Производство керамических изделий (ИТС 4-2023)

Оглавление

Введение

Предисловие

XIV

Область применения

Раздел 1 Общая информация о состоянии и развитии производства керамических

изделий в Российской Федерации

1.1 Основные подотрасли производства керамических изделий

1.2 Обзор отрасли: производство керамического кирпича и камня

1.3 Обзор отрасли: производство керамической плитки

1.4 Обзор отрасли: производство огнеупорных изделий

1.4.1 Классификация огнеупорных изделий

1.4.1.1 Формованные огнеупоры

1.4.1.2 Неформованные огнеупоры (бетоны, пластичные массы и набивные

массы, торкрет-массы, огнеупорные мертели)

1.4.1.3 Теплоизоляционные огнеупорные материалы (теплоизоляционные

кирпичи, волокнистые теплоизоляционные огнеупоры)

1.4.2 Текущее состояние отрасли производства огнеупорных изделий

1.5 Обзор отрасли: производство санитарно-технических изделий

1.6 Обзор отрасли: производство посуды и декоративных изделий (хозяйственно-

бытовая керамика)

1.7 Обзор отрасли: производство изделий из керамики технического назначения, в

том числе керамических изоляторов

1.8 Обзор отрасли: производство керамических пропантов

1.9 Экологические аспекты производства керамических изделий и воздействие

предприятий отрасли на окружающую среду

Раздел 2 Описание технологических процессов, используемых при производстве

керамических изделий

2.1 Технологические процессы и способы производства керамических изделий

2.1.1 Сырьевые материалы

2.1.2 Общее описание производственного процесса

2.1.3 Основные участки производства керамических изделий

2.1.3.1 Хранение и транспортировка сырья в пределах производственной

площадки

2.1.3.2 Подготовка сырьевых материалов

2.1.3.2.1 Первичное и вторичное дробление, измельчение и рассев

2.1.3.2.2 Сухой или мокрый помол (измельчение)

2.1.3.2.3 Рассев (классификация)

2.1.3.2.4 Распылительная сушка

2.1.3.2.5 Предварительный обжиг сырья (прокаливание)

2.1.3.2.6 Искусственное сырье

2.1.3.2.7 Фритты и глазури, приготовление глазурей

2.1.3.3 Смешивание компонентов и получение формовочных масс

2.1.3.4 Формование изделий

2.1.3.4.1 Полусухое прессование

2.1.3.4.2 Пластическое формование

2.1.3.4.3 Шликерное литье

2.1.3.5 Сушка

2.1.3.5.1 Сушила с горячим подом для контактной сушки

2.1.3.5.2 Камерные сушила периодического действия для конвективной сушки 51

2.1.3.5.3 Туннельные сушила непрерывного действия для конвективной сушки 51

2.1.3.5.4 Вертикальные корзинные сушила для конвективной сушки

2.1.3.5.5 Горизонтальные многоярусные роликовые сушила для конвективной

сушки

2.1.3.6 Обработка поверхности и декорирование

2.1.3.6.1 Текстурирование поверхности изделий

2.1.3.6.2 Нанесение покрытий

2.1.3.6.3 Ангобирование, глазурование и другие техники декорирования

2.1.3.7 Обжиг

2.1.3.7.1 Печи периодического действия

2.1.3.7.2 Непрерывно действующие печи

2.1.3.8 Послеобжиговая (финишная) обработка

2.1.3.8.1 Механическая обработка (шлифовка, сверление отверстий, резка,

полировка)

2.1.3.8.2 Насыщение углеродом (огнеупоры)

2.1.3.8.3 Введение вспомогательных материалов

2.1.3.8.4 Металлизация керамики

2.1.3.8.5 Окончательная сборка

2.1.3.9 Сортировка, упаковка и хранение

2.1.4 Вспомогательные участки и участки переработки (системы очистки отходящих

газов и сточных вод)

2.1.5 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

2.1.6 Схема входных и выходных потоков производства керамических изделий

2.2 Производство керамического кирпича и камня

2.2.1 Переработка сырьевых материалов и приготовление шихты

2.2.2 Подготовка и применение выгорающих добавок (опилки)

2.2.3 Формование

2.2.4 Сушка

2.2.5 Обжиг

2.2.6 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства керамического кирпича и камня

2.3 Производство керамической плитки

2.3.1 Приемка и хранение сырьевых материалов

2.3.2 Массозаготовка, приготовление пресс-порошка (массы)

2.3.3 Формование полуфабриката

2.3.4 Сушка, декорирование и обжиг

2.3.5 Послеобжиговая обработка

2.3.6 Сортировка и упаковка готовых изделий

2.3.7 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства керамической плитки

III

2.4 Производство огнеупорных изделий

2.4.1 Приемка, подготовка, хранение сырьевых материалов и смешивание

компонентов

2.4.2 Формование полуфабриката

2.4.3 Сушка

2.4.4 Обжиг

2.4.5 Сортировка и упаковка готовых изделий

2.4.6 Технологическая схема производства неформованных огнеупоров

2.4.7 Технологическая схема производства вибролитых сложнофасонных

огнеупорных изделий

2.4.8 Технологическая схема производства углеродсодержащих огнеупоров

2.4.9 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

2.5 Производство санитарно-технических изделий

2.5.1 Приемка и хранение сырьевых материалов

2.5.2 Приготовление шликера и глазури

2.5.3 Формование

2.5.4 Оправка и подвялка полуфабриката

2.5.5 Сушка

2.5.6 Глазурование

2.5.7 Обжиг

2.5.8 Сортировка и упаковка изделий

2.5.9 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

2.6 Производство посуды и декоративных изделий (хозяйственно-бытовая

керамика)

2.6.1 Хранение сырьевых материалов

2.6.2 Подготовка формовочной массы

2.6.3 Сушка

2.6.4 Первый (утильный) обжиг

2.6.5 Глазурование

2.6.6 Второй (политой) обжиг

2.6.7 Сортировка

2.6.8 Декорирование

2.6.9 Третий (декорирующий) обжиг

2.6.10 Контроль и упаковка

2.6.11 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

2.7 Производство технической керамики, в том числе керамических изоляторов

2.7.1 Особенности производства изделий из технической керамики

2.7.1.1 Сырьевые материалы

2.7.1.2 Подготовка формовочной смеси

2.7.1.3 Формование

100

2.7.1.4 Удаление временной технологической связки

100

2.7.1.5 Обжиг

101

2.7.1.6 Дополнительная обработка

101

2.7.2 Технология производства фарфоровых изоляторов

101

2.7.2.1 Хранение сырьевых материалов

102

2.7.2.2 Подготовка формовочной массы

103

2.7.2.3 Формование

103

2.7.2.4 Сушка

104

2.7.2.5 Глазурование

104

2.7.2.6 Обжиг

104

2.7.2.7 Контроль и сборка фарфоровых изоляторов

105

2.7.3 Технология производства керамических электронагревателей

105

2.7.4 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

106

2.8 Производство керамических пропантов

107

2.8.1 Технология производства керамических пропантов

107

2.8.2 Особенности производства керамических пропантов

108

2.8.3 Получение сырья и материалов

108

2.8.4 Сушка («мокрая» схема)

109

2.8.5 Гранулирование и предварительный рассев

109

2.8.6 Сушка гранул

110

2.8.7 Сортировка и рассев пропанта-сырца

110

2.8.8 Обжиг

110

2.8.9 Охлаждение пропантов и рассев

110

2.8.10 Вспомогательные участки

110

2.8.11 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

111

Раздел 3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду

112

3.1 Потребление энергии и основные факторы воздействия производства

керамических изделий на окружающую среду

112

3.2 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов в

производстве керамического кирпича и камня

116

3.2.1 Потребление энергии

117

3.2.2 Эмиссии в окружающую среду

119

3.3 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов в

производстве керамической плитки

124

3.3.1 Потребление энергии

125

3.3.2 Эмиссии в окружающую среду

128

3.4 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов в

производстве огнеупорных изделий

132

3.4.1 Потребление энергии

133

3.4.2 Эмиссии в окружающую среду

133

3.5 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов в

производстве санитарно-технических изделий из керамики

137

3.5.1 Потребление энергии

138

3.5.2 Эмиссии в окружающую среду

140

3.6 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов в

производстве керамических хозяйственных и декоративных изделий (посуды)

143

3.6.1 Потребление энергии

144

3.6.2 Эмиссии в окружающую среду

144

3.7 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов в

производстве технических изделий из керамики

147

3.7.1 Потребление энергии

147

3.7.2 Эмиссии в окружающую среду

147

3.8 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов в

производстве керамических пропантов

149

3.8.1 Потребление энергии

149

3.8.2 Эмиссии в окружающую среду

150

Раздел 4 Определение наилучших доступных технологий производства керамических

изделий

153

4.1 Методика отнесения технологий к НДТ

153

4.2 Технологии, рассматриваемые при определении НДТ при производстве

керамических изделий

154

4.2.1 Общие методы, применимые для всех подотраслей производства

керамических изделий

154

4.2.1.1 Система экологического менеджмента

154

4.2.1.2 Инвентаризация входных и выходных потоков

161

4.2.1.3 Система управления химическими веществами

162

4.2.1.4 Предотвращение и/или сокращение загрязнения почвы и грунтовых вод163

4.2.1.4.1 Разработка и реализация плана предотвращения и контроля утечек и

разливов (включая локализацию и ликвидацию последствий аварийных

ситуаций)

163

4.2.1.4.2 Структурирование и управление технологическими участками

производственного процесса и зонами хранения сырья

164

4.2.1.4.3 Предотвращение загрязнения поверхностных сточных вод

164

4.2.1.4.4 Сбор потенциально загрязненных поверхностных сточных вод

164

4.2.1.4.5 Безопасное обращение и хранение топлива и химикатов

165

4.2.1.4.6 Надлежащие содержание производственных помещений

165

4.2.1.5 Мониторинг

165

4.2.1.5.1 Мониторинг потребления ресурсов, образования и утилизации

отходов/материалов

165

4.2.1.5.2 Мониторинг выбросов загрязняющих веществ в атмосферный

воздух

166

4.2.1.5.3 Мониторинг сбросов загрязняющих веществ в водные объекты

166

4.2.1.6 Системы менеджмента бережливого производства

167

4.2.2 Технологии, направленные на снижение потребления энергии (повышение

энергоэффективности)

174

4.2.2.1 Системы энергетического менеджмента

174

4.2.2.2 Электрификация технологических процессов

175

4.2.2.3 Использование электроэнергии и тепла, полученного из возобновляемых

источников энергии (неископаемых источников энергии)

175

4.2.2.4 План и аудит энергоэффективности

176

4.2.2.5 Сведения об энергетическом балансе

178

4.2.2.6 Выбор энергоэффективного типа печи

178

4.2.2.7 Использование общих энергосберегающих технологий

178

4.2.2.8 Модернизация печей и сушилок (повышение термического КПД печей и

сушил)

179

4.2.2.9 Рекуперация избыточного тепла

180

4.2.2.10 Определение брака заготовки перед обжигом

180

4.2.2.11 Совместное производство тепла и энергии (когенерация)

181

4.2.2.12 Использование тепловых насосов в процессе сушки керамических

изделий

182

4.2.2.13 Использование СВЧ для сушки керамических изделий (микроволновая

сушка)

183

4.2.2.14 Оптимизация системы сжатого воздуха

183

4.2.2.15 Оптимизация заготовок (формы и размеров)

184

4.2.3 Методы, направленные на повышение ресурсоэффективности (снижение

образования отходов)

