесь, 17) Китайская масса, кессельская мануфактура.
Для практич. применения глин наряду со знанием неорганич. состава глин важно знать «органические коллоиды», которые в общем анализе дают потери при прокаливании. Эти потери не м. б. целиком отнесены за счет органич. части глин. Исходя из состава основного вещества глины Al203-2Si02-2H20 и структурной формулы
| ΗΟΑ1 | А1-ОН |
| О 0 | о о |
| н0 1 J/°
)Si Si( НОх1 1 хо |
ч 1 I/ОН >Si Si( х 1 чОН |
| О о | О О |
| НО-А1 | Λ1-ΟΗ |
при прокаливании можно ожидать и выделения конституционной воды. Действительно, работы, начатые еще Ле-Шателье и далее продолженные Соколовым, а в последнее время Уразовым и Володовецом,установили, как это видно из хода кривой повышения t° (смотрите Спр. ТВ, т. III, стр. 201, 202), что гигроскопическая вода выделяется при 110— 105°. При 500—600° в ходе кривой имеется вторая остановка и она отмечает выделение конституционной воды. Интересно изменение кривой при 950—1 060°, которая соответствует экзотермич. превращению силикатов алюминия, саморазогреванию смеси и повышению ί° на 130—150°. Описанное явление—общее для всех глин. По резкому изменению хода кривой можно судить о принадлежности глин к жирным или к тощим.
Для О. г. необходима оценка следующих их свойств. 1) Огнеупорность, определяемая в муфельной печи с дутьем как Г полного ожижения глины. Низшим темп-рпым пределом условно принимается 1 580° (SK № 26). 2) О. г. при высокой сравнительно t° часто начинают размягчаться гораздо ниже и поэтому для определения условий деформации изделия длительно выдерживают при высокой ί°, при соответственной нагрузке; так, шамотные кирпичи теряют свою форму при 1 300° от нагрузки в 8,8 килограмм/см2. 3) Изделия из огнеупорных глин часто применяются в процессах, протекающих при высокой ί°, при которой нейтральные в обычных условиях соединения получают ясно выраженный кис-
Химический состав различных глин.
| Состав | 1 | 2 | 3 | 1 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| S102. | •14,2 | 58,4 | 56,3 | 47,6 | 45,0 | 45,6 | 44,3 | 44,6 | 47,3 | 63,1 | 65,1 | 47,3 | 46,0 | 13,6 | 52,6 | 52,9 | 65,75 |
| Λ1,02. | 37,9 | 27,5 | 31,2 | 37,9 | 34,6 | 38,8 | 38,0 | 39,1 | 33,9 | 25,0 | 22,5 | 37,9 | 33,3 | 37,2 | 32,3 | 23,9 | 21,73 |
| CaO. | 0,2 | 1,5 | 0,42 | 0,21 | 0,92 | 0 | — | — | 0,6 | — | 0,24 | — | 0,3 | — | 3,99 | 0,26 | |
| MgO. | 0,1 | 0,1 | — | 0,09 | 0,9 | 0,79 | — | — | 0,37 | — | 0,45 | — | — | 0,6 | 0,18 | 0,17 | 0,17 |
| Ее-О j. | 1,0 | 0,4 | 0,49 | 1,05 | 0,6 | 0,99 | — | 0,86 | 2,3 | 0,57 | 2,2 | 1,19 | 1,58 | 2,6 | 1,4 | 0,48 | 1,03 |
| Κ,υ-t-Na.O. | 1,3 | 4,3 | 1,17 | 1,28 | 0,56 | — | — | — | — | — | — | — | — | 1,8 | — | 1,70 | 2,66 |
| HjO.
Потеря при про налив а- |
12,3 | 7,2 | 10,6 | 12,6 | 17,4 | 13,8 | 15,8 | 0,82 | 17,75 | 13,6 | 14,6 | 14,0 | 13,2 | - | |||
| пи и. | 13,7 | 2,79 | 7,82 | 7,9 | — | — | 9,12 | 6,24 |
лотный или щелочной характер, поэтому необходимо определять кислотность или щелочность глин. Глины,богатые глиноземом— щелочные .богатые кремнеземом—кислотные. 4) Постоянство объёма изделий из О. г. заключается в том, что предмет, получивший окаменение объёма от нагревания, по возвращении к первоначальной t° принимает и первичный объём. Глины, богатые глиноземом, уменьшают объём после нагревания, тогда как богаты» кремнекислотой увеличивают первоначальный объём. Эти свойства учитываются в том случае, когда полное сохранение объёма необходимо. 5) Изделия из О. г. должны быть устойчивы к резким переменам темп-ры. Как правило жирные глины более стойки, чем глины тощие и богатые кремнекислыми соединениями. 6) Особенно важно свойство сохранения крепости и плотности после многократных нагреваний. В нек-рых случаях при повторных нагреваниях наблюдается переход через максимальное значение крепости. Так, шамотный кирпич, выдерживавший нагрузку в 161 килограмм/см“, после 19 нагреваний выдерживал 202 килограмма/см2, но после последующих 19 нагревов только 151 килограмм/см2. Кирпичи с большим содержанием кремневых соединений до нагрева выдерживали 190 килограмм/см2, после 5 нагреваний— 163 килограмма/см2 и после 15 следующих нагреваний—144 килограмма/см2.
См. Спр. ТЭ, т. III, стр. 196—204, 207— 208, а также Глина и Керамическое производство.
Лит.: Л ю б а в и π Η. Н., Техническая химия, т. 2 и 3, М., 1899—1903; II р я г о р о в с К и It М., Огнеупорные глины, П., 1922; Земятченский П. А., Глины, их физич., хнмич. и технич. свойства, «Труды Госуд. псслед. керамического ин-та», Москва, 1927, вып. 7; Г и п з б у р г И. И., Глины огпеупор-ные, Годовой обзор минеральных ресурсов СССР за 1926/27 годах, Ленинград, 1928 (имеется литература); В )-s с h о f Г С., Die feuerste Tone u. Ilohstoffe, 4 Aufl., Lpz., 1923. E. Раковсний.