CCF20120605003

Główne reakcje występujące w czasie wypalania w glinach

1)    wydzielanie się wody higroskopijnej z minerałów ilastych i wody z alofanoidów

2)    utlenianie domieszek organicznych

3)    wydzielanie się wody konstytucyjnej tj. odwadnianie minerałów ilastych

4)    reakcje w fazach stałych

5)    reakcje fazy ciekłej i tworzenie się stopu szklistego

6)    powstawanie nowych faz krystalicznych

7)    reakcje dekarbonizacji i usuwania siarki

Pierwsza grupa reakcji charakteryzuje się niewielkim efektem endotermicznym gliny piaszczystej i gliny hydrołyszczykowo-kaolinitowej. Tworzy się przy tym para wodna, której ciśnienie może rozerwać wyrób przy bardzo dużym wzroście temperatury. Reakcji towarzyszy spadek przewodności cieplnej gliny.

Druga grupa reakcji - utlenianie domieszek organicznych - charakteryzuje się efektem endotermicznym w temperaturze 300 - 400*C. Część tych domieszek może pozostać nie wypalona przy szybkim wzroście temperatury oraz niewystarczającym doprowadzaniu i dyfuzji tlenu z atmosfery w głąb wyrobu, ujawnia się to w postaci ciemnego rdzenia na przełamie wyrobu. Przy powolnym spalaniu może nastąpić przemiana części węgla w grafit. Spalanie się części organicznych, wprowadzonych do gliny w postaci węgla, przebiega w dwóch etapach. Ponieważ przyczyną osłabienia działania tlenu z powietrza na proces spalania się węgla w glinie jest przeciwprąd CO i C0₂, zatem przy szybszym wzroście temperatury wpływ środowiska utleniającego powinien zmniejszać się, a wpływ wewnętrznego środowiska redukującego - zwiększać, co zależy od porowatości i wielkości wyrobów oraz od koncentracji węgla.

Minerały ilaste działają w procesie swego odwadniania katalitycznie, przyczyniając się do spalania węgla w glinie, a wydzielająca się woda sprzyja spalaniu węgla według reakcji C + H₂0 * CO ♦ H₂.

Jednocześnie w temperaturze 400C i powyżej 1000'C może nastąpić osadzanie się w glinie węgla pochodzącego ze środowiska gazowego, zawierającego 1-3% CO.

Szybkość spalania części organicznych w miarę wzrastania temperatury zwiększa się, ale tylko do momentu pojawienia się fazy ciekłej w wypalonej glinie, po czym znacznie zmniejsza na skutek pogorszenia się dyfuzji tlenu atmosferycznego. Maksymalna szybkość spalania części organicznych występuje w temperaturze ok. 780 - 800'C, dlatego na tym etapie wypalania zaleca się przetrzymywać wyroby przez pewien czas w wyżej podanym zakresie temperatur.

Trzecia grupa reakcji - odwodnienie minerałów ilastych -charakteryzuje się efektem endotermicznym w zakresie temperatur od 500' (450') do 600‘ (700')C, w niektórych glinach kaolinitowych do 900'C. Odwodnieniu towarzyszy także spadek przewodności cieplnej.

Gazowe środowisko wypalania wpływa na intensywność odwadniania; zwiększenie koncentracji H_zO w środowisku gazowym wstrzymuje reakcję odwadniania zgodnie z prawem działania mas. Środowisko redukujące, wywołuje reakcję odszczepienia tlenu w aktywnych warunkach „przerwanych wiązań” i obniża temperaturę odwadniania.

Próbki wypalone w środowisku redukującym lub redukująco -utleniającym, uzyskują strukturę normalnie wypalonego czerepu w temperaturze ok. 1000'C, czyli wcześniej niż w środowisku utleniającym. Oprócz tego obecność Fe²⁺ w glinach sprzyja tworzeniu się nowych faz polepszających jakość wyrobów ceramiki budowlanej.

Grupa reakcji w stałych fazach glin, przebiegających na drodze dyfuzji (dyfuzja zachodzi dzięki spadkowi potencjału chemicznego na granicy faz), jest opisana za pomocą równań kinetyki i charakteryzuje się różnym przebiegiem tych procesów.

1)    AI₂0₃‘2Si0₂ = 1/3 (3AI₂0₃*2Si02) + 4/3Si02

2)    AI₂0₃*2Si0₂ + 3/4 Fe₂0₃ = FeOAI₂0₃ + ¹/₄ (FeO*Si0₂) + 7/4Si0₂ + 3/80₂

3)    AI₂0₃*2Si0₂ + 3/2 FeO = Fe0«AI₂0₃ + ¹/₄(2Fe0«Si0₂) + 7/4 Si0₂

4)    AI20₃*2Si0₂ +1/4 FeO = ¹/₄ (Fe0«AI₂0₃) + % (3AI₂0₃*2Si0₂) + 3/2 Si0₂

5)    1/3 (AI₂0₃«2Si0₂) + CaC0₃ + 4/3Si0₂ = Ca0«AI₂0₃ 2Si0₂ + C0₂

Równania wykazują, że reakcja tworzenia się hercynitu Fe0*AI₂0₃ i fajalitu 2Fe0»Si0₂ przebiega intensywniej w obecności wistytu FeO (w warunkach redukujących) niż w obecności Fe₂0₃ (w warunkach utleniających). Przy tworzeniu się mulitu (4) intensywnie współdziała FeO. Przy powstawaniu FeO z Fe₂0₃ spiekanie komplikuje się wskutek pęcznienia (powstawania gazów), co nie ma znaczenia w przypadku glin ceglarskich.

W zwykłych glinach, zawierających CaC0₃, tworzenie się hercynitu, mulitu i anortytu (Ca0*AI₂0₃»2Si0₂) jest bardziej prawdopodobne w warunkach redukujących niż w utleniających (5). W glinach z nadmiarem CaC03 (zawapnione gliny żelaziste) mulit i hercynit rozkładają się tworząc w temperaturze powyżej 960C anortyt, gliniany i krzemiany wapnia oraz braunmileryt.