Производство керамических материалов: теория и аналитический контроль

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное 

образовательное учреждение высшего образования 

«Казанский национальный исследовательский 

технологический университет» 

 
 
 
 
 
 
 

Г. Г. Мингазова, С. В. Водопьянова, А. З. Сулейманова 

 
 

ПРОИЗВОДСТВО  

КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ:  

ТЕОРИЯ И АНАЛИТИЧЕСКИЙ 

КОНТРОЛЬ 

 

 

Учебно-методическое пособие 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

Казань 

Издательство КНИТУ 

2019 

УДК 666.651.2(07) 
ББК 34.41я7 

М61

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета 

 

Рецензенты: 

д-р хим. наук, проф. Е. В. Сагадеев 
д-р техн. наук, проф. А. В. Корнилов 

 

 
М61 

Мингазова Г. Г. 
Производство керамических материалов: теория и аналитический контроль : учебно-методическое пособие / Г. Г. Мингазова, С. В. Водопьянова, А. З. Сулейманова; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во 
КНИТУ, 2019. – 112 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2648-4

 
Содержит сведения о сырье, используемом для получения керамиче
ских материалов, в частности керамического кирпича. Описаны основные 
технологические стадии получения керамических материалов. Приведены 
стандартные методы определения основных свойств сырья и материалов, 
а также представлены лабораторные работы. 

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 18.03.01 

«Химическая технология», профиль «Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов», а также для магистрантов, обучающихся по 
направлению 18.04.01 «Химическая технология», программы «Химия и технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» и «Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов». 

Подготовлено на кафедре технологии неорганических веществ и мате
риалов. 

 

 

ISBN 978-5-7882-2648-4 
© Мингазова Г. Г., Водопьянова С. В., 

Сулейманова А. З., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 666.651.2(07) 
ББК 34.41я7 

ВВЕДЕНИЕ 

 
 
Керамическая технология относится к одной из наиболее 

древних областей знания, в которых накоплен опыт многих тысячелетий. Уникальность сырья, многообразие методов формования 
и декорирования, многостадийность керамической технологии делают ее весьма сложным предметом для изучения. «Керамика» 
происходит от греческих слов кeramike – гончарное искусство и 
кeramos – глина; поэтому под технологией керамических изделий 
подразумевают производство материалов и изделий из глинистого 
сырья, хотя сегодня используется и другое минеральное сырье. Появились такие термины, как «новая керамика», «металлокерамика», 
«тонкая техническая керамика». 

Основной целью пособия является закрепление знаний по ос
новным теоретическим положениям лекционного курса и получение практических навыков исследования глинистого сырья, 
оценки пригодности его для технологии керамических материалов 
и исследования физико-механических свойств глин с применением 
стандартизованных и современных методов испытаний. 

Отчет по лабораторным работам составляются каждым сту
дентом индивидуально в последовательности, приведенной в данном учебном пособии с обязательным представлением и обсуждением результатов выполнения лабораторной работы в обработанном виде (таблицы, графики, рисунки, схемы и т. д.) и выводов. Затем отчеты по каждой лабораторной работе собираются в общий 
отчет в соответствии с перечнем лабораторных работ. 

Общий отчет включает: 
- титульный лист; 
- содержание; 
- описание лабораторных работ с кратким изложением тео
ретических положений и результатами экспериментальных данных; 

- общие выводы и заключение по теме; 
- список используемой литературы. 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЫРЬЕ, 

ПРИМЕНЯЕМОМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА 

СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ 

Керамика – собирательное название широкой группы искус
ственных камнеподобных изделий, получаемых формованием из 
глиняных смесей с минеральными добавками с последующей сушкой и обжигом. 

В настоящее время керамику можно определить как совокуп
ность изделий, обладающих общими признаками. Тогда определение керамики – это изделие, изготавливаемое из одного либо нескольких природных или техногенных неорганических неметаллических материалов путем предварительного дробления, измельчения и перемешивания с добавлением при необходимости связующих или иных компонентов, с дальнейшим формованием из полученных масс и термической обработкой, обеспечивающая получение изделий с заданной структурой, фазовым составом и свойствами. Керамика применяется для возведения стен и покрытия 
зданий, облицовки полов, фасадов, печей, дымовых труб, для 
устройства канализации. 

К керамическим материалам относятся изделия различного 

назначения, которые отличаются друг от друга по виду используемого сырья, свойствам и способам производства. По производственно-строительному признаку керамические изделия подразделяются на следующие виды: изделия строительной керамики; электротехнической керамики; химически стойкой (кислотоупорной) 
керамики; бытовой керамики; огнеупорные изделия. 

К изделиям строительной керамики относят материалы 

(кирпич, стеновые камни), кровельные (черепица), фасадно-облицовочные (лицевой кирпич, фасадно-облицовочные плитки), 
плитки для полов, облицовочные плитки для внутренних помещений, санитарно-технические изделия, клинкерный кирпич, канализационные и дренажные трубы, кислотоупорный кирпич и 
плитки, керамзит. 