186

4.2.3.1 План управления отходами

186

4.2.3.2 Использование отходов в качестве вторичного сырья

187

4.2.3.3 Использование шлама в качестве сырья

188

4.2.3.4 Замена гипсовых форм

191

4.2.3.5 Сокращение, повторное использование и переработка упаковки

191

4.2.3.6 Использование брака полуфабрикатов/изделий в других отраслях

192

4.2.3.7 Струйная печать

192

4.2.3.8 Производство небольших объемов глазури

192

4.2.4 Методы, направленные на сокращение потребления воды и сбросов

загрязняющих веществ в водные объекты

193

4.2.4.1 План и аудиты управления водными ресурсами

193

4.2.4.2 Минимизация потребления воды

193

4.2.4.3 Разделение загрязненных и незагрязненных водных потоков

193

4.2.4.4 Повторное использование воды

194

4.2.5 Методы, направленные на снижение потребления опасных веществ

196

4.2.5.1 Замена и сокращение использования опасных основных и

вспомогательных химических веществ

196

4.2.5.2 Автоматические системы подготовки и дозирования основных и

вспомогательных химических веществ

196

4.2.5.3 Утилизация и повторное использование остатков основных и

вспомогательных химических веществ

197

4.2.6 Методы, направленные на снижение выбросов загрязняющих веществ в

атмосферный воздух

197

4.2.6.1 Методы, направленные на снижение диффузных выбросов пыли

197

4.2.6.1.1 Удаление выбросов как можно ближе к источнику выбросов

197

4.2.6.1.2 Очистка дорог и колес транспортных средств

198

4.2.6.1.3 Ограждение и/или накрытие оборудования и мест хранения сырья . 198

4.2.6.1.4 Ограничение высоты разгрузки (меры для складов бестарного

хранения)

198

4.2.6.1.5 Защита площадок хранения сырья от преобладающих ветров

198

4.2.6.1.6 Использование водяных распылителей

199

4.2.6.2 Методы, направленные на сокращение организованных выбросов в

целом

199

VII

4.2.6.2.1 Уменьшение количества источников выбросов

199

4.2.6.2.2 Замена тяжелого мазута и твердого топлива на топливо с низким

уровнем выбросов

199

4.2.6.3 Методы, направленные на сокращение количества выбросов пыли от

организованных источников

200

4.2.6.3.1 Циклоны

200

4.2.6.3.2 Рукавный (тканевый) фильтр

201

4.2.6.3.3 Слоистые фильтры на основе спеченного полиэтилена (пластинчатый

фильтр из спеченного пластика)

203

4.2.6.3.4 Мокрая очистка (дымовых газов)

204

4.2.6.3.5. Электрофильтры

205

4.2.6.4 Методы, направленные на снижение организованных выбросов

газообразных соединений

206

4.2.6.4.1 Снижение подачи сырья с большим содержанием источников

загрязняющих веществ. Выбор исходного сырья

206

4.2.6.4.2 Введение кальцийсодержащих добавок

208

4.2.6.4.3 Оптимизация режима обжига (кривой обжига)

210

4.2.6.4.4 Оптимизация режима обжига (процесса сжигания топлива)

211

4.2.6.4.5 Уменьшение содержания паров воды в топочных газах

212

4.2.6.4.6 Дожигание газов зоны нагрева в печи

212

4.2.6.4.7 Горелки с низкими выбросами NOx

213

4.2.6.4.8 Адсорберы каскадного типа

214

4.2.6.4.9 Модульные адсорбционные системы

218

4.2.6.4.10 Сухая очистка дымовых газов

219

4.2.6.4.11 Мокрая очистка дымовых газов

221

4.2.6.4.12 Угольные фильтры

223

4.2.6.4.13 Биоскрубберы

223

4.2.6.4.14 Термическое окисление (дожигание)

224

4.2.6.4.15 Каталитическое дожигание

227

4.2.7 Методы, направленные на снижение сбросов загрязняющих веществ в

водные объекты

227

4.2.7.1 Предварительная, первичная обработка

228

4.2.7.1.1 Нейтрализация

228

4.2.7.1.2 Гомогенизация (усреднение)

229

4.2.7.1.3 Физическое разделение, например сита, пескоотделители,

жироотделители, сепараторы нефти и воды или первичные отстойники

229

4.2.7.2 Физико-химическая обработка

229

4.2.7.2.1 Адсорбция активированным углем

229

4.2.7.2.2 Химическое осаждение

230

4.2.7.2.3 Химическое окисление

230

4.2.7.2.4 Ионный обмен

230

4.2.7.3 Удаление твердых частиц

230

4.2.7.3.1 Коагуляция и флокуляция

230

4.2.7.3.2 Фильтрация

231

4.2.7.3.3 Флотация (аэрация)

231

4.2.7.3.4 Обратный осмос

231

VIII

4.2.7.3.5 Седиментация

232

4.2.8 Методы, направленные на снижение уровня шума

232

4.2.8.1 План управления шумом

233

4.2.8.2 Подходящее расположение оборудования и зданий

234

4.2.8.3 Эксплуатационные меры

234

4.2.8.4 Малошумное оборудование

234

4.2.8.5 Оборудование для контроля и снижения шума

234

4.2.9 Методы, направленные на снижение запаха

235

4.2.9.1 План борьбы с запахом

235

4.2.9.2 Периодический мониторинг эмиссии запахов

235

Раздел 5 Наилучшие доступные технологии производства керамических изделий

237

5.1 Системы менеджмента

237

5.2 Технологические и технические решения, применимые в качестве НДТ для

отрасли производства керамических изделий в целом

237

5.2.1 Снижение потребления энергии

237

5.2.2 Сокращение выбросов загрязняющих веществ в воздух

238

5.2.3 Сокращение образования сточных вод

240

5.2.4 Повторное использование шлама

241

5.2.5 Минимизация отходов производства

242

5.2.6 НДТ сокращения шумового воздействия (снижения уровня шума)

242

5.3 Наилучшие доступные технологии производства керамических изделий по

подотраслям

243

5.3.1 Производство керамического кирпича и камня

243

5.3.2 Производство керамической плитки

245

5.3.3 Производство огнеупоров

246

5.3.4 Производство санитарно-технических изделий

248

5.3.5 Производство посуды

249

5.3.6 Производство технической керамики, в том числе электрических изоляторов250

5.3.7 Производство керамических пропантов

250

Раздел 6 Перспективные технологии производства керамических изделий

252

6.1 Перспективные технологические и технические решения в производстве изделий

из керамики

252

6.1.1 Использование цифровых технологий для проектирования и производства

керамики

252

6.1.2 Применение трубчатых излучательных горелок

253

6.1.3 Применение горелок с низким выделением NOx

253

6.1.4 Применение сушил с контролируемой влажностью теплоносителя

254

6.1.5 Применение туннельных печей с движущимся подом

254

6.1.6 Сушка и обжиг СВЧ-излучением

254

6.1.7 Использование бессвинцовых глазурей для столового фарфора высокого

качества

255

6.1.8 Внедрение современных систем очистки сточных вод, включающих

извлечение глазурей

256

6.1.9 Использование переработанного стекла в качестве флюса

257

6.1.10 Применение передовых кислородно-топливных технологий в процессе

обжига

258

Введение

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям «Производство керамических изделий» (справочник НДТ) представляет

собой документ по стандартизации, разработанный в результате анализа

технологических, технических и управленческих решений, применяемых для

обеспечения высокой ресурсоэффективности и экологической результативности

производства керамических изделий.

Краткое содержание справочника НДТ

Введение. Приводится краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. Указаны цель разработки справочника НДТ, его статус,

законодательный контекст, краткое описание процедуры разработки в соответствии с

установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными

документами.

Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые

распространяется действие справочника НДТ.

В разделе 1 представлена информация о состоянии и уровне развития в

Российской Федерации основных подотраслей производства керамических изделий:

- керамического кирпича и камня;

- керамической плитки;

- огнеупорных изделий;

- санитарно-технических изделий из керамики;

- посуды и декоративных изделий (хозяйственно-бытовой керамики);

- керамики технического назначения, в том числе керамических изоляторов;

- керамических пропантов.

Также в разделе 1 дан краткий обзор экологических аспектов производства

керамических изделий и воздействия предприятий отрасли на окружающую среду.

В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах, являющихся

общими для всех подотраслей производства керамических изделий, а также

информация

об

особенностях

технологических

процессов,

получивших

распространение в производстве:

- керамического кирпича и камня;

- керамической плитки;

- огнеупорных изделий;

- санитарно-технических изделий из керамики;

- посуды и декоративных изделий (хозяйственно-бытовой керамики);

- керамики технического назначения, в том числе керамических изоляторов;

- керамических пропантов.

В разделе 3 дана оценка потребления природных ресурсов и уровней эмиссий в

окружающую среду, характерных для производства керамических изделий в целом.

Для наиболее массовых производств (керамического кирпича и камня,

керамической плитки) представлены результаты анкетирования отечественных

предприятий, оценка материалов научно-исследовательских работ, а также

отечественных и зарубежных исследований, характеризующих удельное потребление

энергии и других ресурсов, а также удельные выбросы основных загрязняющих веществ

в атмосферу. Приведены также доступные сведения об обращении с

производственными сточными водами и отходами производства.

В разделе 4 описаны особенности подходов, примененных при разработке

данного справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения

технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки,

актуализации и опубликования информационно-технических справочников по

наилучшим доступным технологиям (утверждены постановлением Правительства

Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458) и Методическим рекомендациям

по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены

приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от

23 августа 2019 г. № 3134).

Приведены сравнительный анализ и особенности учета критериев отнесения

технологий, технологических и управленческих решений к наилучшим доступным

технологиям в соответствии с требованиями ГОСТ Р

56828.8-2015 «Наилучшие

доступные технологии. Методические рекомендации по описанию наилучших доступных

технологий в информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным

технологиям».

Более подробно описаны методы предотвращения или, где это практически

невозможно, сокращения воздействия на окружающую среду в производстве

керамических изделий, которые учитывались при определении НДТ. В разделе

приводятся, где это уместно, уровни экологических показателей (например, уровни

выбросов/сбросов и потребления ресурсов), которые могут быть достигнуты с помощью

описанных методов, соответствующий мониторинг, а также затраты и воздействие на

различные компоненты окружающей среды, связанные с применением данных методов.

В разделе 5 приведено краткое описание наилучших доступных технологий

производства керамических изделий, включая:

- системы экологического менеджмента;

- технологические решения, направленные на повышение экологической

результативности и энергоэффективности производства всех видов керамических

изделий;

- решения, характерные для конкретных подотраслей производства керамических

изделий.

В разделе 6 приведены краткие сведения о новых (перспективных)

технологических, технических и управленческих решениях, способных на стадии

промышленного внедрения обеспечить уровень воздействия на окружающую среду не

ниже требований НДТ или же при соответствии им минимизировать производственные

и/или экономические затраты, а также направленных на повышение

энергоэффективности и ресурсосбережения. Раздел подготовлен с учетом положений

XII

ГОСТ Р 56828.1-2015 «Наилучшие доступные технологии. Методические рекомендации

по описанию перспективных технологий в информационно-техническом справочнике по

наилучшим доступным технологиям».

Заключительные положения и рекомендации. В разделе представлена

позиция разработчиков справочника НДТ в отношении сбора информации для

актуализации и внесения изменений в справочник НДТ «Производство керамических

изделий».

Приложения. Содержат перечень маркерных веществ, характерных для

производства керамических изделий, перечень технологических показателей НДТ,

перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе энергетической) эффективности,

результаты бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов (индикативные

показатели удельных выбросов парниковых газов при производстве керамического

кирпича и камня), а также Заключения по наилучшим доступным технологиям.

