CC BY
32
CHEMICAL SCIENCES
RESEARCH PHYSICAL AND CHEMICAL PROCESSES DURING THE FIRING OF FINE CERAMIC MATERIALS IN THE "KAOLIN-QUARTZ-FILD SPAR" SYSTEM Eminov A.M.1, Kadyrova Z.R.2, Jumanov Yu.^3 (Republic of Uzbekistan) Email: Eminov576@scientifictext.ru
1Eminov Ashraf Mamirovich - Doctor of Technical Sciences, Professor; 2Kadyrova Zulayha Raimovna - Doctor of Technical Sciences, Professor; 3Jumanov Yusuf Kurbonovich - PhD Student, SILIKATS LABORATORY, INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY ACADEMY OF SCIENCE OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN, TASHKENT, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: based on the chemical analysis of the feedstock using the Seger formula, in relation to the acid equivalent and the base equivalent, the acidity coefficient (CC) and heat resistance during firing were determined. The corresponding chemical composition in the kaolin-quartz system and the eutectic melting point have been established. The effect of the addition of Bitab feldspar on the structural and mechanical properties of a ceramic shard has been studied. The possibility of obtaining fine-ceramic materials for household and soft porcelain is shown.
Keywords: seger's formula, eutectic, system, acidity coefficient, stability during firing, heat resistance.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОБЖИГЕ ТОНКОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В СИСТЕМЕ «КАОЛИН-КВАРЦ-ПОЛЕВОЙ ШПАТ»
1 2 3
Эминов А.М. , Кодирова З.Р. , Жуманов Ю.К. (Республика Узбекистан)
1Эминов Ашраф Мамирович - доктор технических наук, профессор; 2Кадирова Зулайха Раимовна - доктор технических наук, профессор; 3Жуманов Юсуф Курбонович - базовый докторант, лаборатория силикатов, Институт общей и неорганической химии Академия наук Республики Узбекистан, г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: на основе химического анализа исходного сырья с применением формулы Зегера, по отношению эквивалента кислот и эквивалента оснований, определены коэффициент кислотности (КК) и термостойкость при обжиге. Установлен соответствующий химический состав в системе каолин-кварц и эвтектическая точка плавления. Изучено влияние добавки Битабского полевого шпата на структурно-механические свойства керамического черепка. Показана возможность получения тонкокерамических материалов хозяйственного и мягкого фарфора.
Ключевые слова: формула Зегера, эвтектика, система, коэффициент кислотности, устойчивость при обжиге, термостойкость.
Основу тонкокерамических масс составляют каолин, кварц и полевой шпат, которые являются основным предметом нашего исследования. Для приготовления опытных керамических масс использованы как исходное сырьё, обогащенные порошки Алтинтауского каолина, Битабского полевого шпата и Когаязского кварцевого песка.
Для установления влияния количества полевого шпата на высокотемпературные процессы изучаемые составы были подобраны таким образом, чтобы внутри треугольника составов они располагались по определенному двойному разрезу, в котором одной вершиной является точка, соответствующая 100% полевого шпата второй вершиной - точка, отвечающая весовому соотношению каолин:кварц=60:40 [1].
Поскольку основными оксидами являются SiO2-Al2O3-K2O и №20 то химические составы находятся в трёхкомпонентных системах: SiO2, А1203, К20 и SiO2-Al2O3-Na2O. Состав и свойства изделий определяются главным соотношением SiO2 и А1203 и плавней [2]. Важной качественной характеристикой тонкокерамических масс является коэффициент кислотности КК, определяемый как отношение эквивалентов кислот и эквивалентам оснований, считая по молекулярной формуле (формуле Зегера):
КК=RO2/ (R2O+RO+3R2O3);
Коэффициент кислотности для масс твёрдого фарфора находится в пределах 1,1-1,3; для мягкого 1,63-1,75; хозяйственного 1,26-1,65; фаянса 1,4-1,5. Чем выше коэффициент кислотности, тем выше хрупкость изделия и тем сильнее возрастает способность к деформации при обжиге. Также повышается просвечиваемость и снижается термостойкость [3].
Отношение R2O3/ (R2O+RO) также характеризует устойчивость масс в обжиге. Для фарфора она равно 2-5. Чем больше это отношение, чем устойчивее массы в обжиге. Обычно фарфора покрыть глухими глазурями белого или кремового цвета. Повышенное содержание в массе плавней позволяет обжигать изделия при 1150-12500С [4].
Таблица 1. Химический состав исходного сырьевого материала
Масса компонентов Содержание оксидов, масс. %
^о2 ТЮ2 А12О3 Fe2Oз МйО СаО ^2о К2О п.п.п. Сумма
Алтинтаус-кий каолин 56,10 0,15 39,83 0,8 0,56 0,49 0,47 1,32 0,21 - 100,00
Когаязкий кварцевый песок 98,06 0,02 0,1 0,02 0,1 0,26 0,27 0,13 0,24 1,26 100,00
Битобский полевой шпат 65,14 0,03 18,12 0,22 0,2 0,39 2,75 13,10 0,01 0,03 99,99
Исходные компоненты массы измельчали до остатка проходящего через сито 10000 отв./см 2 не более 2%. Исследуемые образцы масс изучали на основе формованных балочек размером 100х10х5 см, полусухим методом 10%-ным увлажнением проб, после этого заформованные с помощью гидравлического пресса при давлении 20 МПа образцы обжигали в муфельной печи при температурах 950, 1000,....1350°С с скоростью подьема 30С в минуту и выдержке 150 минут. Определяли объемный вес, истинную пористость, удельный вес и общую усадку обожженных образцов (табл. 2).
Таблица 2. Приведение разного исходного состава
Минерологический состав, % Приведен химического состава, % КК К2О3/ (К2О+ КО)
прок.каолин кварц пол. шпат SiO2 А1203 К20
56,68 43,32 - 74,28 22,62 0,80 1,76 15,21
51,02 38,98 10 73,36 22,17 2,03 1,73 10,85
45,34 34,66 20 72,45 21,72 3,26 1,70 6,07
39,68 30,32 30 71,53 21,27 4,49 1,67 4,16
34,01 25,99 40 70,62 20,82 5,72 1,65 3,29
22,67 17,33 60 68,80 19,92 8,18 1,59 2,16
11,34 8,66 80 66,97 19,02 10,64 1,54 1,62
В составах с повышенным содержанием полевого шпата в темперном интервале обжига 1150-13500С с применением физико-химических методов анализа выявлены следующие
фазовые изменения, при Тобж.-11500С четко наблюдаются оплавленные зерна полевого шпата и неизмененные кристаллические фазы криптокристаллического вещества и кварца.
При 12500С в изучаемых образцах идентифицированы остеклованная масса, не прореагировавшие кристаллы кварца и небольшие скопления кристаллической фазы очень мелких игл муллита.
При 13500С образец состоит из стекловидного вещества, небольшого количества зерен кварца и увеличившегося количества новообразованной фазы муллита.
Список литературы /References
1. Будников П.П., Геворкян Х.О. Обжиг фарфора // Стройиздат. М.: Химия, 1972. C. 111.
2. Бобкова Н.М., Бирюк В.А. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных металлов // БГТУ Минск, 2011. 9-10 стр.
3. Дятлова Е.М. Химическая технология керамики и огнеупоров // БГТУ Минск, 2012. 1920 стр.
4. Бобкова Н.М., Дятлова Е.М., Куницкая Т.С. Общая технология силикатов // Высщая школа Минск, 1987. 173-186 стр.
