Производство керамических изделий включает в себя следующие основные этапы

1). Карьерные работы – добыча, транспортирование и хранение промежуточного запаса глины.

2). Механическая обработка глины – выделение либо измельчение каменистых включений при помощи специальных камневыделительных машин или гидравлического обогащения (глину распускают в глиноболтушках, а затем жидкую глинистую массу – шликер пропускают через сито и обезвоживают в сушилках). После выделения каменистых включений глину измельчают и проминают лопастной глиномялкой.

3). Формование. В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способами. Способ приготовления массы определяет и способ формования и название в целом способа производства.

4). Сушка сырца. Отформованное изделие высушивают до влажности не более 5% во избежание неравномерной усадки и растрескивания при обжиге. В настоящее время сушка производится преимущественно искусственная в туннельных непрерывного действия или камерных периодического действия сушилах в течение от нескольких до 72-х часов в зависимости от свойств сырья и влажности сырца. Сушка производится при начальной температуре теплоносителя - 120…150°С.

5). Обжиг изделий. Обжиг осуществляется в туннельных печах с автоматическим управлением. Интервал температур обжига лежит в пределах: от 900°С до 1100°С для кирпича, камня, керамзита; от 1100°С до 1300°С для клинкерного кирпича, плиток для полов, гончарных изделий,
фаянса;от1300°С до 1450°С для фарфоровых изделий; от 1300°С до 1800°С для огнеупорной керамики. В зависимости от назначения изделия в процессе обжига сырец доводится до полного или частичного спекания. На этом этапе формируется структура керамического изделия, определяющая его технические свойства.

5. Керамические материалы представляют собой композиционные материалы,в которых матрица (непрерывная фаза) представлена остывшим расплавом, а дисперсная фаза представлена нерасплавленными частицами глинистых, пылевидных и песчаных фракций, а также порами и пустотами, заполненными воздухом.

Основными свойствами керамических изделий являются физические и химические

Водопоглощение керамических материалов в зависимости от
пористости меняется в пределах от 0 до 70%.

Керамические материалы имеют марки по морозостойкости:
15; 25; 35; 50; 75 и 100.

Механическая прочность — одно из свойств, от которого зависит долговечность изделия. Удельная механическая прочность, т. е. отношение приложенного усилия к единице толщины дна, определяется по методу свободного падения стального шарика по дну изделия.

Твердость глазурного слоя по минералогический шкале для фарфора составляет 6,5-7,5, а для фаянса — 5,5-6,5, микротвердость определяется вдавливанием алмазной пирамидки. Фарфоровые глазури считаются твердыми, майоликовые — мягкими, а фаянсовые относятся к средним.

Пористость определяют методом водопоглощения(у пористых издели 6-20% по массе, а у плотных 1-5%).

Термическая стойкость характеризует способность изделия выдерживать резкие смены температур.

Керамический кирпич относится к мелкоштучным стеновым изделиям, предназначен для кладки каменных и армокаменных конструкций. Одинарный кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда размером 250´120´65 мм, утолщенный(250х120х88), модульный (288х138х65). Крупное стеновое изделие называется керамический камень.

По плотности и теплотехническим свойствам керамические кирпичи и камни делят на три группы: 1 – эффективные (r_m <1450 кг/м³) с высокими теплозащитными свойствами; 2 – условно-эффективные (r_m =1450…1600 кг/м³); 3 – обыкновенный кирпич (r_m >1600 кг/м³).

Для граней кирпича и камней приняты следующие названия: нижняя и верхняя – постель, большая боковая – ложок, меньшая боковая – тычок.

Кирпич может выпускаться полнотелым (без пустот) и пустотелым (с пустотами).

6. Вяжущими называются вещества, предназначенные для связывания в единый монолит зернистых материалов (в строительных растворах, бетонах и т.п.) и штучных изделий (при каменной кладке).

Неорганическими вяжущими веществами называются порошкообразные материалы, способные при затворении водой или водными растворами солей создавать пластично-вязкую массу, затвердевающую со временем и образующую прочное камневидное тело (это известь, цемент, строительный гипс, жидкое стекло и др.).

Органическими вяжущими веществами называются природные или искусственные материалы, состоящие преимущественно из высокомолекулярных органических соединений, которые приводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях (это битумы, дегти, животный клей, полимеры).