Заключения по наилучшим доступным технологиям включают части справочника

НДТ, содержащие:

- область применения;

- описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические

показатели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;

- методы производственного экологического контроля (прежде всего - подходы к

организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).

Приложение «Заключения по наилучшим доступным технологиям» приведено в

справочнике НДТ для использования заинтересованными лицами, в том числе

промышленными предприятиями, при формировании заявок на получение комплексных

экологических разрешений, а также надзорными органами при выдаче комплексных

экологических разрешений и является кратким описанием основных положений

справочника НДТ, включая описание наилучших доступных технологий, информации,

позволяющей оценить их применимость, уровни эмиссий и потребления ресурсов,

методы производственного экологического контроля.

Приложения подготовлены с учетом положений ГОСТ Р

113.00.03-2019

«Наилучшие доступные технологии. Структура информационно-технического

справочника».

Библиография. В библиографии приведен перечень основных источников

информации, использованных при разработке справочника НДТ.

XIII

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника НДТ установлены

постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458,

описывающим порядок определения технологии в качестве наилучшей доступной

технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-

технических справочников по наилучшим доступным технологиям.

1 Статус документа

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Производство

керамических изделий» (ТРГ 4), состав которой утвержден приказом Минпромторга

России от 23 января 2023 г.

№ 164 «О создании технической рабочей группы

“Производство керамических изделий”» (в редакции Приказа Минпромторга России от

28 июня 2023 г. № 2349).

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных

технологий (Бюро НДТ) (https://burondt.ru/).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве

керамических изделий технологических процессов, оборудования, технических

способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на

окружающую среду, повысить энергоэффективность, обеспечить ресурсосбережение на

предприятиях. Из описанных технологических процессов, оборудования, технических

способов, методов (в том числе управления) определены решения, являющиеся

наилучшими доступными технологиями (НДТ). Для ряда НДТ в справочнике НДТ

установлены соответствующие технологические показатели НДТ.

4 Взаимосвязь с международными и региональными аналогами

Справочник НДТ разработан на основе справочника Европейского союза по

наилучшим доступным технологиям «Производство керамических изделий» (Reference

Document on Best Available Techniques in the Ceramic Manufacturing Industry. August 2007)

с учетом особенностей производства керамических изделий в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах,

методах, применяемых при производстве керамических изделий в Российской

Федерации, была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с

Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации

справочника НДТ, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019

года № 4841.

XIV

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ,

разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением

Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022 года № 1537-р «Об утверждении

поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по

наилучшим доступным технологиям», приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 27 декабря 2023 г. № 2807.

Справочник НДТ введен в действие с

1 января

2025 года, официально

опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте

Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

(www.gost.ru).

8 Взамен ИТС 4-2015

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Ceramic Manufacturing Industry

Дата введения - 2025-01-01

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на производство керамических

изделий, в том числе следующие основные виды деятельности:

- производство керамических строительных материалов (керамического кирпича и

камня, плиток и плит керамических);

- производство огнеупорных изделий;

- производство санитарно-технических изделий из керамики;

- производство керамических хозяйственных и декоративных изделий (посуды);

- производство изделий из керамики технического назначения, в том числе

керамических изоляторов;

- производство керамических пропантов.

В приложении А приведены соответствующие области применения коды ОКВЭД и

ОКПД 2.

Справочник НДТ распространяется на процессы, связанные с основными видами

деятельности, которые могут оказать влияние на ресурсоэффективность, характер и

масштаб воздействия на окружающую среду:

- хранение и подготовка сырья;

- производственные процессы;

- методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов.

Ограниченные сведения приведены также для таких процессов, как:

- хранение и подготовка топлива (в случае использования твердого топлива);

- хранение и подготовка продукции.

Справочник НДТ не распространяется на:

- некоторые процессы производства, такие как добыча сырья в карьере и

транспортировка сырьевых материалов с карьера на склад производства;

- вопросы,

касающиеся

исключительно

обеспечения

промышленной

безопасности или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности при производстве изделий из керамики и

соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Дополнительные виды деятельности при производстве изделий из керамики и

соответствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Очистка сточных вод

ИТС 8-2022 «Очистка сточных вод при производстве

продукции (товаров), выполнении работ и оказании

услуг на крупных предприятиях»

Очистка выбросов вредных

ИТС

22-2016 «Очистка выбросов вредных

(загрязняющих) веществ в

(загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при

атмосферный воздух

производстве продукции (товаров), а также при

проведении работ и оказании услуг на крупных

предприятиях»

Складирование и хранение

ИТС 46-2019 «Сокращение выбросов загрязняющих

сырья,

продукции

веществ, сбросов загрязняющих веществ при

твердого топлива

хранении и складировании товаров (грузов)»

Повышение

ИТС

48-2023

«Повышение

энергетической

эффективности при осуществлении хозяйственной и

эффективности

(или) иной деятельности»

ИТС 22.1-2021 «Общие принципы производственного

Производственный

экологического контроля и его метрологического

экологический контроль

обеспечения»

Раздел

1 Общая информация о состоянии и развитии

производства керамических изделий в Российской Федерации

1.1 Основные подотрасли производства керамических изделий

В настоящем справочнике НДТ выделены семь основных подотраслей

производства следующих керамических изделий, характерных для Российской

Федерации:

- керамический кирпич и камень;

- керамическая плитка;

- огнеупоры;

- санитарно-технические изделия из керамики;

- посуда и декоративные изделия (хозяйственно-бытовая керамика);

- изделия из керамики технического назначения;

- керамические пропанты.

В последующих разделах рассмотрены основные черты развития подотраслей

производства указанных керамических изделий в Российской Федерации (см.

разделы 1.2-1.8).

Фундаментальные приемы и стадии процесса производства различных видов

керамики мало отличаются друг от друга, если не учитывать, что для изготовления ряда

видов продукции, таких как облицовочная и напольная плитка, посуда и декоративные

изделия (хозяйственно-бытовая керамика), техническая керамика, нередко применяют

многократный обжиг. Впрочем, технологическое воплощение производственного

процесса может иметь существенные отличия, связанные с различием химического и

фазового составов сырья, способами подготовки формовочных масс, формования и

термообработки.

Технологические процессы производства керамических изделий рассмотрены в

разделе 2.

1.2 Обзор отрасли: производство керамического кирпича и камня

Керамический кирпич (рядовой, лицевой, клинкерный), а также керамический камень

(включая поризованные блоки) относятся к наиболее традиционным строительным

материалам, а их производство распространено в Российской Федерации повсеместно.

Основные характеристики керамического кирпича регламентируются ГОСТ 530-2012

Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. В целом в Российской

Федерации установлены более жесткие требования к свойствам, чем в Европейском союзе

(ЕС), что обусловлено его многолетним применением в неблагоприятных климатических

условиях.

В 2022 году доля керамического кирпича составила 71%, доля силикатного

кирпича - 29% [1], тогда как в период с 2010 по 2018 год доля силикатного кирпича

оценивалась в 35-40% [2].

На рынке присутствует в основном отечественная продукция. В 2021 г. в структуре

объема рынка строительного кирпича в России доля отечественного производства

составила 89%.

Импорт керамического строительного кирпича находится на уровне 500-600 млн

усл. единиц, в 2021 г. показатель составил чуть более 570 млн ед. Основными странами

- экспортерами керамического строительного кирпича в Россию в 2021 г. стали Беларусь

(27,2%), Германия (20,4%), Эстония (15%), Бельгия (12,4%) и др.

В 2021 г. экспорт керамического строительного кирпича составил около 500 млн

ед. и вырос за год на 0,8%. Основной страной-импортером керамического строительного

кирпича из России в 2021 г. являлся Казахстан с долей экспорта 90,3% [3].

В настоящее время кирпич в России выпускают более 200 предприятий, крупные

заводы, оснащенные высокопроизводительным оборудованием для подготовки сырья,

формования полуфабриката, его сушки и обжига, рассчитаны на производство 100-

200 млн шт. условного кирпича в год¹⁾. Средняя мощность самых крупных кирпичных

заводов в мире составляет около 500 млн шт. условного кирпича в год. Большие

мощности обычно избыточны с точки зрения логистики. По мнению российских

экспертов,

200-300 млн шт. условного кирпича в год вполне достаточно, чтобы

обеспечить потребности строительного сектора и ремонтных работ на территории

радиусом до 400 км от предприятия.

На мелких и средних заводах с производительностью не более 40 млн шт. в год в

России выпускается почти 70% продукции [4].

За последние 20 лет производство кирпича в РФ в целом снизилось: так, в 2012-

2014 гг. оно превышало 7 млрд шт. в год, в последующие годы не поднималось выше 5,8

млрд шт. (рисунок 1.1). На этот процесс влияли не только кризисы, так, падая в

кризисные 2008, 2020 гг. и послекризисные года, производство вновь вырастало, но и

постепенно сужалась ниша кирпича в строительстве, особенно многоэтажных домов.

Рисунок 1.1 - Производство керамического кирпича и камня в России в 20014-2022 годах

(по данным [10])

¹⁾ В данном разделе сохранена размерность «млн шт. условного кирпича», которой обычно оперируют

маркетинговые агентства. Условный кирпич

- нормального формата 250х120х65 мм, на который

пересчитываются все другие форматы. В технологических разделах используется более информативная

размерность - тонны; нередко при пересчете при отсутствии конкретных данных принимают массу

условного кирпича равной 2,5 кг.

Среди основных причин сокращения производства можно назвать снижение его

рентабельности, отсутствие программ поддержки отрасли, использование

альтернативных способов строительств зданий (монолитное строительство,

деревянное строительство и др.), так как строительство из кирпича является одним из

самых дорогих и длительных способов возведения зданий, и т.п. [5].

В структуре производства кирпича происходят изменения, касающиеся

увеличения доли теплоэффективного кирпича увеличенных форматов, сокращения

доли лицевого кирпича.

Увеличение выпуска поризованного кирпича (крупноформатного керамического

камня) с высоким показателем пустотности и низкой плотностью объясняется тем, что в

современных строительных конструкциях практически полностью исключены внешние

ограждающие конструкции из сплошной кирпичной кладки, существенно повысились

требования к термическому (тепловому) сопротивлению стен. Для теплоизолирующего

слоя кладки необходимо поддерживать теплотехнические характеристики,

обеспечивающие наибольшее термическое сопротивление при наименьшей толщине,

что обеспечивает поризованный кирпич. Также за последнее время строители

научились работать с крупноформатными блоками, используемыми прежде всего

в малоэтажном строительстве. Прогресс в конструкциях теплоизоляционнного кирпича

шел от высокопустотных изделий, снижение теплопроводности которых обеспечивали

собственно пустоты, к поризованной керамике, в которой, помимо большого количества

щелевидных пустот, сам материал обладает высокой закрытой пористостью, наконец,

к керамическим блокам, пустоты которых заполнены минеральный теплоизоляцией.

Если для первого поколения эффективных блоков их теплопроводность составляла

не менее 0,2 Вт/мК, то последнее поколение характеризуется теплопроводностью

не более 0,1 Вт/мК.

Напротив, для внешней кладки ограждающей конструкции важно прежде всего

обеспечить соблюдение требований к безопасности и долговечности. Этим требованиям

отвечает кирпич с невысоким показателем пустотности (или полнотелый) и высокой

морозостойкостью и плотностью. Однако рынок лицевого кирпича наиболее

чувствителен к изменениям в строительстве фасадов, его производство снижается с

распространением вентилируемых фасадов, облицовки клинкерной плиткой и других

решений, не требующих высокой квалификации каменщиков.

Клинкерный кирпич также используют для облицовки фасадов и для мощения.

