نقش کربنات کلسیم و رس های سنگ آهک برای صنایع تولید سرامیک

نقش کربنات کلسیم و رس های سنگ آهک برای صنایع تولید سرامیک

نقش کربنات کلسیم و رس های سنگ آهک برای صنایع تولید سرامیک

از رسهای آهکی در بخشهای سرامیکی در ساخت آجر، کاشی و سرامیک و همچنین در تولید سیمان استفاده می شود. سنگ آهک و کربنات کلسیم می تواند در خاک به صورت خالص یا به عنوان یک آلاینده وجود داشته باشد، اما همیشه از محیط های دریایی است. سنگ آهک پس از سوختن می تواند از دست دادن زیاد جرم (35-45٪) را ایجاد کند، که می تواند باعث مشکلات جدی در پخت محصولات سرامیکی مانند آجر و کاشی شود. کربنات کلسیم یا منیزیم پس از جدا شدن، اکسید کلسیم (CaO) را تشکیل داده و دی اکسید کربن (CO2) آزاد می کند. CaO در تماس با آب متعاقباً انبساط بسیار بالایی را تجربه می کند که می تواند باعث ترک خوردگی مواد شود. محققان رویه هایی را برای جلوگیری از اثر سنگ کربنات کلسیم روی رس ها و همچنین تنظیم درجه حرارت مناسب برای پخت و پز بررسی کرده اند.

رس ها مواد معدنی طبیعی، خاکی و دانه ریز هستند که با مخلوط شدن با آب خاصیت پلاستیکی پیدا می کنند. برای رسوب شناسان، رس ماده اولیه ای است که اندازه دانه آن کمتر از 2 میکرومتر است. مانند رس ها، به نوبه خود، سنگهایی وجود دارند که از مواد معدنی رسی تشکیل شده اند و ممکن است مواد معدنی دیگری مانند کوارتز، فلدسپات، میکا، کلسیت، هماتیت و مواد آلی به عنوان مواد جانبی در آن وجود داشته باشد. خاک رس، یک بار آسیاب شده و با آب مخلوط می شود، علاوه بر اینکه در حالت تازه کارایی عالی دارد، پس از خشک شدن، بسیار سخت می شود. پس از سوختن به طور معمول در دمای 800 درجه سانتیگراد، مقاومت زیادی پیدا می کند. از رسها در سراسر جهان در صنعت سرامیک، به ویژه در آجر، پوشش و سایر موارد استفاده می شود. با این وجود رسها از ضربات ناشی از انفجار بوجود می آیند و می توانند به چندین ماده معدنی در بین آنها یا کربنات آلوده شوند که می تواند شکلی را ایجاد کند که باعث سوختگی های زیرین شود. سنگ کربنات کلسیم ممکن است به شکل کلوئیدی یا ذرات درشت وجود داشته باشد. با این حال، در همه موارد تفکیک یا محاسبه این غیرممکن است. برخی از محققان سعی کرده اند اندازه تغییرات را کاهش دهند تا تغییرات شیمیایی بهبود یابد. به گفته محققان، کربنات کلسیم و کربنات منیزیم ترکیبات اصلی سنگهای رسوبی کربناته هستند. گروه های کربنات آنیونی به شدت واحدهایی فعال شده و اکسیژن را با یکدیگر تقسیم می کنند. آنها مسئول خواص این مواد معدنی هستند. مهمترین کربناتهای بی آب به سه گروه ساختاری تعلق دارند: گروه کلسیت، گروه آراگونیت و گروه دولومیت. در این میان، مواد معدنی که بیشتر در صنعت سرامیک استفاده می شود، کلسیت و دولومیت است، زیرا مواد اولیه کم هزینه ای هستند، علاوه بر این از خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوبی برخوردار هستند و نهشته های موجود دارند. دوم، این محققان اضافه می کنند که وقتی CaCO3 کوچک باشد، تجزیه می تواند کامل باشد و اکسید کلسیم بعداً با سایر اجزای توده ای تشکیل شود که در هنگام پخت سیلیکاتهای کلسیم و آلومیناتهای سیلیکون (ولاستونیت، آنورتیت، ژلنیت و غیره) تشکیل می شوند. مواد اوليه رس در هنگام سوزاندن در دماي بالا، مراحل كريستالي توليد مي كند كه بر ويژگي هاي محصولات سراميكي تاثير مي گذارد. کلسیت هنگامی که به توده فرموله شده رس اضافه می شود (به نسبت بالاتر از 5٪ و کمتر از 30٪) بر روی محصولات سوخته عمل سفیدکنندگی ایجاد می کند و همزمان با تشکیل مراحل بلوری و مایع، از جمله دمای چرخه ها، از گسترش آن می کاهد. کلسیت و دولومیت مهمترین نماینده کربناتها در صنایع سرامیک هستند. از آنها به عنوان اجزای اصلی در ساخت کاشی و سرامیک با جذب آب بالا استفاده می شود. این پوشش ها شامل “پوشش های متخلخل” یا “کاشی” هستند. این محصولات بر روی دیوارها طراحی یا استفاده می شوند و برای استفاده در کف مناسب نیستند، زیرا دارای مشخصات فنی نامطلوبی مانند مقاومت مکانیکی، ناسازگاری با استفاده هستند. خصوصیات قسمت های یک محصول سرامیکی توسط فازهای بلوری تشکیل شده بر اساس کلسیم و منیزیم به عنوان گلنیت (SiO2⋅Al2O3⋅2CaO) و آئورتیت (2SiO2⋅Al2O3⋅CaO) ثبت می شود. برای دستیابی به این مراحل، از اکسید کلسیم دولومیت و یا واکنش منیزیم با ساختار رس باقی مانده که با تجزیه حرارتی آن اثبات شده است، می توان استفاده کرد.

