Keramika Na Bazi Glina

UNIVERZITET U ISTOČNOM SARAJEVUTEHNOLOŠKI FAKULTET ZVORNIK

KERAMIKA NA BAZI GLINA

Seminarski rad

Asistent: Ime i prezime: Mr Ljubica Vasiljević Grozda ŽepinićProfesor: Broj indeksa:

Dr Dragica Lazić “877”25.12.2007; Zvornik

Sadržaj:

1. UVOD…………………………………………………………………………………..32. KERAMIKA, SISTEMATIZACIJA KERAMIČKIH PROIZVODA……………4

2.1. Tradicionalni keramički materijali…………………………………………………5 2.2. Savremeni keramički materijali…………………………………………………..6 3. GLINE………………………………………………………………………………….7

3.1. Nastanak glina…………………………………………………………………….73.2. Mineralni sastav glina…………………………………………………………….83.3. Osnovni minerali glina……………………………………………………………8

3.3.1. Minerali kaolinitske grupe……………………………………………..93.3.2. Minerali monmorijonitske grupe……………………………………….93.3.3. Minerali ilitske grupe………………………………………………….103.3.4. Minerali amorfne grupe………………………………………….……10

4. PROIZVODNJA NA BAZI GLINE……………………………………………….124.1.Priprema keramičke mase……………………………………………………….124.2. Oblikovanje keramičkih proizvoda…………………………………………….144.3. Sušenje keramičkih proizvoda………………………………………….………174.4. Pečenje keramičkih proizvoda………………………………………………….174.5. Dodatne operacije i procesi u proizvodnji keramike…………………………..194.6. Vrste keramičkih proizvoda……………………………………………….……20

5. LITERATURA………………………………………………………………..……..23

2 Tehnološki fakultet Zvornik

1.UVOD

Svaki čovjekov razvoj je uslovljen socijalnim zahtjevima. Konstrukcioni materijali su uvjek bili osnovni uslovi za razvoj određene civilizacije. Nazivi razdoblja u doba praistorije su izvedeni prema materijalima korišćenim u tom dobu: kamenom, bronzanom, bakarnom, gvozdeno doba.

Porijeklo keramike kao tehnologije vezano je za prvu manifestaciju humanosti čovjeka. Primjena keramičkih materijala, obojenih pigmenata, okera, Fe2O3, MnO2 i drugih bila je izraz čovjekovih duhovnih i estetskih potreba još u rano kameno doba. Dokazi o ovim početcima tehnologije keramike su crteži u boji na zidovima pećina južne Francuske.

Mada je proizvodnja keramike veoma stara tehnologija, to je tehnologija koja nije stagmirala u svom razvoju, naročito poslednjih 40 godina. U tom poslednjem, izuzetno kratkom periodu, došlo je do razvoja čitavog niza novih keramičkih materijala koji mogu da izdrže veoma oštre radne uslove, veoma visoke temperature, velika mehanička naprezanja, hemijsku agresivnost sredine, a otkriveni su i materijali koji imaju specifične fizičke osobine. Važna je činjenica da mnogi savremeni keramički materijali nisu sločajno otkriveni, već da je to rezultat intenzivnog naučno-istraživačkog, sistematskog, projektovanog rada u oblasti keramike, koji je bio posledica istovremenog naglog razvoja hemije i tehnike uopšte.

Prema nekim autorima riječ keramika potiče od grčke riječi “keramos”, koja se upotrebljavala za označavanje grnčarskih proizvoda koji su izrađivani od gline. Prema drugim autorima, reč keramika potiče od grčke riječi “keramikos”, kojom je nazivan dio antičke atine, čuven po proizvodnji grnčarskih proizvoda.

Bez obzira na ovu dilemu, činjenica je da je izrada proizvoda na bazi gline stara koliko i ljudska civilizacija, o čemu svedoče mnogobrojni spomenici ljudske culture čija se starost procjenjuje milenijuma. Najstarije dokaze predstavljaju razne vrste posuda koje je čovjek na tadašnjem nivou civilizacije pravio od gline da bi u njima čuvao hranu odnosno razne tečnosti. Pronalaskom grnčarskog kola (točka) proizvodnja keramičkih posuda je dobila silan zamah. Sledeću fazu u tom razvoju predstavljala je proizvodnja glaziranih i dekorisanih keramičkih posuda.

Iz Egipta, Asirije i Vavilonije vještina izrade proizvoda na bazi gline prenijeta najprije u Grčku, zatim u Rim a potom u cijelu evropu. Od XVII vijeka izrada opekarskih proizvoda dostiže nivo koji se više ne može smatrati zanatskom proizvodnjom.

Danas industrija proizvoda na bazi gline obuhvata veliki broj industrijskih grana: od opekarske, koja izrađuje proizvode “najniže vrijednosti”, pa preko industrije koja proizvodi najfiniju sanitarnu keramiku i porcelan, do industrije koja izrađuje proizvode na bazi metala i keramike koji se ugrađuju u vasionske letjelice. Za sve ove proizvode, ma kako bili manje ili više vrijedni, proizvedeni jednostavnim procesima ili visokim tehnologijama, zajedničke su dvije stvari: dobijeni su od keramičkih glina i sve se svrstavaju u grupu keramičkih proizvoda.