К изделиям электротехнической керамики относят электро-, 

радио- и другие виды керамики (ролики, штепсельные розетки, 
изоляторы низко- и высоковольтовые). 

К изделиям химически стойкой керамики относят кирпич и 

плитки для футеровки химической аппаратуры и строительных 
конструкций, заводская аппаратура для химической промышленности (центробежные и поршневые насосы для перекачки едких 
жидкостей, вентиляторы для агрессивных газов). 

К изделиям бытовой керамики относят хозяйственный фаянс 

и фарфор (чайная и столовая посуда), художественно-декоративные изделия (вазы, статуэтки). 

К огнеупорным изделиям – материалы для футеровки печей и 

других тепловых агрегатов. 

Такая классификация отражает в основном назначение изде
лий и не разделяет их по свойствам (структура изделий, их плотность, пористость) и технологическим особенностям производства. 

Изделия строительной керамики разделяются на две группы: 

изделия грубой строительной керамики и изделия тонкой строительной керамики. В первую группу входят стеновые, кровельные, 
фасадно-облицовочные материалы, дренажные трубы, керамзит и 
др. Во вторую – облицовочные плитки для внутренних помещений, 
санитарно-технические изделия и др. 

По плотности керамические изделия делятся на пористые и 

плотные. Пористыми называются изделия, водопоглощение которых более 5 %. К ним относятся кирпич, черепица, облицовочные 
плитки, керамзит, изделия из фаянса. Плотными называются изделия с водопоглощением менее 5 %. Это фарфоровые, кислотоупорные изделия, клинкерный кирпич, канализационные трубы. 

Керамические изделия могут быть глазурованными и негла
зурованными. 

В производстве керамических изделий на основе глинистых 

минералов используется три группы сырья: пластичные материалы, 
отощающие материалы и плавни. В особую группу выделяют технологические добавки. К пластичным материалам относятся глины 
и каолины. Непластичные разделяются на отощающие материалы 
и плавни. Отощающие материалы вводятся в керамические 

изделия для снижения их усадки при сушке и обжиге. Они могут 
быть естественного происхождения (кварцевый песок) или искусственно приготовленными (шамот, бой изделий). Плавни вводятся 
в состав керамических изделий для снижения температуры спекания. Эти материалы при обжиге вступают во взаимодействие с другими компонентами керамической массы, образуя легкоплавкие 
соединения. Введение технологических добавок в состав масс влияет на структуру и свойства керамических материалов. 

1. Пластичные материалы – основной компонент керами
ческих масс, который определяет способность последних к формованию, а также оказывает решающее влияние на состав и свойства 
керамики. К этой группе относятся глины и каолины. 

По ГОСТ 9169-75 глины классифицируется по содержанию 

оксида алюминия, водорастворимых солей; по содержанию свободного кремнезема, тонкодисперсных фракций и крупнозернистых включений; по пластичности; по механической прочности на 
изгиб в сухом состоянии; по минеральному составу; по огнеупорности; по спекаемости. Свойства керамических изделий определяются в основном составом глины: химическим, минералогическим 
и гранулометрическим. 

Содержание основных минералов и примесей в глинах тес
ным образом связано с их химическим составом, зная который 
можно приближенно выявить минеральный состав, предсказать некоторые технологические свойства глин, произвести необходимые 
технологические расчеты (шихтовой состав). 

Классификация глинистого сырья по химическому составу 

основана на содержании Al2O3 и красящих оксидов. В зависимости 
от содержания Al2O3 (на прокаленное вещество) глины разделяют 
на пять групп: высокоглиноземистые (А12О3 более 45 %), высокоосновные (38–45 %), основные (28–38 %), полукислые (14–28 %), 
кислые (менее 14 %). По содержанию красящих оксидов глины делят на четыре группы: от весьма низкого (Fe2О3 + TiO2 не более 
1 %) до высокого содержания (Fe2О3 свыше 3 % и TiO2 свыше 2 %). 

Зная химический состав глин, можно дать им примерную 

оценку. Высокое содержание А12O3 свидетельствует о большом 
количестве глинистых минералов, сравнительной чистоте сырья и 

повышенной огнеупорности. Теоретически возможное максимальное содержание А12O3 в каолините составляет 39,5 %. В природных каолинах и глинах глинозема всегда меньше. Малое содержание А12O3 при большом количестве SiO2 может свидетельствовать 
о запесоченности сырья или о том, что глинообразующим минералом является монтмориллонит, в чистых разновидностях которого 
содержание А12O3 колеблется от 11 до 25 %, a SiO2 – от 48 до 56 %. 