این عملکرد به طور کلی می تواند از دو طریق بر روی محصول سرامیک تأثیر بگذارد: درصد کم (تا 3٪) و درجه حرارت بالا (بالاتر از 1180 درجه سانتیگراد) باعث ایجاد جریان می شود، یعنی موادی که به کاهش جذب آب و افزایش مقاومت کمک می کنند.

بالاتر از 3٪، آنها می توانند در دمای بالاتر از 1170 درجه سانتیگراد به عنوان پایه عمل کنند.

خاک رس

رسها سیلیکاتهای آلومینیوم هیدراته با ساختار بلوری هستند که بصورت لایه ای مرتب شده اند، متشکل از ورقهای مداوم چهار ضلعی SiO4، به شکل شش ضلعی مرتب شده، با ورقهای هشت ضلعی هیدروکسیدهای فلزی سه ظرفیتی، معمولاً زیر 2 میکرومتر متراکم می شوند. آنها موادی هستند که در تماس با آب به پلاستیک تبدیل می شوند، این یک ویژگی اساسی برای ترکیب محصولات سرامیکی است زیرا مقاومت مکانیکی را در فشار دادن، اکستروژن یا چسباندن ایجاد می کند. رس ها مخلوطی از مواد معدنی مختلف رس مانند کائولینیت، ایلیت و مونتموریلونیت هستند که ممکن است حاوی ناخالصی باشند یا نباشند.

نقش کربنات کلسیم و رس های سنگ آهک برای صنایع تولید سرامیک

نقش کربنات کلسیم و رس های سنگ آهک برای صنایع تولید سرامیک مینای دندان و سرامیک: می توان در مینای دندان مات به عنوان منبع CaO برای ایجاد بلورهایی مانند ولاستونیت، آنورتیت، ژلنیت یا در مینای دندان شفاف که درخشش می دهد، استفاده کرد.

استفاده از کربنات کلسیم به عنوان توده برای پوشش سرامیکی

 به عنوان منبع CaO تا حد 3٪ ، CaCO3  در تشکیل فاز زجاجیه کمک می کند. سطوح CaO که از 8 تا 14 درصد متغیر است، به ایجاد فازهای بلوری مانند ژلنیت، ولاستونیت، شبه ولاستونیت و آنورتیت کمک می کند.

نقش کربنات کلسیم و رس های سنگ آهک برای صنایع تولید سرامیک

بتونه های کربنات کلسیم

کربناتهای کلسیم CaO را فراهم می کنند که به عنوان شار در بتونه های چینی سنگ آهک استفاده می شود.

رنگدانه های سرامیکی کربنات کلسیم

کربنات کلسیم اکسید کلسیم را فراهم می کند که همراه با SnO2 رنگدانه های صورتی تولید می کند.

عینک

لیوان های ساخته شده از NaOH و CaO از CaCO3 در ترکیبات خود استفاده می کنند.

بدست آوردن ملات های ته نشینی

از کربنات کلسیم به عنوان یک عامل پلاستیک سازی برای احتباس آب و ترکیب سنگدانه ها استفاده می شود.

صنعت فولاد

از کربنات کلسیم به عنوان تنظیم کننده شار و pH در تصفیه آب و به عنوان روان کننده برای کشیدن میلگردهای فولادی عمل استفاده می کنند.

کربناتهای کلسیم یا منیزیم می توانند به صورت دانه های ریز یا درشت ظاهر شوند. اگر به صورت دانه های بزرگ (> 125 میکرومتر) ارائه شوند، ممکن است کاملاً عکس العمل نشان ندهند و اکسیدهای حاصل ممکن است باعث آبرسانی مجدد و باعث انبساط شوند.