2. KERAMIKA, SISTEMATIZACIJA KERAMIČKIH PROIZVODA

Danas keramika ima veoma široko značenje. Davno je to bilo u tehničkom i naučnom svijetu kada je riječ keramika značila samo porcelan, sanitarnu keramiku, fajans, opeke i slične materijale. Dana se pod izrazom keramika podrazumjevaju svi čvrsi neorganski, nemetalni materijali, uključujući grafit i ugljenične materijale, kao i odgovarajuće oblasti nauke i tehnologije materijala.

Prema jednoj od prvih sistematizacija, keramički proizvodi su bili podjeljeni na dvije osnovne grupe:

grubu keramiku finu keramiku

U grupu grube keramike svrstavaju se sledeći proizvodi:

Građevinska keramika, kojom su obuhvaćeni svi proizvodi opekarske (ciglarske) industrije (opeka, blokovi, crijep, pregradne ploče, elementi za međuagratne konstrukcije, klinker pločice, kore i korube, sve vrste podnih i zidnih pločica čije je osnovna masa (crijep) izrađena od opekarskih i keramičkih glina).

Vatrostalna keramika u koju se ubrajaju sve vrste opeka i proizvoda izrađenih na bazi vatrostalnih glina.

U grupu fine keramike sistematizuju se svi proizvodi izrađeni od glina koje se “bijelo pale”, a u koje spadaju: sanitarna keramika, glazirane zidne i podne pločice, elektro porcelan i porcelan (posuđe, ukrasni predmeti). Pri ovome treba napomenuti da se danas neki proizvodi uslovno “fine keramike” rade na bazi običnih glina a zatim glaziraju materijalom koji im daje izgled “fine keramike”.

Osim ove sistematizacije, koja sve proizvode na bazi gline dijele na grubu i finu keramiku, postoji i podjela keramičkih proizvoda prema kvalitetu odnosno stanju tečnosti “crijepa” pri čemu se pod pojmom “crijep” podrazumjeva tečna glinena masa.Prema stanju tečnosti crijepa, odnosno osnovne glinene mase, svi keramički proizvodi se dijela na:

proizvode sa poroznim crijepom, proizvode sa gustim sinterovanim cijepom

Proizvodi na bazi gline međusobno se razlikuju u pogledu:

tipa proizvoda, vrste gline od koje su izrađeni, strukture i boje “crijepa”, kvaliteta površine “crijepa” asortimana,


pri čemu postoje i druga karakteristična svojstva koja definišu kvalitet i namjenu proizvoda na bazi pečene gline.

Pri ovome treba napomenuti da mnogi od navedenih proizvoda keramičke industrije ne pripadaju grupi industrije građevinskih materijala iako im je osnovna a možda i jedna upotreba baš u građevinarstvu.U takve se ubrajaju, sa izuzetkom građevinske opeke i crijepa, svi proizvodi keramičke industrije i industrije vatrostalnih materijala koji se zajedno sa staklom sistematizuje u proizvode industrije nemetala. Stoga, u grupu građevinskih materijala na bazi gline (gruba građevinska keramika) treba sistematizovati samo materijale koje proizvode pogoni za proizvodnju opeke i crijepa.

2.1. Tradicionalni keramički materijali

Pod tradicionalnim keramičkim materijalima se podrazumjevaju silikatna i alumosilikatna keramika, proizvodi tehnologije silikata. tehnologija silikata uključuje sledeće proizvode:

porcelan, finu i sanitarnu keramiku, porcelan za eletkrotehniku, građevinsku keramiku, vatrostalne materijale, tehničko staklo, cement i druga neorganska veziva.

Tradicionalna silikatna i alumosilikatna keramika posjeduje određene osobine koje omogućavaju samo ograničenu primjenu. Ograničenje mogućnosti primjene je dalje povezano prirodom procesa nastajanja silikatnih struktura i sklonosti struktura ka transformacijama. Mogućnost poboljšanja osobina i proširenja primjene tradicionalne keramike ostvaruje se na dva načina:

promjenom prirode staklaste faze mikrostrukture, zamjenom silikatnih kristalnih faza mikrostrukture oksidnim.

Polazna sirovinska mješavina za tradicionalnu keramiku gotovo uvjek sadrži tri komponente: glinu kao osnovnu plastičnu sirovinu, topitelj koji reguliše režim toplotne obrade i opošćivač kojim se smanjuje plastičnost i olakšava operacija sušenja i oblikovanja.

Značajna klasa tradicionalnih keramičkih materijala jesta građevinaska keramika, opeka i crijep, koja se proizvodi polazeći direktno od gline, bez dodataka. Opekarska glina pored glinenih mineral sadrži primjese koje sup o svojoj prirodi topitelji i opošćivači. Danas se u svijetu proizvodi građevinske opeke crijepa i podnih pločica (prema McColm-u 1983.) u količini od 106 komada/čas u toku dana, pri punoj godišnjoj proizvodnji.

Proizvodni kapaciteti tradicionalne keramike su ogromni, stoga je ta proizvodnja od velikog značaja za društvene ekonomije. Međutim, sve značajniji postaju problem cijene energije koji su u stalnom porastu. Poređenjem utroška energije po toni proizvoda (prema


McColm-u1983.) četiri puta je veći utrošak energije potreban za proizvodnju tradicionalne keramike na bazi glina, u odnosu na proizvodnju tehničkog stakla.