Глины, содержащие мало А12O3 и много оксидов щелочных и 

щелочноземельных металлов, легкоплавки и могут быть использованы лишь в производстве строительной керамики. Высокое содержание А12O3 при значительном количестве оксидов щелочных металлов и небольшом количестве других плавней (CaO, MgO) обусловливает низкую температуру спекания, широкий интервал 
спекшегося состояния и одновременно высокую огнеупорность 
глины. Такое сырье особенно ценно, оно позволяет изготовлять изделия различного назначения: фаянс, фарфор, кислотоупоры, шамотные огнеупоры. 

Химический состав глин в значительной степени определяет их 

пригодность для производства тех или иных изделий. Сделана попытка (диаграмма Августиника) сгруппировать глины по их назначению в зависимости от соотношения основных оксидов (рис. 1.1). 

Так, например, Часовъярская глина состава, % мас.: SiO2 – 

49,52; TiO2 – 1,3; Al2O3 – 33,51; Fe2O3 – 1,19; MgO – 0,90; CaO – 
0,93; Na2O – 0,44; K2O – 2,32, после деления количества оксидов, 
ее образующих, на соответствующие молекулярные массы дает соотношение 

!"#$%

&'$# = 0,41 и сумму молей плавней Fe2O3 + MgO + 

+ CaO + Na2O + K2O = 0,075. Соответствующая этой глине точка 
находится на диаграмме в области 1, следовательно, ее можно отнести к огнеупорным глинам. 

Диаграмма дает ориентировочную оценку возможных обла
стей использования различных глин. 

Глины – это осадочные тонкообломочные горные породы, со
стоящие в основном из глинистых минералов каолинитовой, монтмориллонитовой и гидрослюдной групп. 

 

Рис. 1.1. Промышленное назначение глин в зависимости от 

их химического состава (по Августину): 1 – огнеупорные 

шамотные изделия; 2 – плитки для полов, канализационных труб, 

кислотоупорные изделия и каменный товар; 3 – гончарные 

и терракотовые изделия; 4 – черепица; 5 – дорожный клинкер;  

6 – кирпич 

Образование глинистых минералов связано с длительными 

сложными геологическими процессами. Полагают, что образованию водных алюмосиликатов способствовали механическое выветривание горных пород, разложение под влиянием жизнедеятельности бактерий и химическое воздействие растворов хлоридов, 
фторидов, сернистых соединений. Наряду с глинистыми минералами и кремнеземом в продуктах разложения могут содержаться 
поташ, магнезит, гематит, лимонит и другие минералы. 

Среди глинистых минералов наиболее распространены као
линит, галлуазит, монтмориллонит, гидрослюды, хлорит. Эти 

минералы имеют преимущественно слоистое (листовое) строение. 
Кристалличность минералов глин колеблется от совершенных кристаллов до структурно неупорядоченных фаз, вплоть до аморфных 
(аллофан). В зависимости от преобладания того или иного глинистого минерала глины подразделяют на семь групп: 

– каолинитовые, 
– гидрослюдистые, 
– монтмориллонитовые, 
– гидрослюдисто-каолинитовые, 
– монтмориллоните-каолинитовые, 
– монтмориллонито-гидрослюдистые 
– полиминеральные, содержащие три и более глинистых ми
нерала. 

В соответствии с общими представлениями основной струк
турный мотив слоистых глинистых минералов – это двух-, трех- 
или четырехслойные пакеты, состоящие из тетраэдрических и октаэдрических слоев (листов). 

Тетраэдрический слой образован кремнекислородными тет
раэдрами SiО4, в которых ионы кислорода (r0 = 0,132 нм) окружают 
сравнительно малые (rSi = 0,039 нм) ионы кремния (рис. 1.2,а). 

Тетраэдры сгруппированы так, что создают повторяющуюся 

гексагональную сетку, образующую плоский лист толщиной 
0,493 нм, причем все вершины тетраэдров обращены и одну сторону, а основания лежат в одной плоскости (рис. 1.2,б, в). 

Другой характерный слой образуют октаэдры из двух рядов 

плотноyпакованных ионов кислорода или гидроксида с ионами 
алюминия либо магния, реже железа, расположенными на равном 
расстоянии от шести ионов кислорода (или гидроксида) (рис. 1.3). 

В случае заполнения октаэдрических пустот алюминием или 

другими трехзарядными катионами при образовании слоя должно 
быть занято только 2/3 их части, чтобы сбалансировать по зарядам 
структуру. Толщина октаэдрического слоя в структурах глинистых 
минералов составляет 0,505 нм. 

Тетраэдрический и октаэдрический слои могут чередоваться 

в глинистых минералах различным образом, образуя несколько характерных групп. Отсюда и главный классификационный признак 

глинистых минералов – определенное сочетание слоев. По этому 
признаку в соответствии с представлениями Грима различают несколько структурных групп глинистых минералов. 

 

Рис. 1.2. Тетраэдрический кремнекислородный слой:  

а – отдельный тетераэдр; б – сетка тетраэдров в перспективе; 

в – сетка тетраэдров в проекции на плоскость основания 

тетраэдров 

 

Рис. 1.3. Октаэдрический слой: а – отдельный октаэдр; б – сетка 

октаэдров