По условиям твердения неорганические вяжущие вещества делят на три основные группы: воздушные вяжущие, гидравлические вяжущие и вяжущие автоклавного твердения.

1). Воздушные вяжущие характеризуются тем, что после смешения их с водой, они затвердевают и длительное время сохраняют свою прочность только на воздухе. Их применяют для конструкций и изделий, которые в процессе эксплуатации будут находиться в воздушно-сухих условиях.

По химическому составу воздушные вяжущие вещества делятся на четыре группы:

1 – известковые вяжущие, состоящие главным образом из CaO;

2 – магнезиальные вяжущие, содержащие MgO;

3 – гипсовые вяжущие, содержащие сульфат кальция CaSO₄ ;

4 – жидкое стекло (силикат натрия или калия в виде водного раствора) и получаемый на его основе кислотоупорный цемент.

2). Гидравлические вяжущие твердеют, и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают ее) не только на воздухе, но и в воде. По своему химическому составу такие вяжущие представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех оксидов. Эти соединения образуют три основные группы гидравлических вяжущих:

1 – силикатные цементы, состоящие преимущественно (на 75%) из силикатов кальция. Это портландцемент и его разновидности;

2 – алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты кальция. Это глинозёмистый цемент и его разновидности;

3 – гидравлическая известь и романцемент.

3). Вяжущие автоклавного твердения - это вещества, твердение которых происходит в специальных камерах - автоклавах при повышенной температуре (170-200⁰C) и давлении насыщенного водяного пара 0,9-1,2 МПа. В эту группу входят: известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент и др. Из них получают силикатный кирпич и бетон.

7. Воздушная известь – продукт умеренного обжига кальциево-магние­вых карбонатных горных пород (мела, известняка, доломитизированного известняка, доломита) с содержанием глины £ 6%.

Производство извести заключается в подготовке (дроблении) и обжиге сырья. Обжиг сырья производится при температуре 900-1200⁰С.

Для обжига сырья используют известеобжигательные печи: шахтные, вращающиеся, кольцевые и др. Наиболее распространены шахтные печи.

Готовая известь может находиться в следующих состояниях: негашеная комовая (известь-кипелка); негашеная молотая; гидратная известь (пушонка); известковое тесто.

Твердение извести. На воздухе известковый раствор (смесь гашеной извести с песком и др. заполнителями) постепенно отвердевает под действием двух одновременно протекающих процессов:

а) высыхания раствора, сближения кристаллов Ca(OH)₂ и их срастания;

б) карбонизации извести под действием СО₂ воздуха:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Наиболее важные показатели качества извести: активность – процентное содержание оксидов, способных гасится; количество непогасившихся зерен (недожог и пережог); время гашения.

Применение извести. Для кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок, работающих в воздушно-сухих условиях; для изготовления силикатного кирпича и бетона (ячеистый, легкий, тяжелый), а также для получения смешанных вяжущих (известково-шлаковых, известково-пуццолановых и др.) и известковых красок.

8. Гипсовые вяжущие вещества - это воздушные вяжущие вещ-ва, полученные тепловой обработкой сырья и помолом (природного гипса).

Сырьем для получения гипсовых вяжущих веществ чаще всего служит горная порода - гипс, который состоит преимущественно из минерала гипса CaSO₄×2H₂O. Иногда используют природный ангидрит и отходы промышленности (фосфогипс, борогипс и др.).

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые вяжущие вещества подразделяются на две группы: низко- и высокообжиговые.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие: строительный гипс (алебастр), формовочный гипс, высокопрочный гипс. Используются для производства: листов для обшивки стен и перекрытий (гипсовая сухая штукатурка), перегородочных плит и панелей, стеновых камней, архитектурно-декоративных изделий и т.д.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие: эстрих-гипс и ангидритный цемент. Применяют высокообжиговый гипс при устройстве бесшовных полов, в растворах для штукатурки и кладки, для изготовления “искусственного мрамора”.

Прочностные характеристики гипсовых вяжущих определяют, подвергая испытанию образцы-балочки размером 40´40´160мм из гипсового теста стандартной консистенции через 2 часа после изготовления.

Установлены 12 марок (в зависимости от предела прочности при сжатии (R_сж) с учетом прочности на изгиб (R_изг). Маркировка гипса дает информацию о его основных свойствах. Например, Г-7АIII обозначает: гипсовое вяжущее марки 7, быстротвердеющее, тонкого помола.