2.2. Savremeni keramički materijali

Savremeni keramički materijali obuhvataju veoma veliki broj novih konstrukcionih materijala koji su po svojoj hemijskoj prirodi vrlo različiti. Ovi proizvodi su nastali kao rezultat potrebe za novim materijelima, potrebnim savremenoj tehnici visokih pritisaka i temperature i velike brzine kretanja. to su rezultati sistematskih planiranih istraživanjima u oblastima konstrukcionih materijala sa unapred projektovanim osobinama. Osim novih sintetizovanih materijala, ovoj grupi pripadaju i određeni klasični , oksidni keramički materijali za specijalne namjene, koji su savremenim postupcima proizvodnje do te mjere izmejenjeni da se mogu smatrati novim keramičkim materijalima, npr. Al2O3-keramika, ZnO2-keramika.

U savremene keramičke materijale se ubrajaju:

čista oksidna keramika, neoksidna keramika, nuklearna keramika, keramika za elektroniku, specijalni keramički materijali, kompozitni keramički materijali, ugljenični materijali.


3. GLINE

Gline su najrasprostranjeniji geološki sedimenti nastali raspadanjem feldspatnih i drugih stijena u prirodi. Najčešće su gline mješavine osnovnih glinenih minerala: kaolinita, montmorilonita i ilita u različitim odnosima. Pored toga kao pratioci u glinama se najčešće javljaju: kvarc, liskun, krečnjak, dolomit i drugi minerali. Svakako da sadržaj u glini prisutnih mineral određuje njenu primjenjivost za izradu pojedinih vrsta keramičkih proizvoda. Zbog svog poli-mineralnog sastava gline nemaju definisanu tačku topljenja već interval omekšavanja, u kome dolazi postepeno do deformacija oblika predmeta od gline.

3.1. Nastanak glina

Glina je po svom mineralnom sastavu alumosilikatna tvorevina koja se javlja u prirodi kao sedimentna stijena. Nastaje na dva osnovna načina:

raspadanjem (dezintegracijom) eruptivnih stijena, sintezom (kristalizacijom) iz koloidnih rastvora.

Do nastanka glina procesom dezintegracije dolazi usled djelovanja spoljnih faktora (pritisak, temperature, voda, CO2) na eruptivne stijene koje su uglavnom izgrađene od alumosilikatnih mineral iz grupe feldspata, felspatoida, liskuna među kojima se po svom značaju i zastupljenosti ističu:

ortoklas K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2

albit Na2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2

anortit CaO ∙ Al2O3 ∙ 2SiO2

Raspadanjem tri pomenuta najvažnija mineral iz grupe felspata, nastaju dva ne rastvorna jedinjenja: kaolin (Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O) i kvarc (SiO2) kao i rastvorljive soli [K2CO3, Na2CO3 i Ca(HCO3)2]. Rastvorljivi produkti procesa dezintegracije bili su odnijeti vodom dok su nerastvorljivi ili taložili na mjestu nastanka (primarna ležišta) ili bili odnijeti na neka udaljenija mjesta (sekundarna ležišta).


3.2. Mineralni sastav glina

Nekad se smatralo da su gline u mineralnom i petrografskom smislu nedefinisane nemetalne tvorevine. Danas se zna da su gline sedimentne tvorevine koje se sastoje od smješe raznih glinenih mineral čiji je oblik tačno definisan.

Prema savremenim shvatanjima osnovne mineralne sastojke glina predstavljaju glineni minerali koji po svom hemijskom sastavu predstavljaju hidrate alumosilikata strogo definisanog hemijskog mineralnog sastava. Prema mineralnom sastavu keramička industrija razlikuje tri osnovna tipa glina : kaolinitskog, monmorijonitskog i ilitskog tipa.

3.3. Osnovni minerali glina

Po hemijskom sastavu svi glineni minerali su aluminijumove soli silicijumove kiseline, znače silikati aluminijuma. Silikati aluminijuma koji predstavljaju osnovne minerale glina nastaju djelimičnom ili potpunom zamjenom vodonika kiselim katjonom nekog metala. Silicijumova kiselina kristališe u obliku niza međusobno povezanih tetraedara u sloju, a Al(OH)3 u obliku sloja oktaedarske strukture. Pri njihovoj neutralizaciji dolazi do izdvajanja


molekula vode na dodirnoj ravni i stvaranja hemijske veze na toj ravni. Zavisno od odnosa slojeva tetraedarske i oktaedarske strukture nastaju dva tipa mineral i to: (1:1) i tip (2:1).

3.3.1. Minerali kaolinitske grupe

Predstavnik prvog tipa minerala kada se kondenzuje jedan sloj silicijumove kiseline i jedan sloj oktaedara Al2(OH)6 je mineral kaolinit. Kaolinit je so polisilicijumove kiseline (formule 2SiO2∙5H2O) u kojoj je 6 atoma H zamjenjeno sa dva atoma Al. Njegova formula je Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O. Reakcija nastajanja kaolinita može se predstaviti jednačinom:

2SiO2 ∙ 5H2O + 2Al(OH)3 → Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O + 6H2O

U prirodi kaolinit nastaje procesom feldspata, poznatim pod nazivom “kaolinizacije feldspata”, po sledećoj reakciji:

K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 + 2H2O + CO2 → Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O + K2CO3 + 4SiO2

feldspat kaolinit

Ako u reakciji neutralizacije učestvuju dva mola silicijumove kiseline spajanje se vrši po dvije dodirne ravni slojeva i dobija se drugi tip glinenih minerala – montmorilonit čiji je predstavnik mineral pirofilit koji nastaje po sledećoj reakciji:

2(2SiO2 ∙ 5H2O) + 2Al(OH)3 → Al2O3 ∙ 4SiO2 ∙ H2O + 12H2O

Osnovni mineral kaolinitske grupe je kaolin. Dobio je ime po planini Kaoling u Kini na kome postoje ležišta kaolina koji se već nekoliko hiljada godina koristi kao osnovna sirovina za izradu čuvenog kineskog porcelana. Idealno čist kaolin se sastoji iz 46,6% SiO2, 39,5% Al2O3 i 13,9% H2O. Kaolin je bijele boje koju zadržava i pri pečenju. Pošto se, po pravilu nalazi na primarnom ležisštu stijena čijim je raspadanjem nastao, može sadržati kvarc,liskun i ostale minerale. Stoga se mora prečišćavati postupkom šlemovanja sa vodom. U minerale koji ulaze u sastav kaolinitske grupe ubrajaju se, pored kaolinita, hidratisani silikati kao što su dikit, nakrit i halojzit, koji sa izuzetkom halojzita, nemaju značaj kao keramičke sirovine. Halojzit se razlikuje od kaolinita po sadržaju vode. Njegova je hemijska formula Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 4H2O. Iz ove molekulske formule se vidi da je ½ stehiometrijske vode vezana u halojzitu u obliku konstitucione vode i to u obliku hidroksilnoh OH-grupa, dok je druga polovina vezana u obliku molekula H2O i predstavlja kristalnu vodu.

3.3.2. Minerali monmorijonitske grupe

Montmoriloniti su hidratisani silikati aluminijuma i magnezijuma, koji nastaju djelimično zamjenom aluminijuma u pirofilitu magnezijumom. Imaju izrazite koloidne osobine. Jako bubre pod dejstvom vode i zato njihovim formulama se broj prisutnih molekula vode označava sa n jer je nedefinisan.Unošenjem atoma kalijuma u strukturu montmorilonita nastaju iliti - treći tip glinenih minerala, koji se najčešće sreće u tzv. “ciglarskim glinama” – glinama za proizvodnju


građevinskih elemenata: cigle i crijepa. Osnovni minerali monmorijonitske grupe su pirofilit i monmorijonit. Oba imaju zajedničku formula:

Al2O3 ∙ 4SiO2 ∙ H2O Al2(Si2O5)(OH)2

Mineral pirofilit se može predstaviti kao derivate polisilicijumove kiseline u kojoj su 6 vodonikovih atoma zamjenjeni aluminijumom:

4SiO2 ∙ 4H2O + 2Al → Al2O3 ∙ 4SiO2 ∙ H2O + 3H2

Mineral monmorijonit je dobio ime po mjestu u kome je pronađen (Montmorillon, Francuska). Zbog mogućnosti zamjene katjona aluminijuma drugim katjonima postoji veliki broj minerala koji su srodni monmorijonitu. Svi ovi minerali se nazivaju zajedničkim imenom monmorijonida.

3.3.3. Minerali ilitske grupe

Mada pripadaju grupi složenih alkalnih i zemnoalkalnih alumosilikata (odnosno grupi feldspata, feldspatoida i liskuna), iliti se prema nekim sistematizacijama ubrajaju u glinene materijale iz razloga što je mineral ilit uvjek prisutan u keramičkim glinama pri čemu se neke keramičke gline, npr. opekarske, sastoje od minerala ilita.

Iliti su fino dispergovani materijali izgleda gline. Dobili sui me po državi Ilinois u SAD gdje ih ima u velikim količinama. Nazivaju se i hidratisanim liskunima. Iliti su po svom hemijskom sastavu složeni alumosilikati opšte formule xSiO2 ∙ yH2O ∙ zAl2O3 kod kojih je 1 dio aluminijuma zamjenjen magnezijumom i kalijumom što se može predstaviti molekulskom formulom:

Al2-x ∙ Mgx ∙ K1-x-y(Si1,5-y ∙ Al0,5+y ∙ O5)2(OH)2

Hemijski sastav minerala ilita može se iskazati sledećom empirijskom formulom:

K2O ∙ MgO ∙ 4Al2O3 ∙ 7SiO2 ∙ 2H2O

Iz čega proizilazi sledeći bilans:

K2O 9,42%MgO 4,01% Al2O3 40,80% SiO2 42,09%H2O 3,60%

3.3.4. Minerali amorfne grupe


U glinene minerale amorfne grupe ubraja se alofan (Al2O3 ∙ SiO2 ∙ nH2O) koji je po svojoj strukturi gel a predstavlja smješu hidroksida aluminijuma, silicijuma iv ode. Učešće tri osnovna sastojka u alofanu je sledeće:

Al2O3 35-40% SiO2 20-25% H2O 35-40%

Slika 2. Sistematizacija minerala glina


4. PROIZVODNJA NA BAZI GLINE

4.1 Priprema keramičke mase

Pod keramičkom maso podrazumjeva se homogena smješa svih sirovina potrebnih za proizvodnju određenih keramičkih proizvoda. Do sastava keramičke mase na osnovu proračuna koji predstavlja materijalni bilans po pojedinim komponentama na osnovu poznatog sastava i polaznih sirovina.

Prema ulozi koju imaju u keramičkoj masi sve sirovine se mogu podijeliti na osnovne grupacije:

Plastične komponente, koje omogućavaju oblikovanje proizvoda, Opošćivače, koje smanjuju skupljanje keramičke mase u toku sušenja keramike, Topitelje, koji imaju za cilj da snize tačku sinterovanja keramičke mase.