К кирпичу, предназначенному для эксплуатации в агрессивной и сильноагрессивной

среде, клинкеру для мощения предъявляются повышенные требования. Значительная

часть клинкерного кирпича в РФ была импортной из Германии и стран Прибалтики. В

настоящее время серийное производство клинкерного кирпича в России осуществляется

следующими компаниями - ЗАО «ЗСМ ЭТАЛОН», ООО «Богандинский кирпичный

завод», ООО «ЛСР. Стеновые материалы» и др. [6].

Несмотря на относительную «живучесть» керамического кирпича как

строительного материала и его производства, основной заботой предприятий остаются

внедрение современных технологических процессов, позволяющих выпускать

продукцию, отвечающую современным требованиям, и обеспечение высокой

ресурсоэффективности (в первую очередь энергоэффективности) [7,8].

Основная доля производства керамических стеновых материалов приходится на

керамический кирпич рядовой и керамический кирпич лицевой (более

%),

поризованные блоки (крупноформатный камень) занимают порядка 15 %, клинкерный

кирпич в настоящее время в структуре производства занимает незначительный объем.

Ведущее место среди производителей керамического кирпича (по всем видам

кирпича) и камня в России занимают предприятия Центрального федерального и

Приволжского федеральных округов, составляющие более 50% рынка. Относительный

вклад производителей различных субъектов Российской Федерации показан на

рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Распределение производства керамического кирпича и камня

по федеральным округам в 2022 г. (по данным [10])

Лидером производства кирпича керамического неогнеупорного строительного от

общего произведенного объема за 2022 г. стал Приволжский федеральный округ с долей

около 28,8% [9].

Среди крупнейших производителей кирпича

2 компании, имеющие общую

производительность по 450 млн изделий в год: 4 завода в Московской и Ленинградской

области группы «ЛСР. Стеновые материалы», 2 завода во Владимирской области

и Поволжье компании «Винербергер» (покинула российский рынок в 2022 г.). Также

среди крупнейших производителей можно назвать ООО «ВВКЗ», Тверская область,

ОАО «Славянский кирпич», Краснодарский край, «ПАО Кирпичный завод Браер»,

Тульская область, ОАО «Голицынский керамический завод», Московская область,

ООО «Объединение строительных материалов и бытовой техники», г. Старый Оскол,

АО «Норский керамический завод» и другие.

Характерные проблемы компаний, производящих керамический кирпич в

Российской Федерации, можно сформулировать следующим образом:

- отрасль практически полностью зависит от поставок основного

технологического оборудования и запчастей к ним из стран ЕС, так как основное

технологическое оборудование для производства кирпича в РФ не выпускается;

- экспериментальная база представлена незначительным числом организаций

(прежде всего ООО «ВНИИСТРОМ-НВ» и АО «ЦНИИгеолнеруд») и требует укрепления.

1.3 Обзор отрасли: производство керамической плитки

Отечественное производство керамической плитки было уже автоматизировано в

1970-1980-е годы благодаря повсеместному внедрению разработанной советскими

инженерами технологии скоростного обжига. Однако в условиях перестройки советского

экономического уклада в конце

80-х годов не удалось быстро и качественно

переоснастить производство отечественным оборудованием и комплектующими (в

частности, керамическими роликами для щелевых печей), в результате чего уже к

наступлению постсоветского периода в 1990-х годах заводы по своему техническому

оснащению существенно уступали зарубежным, а отечественная продукция импортной.

На рубеже двух столетий в условиях значительного передела собственности

возникшие и реконструированные российские предприятия начали серьезно расширять

производственные мощности и модернизировать производство за счет установки

импортного оборудования, перехода на импортные компоненты сырья (фритты,

чернила, пигменты и т. д.). В конечном счете это позволило значительно расширить

номенклатуру и ассортимент продукции, улучшить дизайн выпускаемых керамических

изделий, в целом повысить конкурентоспособность предприятий, однако неизбежно

привело к критической зависимости от технологического импорта.

Выход на российский рынок крупных международных компаний, которые начали

размещать здесь собственные производства, привлек значительные инвестиции в

производственные мощности. Внедрение управленческого опыта и маркетинга

иностранных компаний значительно повлияли на ужесточение конкурентных условий в

сегменте керамической плитки. В такой ситуации многим российским производителям,

основной стратегией которых на тот момент было наращивание собственных

мощностей, пришлось задуматься о стратегическом планировании своей деятельности,

а также пересмотреть всю логистическую концепцию - от обеспечения производства

сырьем до доведения продукции до конечного потребителя.

Большое влияние на процесс развития российского производства керамической

плитки оказывали экономические кризисы 1998, 2008 гг., пандемия 2020 г., наконец,

жесткий санкционный режим, введенный странами ЕС против нашей страны в 2014 г. и

особенно в 2022 г.

По данным Федеральная служба государственной статистики [10], производство

разных видов плиток в Российской Федерации за последнее десятилетие в целом росло

(таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Производство керамической плитки в России (по данным [10])

Виды

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

продукции

Плитки

керамические

глазурованные

для

70,4

71,6

76,7

71,9

76,2

71,2

68,2

74,4

65,8

внутренней

облицовки

стен, млн м²

Окончание таблицы 1.1

Виды

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

продукции

Плитки

керамические

фасадные и

2686

3229

3171

3410

7606

8976

9547

9151

11622

10150

ковры из них,

тыс. м²

Плитки

керамические

92,6

93,2

91,8

92,3

97,7

101

105

98,2

108

111,0

для полов, млн

м²

Плитки

керамические,

171,2

161,4

173,0

167,6

181,5

181,2

182,5

175,6

194,0

193,9

все виды, млн

м²

Влияние мировых экономических кризисов, сокращающих потребность в

строительных материалах, как и спад экономического производства во время пандемии,

преодолевались отраслью с дальнейшим, пусть и небольшим, ростом производства.

В 2022 году российскими предприятиями было выпущено

193 915 тыс. м²

облицовочной плиты и керамогранита, керамических плит и плиток, что на 9,4% выше по

сравнению с результатами

2020 года (рисунок

1.3). Среднегодовой прирост

производства (CAGR) облицовочной плиты и керамогранита за период с 2017 по 2022 г.

составил 1,3%.

Рисунок 1.3 - Производство керамической плитки в России (по данным [10])

Доля Российской Федерации в мировом производстве плитки оценивается

примерно в 1,5% (2021 г.) [11], значительно уступая таким странам, как Турция и Египет,

не говоря уже о тройке лидеров (Китай, Индия, Бразилия), занимающих более 50%

мирового производства. При этом безусловный лидер производства плитки - Китай

(40%).

3 крупнейшие мировые компании по производству керамической плитки (Mohawk

Industries (США), SCG (Таиланд) и Lamosa (Мексика)) выпускают от 223 до 171 млн м²в

год, их производство растет. Общее количество продукции 25 крупнейших керамических

компаний насчитывает примерно 1,8 миллиардов м², что составляет 13,7% от мирового

количества произведенной продукции [12].

Выпускаемая в РФ плитка по областям применения делится на плитку для

внутренней облицовки стен (пористую, глазурованную), фасадную и напольную (рисунок

1.4).

Рисунок 1.4 - Структура производства керамической плитки по видам продукции в 2022 году

(по данным [10])

ГОСТ 13996-2019 «Плитки керамические. Общие технические условия» по

областям применения делит плитки на 4 группы: напольную и настенную, применяемую

либо вне, либо внутри зданий. Более подробно ГОСТ делит выпускаемые плитки на 6

групп по способу формования (экструзия и прессование) и водопоглощению (менее

0,5%,

0,5-3%, 3-10%, более 10%), причем изделия с водопоглощением до 10%

в зависимости от физико-механических показателей делятся на подгруппы. В целом

ГОСТ 13996-2019 соответствует международному стандарту ISO 10545 2018.

Классификация керамической плитки в соответствии с ГОСТ

13996-2019

представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Классификация керамических плиток по водопоглощению [13]

Группа изделий

Значение водопоглощения

Характеристика группы

Керамические плитки пластического формования

а: Е ≤ 0,5%

С низким водопоглощением

b: 0,5% < Е ≤ 3%

AII

а-1: 3% < Е ≤ 6%, класс1

Со средним водопоглощением

а-2: 3% < E ≤ 6%, класс 2

b-1: 6% < E ≤ 10%, класс 1

b-2: 6% < E ≤ 10%, класс 2

Окончание таблицы 1.2

Группа изделий

Значение водопоглощения

Характеристика группы

AIII

E > 10%

С высоким водопоглощением

Керамические плитки полусухого прессования

а: Е ≤ 0,5%

С низким водопоглощением

b: 0,5% < Е ≤ 3%

BII

а: 3% < E ≤ 6%

Со средним водопоглощением

b: 6% < E ≤ 10%

BIII

E > 10%

С высоким водопоглощением

В структуре производства керамической плитки в течение последних 5 лет

произошли качественные изменения. Доля плитки для внутренней облицовки стен

(пористой, глазурованной, часто требующей 2-3-кратного обжига) в отечественном

производстве снизилось с 44% (2015 г.) до 37% (2019 г.). Очевидно, это связано с

общемировой тенденцией уменьшения энергопотребления и сокращения затрат.

Именно этот вид плитки требует использования

3-го обжига для закрепления

дорогостоящих декорирующих препаратов, обеспечивающих богатый декор вставок и

бордюров. Для их нанесения по-прежнему применяют способ шелкографии, который не

используют на автоматизированных линиях.

Напротив, постоянно растет доля керамогранита как наиболее плотного, прочного,

износо- и морозостойкого вида плитки, области применения которого включают в себя

напольные покрытия, фасады зданий и их интерьеры. Появление и наращивание

выпуска глазурованного керамогранита, повсеместное декорирование цифровой

печатью позволили разнообразить его дизайн.

Развитие тенденции увеличения габаритов выпускаемых плиток привело к

появлению на рынке принципиально нового продукта - керамогранитных плит, размеры

которых превышают 3 м (1000х3000, 1200х3200 мм и т.д.). Использование такой

облицовки при строительстве приводит к существенной экономии материала.

Производство крупногабаритных плит потребовало изменения технологии

прессования и появления новых типов оборудования.

Лидирующий федеральный округ Российской Федерации по производству

керамических плит и плиток - Центральный федеральный округ (44,8% производства за

2022), на втором месте - Южный федеральный округ (16,7%) (рисунок 1.5) [14].

Рисунок 1.5 - Производство керамической плитки в 2022 году по округам в процентах

(по данным [10])

В 2020 г. в России регионами - лидерами по производству керамогранита и

керамической плитки были: Московская область (20,7% от всего объема производства в

России), Орловская область - 12,7%, Ленинградская область - 9,2%, Волгоградская

область - 8,8%, Ростовская область - 8,4%. В целом на 10 регионов приходится 88,9%

от всего объема производства керамогранита и керамической плитки в России в 2020 г.

(рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Региональная структура производства керамической плитки в РФ

Наибольший объем керамической плитки и керамогранита ввозился в Россию в

2020 г. из Республики Беларусь, Украины, Испании и Китая [15,16].

Основной объем рынка составляет отечественная продукция, доля которой

2019 г. составила

77,2%. Последние два года соотношение на рынке доли

производства/импорта сохраняется примерно одинаковое [17].

Всего в Российской Федерации насчитывается около 25 основных ведущих

компаний, которые занимаются производством керамической плитки. Некоторая часть

предприятий специализируется на выпуске какого-то одного вида плитки (чаще всего

керамогранита), а часть предприятий имеет более широкий ассортимент.