При твердении гипсовый раствор немного увеличивается в объеме (до 1%), что позволяет применять гипс без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки. Гипсовые вяжущие не являются водостойкими материалами, в воде они понижают свою прочность и разрушаются. Для повышения водостойкости вводят гидрофобные добавки, а также пропитывают водоотталкивающими составами.

9. Магнезиальные вяжущие - тонкие порошки, главной составной частью которых является оксид магния MgO. Магнезиальные вяжущие вещества получают умеренным обжигом при температуре 750…850 ⁰С магнезита (реже доломита): MgCO₃ ® MgO + CO₂­.

Магнезиальные вяжущие вещества чаще всего затворяют водным раствором хлорида магния MgCl₂ или растворами других магнезиальных солей. Это высокопрочные вяжущие, они хорошо сцепляются с деревом, поэтому их можно применять для изготовления фибролита, арболита и магнезиально-опилочных (ксилолитовых) полов. Такое вяжущие позволяет создавать непылящие безискровые покрытия.

10. Жидкое стекло (это воздушное вяжущие) представляет собой коллоидный водный раствор силиката натрия Na₂O × mSiO₂ или калия K₂O × mSiO₂. Величина m указывает отношение числа молекул кремнезёма SiO₂ к числу молекул щелочного оксида и называется силикатным модулем жидкого стекла. Для натриевого стекла m = 2,5¼3,0; для калиевого - 3¼4. В практике чаще используют силикат натрия. Получают его расплавлением смеси размолотых кварцевого песка и соды в стеклоплавильных печах при температуре 1350…1400⁰С, при этом образуется силикат-глыба. Жидкое стекло как вяжущее получают обработкой дробленной силикат-глыбы паром в автоклавах при давлении 0,6…0,7 МПа.

Жидкое стекло твердеет на воздухе под действием СО₂:

Na₂O × mSiO₂ +CO₂ +nH₂O = Na₂CO₃ + mSiO₂ × nH₂O

Однако этот процесс протекает медленно. Для ускорения твердения вводят добавки кремнефтористого натрия (Na₂SiF₆), ускоряющие выпадения геля кремневой кислоты и гидролиз жидкого стекла (при этом также повышается его водо- и кислотостойкость).

Натриевое стекло применяется для изготовления кислото- и жароупорных бетонов, для уплотнения грунтов (силикатизация). Калиевое (более дорогое) применяется преимущественно в силикатных красках.

Кислотоупорный цемент – это порошкообразный материал, получаемый путем совместного помола кварцевого песка и кремнефтористого натрия (Na₂SiF₆). Кислотоупорный цемент затворяют водным раствором жидкого стекла, которое и является вяжущим веществом (сам порошок вяжущими свойствами не обладает).

Применение – для изготовления кислотоупорных растворов и бетонов, специальных замазок. Будучи стойким в кислотах (кроме фтористо-водородной, кремнефтористо-водородной и фосфорной), кислотоупорный бетон теряет прочность в воде, а в едких щелочах разрушается.

Из кислотоупорных бетонов изготовляют резервуары, ванны и др. сооружения на химических заводах. Кислотоупорные растворы применяют при футеровке кислотоупорными плитками (керамическими, стеклянными, диабазовыми) железобетонных, бетонных и кирпичных конструкций на предприятиях химической промышленности.

11. Портландцементом называется гидравлическое вяжущее, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%), изготовленное путем совместного помола клинкера и гипса (3-5%). Клинкер представляет собой зернистый материал (в виде спекшихся гранул диаметром 10-40 мм), полученный обжигом до спекания (при температуре 1450°С) сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различных видов известняков) и алюмосиликатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента. Качество клинкера определяет основные свойства портландцемента, добавки же, вводящиеся в цемент, лишь регулируют его свойства.

Химический состав клинкера определяется содержанием оксидов (% по массе); главные из них: CaO (63-66%), SiO₂ (21-24%), Al₂O₃ (4-8%), Fе₂O₃ (2-4%). В небольших количествах в виде различных соединений могут входить оксиды MgO, SO₃, Na₂O и K₂O, TiO₂ и Cr₂O₃, и др.

В процессе обжига, доводимого до спекания, главные оксиды образуют силикаты, алюминаты и алюмоферрит кальция в виде минералов кристаллической структуры, а некоторые из них входят в стекловидную фазу клинкера.