Kao plastične komponente najviše se koriste gline, odnosno glineni minerali. Postoji nekoliko teorija o fenomenu plastičnosti glina. Prva, morfološka teorija fenomem objašnjava lisnatom,slojevitom strukturom glinenih mineral, koja omogućava klizanje slojeva pod dejstvom sile. Druga, fizička teorija objašnjava pojavu plastičnosti glina u polarnim rastvaračima kao što je voda, fizičkim karakteristikama medijuma, dielektričnom konstantom i sličnim osobinama. Hmijska teorija pojavu plastičnosti objašnjava prisustvom u glini izvjesnih količina organskih, zelatinoznih materija koje dijeluju kao mazivo među slojevima. Svakako da nijedna od iznijetih teorija ne objašnjava potpuno fenomen plastičnosti, jer ga posmatra jednostranim. Sve zajedno ove teorije objašnjavaju pojavu plastičnosti kod glina.

Kao opošćivači u keramičkim masama na bazi glina koristi o se najčešće kvarcni pijesak i šamot. Opošživači su neplastične sirovine koje sui vićih dimenzija čestica od glina i obično su neporozni. To su materije koje se ili šire pri zagrijavanju (kao kvarc) zbog promjene oblika, ili su pak termostabilne (kao šamot), tako da se ne skupljaju pri zagrijavanju.

U ulozi topitelja u keramičkim masama se najviše koriste feldspati, jer su oni nosioci alkalija, koje kao što je poznato snižavaju znatno temperature pečenja keramike. Stvaranjem rastopa u keramičkoj masi oni znatno ubrzavaju process sinterovanja na nižim temperaturama, tako da se onda snižava temperature pečenja.

Sirovine za keramiku se obično dopremaju iz rudnika u pripremljenom stanju: obogaćene, samljevene do odgovarajuće granulacije, sa atestima o hemijskom i meneraloškom sastavu. Na osobine krajnjeg proizvoda pored tehnoloških faktora samog procesa proizvodnje bitno utiču: hemijski i mineraloški sastav sirovina, kristalna struktura sirovina kao i stanje površine njihovih čestica.

U toku pripreme sirovina se posebna pažnja posvećuje operaciji mljevenja, ukoliko granulacija iz rudnika neodgovara zahtjevima za dobijanje odrađenog proizvoda. Kod pripreme glina često se postupak mljevenja zamjenjuje sa tzv. “šljemovanjem”, tj. dispergovanjem glina do dimenzija čestica originalnih glinenih mineral pod dejstvom vode.


Mješanje sirovina treba da omogući nastajanje keramičke mase homogenog sastava kao i odgovarajućeg granulometrijskog sastava. Pri operaciji mješanja sirovina najčešće si istovremeno vrši i fino mljevenje istih u mlinovima sa kuglama. Pri tome mješsanje sirovina može da se obavi na dva načina:

na suvo, na mokro ( u vodi).

Poslednji način daje daleko homogenije mase pa se više upotrebljava. Posle mješanja po mokrom postupku masa se obavezno filtrira na ramskim filter-presama.

Priprema keramičke mase treba da obezbjedi određene fizičke osobine za dalju preradu: gustinu, lepljivost, plastičnost, vlažnost, veličinu čestica i druge fizičke karakteristike.

Raspodjela veličine čestica je veoma važna u pripremi keramičke mase je rod nje zavisi poroznost oblikovanjih sirovih, nepečenih uzoraka. Pri pečenju se pore zatvaraju i predmet se skuplja. Pri tom je skupljanje veće ako je veća bila poroznost nepečenog predmeta. Pri smanjenom skupljanju se obezbjeđuje:

tačnije održavanje tolerancija dimenzija predmeta, bolje pečenje (temperaturni gradijenti u predmetu izazivaju napone koji su

proporcionalni skupljanju unutar interval sinterovanja i mogu da izazovu prskanje predmeta) i

mogućnost proizvodnje predmeta većih gabariti (dimenzija).

Prije oblikovanja keramičkoj masi se dodaje određena količina vode u zavisnosti od načina oblikovanja, potrebno da izazove plastičnost glina. Po izlasku iz mlinova u kojima se homogenizuje keramička masa na mokro, suspenzija se prevodi preko sita mi magnetnog separatora da bi se odstranili krupniji komadi i gvožđe koji su ušli u masu tokom transporta ili mljevenja.

Vakuumiranje keramičke mase je operacija koja se primenjuje posle filtriranja keramičkih masa za porcelain sa ciljem da se iz nje ukolne zaostali mjehurovi vazduha između pojedinih čestica. Ova operacija se izvodi u uređaju prikazanom na slici 3.


Slika 3. Shematski prijesek pužastog vacuum ekstrudera

Raspršivanjem u atomizeru priprema se keramička masa za presovanje u proizvodnji

elektro-porcelana, specijalnih keramičkih masa i keramičkih pločica. Atomizeri su vertikalni uređaji koji omogučavaju istovremeno i sušenje keramičke mase do potrebne vlažnosti za dalje oblikovanje. Raspršivanjem se obrazuju kapi određenih dimenzija nasuprot kojih struji vreo vazduh koji služi kao medijum za sušenje. Tokom slobodnog pada kapi kroz prostor atomizera oni se suše i padaju na dno, odakle se trakastim transporterom odvode u kontenere za masu za presovanje. Fine čestice se izvlače pomoću ventilator, a prečišćen vazduh se ispušta u atmosferu. Kao grejni medijum koriste se otpadni gasovi iz peći, kao što se vidi na shemi datoj na slici 4.

Slika 4. Shema atomizera za pripremu keramičke mase za presovanje

Keramičke mase za livenje se posebno pripremaju dodatkom određenjih elektrolita u suspenziji keramičkih sirovina u vodi. U tu svrhu se dodaju: NaOH, Na2CO3, Na2SiO3, NaPO3

ili NH4OH. Dodatak jednovalentnih jona dovodi do izmjene jona što bitno utiče na sniženje viskoznosti suspenzije čime se omogućava bolje ispunjavanje kalupa pri livenju šlikera.

Elektroliti se dodaju u malim količinama, do nekoliko masenih procenata, i imaju stabilizirajuće dejstvo na suspenzije gline u vodi. Oni sprečavaju flokulaciju čestica, tj. stvaranje agregata čime bitno utiču na povećanje tečnosti pri manjem sadržaju vode u šlikeru.


Pored toga u šlikere se često dodaju i tzv. zaštitni koloidi, tj. materije koje putem adsorpcije svojih velikih anjona na česticama gline utiču na peptizaciju koloida u šlikeru.

4.2. Oblikovanje keramičkih proizvoda

Postupkom oblikovanja keramičkom proizvodu se daju potreban oblik i dimenzija. Pri tome se uzimaju u obzir promjene zapremine i mase predmeta pri sušenju i pečenju, koje su različite kod raznih keramičkih proizvoda. Istovremeno oblikovanje se mora predmetu dati i potrebna mehanička čvrstoća.

U proizvodnji keramike koriste se tri osnovna načina oblikovanja i to: presovanje praškastih masa ( sa 3-10% mas. vode) primjenom visokih

pritisaka reda veličine od 10-100 MPa, oblikovanje plastičnih masa (sa 20-25% mas.vode) i to: ručnom obradom na

rotacionom valjku ili stolu, ili istiskivanjem kroz otvor određenog oblika, i livenje suspenzija keramičkih masa (sa 35-50% mas.vode) tzv. šlikera u gipsane

kalupe odrađenog oblika. Pri tome čvrsti odlivci nastaju upijanjem vode u gipsane kalupe i taloženjem mase iz suspenzije po zidovima kalupa.

Presovanje se u industriji keramike ostvaruje na hidrauličnom presama različitog opsega pritisaka. Pri tome se praškasta keramička masa posebnim uređajima za doziranje unosi u metalni kalup. Pod dejstvom primenjenog pritiska dolazi do zgušnjavanja keramičke mase i formiranja predmeta prema obliku kalupa. Principijelno postoje dva različita načina presovanja, prikazana na slici 5.

Slika 5. Presovanje keramike

i to:a) jednostrano presovanje (kad pritisak dijeluje samo sa jedne strane kalupa),b) dvostranog presovanja (kad pritisak dijeluje i odozdo i odozgo)

Oblikovanje plastičnih masa ručnom obradomna rotacionom valjku se najviše primjenjuje u industriji elektroporcelana pri izradi visoko naponskih izolatora velikih


dimenzija. Danas se ovaj način zamjenjuje automatskim noževima koji su elektronski programirani da prema zadatom crtežu oblika predmeta isjecaju svu suvišnu masu.

Oblikovanje istiskivanjem kroz otvor prese odrađenog oblika tzv.”ekstruzijom” se najviše primjenjuje u industriji građevinske keramike za proizvodnju cigli, opeka i sličnih proizvoda. Uređaj za ovaj način oblikovanja prikazan je na slici 6.

Slika 6. Oblikovanje keramike ekstruzijom

Kod predmeta debljih zidova koristi se postupak livenja sa dolivanjem šlikera prikazan na slici 7.


Slika 7. Oblikovanje keramike livenjem4.3. Sušenje keramičkih proizvoda

Operacija sušenja u tehnologiji keramike ima za cilj da snizi sadržaj vlage u keramičkoj masi na nivo koji neće ometati sledeći process pečenja, da zadrži predmetu prethodno dati oblik, kao i da mu omogući postizanje dovoljne mehaničke čvrstoće za podnošenje transporta, slaganja i pakovanja u peć bez oštećenja.

Za pravilno izvođenje procesa sušenja neophodno je poznavanje raspodjele u poroznom sistemu kakav je keramički sirovi proizvod kao i zakonitosti prenosa toplote i pare kroz porozni medijum.

Tokom sušenja kontinualno se snižava sadržaj vlage u proizvodu i mjenja se njena raspodjela po njegovom presjeku. Zato je moguće razlikovati tri stadijuma u sušenju keramičkih masa na bazi glina, kao što je prikazano na slici 8.

Slika 8. Radpodjela vode tokom sušenja keramičke mase na bazi glina


A: voda gradi kontinualne filmove koje razdvajaju čestice glina: ove se postepeno približavaju i mase se sveukupno skuplja,

B: vodeni slojevi su se toliko povukli da čestice dolaze u međusobni kontakt u pojedinim tačkama ili ravnima,

C: tanki vodeni filmovi koji zasostaju u sistemu su vezani za čestice silama adsorpcije i zato se teško uklanjaju, što odgovara krajnjem stadijumu sušenja.

D: male količine vode su zaostle u najfinijim porama sistema.

4.4. Pečenje keramičkih proizvoda

U keramici pod pečenjem se podrazumjeva toplotno tretiranje osušene robe na visokim temperaturama pri kojima ona znatno ojačava, zadržava svoj oblik uz određeno skupljanje i dobija svoje karakterisične osobine (veću gustinu, manju poroznost, veću hemijsku postojanost i druge odgovarajuće fizičke karakteristike). Proces spontanog ojačavanje finog dispergovanog kompakta pod dejstvoj visokih temperature se naziva sinterovanjem. Istovremeno se sa sinterovanjem između pojedinih sastojaka keramičke mase može doći i do niza reakcija u čvrstom stanju. taj način se mjenja hemijski sastav i nastaje nova kristalna faza zajedno sa tečnom fazom koja očvršćava kao staklo ili kao smješa finih kristala.

Elementi mikro structure keramičkog materijala su: kristalna faza (nastala tokom procesa pečenja u reakcijama u čvrstom stanju), neproreagovane čestice (jer su reakcije u čvrstom stanju nepotpune), zaostale pore (zbog nepotpunog sinterovanja), i staklasta faza.

Pri sinterovanju kompakta fino dispergovanjih kermičkih čestica dolazi najprije do promjena kontakata između čestica. Prazni prostori između čestica (poroznost se smanjuju i ispunjavaju masom pod dejstvom jednog od sledećih mehanizama:

površinske ili zapreminske difuzije, isparavanja i kondenzacije materijala, i viskoznog tečenja materijala u obliku rastopa.

Od hemijskih reakcija koje se odvijaju pri pečenju glina najvažnije su: dehidratacija glinenih mineral, na 500°C,

Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O → Al2O3 · 2SiO2 + 2H2O kaolinit metakaolinit

razlaganje na okside, na 700°C

Al2O3 · 2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2

nastajanje novih jedinjenja od 900-1100°C

Al2O3 + 2SiO2 → Al2O3 · 2SiO2 + SiO2

silimanit

3(Al2O3 · SiO2) → 3Al2O3 · 2SiO2 + SiO2

mulit


Za pečenje se u keramičkoj industriji najviše koriste tunelske peći čija je shema data na slici 9.

Slika 9. Shema tunelske peći

Tok keramičkog materijala koji se peče i gasova sagorjevanja je suprotan. Keramički material je ravnomjerno raspoređen na vagonetima. Temperaturni režim obuhvata tri zone:

zonu pregrijavanja, zonu pečenja i zonu hlađenja

Prva zona koristi otpadne gasove sagorjevanja za predgrijavanje osušenih proizvoda koji ulaze u peć. U centralnoj zoni, zoni pećenja je najviša temperature i tu se odvijaju procesi sinterovanja i reakcija u čvrstom stanju u materijalu. U poslednjoj zoni hlađenja ispečeni predmeti predaju toplotu vazduhu za sagorjevanje koji se u ovoj zoni predgrijava. Na taj način se u centralnoj zoni postižu više temperature (do 1500°C) zavisno od vrste proizvoda koji se peče u peći.

4.5. Dodatne operacije i procesi u proizvodnji keramike

Ispečeni proizvodi još uvjek nisu gotovi proizvodi keramičke industrije. Za njihovu dorado su još potrebne dodatne operacije mehaničke dorade i dekorisanja i procesi: glaziranja, metalizacije i sl. Ovi procesi su specifični za pojedine proizvode zavisno od njihovog oblika, namjene i dimenzija.

Glaziranje se od svih dodatnih procesa najviše primjenjuje u cilju postizanja najprije estetski, a zatim i određenih fizički i hemijskih osobina proizvoda (sjaja, postojanosti na određene agense i dr.).

Glazure su lako topiva stakla veoma različitog sastava pa prema tome i osobina. Osnovni uslov koji glazura mora da ima da bi bila pogodna za određenu keramičku masu je da joj koeficijent termičkog širenja bude blizak koeficijentu termičkog širenja mase, tj. αg≈αm. Na taj način neće pri pečenju doći ni do prskanja ni do odlepljivanja glazure.

Veliki značaj ima takođe temperature topljenja glazure. Ako se glazura topi na temperature nižoj od temperature pečenja proizvoda, to će proizvodi da upiju glazuru u toku


pečenja. Dobro izabrana glazura u rastopljenom stanju treba da stupid u hemijsku reakciju sa materijama iz proizvoda.

Za proizvode od fajansa obično se koriste lako topive glazure, koje sadrže relativno velike količine alkalnih iz zemnoalkalnih oksida.

Za glaziranje proizvoda od porcelana koriste se teško topive glazure, bogate sa SiO2, koje sadrže relativno male količine alkalnih i zemnoalkalnih oksida.

Za dobijanje glazure koriste se kvarc, feldspati, kreda, dolomite, kaolin, glina, BaCO3, jedinjenja olova, litijuma, bora i dr.

Glaziranje može da se izvodi na dva načina: posle sušenja, da se predmet peče zajedno sa glazurom, ili da se glazura nanosi na već ispečeni predmet. Koji će od ova dva načina da se primjeni zavisi od odnosa tačke topljenja glazure i temperature pečenja osnovne keramičke mase. Ako je glazura niže tačke topljenja od temperature pečenja keramike onda se ona nanosi na ispečeni predmet, pa se glazirani naknadno peče na nižoj temperature.

Glazure mogu da budu bijele ili obojene, prozračne ili neproznačne.Sam postupak glaziranja se izvodi na više načina: prskanjem predmeta, suspenzijom

glazure, umakanjem predmeta u glazuru, prolaženjem predmeta kroz zavjesu od vodene suspenzije glazure, glaziranje u plamenu (kamenine) i dr.

Keramički proizvodi namjenjeni širokoj potrošnji, a takođe i ploče za oblaganje, dekorišu se na različite načine, pri čemu se koriste specijalne keramičke boje-oksidi metala, silikati, borate, aluminati, obojena stakla i dr.

Slični glazurama su emajli, koji se nanose na metalne podloge. To su takođe lako topiva stakla koja daju sjaj i boju posuđu od metala. Nanose se u dva sloja: kao osnvni i kao pokriveni emajl. Prvi ima ulogu da obezbjedi stvaranje veze između metalne podloge i staklastog emajl-a, čija je uloga da obezbjedi odgovarajuću boju, sjaj i izgled metalnog suda.

4.6. Vrste keramičkih proizvoda

Osnovan klasifikacija keramičkih proizvoda vrši se po stepenu sinterovanja na: sinterovane proizvode (bez poroznosti ili sa neznatnom poroznošću) i nesinterovane proizvode (sa poroznim prelomom).

U prvu grupu spadaju: porcelain, kamenština i klinker za pločice.Drugu grupu čine: fajans, kamenina, majolica, grnčarija, i građevinska keramika: cigla,

crijep i sl.Prema oblasti u kojoj se koriste, keramički proizvodi se dijele na: proizvode

građevinske keramike, elektrotehničke proizvode, hemijski otporne proizvode, proizvode za široku potrošnju i vatrostalne proizvode.

U proizvode građevinske keramike ubrajaju se: cigla, crijep, fasadna cigla, pločice za oblaganje fasada, pločice za unutrašnja oblaganja, sanitarno tehnički proizvodi, kanalizacione i drenažne cijevi itd.

Proizvodi elektrotehničke keramike su: izolacione čaše, visoko naponski i nisko naponski izolatori i dr.

U proizvode hemijski otporne keramike ubrajaju se: cigla i ploče za oblaganje hemijskih aparatura, za različite fabričke urađaje hemijske industrije.

U proizvode keramike za široku potrošnju ubrajaju se fajans i porcelain (posuđe i dr.), dekorativni proizvodi (vaze,statue i dr.) itd.

Proizvodi građevinske keramike dijele se dalje na dvije grupe: gruba i fina građevinska keramika.


Keramički proizvodi mogu da budu glazirani i neglazirani. Proizvodi od porcelana i fajansa, kanalizacione cijevi i dr. se glaziraju. Cigla, crijep i dr. se proizvode neglazirani.

Porcelan sadrži mulit kao kristalnu komponentu, feldspatno staklo kao staklastu fazu, nešto silicijumove kiseline u kristalima kao neproreagovane čestice i uglavnom je bez pora. Prozirnost je odlika dobro sinterovanog porcelana. Ta prozirnost je posljedica prisustva znatne količine staklaste faze u porcelanu.

Osnovne sirovine za proizvodnju porcelana su kaolinske gline. Mineralški sastav keramičke mase za porcelain je različit i za pojedine vrste porcelana nalazi se u trojnom dijagramu: glina, feldspat, kvarc prikazanom na slici 10.

Slika 10. Trojni dijagram glina-feldspat-kvarc

Kamenština je tvrda, sinterovana glinena roba prema hemikalijama nepropustljiva je za gasove i za tečnosti pa se koristi za izradu sudova, cijevi, pumpi za agresivne tečnosti i slične proizvode.

Fajans je po sastavu sličan porcelanu, samo je mekši, porozniji i nije proziran što su sve odlike manje sinterovanog proizvoda. Dobija se pečenjem keramičkih masa na bazi kaolina, feldspat i kvarca ali na nižim temperaturama od porcelana. Predmeti od fajansa su manje sinterovani od porcelanskih predmeta.

Grnčarija se proizvodi iz manje vatrostalnih glina (sa nižom tačkom topljenja koje su zbog prisustva oksida gvožđa obično crvene boje). Pošto je nedovoljno sinterovana, jer je pečena na nižim temperaturama, obavezno se glazira. Proizvodnja grnčarija je uglavnom zanatska, na nivou radionica, i svodi se na izradu: suvenira, posuđa i drugih predmeta.


Ciglarski proizvodi su osnovni građevinski materijali od kojih se najmasovnije proizvode cigle i crijepovi različitih oblika i dimenzija, zatim giter blokovi i drugi elementi za gradnju. Izrađuju se ova od glina ilitno-kaolinskog tipa i zbog prisustva velikih količina oksida gvožđa najčešće su izrazito crne boje.


Slika 11. Opšta shema procesa proizvodnje glinenih proizvoda


3. LITERATURA

1. Marija Tecilazić – Stevanović, Osnovi tehnologije keramike, Beograd 1990. god,2. Ljiljana Kostić – Gvozdenović, Rozalija Ninković, Neorganska hemijska tehnologija,

Beograd 1997. god,3. Predrag Brzaković, Priručnik za proizvodnju i primjenu građevinskih materijala

nemetaličnog porijekla, Beograd 2000. god


Documents

Keramika Na Bazi Glina