Производителей керамической плитки в Российской Федерации можно условно

разделить на отечественные и иностранные компании:

- отечественные предприятия (ОАО «Волгоградский керамический завод»;

ООО «Самарский Стройфарфор», предприятия компании Estima Ceramica,

расположенные в Московской и Самарской областях, ОАО «НЕФРИТ-КЕРАМИКА»,

Ленинградская обл., ОАО «Кировская керамика», Калужская обл., ОАО «Завод

керамических изделий» (Уралкерамика), г. Екатеринбург, Холдинг UNITILE, г. Шахты,

г. Воронеж, ООО «Евро-Керамика, г. Печоры);

- зарубежные компании, открывшие производство плитки в России (такие как

Kerama Marazzi с предприятиями, функционирующими в г. Орле и в Московской области,

Группа компаний Cersanit, Московская область (ООО «Фряновский керамический завод»

ОП «КУЧИНО», ООО «Фряновский керамический завод»), Группы компаний

Lasselsberger Ceramics, Уфа, предприятие Холдинга Gruppo Concorde в г. Ступино).

В 2017 г. введен в строй первый в России завод LAMINAM (входит в группу System)

по выпуску широкоформатных ультратонких керамогранитных плит (слэбов) габаритами

1000×3000 мм и толщиной 3 и 5 мм. Завод расположен в индустриальном парке

«Ворсино» на границе Калужской области и Новой Москвы, мощность производства - 1

млн кв. м.

Рынок керамической плитки и керамогранита является консолидированным,

более 53% рынка принадлежит 6 крупным участникам, среди которых ООО «Керама

Марацци», ГК «Юнитайл», ООО «Церсанит Трейд», ГК «Эстима», ООО «Квадро Декор»,

ООО «ЗКС» [17].

В статистических материалах и маркетинговых исследованиях данные

представлены в размерности млн м², которая сохранена в данном разделе, так как

позволяет оценить объемы производства в целом и представить региональную

структуру выпуска продукции. В разделах справочника, посвященных обсуждению

текущих уровней потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду (ОС),

используется более информативная размерность - тонны продукции.

1.4 Обзор отрасли: производство огнеупорных изделий

В начале прошлого столетия огнеупорная промышленность была

представлена традиционным циклом производства

- сырьевые материалы

смешивали, формовали заготовки огнеупорных изделий, подсушивали и отправляли

на высокотемпературный обжиг, в ходе которого происходили процессы спекания и

формировалось огнеупорное изделие.

В соответствии с ГОСТ 28874-2004 «Огнеупоры. Классификация» основным

классификационным признаком является их фазовый состав (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Типы и группы огнеупоров по ГОСТ 28874-2004 [18]

Содержание

Тип

Группа

определяющих химических

компонентов, %

Кремнеземистые

Кварцевые

SiO2 ≥ 97

Динасовые

SiO2 ≥ 93

Динасовые с добавками

80 ≥ SiO2 ≤ 93

Кварцевые (бетонные и

SiO2 ≥ 85

безобжиговые)

Алюмосиликатные

Полукислые

SiO2 ˂ 85, Al2O3 ˂ 28

Шамотные

28 ≤ Al2O3 ≤ 45

Муллитокремнеземистые

45 ≤ Al2O3 ≤ 62

Муллитовые

62 ≤ Al2O3 ≤ 72

Муллитокорундовые

72 ≤ Al2O3 ≤ 90

Из глиноземокремнеземистого

40 ≤ Al2O3 ≤ 90

стекла (волокнистые)

Глиноземистые

Корундовые

Al2O3 > 90

Глиноземисто-

Алюмокальциевые

Al2O3 > 60,

известковые

10 ˂ СаО ˂ 35

Магнезиальные

Периклазовые

MgO ≥ 85

Магнезиально-

Периклазоизвестковые

50 ˂ MgO ˂ 85

известковые

10 ˂ CaO ˂ 45

Периклазоизвестковые

35 ˂ MgO ≤ 75

стабилизированные

15 ˂ CaO ≤ 45

Известковопериклазовые

10 ˂ MgO ≤ 50

(доломитовые)

45 ≤ CaO ≤ 85

Известковые

СаО ≥ 85

Магнезиально-

Периклазофорстеритовые

65 ˂ MgO ˂ 85

силикатные

SiO2 ≥ 7

Форстеритовые

50 ≤ MgO ≤ 65

25 ≤ SiO2 ≤ 40

Форстеритохромитовые

5 ≤ MgO ≤ 60

20 ≤ SiO2 ≤ 30

5 < Cr2O3 < 15

Магнезиально-

Периклазохромитовые

MgO ≥ 60, 5 ≤ Cr2O3 ≤ 20

шпинелидные

Хромитопериклазовые

40 ≤ MgO ≤ 60,

15 ≤ Cr2O3 ≤ 35

Хромитовые

MgO < 40, Cr2O3 > 30

Периклазошпинелидные

50 ≤ MgO ≤ 85,

5 ≤ Cr2O3 ≤ 20,

Al2O3 ≤ 25,

Окончание таблицы 1.3

Содержание

Тип

Группа

определяющих химических

компонентов, %

Периклазошпинельные

MgO > 40, 5 ≤ Al2O3 ≤ 55

Шпинельные

25 ≤ MgO ≤ 40,

55 ≤ Al2O3 < 70

Хромистые

Хромоксидные

Cr2O3 ≥ 90

Цирконистые

Бадделеитовые

ZrO2 > 90

Бадделеитокорундовые

20 ≤ ZrO2 ≤ 90, Al2O3 ≤ 65

Цирконовые

ZrO2 > 50, SiO2 > 25

Оксидные

Специальные из огнеупорных

Максимально

оксидов BeO, MgO, Al2O3, Cr2O3,

достижимое содержание

оксиды

редкоземельных

перечисленных оксидов,

элементов, ZrO2, ThO2, Y2O3,

соединений и твердых

Sc2O3 и др.

растворов на основе

этих оксидов

Углеродистые

Графитированные

C > 98

Угольные

C > 85

Углеродсодержащие

8 ≤ C ≤ 85

Карбидкремниевые

SiC > 70

Карбидкремнийсодержащие

15 ≤ SiC ≤ 70

Бескислородные

Из нитридов, карбидов, боридов,

Максимально

силицидов

других

достижимое содержание

бескислородных

соединений

перечисленных

(кроме углеродистых)

соединений

В настоящее время, наряду с традиционным укладом огнеупорного производства,

присутствуют производство неформованных огнеупоров (не требующих обжига на

огнеупорном предприятии), производство сложнофасонных формованных огнеупорных

изделий (чаще всего не требующих высокотемпературного обжига на огнеупорном

предприятии) и производство безобжиговых огнеупоров на углеродистой связке

(наиболее яркий представитель таких огнеупоров - периклазоуглеродистый огнеупор).

С точки зрения воздействия на окружающую среду эти типы предприятий и

производств следует разделять. Производство неформованных огнеупоров не требует

проведения высокотемпературных обжигов, то же самое можно сказать и про

производство безобжиговых огнеупоров на углеродистой связке. Следует отметить, что

указанные виды огнеупорных изделий проходят высокотемпературную термическую

обработку непосредственно при службе в металлургических агрегатах заводов

потребителей.

Изменения, происходящие в мире, не обошли стороной и огнеупорную

промышленность. Стандартная технологическая схема производства огнеупоров

представляла собой последовательность:

- смешивание сырьевых материалов;

- придание формовочной смеси необходимых свойств для формования

заготовок;

- формование (прессование, экструзия);

- сушка;

- высокотемпературный обжиг, во время которого идут процессы

фазообразования и спекания.

Эту последовательность операций можно назвать традиционной схемой

получения огнеупорных изделий.

Однако все чаще огнеупорное предприятие производит неформованные

огнеупоры. Условно этот тренд можно разделить на два - производство собственно

неформованных огнеупоров, когда производитель осуществляет подбор компонентов и

производит смешивание, а затем пакует смешанные по определенному рецепты

компоненты в тару (как правило, мешки), отправляет потребителю. Потребитель

вскрывает тару, проводит процесс смешивания, затворения водой и проводит монтаж

подготовленных смесей в формы. Затем следуют процесс сушки и высокотемпературная

обработка огнеупоров на территории завода - потребителя огнеупоров.

Второе направление, которое можно выделить в производстве неформованных

огнеупоров, - это фасонные огнеупорные изделия, получаемые, как правило, методом

вибролитья с последующей сушкой (на заводе-изготовителе) с последующей отправкой

на завод-потребитель (и термообработкой в составе металлургического агрегата на

заводе-потребителе).

Еще один относительно новый тренд

- производство углеродсодержащих,

углеродистых огнеупоров. Самим ярким (и весьма весомым по потреблению)

представителем этого тренда являются периклазо-углеродистые огнеупоры. В отличие

от традиционной схемы производства огнеупоров, углеродсодержащие огнеупоры не

проходят обжиг, их термообработка заканчивается на относительно невысоких

температурах, после чего огнеупоры отправляют заказчику.

Другим классификационным признаком может быть общность технологических

переделов, используемых в соответствии со схемами производства существующих в

настоящее время процессов изготовления огнеупоров.

1.4.1 Классификация огнеупорных изделий

Далее представлена краткая классификация огнеупорных изделий в связи со

схемами производства существующих в настоящее время процессов изготовления

огнеупоров.

1.4.1.1 Формованные огнеупоры

Формованные огнеупоры можно разделить на пять основных групп:

Кислые огнеупоры (содержащие более 93% оксида кремния динасовые

огнеупоры, шамотные огнеупоры, цирконовые и цирконсодержащие огнеупоры).

II.

Огнеупоры нейтрального состава (высокоглиноземистые огнеупоры,

углеродные огнеупоры, карбидкремниевые и хромитовые огнеупоры).

III.

Огнеупоры основного состава (периклазовые огнеупоры, периклазо-

хромитовые огнеупоры, магнезиально-шпинелидные огнеупоры, доломитовые

огнеупоры и форстеристовые огнеупоры).

IV.

Углеродсодержащие огнеупоры (перклазо-углеродистые, доломито-

углеродистые,

шпинелидно-углеродистые,

корундо-углеродистые,

корундо-

карбидкремниво-углеродистые огнеупоры).

Плавленые огнеупоры.

Как правило, огнеупоры групп I-III относятся к огнеупорам, получаемым по

традиционной схеме: смешивание исходных порошков в шихту, приготовление

формовочных смесей, формование, сушка и высокотемпературный обжиг.

Огнеупоры группы IV получают смешиванием нескольких фракций оксида магния

с чешуйчатым графитом, а в качестве связующего выступает смола (более старый

вариант

- каменноугольный пек; более современный вариант

- новолачная

термопластичная смола, или термореактивная резольная смола, или их комбинация).

Также в связующее вводят небольшое количество антиоксидантов, добавок,

замедляющих окисление углерода (как графита, так и углеродсодержащей связки) в

ходе эксплуатации футеровки. Заготовки получают полусухим прессованием.

Последней стадией изготовления таких огнеупоров является термообработка с целью

полимеризации связки.

Финальными стадиями изготовления электроплавленых огнеупоров (группа V)

являются литье огнеупорного расплава в формы, охлаждение и механическая обработка

с целью выдерживания геометрических допусков огнеупорных изделий.

1.4.1.2 Неформованные огнеупоры (бетоны, пластичные массы и набивные

массы, торкрет-массы, огнеупорные мертели)

Сухие бетонные смеси (с введенными пластификаторами, связующими и

дефлокулянами) поставляются на завод-потребитель в мешках, пластичные массы (в

полужидком состоянии, готовые к монтажу и укладке) поставляются в герметичных

бочках. Набивные массы в готовом к монтажу состоянии поставляются в бочках или

герметичных мешках. Торкрет-массы, как правило, поставляются в сухом виде и

используются в зависимости от принятой на предприятии технологии торкретирования

(факельное, сухое, мокрое и пр.). Огнеупорные мертели (с введенными

пластификаторами и дефлокулянтами) поставляются на завод-потребитель в сухом

виде в мешках (редко - в виде двухкомпонентных смесей - сухой массы и жидкого

связующего, которые надо перемешать перед монтажом).