در ترکیبات کف سرامیکی با جذب آب کم، کربنات کلسیم تا حد 3٪ به عنوان شار عمل می کند. بالاتر از این مقدار، CaCO3 تخلخل را افزایش می دهد و در پوشش های متخلخل تا 40٪ قابل قبول است.

محققان توصیه می کنند که اندازه ذرات CaCO3 باید کمتر از 125 میکرومتر باشد، زیرا ذرات با اندازه بزرگتر،CaO  ناشی از تفکیک کربنات ها هنگامی که در 900 درجه سانتیگراد کلسینه می شوند، با SiO2 موجود در رسها و فلدسپات ها واکنش نشان نمی دهند که باید مراحل شبه ولاستونیت و ولاستونیت را تشکیل دهد، که می تواند باعث ایجاد Ca (OH) 2 شود که توسط هیدراتاسیون CaO  ایجاد می شود، هنگامی که بخشی با رطوبت هوا تماس پیدا می کند، باعث ایجاد مشکلات انبساط توسط رطوبت می شود، که نتیجه آن ترک خوردن است.

صنعت کاشی و سرامیک در سالهای اخیر در دنیا رشد چشمگیری داشته است. رس ها باید از قابلیت انعطاف پذیری کافی برای تأمین مقاومت مکانیکی هنگام تشکیل با فشار، برای تضمین یکپارچگی قطعه در مسیر بین پرس و اجاق گاز برخوردار باشند. فلدسپات موجود در رسها منشأهای اکسیدهای سدیم و پتاسیم هستند، که در دمای بالاتر از 800 درجه سانتیگراد برای آجرها و بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد برای کاشی و سرامیک به عنوان شار عمل می کنند، که تشکیل فاز شیشه ای را تسهیل می کند و تخلخل را کاهش می دهد.

کوارتز در طول تشکیل زمین شناسی با خاک رس مخلوط می شود. اگر در نسبت کمتری وجود داشته باشد، به تشکیل فاز زجاجیه، گاززدایی مواد آلی و آب کمک می کند. با این حال، مقادیر زیادی از کوارتز منجر به کاهش شدید مقاومت مکانیکی می شود. اکسید آهن در مواد اولیه سرامیکی به شکل هماتیت یا گوتیت وجود دارد و به محصول نهایی رنگ قرمز می بخشد.

کربنات کلسیم که در اکثر رسهای مورد استفاده در فرآیند تولید کاشی و سرامیک از نوع BIIb ظاهر می شود، ماده معدنی است که به دلیل اتلاف زیاد نیاز به مراقبت ویژه در استفاده دارد وقتی این ماده معدنی در نسبی معادل 3٪ یا کمتر از آن وجود داشته باشد، به عنوان شار عمل می کند. با این حال، در نسبت بالاتر، کربنات کلسیم می تواند باعث افزایش تخلخل نهایی محصول شود. علاوه بر این، اندازه ذرات کربنات کلسیم برای پردازش سرامیک باید کمتر از 125 میکرومتر باشد. برای اندازه های بزرگتر، مشاهده شده است که CaO ناشی از تفکیک کربنات ها می تواند پس از سوزاندن هیدراته شود و باعث ایجاد تغییرات در قطعه شود. بنابراین، استفاده از رسهای سنگ آهک یک چالش است که نیاز به دقت در پردازش و کنترل در فرمولاسیون و سوزاندن پوشش ها دارد. برای اطمینان از پخت صحیح محصول، آسیاب و پرس مناسب مواد اولیه علاوه بر کارآمدی، سریع سوزاندن با کمترین مصرف انرژی ممکن، ضروری است.

نتیجه گیری

سنگ آهک و کربنات کلسیم آلاینده ای برای رس است که اگر بزرگتر از 125 میکرومتر باشد می تواند باعث انبساط و در نتیجه ترک شود.

آزمایش های سریع که خاک رس را با HCl مخلوط می کنند باعث افزایش جوش در اثر آزاد شدن CO2 شده و به کاهش مقدار سنگ آهک کمک می کنند.

در صنعت سرامیک، آسیاب مرطوب اجزا در آسیابهای توپی انجام می شود و اگر غربالها 150 تا 325 میکرومتر باشند، آسیاب کردن کارایی بیشتری خواهد داشت. در فرمولاسیونهای جرمی سرامیکی، مقدار CaO تا 3٪ به تشکیل فاز زجاجیه کمک می کند، با این وجود، بین 8 تا 14٪، تشکیل فازهای کریستالی را کاهش می دهد و باعث کاهش جذب آب و افزایش مقاومت مکانیکی می شود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *