ویژگی های خاک در تولید آجر و سفال

خاک در تولید آجر و سفال باید دارای چه ویژگی هایی باشد ؟

تحقیقات انجام شده درباره ویژگی های خاک در تولید آجر و سفال نشان می‌دهد که مجموعه ایده‌آل برای تهیه آجر و بطور کلی صنعت سرامیک شامل ترکیبات عمده رسی و ترکیبات مشابه آن می‌باشد که بطور کلی می‌توان از ترکیبات ذیل در اندازه‌های کوچکتر از 60 میکرون آجر تهیه کرد.

اساسی‌ترین مواد اولیه خاک در تولید آجر و سفال عبارتند از:

1. رس‌ها یا سیلیکات‌های هیدراته.
2. فلدسپات‌ها یا سیلیکات‌های قلیائی.
3. مارن‌ها یا مخلوط رس و آهک.
4. میکاها یا سیلیکات‌های مضاعف.
5. سیلیس.
6. بوکسیت.
7. آهک.

لازم به ذکر است کیفیت خاک در تولید آجر و سفال پایین‌تر از کیفیت خاک چینی و نسوز است. لذا انواع زیادی از ترکیب‌های مختلف را می‌توان برای تهیه آجر بکار برد.

مواد داخلی خاک در تولید آجر و سفال عبارتند از: کائولینیت، ایلیت (شامل مواد معدنی میکا)، کلریت (شامل لایه‌های متناوب میکا)، بروسیت همراه با کوارتز، اکسیدهای مختلف، کربنات‌ها و مواد آلی که این مواد را می‌توان با ترکیب درصدهای مختلف در خاک آجر یافت. ممکن است ترکیبات مواد یک رگه از معدن در طول و عمق رگه تغییرات زیادی یابد. بطور کلی خاک در تولید آجر و سفال با مواد معدنی مختلفی همراه است از جمله: کوارتز، میکا، پیریت، اکسیدآن، کلسیت، کربنات مضاعف کلسیم منیزیم، گچ و اکسید تینان. در تولید آجر خواصی که از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند عبارتند از:

پلاستیسیته، سختی در حالت مرطوب، انقباض در زمان پخت، تقلیل حجم در زمان آبشخوری، میل به ترک خوردن و تاب برداشتن، دامنه تکوین فاز شیشه‌ای و رنگ پس از ریخت که خواص ذکر شده بستگی به مواد کانی و دانه‌بندی خاک مورد نظر دارد.

بطور کلی در آزمایشگاه اکسیدها، عناصر و مواد زیر اندازه‌گیری می‌شوند.

رس Al2O3

سیلیس SiO3

آهک CaO

اکسیدآهن Fe2O3

اکسیدمنیزیم  MgO

اکسیدهای سدیم و پتاسیم K2O , Na2O

کلرورهای محلول در آب

سولفات‌ها

افت سرخ شدن

وجود ناخالصی‌های ذکر شده در ترکیب شیشه‌ای و آتشخوری خاک‌ها مؤثر است. همچنین مقاومت و سختی در مقابل آتشخوری و انقباض خاک‌های رسی در زمان خشک شدن بستگی و رابطه مستقیم با ناخالصی‌های موجود در خاک رس دارد.

1. سیلیس SiO2 و ماسه

سیلیس (SiO2) در ترکیب کلیه سیلیکات‌ها وجود دارد.

این کانی از لحاظ فراوانی مهمترین مواد معدنی پوسته جامد زمین (لیتوسفر) می‌باشد.

با مطالعاتیکه تا عمق 16 کیلومتری در پوسته جامد زمین صورت گرفته نشان می‌دهد که سنگ‌های سطح زمین به ترتیب فراوانی عبارتست از:

1. سنگ‌های آذرین
2. سنگ‌های دگرگونی
3. سنگ‌های رسوبی

تجزیه شیمیائی نمونه‌های متعدد سنگ‌ها مقدار درصد عناصر موجود در قشر زمین را به صورت زیر نشان داده است:

عنصر                     درصد جرم

اکسیژن                    46%

سیلیسیوم                 28%

آلومینیوم                 1/8%

آهن                         5%

کلسیم                    6/3%

سدیم                   76/2%

پتاسیم                    6/2%

منیزیم                    1/2%

بقیه عناصر             15/1%

همانطور که جدول فوق نشان می‌دهد سیلیسیوم که عنصر اصلی تشکیل‌دهنده سیلیکات‌ها است بعد از اکسیژن فراوان‌ترین عنصر موجود در سنگ‌ها می‌باشد.