1.4.1.3 Теплоизоляционные огнеупорные материалы (теплоизоляционные

кирпичи, волокнистые теплоизоляционные огнеупоры)

Технология формованных теплоизоляционных огнеупорных материалов мало

отличается от технологии традиционных огнеупоров - используется либо экструзия масс

с выгорающими добавками либо используется литье со вспенивающими добавками.

В технологии волокнистых теплоизоляционных материалов волокна огнеупорного

состава смешивают со связующим и формуют прессованием с дальнейшей

незначительной термической обработкой.

1.4.2 Текущее состояние отрасли производства огнеупорных изделий

В настоящее время в России работают крупные, средние и мелкие огнеупорные

предприятия, точнее сказать, что некоторые предприятия, не специализирующиеся на

выпуске огнеупорной продукции, выпускают огнеупорные материалы и изделия как для

нужд комбината, в структуру которых входит производство огнеупоров, так и для

реализации на коммерческой основе иным потребителям (ПАО «Северсталь», ПАО

«ММК» и др.).

Предприятие ОК РУСАЛ, например, АО «РУСАЛ Бокситогорск»,

специализирующееся на производстве глинозема, выпускает высокоглиноземистые

бетонные смеси из порошков собственного производства, а ОАО «Волжский абразивный

завод», специализирующийся на выпуске порошков карбида кремния, изготавливает

также огнеупорные карбидкремниевые изделия из произведенного на предприятии

карбида кремния.

Как черная, так и цветная металлургия являются стратегическими отраслями -

потребителями огнеупорной продукции, где намечена положительная динамика

развития. По темпам роста более перспективным представляется производство

огнеупоров для металлургии, а также для производства цементного клинкера и

стекловарения.

Изменение конъюнктуры рынков продукции отраслей-потребителей сказывается

на объемах производства и поставок огнеупоров. Снижение объемов производства в

этих отраслях влечет за собой снижение объемов потребления огнеупорных

материалов. Распределение рынков определяется размещением потребляющих

отраслей. Кроме того, на распределение рынков влияет уровень модернизации

производственных процессов в этих и смежных отраслях.

В черной металлургии все еще имеются значительные колебания объемов

потребления огнеупоров в зависимости от региона, максимальная величина суммарных

удельных расходов огнеупоров, включая доменный процесс, для предприятий

российского металлургического комплекса составляла почти 25 кг/т стали. В то же время

существуют производства с удельным расходом огнеупоров порядка 9 кг/т стали,

средняя величина удельных расходов огнеупоров по стране к 2015 году составляла 11-

13 кг/тонну выплавленной стали (таблица 1.4).

Таблица 1.4 - Удельный расход огнеупоров в металлургии [19]

Удельный расход к концу периода,

Период, гг.

Государство

кг/т стали

2008-2014

Европа, Япония, США

7-10

2008-2014

Китай

2015-2020

Европа, Япония, США

7-9

2015-2020

Россия

9-11

Окончание таблицы 1.4

Удельный расход к концу периода,

Период, гг.

Государство

кг/т стали

2015-2020

Китай

12-15

2020-2025 (прогноз)

Китай

7-11

Распределение предприятий по производству огнеупоров по федеральным

округам по состоянию на 2022 год представлено на рисунке 1.7. Как следует из

представленных данных,

46% всей огнеупорной промышленности России

сосредоточено в Уральском федеральном округе.

Рисунок 1.7 - Распределение предприятий по производству огнеупоров по федеральным

округам (по данным [10])

Крупнейшим российским производителем и поставщиком огнеупоров на

отечественный рынок является ООО «Группа «Магнезит». Предприятие производит

порядка40% всех огнеупоров в России. Крупными поставщиками товарных огнеупоров

на внутренний рынок являются: Боровичский комбинат огнеупоров, Сухоложский

огнеупорный завод, Богдановичские «Огнеупоры», Первоуральский динасовый завод

(«Динур»), «Огнеупор» ММК. Производство огнеупорных изделий основными

предприятиями подотрасли, а также динамика производства огнеупорных изделий по

видам выпускаемой продукции представлены на рисунках 1.8-1.10, а также в таблице

1.5.

Рисунок 1.8 - Основные производители огнеупорных изделий [20,21]

Таблица 1.5 - Основные огнеупорные предприятия, действующие на российском рынке [20,

21]

Выпуск всех типов огнеупорных изделий основными российскими предприятиями -

производителями огнеупоров, тонн/год

2019 г.

2020 г.

2021 г.

ПАО «Комбинат Магнезит»

239 277

200 442

н/д

АО «БКО»

196 477

193 859

196 412

ПАО «ММК»

161 550

182 754

н/д

Богдановичское ОАО «Огнеупоры»

197 942

178 905

198 720

ОАО «Динур»

62 377

50 407

н/д

ОАО «Сухоложский огнеупорный завод»

31 635

30 507

26 496

ИТОГО:

889 208

836 874

Выпуск всех типов неформованных огнеупоров основными российскими

предприятиями - производителями огнеупоров (без каустика и кварцита), тонн/год

2019 г.

2020 г.

2021 г.

ПАО «Комбинат Магнезит»

70 733

53 149

н/д

ОАО «Динур»

69 198

52 424

н/д

Богдановичское ОАО «Огнеупоры»

38 461

34 952

26 638

АО «БКО»

22 343

21 674

25 573

ПАО «ММК»

20 063

19 327

н/д

ОАО «Сухоложский огнеупорный завод»

12 068

9 312

9 508

ИТОГО:

232 866

190 847

События 2022 года привели к уходу с российского рынка зарубежных огнеупорных

компаний, их место начали занимать китайские производители огнеупоров (не

европейские, чье производство лишь расположено в КНР), а также российские компании,

поставляющие огнеупоры из КНР, и индийские компании.

1.5 Обзор отрасли: производство санитарно-технических изделий

Санитарно-техническая керамика, выпускаемая в РФ, представлена изделиями из

фарфора и полуфарфора, включающими в себя умывальники керамические, унитазы

керамические, бачки смывные керамические, изделия санитарно-технические прочие из

керамики (пьедесталы для умывальников, писсуары, биде и пр.) Размеры и свойства

изделий регламентируются государственными стандартами: ГОСТ 304932017 Изделия

санитарные керамические. Классификация и основные размеры; ГОСТ 13449-82 (СТ

СЭВ 2683-80) Изделия санитарные керамические. Методы испытаний; ГОСТ 15167-93

Изделия санитарные керамические. Общие технические условия; ГОСТ 21485-2016

Бачки смывные и арматура к ним. Общие технические условия.

Обновленные в середине

1990-х годов предприятия отрасли провели

модернизацию производства, расширили ассортимент и увеличили объемы выпуска

продукции. Рост отечественного производства в начале 2000-х позволил снизить долю

импорта с 30 (2013) до 15% (2020) [22].

Основные технологические проблемы отрасли подобны испытываемым в

последние десятилетия другими производствами керамики: поиск отечественных

аналогов огнеупорных глин, каолинов, плавней, а также преодоление технологической

зависимости от стран Европы, прежде всего Германии, Италии, Испании.

Несмотря на имеющиеся сложности, предприятия продолжили работу.

Из приведенных статистических данных следует, что в период с 2012 по 2018 г.

наблюдался устойчивый рост выпуска сантехники. Последующее снижение было

вызвано совокупностью социально-политических проблем, включая пандемию и

санкционный режим, оказавший значительное влияние на поставки сырья и

технологическое обеспечение предприятий.

Рисунок 1.11 - Производство санитарно-технических изделий из керамики в России

в 2012-2022 годах (по данным [10])

До 2014 г. большая часть иностранной сантехники поступала на российский рынок

из Китая и Украины, а также из Италии, Германии и Турции, в последующие годы

поставки из Украины прекратились.

Экспорт российской керамической сантехники в натуральном выражении

составлял 12% (2017 г.) и осуществлялся в основном в страны СНГ. В 2020 г. в

стоимостном выражении экспорт немногим превысил 8% [23].

На российском рынке санитарно-технической керамики представлено около

полутора десятка отечественных производителей (см. рисунок 1.12).

Рисунок 1.12 - Доля предприятий по производству санитарно-технических изделий из керамики

в России (по данным Государственного реестра объектов, оказывающих негативное

воздействие на окружающую среду [26])

Значительную долю рынка занимают производства группы ROCA,

представленной заводами по производству санитарно-технических изделий в

Калужской, Ленинградской областях и Чувашской Республике. Совокупная

производственная мощность заводов Roca в России составляет около 5 млн изделий в

год. Далее следуют АО «Кировская керамика», Калужская обл., и Самарский

Стройфарфор, выпускающие около 2 млн шт. изделий в год и занимающие 13-15%

рынка каждый. Примерно столько же приходится на предприятие Сызранская керамика

компании Cersanit (Польша), расположенное в Самарской области.

Значительно меньше впускают Универсал, Новосибирская область, ЗАО

«Лобненский Стройфарфор», Московская обл., ООО «Объединение строительных

материалов и бытовой техники» («ОСМиБТ»), г. Старый Оскол и ОАО «Волгоградский

керамический завод».

За последние

10 лет распределение производства санитарно-технических

изделий по федеральным округам практически не изменилось. Лидером остается

Центральный федеральный округ, занимающий около половины рынка производства,

его доля выросла с 42% в 2010 г. до 45% в 2021 г. (рисунок 1.13). Растет доля

производств, расположенных в Приволжском федеральном округе (от 30% в 2010 г. до

40% в 2021 г.). В последние годы именно эти два региона конкурируют друг с другом. На

третьем месте находится Сибирский федеральный округ (8,3-8,6% в 2021-2022 гг.),

далее следуют Южный федеральный округ

(3,7-4,2%) и Северо-Западный

федеральный округ (2,4-2,5%). Предприятия Уральского ФО округа (ОАО «Завод

керамических изделий»), Северо-Кавказского, Дальневосточного федеральных округов

производят меньше 1% от общего выпуска отечественной санитарной керамики каждый.

Рисунок 1.13 - Производство санитарно-технических изделий из керамики

в 2022 году по округам в процентах (по данным [10])

1.6 Обзор отрасли: производство посуды и декоративных

изделий (хозяйственно-бытовая керамика)

В предыдущие десятилетия положение предприятий фарфорофаянсовой

подотрасли производства керамических изделий продолжает оставаться нестабильным.

На действующих предприятиях производство сократилось на 30%, а на некоторых

- до

30%, что, естественно, повлекло за собой сокращение производственного

персонала.

Ряд предприятий в силу различных причин (ковидные ограничения, падение

спроса на продукцию, проблемы с логистикой при доставке сырья, ценовая конкуренция

с импортной продукцией фарфора бытового назначения из КНР и прочие экономические

причины) были вынуждены остановить производство. Среди них Конаковский

фаянсовый завод, Владивостокский фарфоровый завод, Прокопьевский фарфоровый

завод, фарфоровый завод «Пролетарий» (Новгородская область) и ряд других.

Но на действующих предприятиях проходят реконструктивные мероприятия,

осваиваются новое оборудование и технические решения: изостатическое прессование,

литье под давлением в пластиковые формы, декорирование с использованием

цифровой печати и прочее.

Относительно крупными российскими предприятиями по выпуску посуды и

декоративных изделий являются «Дулевский фарфор» (Московская обл.), «Борисовская

керамика» (Белгородская обл.), «Башкирский фарфор» (Башкортостан), «Псковский

гончар», «Императорский фарфор» (г. Санкт-Петербург), «Кубаньфарфор»

(Краснодарский край), «Мануфактуры Гарднеръ в Вербилках» (Московская область).

