Aktivacija procesa sinterovanja kod silikatnih sistema promenom atmosfere pečenja

Abstract

Proces pečenja u proizvodnji keramičkog crepa u većini slučajeva se izvodi u oksidavionoj atmosferi. Dobijena mikrostruktura koja obezbeđuje najvažnije osobine primene zavisi od mineraloškog sastava polaznog materijala i temperature termičkog tretmana. Sa stanovišta proizvodnje glinenog crepa, sirovina sa značajnim sadržajem karbonata kao što je kop gline u Kanjiži, predstavlja problem te se ne može koristiti u njenom prirodnom sastavu. U oksidacionom termičkom tretmanu, staklasta faza koja se formira razgradnjom lakotopivih glinenih minerala ne kvasi u dovoljnoj meri zemnoalkalne okside nastale razgradnjom karbonata. Očekivane nove kristalne faze, kao što su gelenit i anortit, koje predstavljaju osnovu dobrih tehničkih osobina crepa, ne mogu nastati u potrebnoj količini. Jedno od rešenja ovog problema je poboljšanje interakcije između silikata i CaO/MgO promenom kvaliteta atmosfere pečenja. Cilj je bio da se dobije odgovor na pitanje, da li se mogu promenom tehnoloških parametara pečenja poboljšati karakteristike finalnog proizvoda dobijenog od sirovinske smeše sa visokim masenim udelom karbonata. Dati su rezultati pečenja u oksidacionoj i redukcionoj atmosferi u pogledu fizičkomehaničkih karakteristika i nastanka novih kristalnih faza. U radu su primenjene metode 57Fe Mössbauer spektroskopije, difrakcija X zraka i dilatometrijska analiza za identifikaciju promena faza tokom pečenja u oksidacionoj i redukcionoj atmosferi (CO/N2 atmosfera) na temperaturama od 700-1060°C. Ove promene reflektuju dehidroksilaciju glinenih minerala, dekompoziciju karbonata, denzifikaciju i formiranje novih kristalnih faza (plagioklasi). U cilju analize industrijskih uzoraka, pored 57Fe Mössbauer spektroskopije, primenjene su i sledeće metode: skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM) sa EDS analizom, živina porozimetrija, fotoelektronska spektroskopija (XPS) i karakterizacija apsorbcije vode, otpornosti na mraz i nosivosti. Primena redukujuće atmosfere pokazala se kao opravdana, dobijen je glineni crep poboljšanih karakteristika u odnosu na standardni proizvod pečen u oksidacionoj atmosferi.

The firing process in clay roofing tile production is normally carried out in oxidizing firing atmosphere. The obtained microstructure which provides the most important properties of the application depends on the mineralogical composition of the starting raw material and the firing temperature. Concerning the production of roofing tiles, clay raw materials with a high content of carbonates such as the Kanjiza clay material, possess an inappropriate composition. The melt phase is formed after the decomposition of clay minerals during the common firing process. This liquid phase, due to its extent wetting characteristics, is not able to wet properly the earth alkali oxides obtained after the decomposition of the carbonates. The expected new crystalline phases, like gehlenite and anorthite, which are needed for the favorable technical properties of the roofing tiles, can not be formed in the required quality and quantity. One solution to this problem is the limebonding improvement by changing the conditions of the firing atmosphere. The main aim of this work is to examine the effects of firing conditions on the properties of clay roofing tiles with high carbonate content. The obtained physical and mechanical properties and the obtained new crystalline phases are described in detail. The experiment used dilatometry, X-ray diffractometry, 57Fe Mössbauer spectroscopy to identify the changes during the firing process in oxidizing and reducing atmosphere (CO/N2 atmosphere) at temperatures between 700 and 1060°C. Furthermore, for industrial sample analysis, scanning electronmicroscopy with EDS, XPS, Hg porosimetry, water absorption procedure, frost resistance and bending measurements were applied. The application of reducing atmosphere was proved to be valid. The obtained roofing tiles had improved properties compared to the standard production which uses oxidizing firing atmosphere.