اندازه سیلیس خاک در سنگ‌های سیلیکات آلومینیوم بستگی به جنس خاک دارد و مقدار ماسه اگر بیش از حد باشد چسبندگی کم می‌شود و از طرفی دانه‌های سیلیس با بالا رفتن درجه حرارت هنگام پختن آجر دائماً حجم آن افزایش می‌یابد و با جمع شدن یکنواخت خشت هنگام پخت هماهنگی ندارد و در آجر دور دانه‌های سیلیس ترک‌های موئی ایجاد می‌شود. اگر مقدار آن زیادتر باشد موجب تردی و پوکی آجر شده و از مقاومت آن کاسته می‌شود.

2.   آلومین AL2O3

حدود قابل قبول اکسید آلومینیوم 9 تا 21 درصد می‌باشد. (استاندارد شماره 848  ایران) و مناسب‌ترین میزان نزدیک به 15 درصد ذکر گردیده است. (نبیان 1363)
اگر مقدار اکسید آلومینیوم بیش از مرز مجاز باشد هنگام خشک شن خشت خام ترک بر می‌دارد و در هنگام پخت آجر می‌شکند.

3.  آهک CaCo3

کربنات کلسیم به مقدار کم و به شکل پودر به آجر آسیب نمی‌رساند و آجر را سفید رنگ می‌کند ولی مقدار زیادتر از حد لزوم نقش گدازآور داشته و درجه ذوب شدن خاک رس را پایین می‌آورد و در گرمای کوره خشت خمیری شکل و ذوب می‌شود. ضمناً دانه‌های درشت سنگ آهک در کوره ریخته و به آهک زنده (Cao) تبدیل می‌شود و پس از حذف شدن آن آب ملات را جذب کرده و باد می‌کند و سبب ترکاندن آجر می‌شود که این عمل را آلوک زدن می‌گویند.

اکسیدآهنFe2O3

اگر آهن بصورت سولفور در خاک باشد در کوره آجر به اکسیدآن و SO3 تجزیه می‌شود که اکسید تولید شده با عنصری چون MgO, CaO , K2O و Na2O ترکیب شده و سولفات این عناصر را می‌دهد و همانطور که گفته شد آجر پس از مصرف سفیدک می‌زند. اکسید آهن در آجر نقش گدازآور داشته (در گرمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد) و مقدار آن تا 5 درصد وزن خاک موجب سرخی رنگ آجر می‌شود و در گرمای کم کوره، آجر نیم‌پز شده و آهن آن به FeO تبدیل شده و رنگ آجر کبود و پرک می‌شود.

سولفات‌ها

سولفات کلسیم، سدیم، پتاسیم و منیزیم که کم و بیش در رس‌ها وجود دارند مقدار بیش از حد معمول این مواد موجب سفیدک زدن آن پس از مصرف می‌شوند و علت آن جذب آب به وسیله سولفات‌های موجود در خاک رس است. اندازه سولفات منیزیم در خاک آجر تا 6 درصد وزن خاک قابل قبول است و بایستی حتی‌الامکان ذرات ریزدانه باشند و زیاد بودن مقدار آن در خاک باعث شکفتگی زودرس در آجر می‌شود.

سنگ گچ

سولفات سدیم و پتاسیم تا 4 درصد وزن خاک قابل قبول است. سنگ گچ در خاک آجر تا 5/2 درصد وزنش پذیرفته است و در گچ به دلیل وجود گوگرد در معرض آب باران قرار گرفته و تولید سولفات می‌کند.

نمک خوراکی (NaCl)

نمک خوراکی به خاک آسیب نمی‌رساند و سایر نمک‌ها تا 5/0 درصد مجاز می‌باشند زیرا با مقدار بیشتر تولید اسید می‌شود.

اکسید تیتان (TiO2)

اکسید تیتان به دلیل داشتن نقطه ذوب بالا در آجر مشکل ایجاد نمی‌کند.

مواد آلی

گیاهان موجود در خاک هنگام قرار گرفتن آجر در کوره می‌سوزند و محل آن‌ها در آجر خالی می‌ماند و آجر پوک می‌شود. قابل ذکر است برای ساختن آجر سبک به گل، خاک اره اضافه می‌کنند.

یادآوری (1)

نقطه ذوب در صورت ضرورت برای تعیین نوع خاک اندازه‌گیری می‌شود.

یادآوری (2)

درصد انقباض خشت پس از خشک شدن برای تعیین ابعاد استاندارد قالب استفاده می‌شود.

یادآوری (3)

برای جلوگیری از متلاشی شدن آجر در اثر شکفته شدن آهک در صورتیکه میزان Cao از 15 درصد بیشتر باشد باید خاک آجر را از الک 20 مش (85/0 میلی‌‌متر) گذراند.

یادآوری (4)

در مواردیکه مقدار سیلیس کمتر از حد مجاز می‌باشد در بخش فرآوری آجر بایستی به مقدار مورد لزوم سیلیس اضافه شود.

تهیه و تنظیم : واحد R & D شرکت آرکا کسری