«Семикаракорская керамика» (Ростовская обл.) и некоторые предприятия района Гжели

(Московская обл.).

Производительность наиболее крупного предприятия («Дулевский фарфор»)

немногим превышает 10 млн изделий в год.

Крупные

предприятия

продолжают

выпускать

твердый

фарфор

высокотемпературного обжига, используя, наряду с литьем в гипсовые формы и

пластическим формованием, литье под давлением и изостатическое прессование,

другие специализируются на выпуске более дешевых фаянса и майолики литьем в

гипсовые формы и раскаткой (пластическим формованием).

Динамика структуры производства изделий хозяйственно-бытовой керамики по

федеральным округам приведена на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Динамика структуры производства изделий хозяйственно-бытовой керамики

по федеральным округам (по данным [10])

1.7 Обзор отрасли: производство изделий из керамики

технического назначения, в том числе керамических изоляторов

Техническая керамика включает наиболее широкий перечень керамических

материалов, разнообразных по своему назначению и свойствам: электроизоляторы,

детали приборов электроники, в том числе пьезоэлектрики и ферромагнетики, абразивы,

конструкционная керамика авиационно-космического назначения и т. д.

Объемы публикаций на тему технической керамики значительны, однако объем

выпуска изделий невысок (особенно по сравнению с огнеупорными изделиями). В

Европейском союзе нет точных данных, есть примерные сведения. В соответствии с

данными справочника по наилучшим доступным технологиям (проект 2023 - Best

Available Techniques (BAT) Reference Document for the Ceramic Manufacturing Industry [24])

в 2001 году в Европе (Англия, Австрия, Германия, Франция. Бельгия, Греция, Италия,

Португалия, Испания) было выпущено 4,7 млн тонн огнеупорных изделий. Согласно

этому же справочнику, в 2003 году в Европейском союзе было выпущено 0,15 млн т

изделий технической керамики (включая электроизоляторы).

Наиболее применима техническая керамика в машиностроении, приборостроении

и электронике. К сожалению, в настоящее время спрос на изделия технической керамики

невелик. Зачастую годовой объем выпуска отдельных позиций (подложек микросхем,

корпусов, резцов, сопловых раструбов, фильер) составляет 50-100 кг, а иногда и

меньше.

Значительная часть изделий технической керамики имеет двойное назначение,

поэтому оценить объемы производства и динамику развития отрасли оказывается

затруднительно. В целом в России предприятия по производству технической керамики

специального назначения - это либо малые предприятия численностью в пределах 50-

ти человек, либо малочисленные специализированные участки на крупных

предприятиях (зачастую непрофильных). Годовой выпуск продукции относительно

крупных предприятий (ОАО «Донской завод радиодеталей», ОАО «Южноуральский

завод радиокерамики») составляет от 800 тонн в год до 6000-8000 тонн изделий

технической керамики в год.

С учетом специфики применения в настоящее время техническую керамику

изготавливают в основном на заказ, поскольку рынка технической керамики как такового

нет.

Наиболее массовым видом технической керамики являются керамические

изоляторы. В настоящее время выпускается более 300 типов таких изоляторов, которые

используются в разнообразных сферах деятельности и отраслях производства.

Керамические изоляторы активно применяются в распределительных устройствах,

электроустановках и электрических распределительных устройствах, железнодорожных

сетях и других видах электрооборудования. Проекты многих современных линий

электропередач подразумевают установку штыревых и опорных фарфоровых

изоляторов.

В последние годы керамические изоляторы во многих областях применения

постепенно замещаются стеклянными и полимерными, причем наиболее современными

считаются полимерные изоляторы. Производство фарфоровых изоляторов постепенно

снижается, так, на одном из крупных производств ОАО «Южноуральский арматурно-

изоляторный завод», помимо традиционных фарфоровых изоляторов, наращивается

выпуск стеклянных и полимерных.

Также в нашей стране в достаточно большом количестве налажено производство

керамических электронагревателей, которые также относятся к изделиям технической

керамики.

Несомненно, в будущем, по мере развития науки и техники, объемы выпуска

других видов технической керамики - керамики для электроники (подложки, корпуса,

варисторы), резцов для обработки металла, керамики для сенсоров и преобразователей

энергии - увеличатся, однако в настоящее время объемы выпуска технической керамики

(в килограммах и тоннах) незначительны. Выпуск керамических изделий специального

назначения иногда составляет несколько изделий в год.

В справочнике НДТ представлены технологии производства керамических

электроизоляторов, керамических электронагревателей на основе карбида кремния и

хромита лантана. Производство и технологии других видов технической керамики

(подложки и корпуса интегральных микросхем, резцы, сопла, фильеры, нитеводители)

будут описаны в общем виде.

Керамические электроизоляторы

Керамические электроизоляторы выпускаются из фарфоровых масс и

применяются в распределительных устройствах, электроустановках и электрических

распределительных устройствах, железнодорожных сетях и других видах

электрооборудования. Проекты многих современных линий электропередач

подразумевают установку штыревых и опорных фарфоровых изоляторов.

Электрические керамические нагреватели

Керамические нагреватели применяются выше температур 1150-1200 °С, до

указанных температур нагрев печей обеспечивают металлические нихромовые

нагреватели. Керамические нагреватели - это нагреватели из карбида кремния и

хромита лантана (нагреватели из дисилицида молибдена в настоящее время в России

не выпускаются). Керамические нагреватели из карбида кремния обеспечивают нагрев

в печах до 1400-1450 °С (кратковременно до 1500 °С). Керамические нагреватели из

хромита лантана обеспечивают нагрев в печах до 1750 °С.

Основные действующие в России предприятия по производству технической

керамики приведены в таблице 1.5.

Для производства изделий технической керамики наиболее широко применяются

фарфоровые, глиноземистые и высокоглиноземистые массы с содержанием оксида

алюминия не менее 70% и 90% соответственно. Выпускается также кордиеритовая,

стеатитовая, муллитокремнеземистая керамика, диоксидциркониевая керамика,

керамика на основе сложных оксидных соединений. Существуют производства изделий

из тугоплавких бескислородных соединений (карбидов, боридов, нитридов металлов).

Таблица 1.6 - Некоторые действующие предприятия по производству технической керамики по состоянию на 2023 год

Наименование

Регион

Продукция

предприятия

Керамические фильтрующие элементы из пористой проницаемой керамики для

фильтрации металлургических концентратов, агрессивных жидкостей, горячих газов;

фильтровальные установки на основе керамических фильтрующих элементов;

ЗАО «НТЦ «БАКОР»

г. Москва

керамические аэраторы; коррозионно-стойкие огнеупорные изделия сложной

геометрической формы; высокотемпературные термостойкие тигли и фасонные

изделия

Печная керамика (держатели для нагревателей, трубки со спиральной нарезкой,

печные керамические элементы); тигли (цилиндрические, конические, толстостенные,

ООО «НПО

со спиральной нарезкой), тигли-лодочки, капсели, поддоны, бомзы (подставки),

г. Москва

«Термокерамика»

пластины; втулки керамические; трубки керамические высокотемпературные;

керамические изоляторы; керамические сопла различного назначения; мелющие тела

(шары, цильпебс); теплоизоляция и огнеупоры специального назначения

ОАО «Гжельский завод

Московская

Высоковольтные и низковольтные изоляторы; предохранители; контакты; огнеупорная

«Электроизолятор»

обл.

оснастка из самосвязанного карбида кремния

Электрокерамика и изоляторы; изделия для работы в агрессивных средах, химически

стойкая керамика; шары фарфоровые и высокоглиноземистые для работы в

химических реакторах в качестве подложки под катализаторы и для распределения

потоков продуктов горения; теплоносители керамические и контактные тела для

нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности; катализаторы и

ЗАО

Московская

носители катализаторов; сотовая керамика для химических реакторов и в качестве

«Электрокерамика»

обл.

носителей катализаторов; фильтры керамические и сорбенты; износостойкая

керамика; термостойкая керамика для электропечей и других нагревательных

устройств и для сварочных процессов; керамика для горелок беспламенного горения

природного газа; трубки керамические; мелющие тела; галтовочные тела на основе

керамики

Продолжение таблицы 1.6

Наименование

Регион

Продукция

предприятия

Производство режущего инструмента и износостойких изделий из керамики марок,

керамики на основе диоксида циркония, нитрида кремния, карбида бора, диборида

титана, нитрида алюминия, изделий из нитрида алюминия с высокой

ООО «Завод

Московская

теплопроводностью, а также из твердого сплава. Керамические режущие сменные

технической керамики»

обл.

многогранные пластины; керамические изоляторы, трубки, чехлы, бусы, соломка;

сопла и насадки, волоки, глазки, направляющие; регулирующая и запорная арматура

из керамики; керамические подшипники; керамические ножи

Химико-лабораторная посуда из фарфора; электротехнический фарфор; формы для

ОАО «Речицкий

Московская

изготовления резинотехнических изделий; трубки муллитокремнеземистые. Шары

фарфоровый завод»

обл.

фарфоровые, Насадки кислотоупорные (Кольца Рашига). Фарфоровые бусы. Формы

рук для изготовления перчаток

Изоляторы керамические опорные армированные для работы в помещении;

АО «Корниловский

г. Санкт-

проходные армированные для наружно-внутренней установки, работы в помещении,

фарфоровый завод

Петербург

экранированных токопроводов; изоляторы опорные для воздушных выключателей;

“ИЗОЛЯТОР”»

покрышки и изоляторы керамические неармированные различного назначения

Фарфоровый завод

Ленинградская

Химико-лабораторная посуда специального и общего назначения

«Оятская керамика

область

ООО Завод

г. Санкт-

технического фарфора

Лабораторная химическая посуда из технического фарфора

Петербург

«Фаркос-1»

г. Санкт-

Подшипники скольжения и узлы подшипников скольжения; кольца торцовых

ООО «Вириал»

Петербург

уплотнений; абразивоструйные сопла; защитные пластины

АО «ОНПП "Технология"

Калужская обл.

Материалы и изделия для авиакосмической отрасли

имени А.Г. Ромашина»

Продолжение таблицы 1.6

Наименование

Регион

Продукция

предприятия

Малые серии керамических изделий различной формы и назначения, в том числе

ЗАО «Экон»

Калужская обл.

конструкционную, электроизоляционную и теплоизоляционную керамику

Корундовые изолирующие подложки для интегральных схем;, изоляционная

вакуумплотная корундовая керамика; изоляторы керамические муллитокорундовые и

Ивановская

АО «Поликор»

корундовые; сопла для аппаратов аргонодуговой сварки; корундовые мелющие тела;

обл.

огнеупорные порошки, мертели, заполнители; огнеупорные материалы и изделия

специального назначения

Керамические подложки, корпусы и изоляторы; бронепластины, бронеплиты;

ХК ОАО «НЭВЗ-Союз»

г. Новосибирск

керамические трубки; мелющие тела

ОАО «ЭЛИЗ» (ранее

Пермский завод

высоковольтных

Изоляторы для контактной сети электрифицированных железных дорог; изоляторы

электроизоляторов) с

Пермская обл.,

для энергетического комплекса Российской Федерации и стран СНГ; изоляторы и

филиалом (ранее

Псковская обл.

изделия из электротехнического фарфора различного назначения

Великолукский завод

технического фарфора

ООО «ВЗЭФ»)

Республика

Изоляторы (горячее литье, прессование); вакуумплотная корундовая керамика;

ООО НПП «ЛИТНИК»

Марий Эл

муллитокорундовые огнеупоры

Республика

Проходные изоляторы; высоковольтные изоляторы; керамические каркасы;

ООО «ФЭТА»

Марий Эл

установочная керамика

АО «Завод

Корпусы интегральных схем различных типов (DIP, CFP, LLCC, PGA, LCC); основания

Республика

полупроводниковых

типа DIP; оптоэлектронные корпусы - держатели керамические индикаторные; платы

Марий Эл

приборов»

металлокерамические нагревательные

Продолжение таблицы 1.6

Наименование

Регион

Продукция

предприятия

Изоляторы опорные внутренней установки (1-3 кВ, 3-6 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 6-12 кВ);

изоляторы опорные для установки под навесом (10 кВ); изоляторы штырьевые и

опорно-стержневые; изоляторы проходные; изоляторы такелажные; изоляторы для

ОАО «Андреапольский

Тверская обл.

низковольтных устройств; изоляторы для различных установок; изоляторы для

фарфоровый завод»

электротранспорта (электровозов, поездов метрополитена, электропоездов); трубки

керамические (фарфоровые); керамические корпусы для предохранителей (до 500 В);

изоляторы антенные

Керамические, металлокерамические и стеклокерамические корпусы для сборки и

защиты интегральных схем; металлокерамические корпусы для сборки и защиты

ОАО «Донской завод

Тульская обл.

силовых полупроводниковых элементов; изоляторы диаметром из вакуумплотной

радиодеталей»

керамики для электротехнических изделий; керамические изоляторы для

автомобильных свечей зажигания; керамические носители катализаторов

Керамические изделия на основе частично и полностью стабилизированного диоксида

АО «Чепецкий

Удмуртская

циркония (твердые электролиты пробирочного и таблеточного типа, тигельная

механический завод»

Республика

продукция, детали струйной мельницы, сопла для пескоструйной и дробеструйной

обработки, мелющие тела цилиндрической формы)

Носители (основания) катализаторов; тигли, лодочки, корпуса, наконечники и другие

изделия из огнеупорных материалов; твердые электролиты из циркониевой керамики;

керамические малогабаритные изоляторы для высоковольтных водяных нагревателей

ОАО «Южноуральский

Челябинская

и ТЭНов; керамические фильтры для металлических расплавов; керамические

завод радиокерамики»

обл.

высокотемпературные плитки из керамики с низким коэффициентом температурного

расширения нескольких конфигураций; керамические штуцер-дроссели для запорно-

регулирующей арматуры; корундовые мелющие тела, керамические керны для

изготовления кирпича

Продолжение таблицы 1.6

Наименование

Регион

Продукция

предприятия

Линейные штыревые высоковольтные и низковольтные изоляторы, опорные и опорно-

ОАО «Южноуральский

Челябинская

штыревые изоляторы, корпуса для высоковольтных предохранителей, изделия

арматурно-изоляторный

обл.

специального назначения, а также высокоглиноземистые мелющие тела-цилиндры

завод»

различных типоразмеров

ЗАО «Кировская

Калужская обл.

Производство глиноземистых высокопрочных мелющих тел-цилиндров из уралита

керамика»

Московская

НИИ НПО Исток-Луч

Оксидная керамика специального назначения для электроники

область

Микробор

г. Москва

Резцы, режущий инструмент на основе нитрида бора

Московская

Производство карбидкремниевых электронагревателей, трубки, чехлы термопар,

АО «Подольскогнеупор»

область

тигли

г. Подольск

АО «НИИ НПО “ЛУЧ”»

Московская

Электроизоляторы, корундовые изделия

обл.

НПП «Алмаз»

г. Саратов

Керамика для электроники

г. Санкт-

ПАО «Светлана»

Подложки из карбида кремния для полупроводниковых приборов

Петербург

ПАО «Техническая

г. Саратов

Керамика из титаната бария, нитрида бора, оксида алюмния

керамика»

ООО «Прогрессив

г. Санкт-

Износостойкая керамика, подшипники, износостойкие детали футеровки, фильеры,

Северо-Запад»

Петербург

нитеводители

Техническая керамика

г. Белгород

Техническая керамика специального назначения

АО «Плутон»

г. Москва

Керамика из нитрида алюминия и оксида алюминия

Окончание таблицы 1.6

Наименование

Регион

Продукция

предприятия

Опорно-стержневые изоляторы на 10-110 кВ, проходные изоляторы на 10-35 кВ,

ООО «Объединенная

г. Пермь

опорные изоляторы внутренней установки, крупногабаритные неармированные

Фарфоровая Компания»

покрышки.

Электротехнический фарфор:

- армированный;

- неармированный;

ООО «Камышловский

Свердловская

- высоковольтный;

завод “Урализолятор”»

обл.

- низковольтный;

а также изготавливаются термостойкие изоляторы для различных установок.

На предприятии освоен выпуск кордиеритовых изделий для атомной энергетики

ООО «Вакуумная

г. Москва

Изделия из вакуумплотной корундовой керамики двух марок ВК100-2 и ВК94-1

керамика»

ООО «Техкерамика»

Московская обл.

Производство керамических изоляторов и изолирующей арматуры

ООО «Техническая

Производит техническую и инженерную керамику из оксидов циркония, алюминия,

г. Белгород

Керамика»

также из карбидов и боридов, в том числе композиционную

Цион-24

Московская обл.

Производство низковольтных изоляторов, продукции для наружной проводки

ООО «Вольта»

г. Южноуральск

Выпуск опорно-стержневых изоляторов из глиноземистого фарфора

1.8 Обзор отрасли: производство керамических пропантов

В течение последних лет российский рынок пропантов динамично развивался в

связи с растущим спросом на данную продукцию со стороны нефтегазодобывающих

компаний.

Высокопрочные гранулированные материалы (расклинивающие агенты)

используются в технологии гидроразрыва нефтегазоносного пласта (ГРП) для закачки

в скважины совместно с жидкой фазой.

В настоящее время в операциях ГРП используются следующие виды пропантов

(технические характеристики различных видов пропантов приведены в таблице 1):

- природный кварцевый песок;

- алюмосиликатные керамические пропанты (на основе бокситов, каолинов и их

смесей);

- магнезиально-силикатные пропанты (на основе серпентинитов, оливинитов и

их природных смесей);

- пропанты с полимерным покрытием (как керамические, так и кварцевый песок).

Керамические пропанты. Высокопрочным пропантом является керамический

агломерированный боксит, который изготавливают из качественных бокситовых или

каолиновых руд. Процесс изготовления включает измельчение руды, компактирование

в сферические частицы и последующий обжиг в печи при высокой температуре,

вызывающей процесс агломерации. Конечный продукт обычно содержит до

85%

Al2O3. Остальные 15% составляют оксиды железа, титана и кремния. Удельная

плотность его 3,65 г/см³ по сравнению с плотностью песка 2,65 г/см³. Применяются

агломерированные бокситы в основном в глубоких (более 3500 м) скважинах.

Пропанты промежуточной плотности (удельная плотность 3,15 г/см³) отличаются

от агломерированных бокситов прежде всего своим составом. Содержание оксида

алюминия в них ниже, содержание кремния - выше. При давлениях до 80 Мпа по

проницаемости они близки к агломерированным бокситам. Поэтому в большинстве

случаев, благодаря более низкой стоимости, ими заменяют бокситы.

Пропанты низкой плотности

(2,72 г/см³) изготавливаются так же, как и

перечисленные выше. Главным отличием является их состав, они содержат 49% Al2O3,

45% SiO2, 2% TiO2 и 4% прочих оксидов.

Кроме того, были созданы пропанты с полимерным покрытием, так называемые

RCP-пропанты (Resin Coated Proppant). С целью предотвращения обратного выноса

пропантов на конечной стадии ГРП в скважину закачиваются RCP-пропанты, покрытые

частично отвержденными полимерными материалами. За счет полимеризации покрытия

под воздействием высоких температур и давления происходит прочное сцепление

пропантов.

При этом сохраняются высокие значения проницаемости даже при воздействии

на полимерно-покрытые пропанты высоких давлений.

Керамические алюмосиликатные пропанты - гранулированный сыпучий

материал серого цвета различного фракционного состава размером 0,6-1,7 мм.

По своему химическому составу алюмосиликатные пропанты содержат Al2O3 - не

менее 50%, Fe₂О₃ - не более 8%. Кроме того, в их состав входят SiO₂, TiO₂ и пр. Сырьем

для производства алюмосиликатных пропантов могут служить бокситы и каолины.

Основными требованиями, предъявляемыми к пропантам, являются прочность,

однородность, сферичность, долговременная проводимость и др. (таблица 1.7).

Кроме алюмосиликатных пропантов, российские производители освоили

производство магнийсиликатной продукции.

В последние годы на некоторых российских предприятиях было запущено

производство полимерно-покрытых пропантов, увеличивающих эффективность

проведения работ ГРП. Покрытие защищает зерно пропанта от разрушения при

воздействии агрессивных сред и высоких циклических нагрузок. Под влиянием давления

и температуры покрытие образует прочный каркас всей пропантной пачки, позволяющий

удерживать пропант от обратного выноса.

Таблица 1.7 - Технические характеристики пропантов различных видов

Насыпная

Истинная

Давление на

Растворимость

Вид пропанта

плотность,

сжатие, не

Сферичность

в кислотах, %

г/см³

более, МПа

кварцевый песок

~1,4

2,7

<0,7

алюмосиликатные

пропанты на

1,85-2,0

3,56

100

0,9

3,5

основе боксита

алюмосиликатные

пропанты на

1,57-1,85

2,7-3,3

0,9

4,5

основе смеси

боксита и каолина

алюмосиликатные

пропанты на

1,57

2,7

52-70

0,9

1,7

основе каолина

магнезиально-

силикатные

1,55

2,7

52-70

0,9

7,8

пропанты

керамические

пропанты с

1,63-1,68

2,89-2,94

100

0,9

0,9-2,5

полимерным

покрытием

Впервые в России технология производства пропантов была разработана в 1994

г. на Боровичском комбинате огнеупоров (Новгородская обл.), там же в 1998 г. была

введена в эксплуатацию первая производственная линия по выпуску пропантов

мощностью 15 тыс. т/год.

Уже в 2002 г. в России появился еще один производитель пропантов

ООО «ФОРЭС» (Свердловская обл.), в течение 2004-2007 гг. выпуск данной продукции

освоили еще 2 предприятия в Челябинской области - ЗАО «Трехгорный керамический

завод» и ООО «Веллпроп» (ранее Карбо Керамикс (Евразия)», кроме того,

ПАО «Уралхимпласт» (Свердловская обл.) начало производство пропантов с

полимерным покрытием.

В связи с дальнейшим ростом спроса на пропанты были созданы еще

производственные площадки по выпуску данной продукции - ООО «Красноярский завод

пропантов» (г. Ачинск) и ООО «Ника-Петротэк» (Воронежская обл.) с подразделением

ООО «Оренбургский пропант».

В период до 2018 г. суммарный объем производства пропантов в России

увеличивался ежегодно, за исключением 2012 г., когда произошло сокращение выпуска

продукции на 8% относительно предыдущего года.

В 2014 г., 2016-2017 гг. темпы роста превышали 20% в год, в 2018 г. было

выпущено 1,53 млн т данной продукции, что на 14,5% больше, чем годом ранее.

В 2019 г. выпуск пропантов стабилизировался на уровне предыдущего года, в

2020 г. произошло сокращение производства до 1,45 млн т, что на 5,5% меньше, чем

годом ранее. По итогам 2021 г. российские предприятия выпустили 1,49 млн т пропантов,

что на 2,8% больше, чем в предыдущем году (рисунок 1.15).

Рисунок 1.15 - Динамика производства пропантов в России в 2000-2021 гг., тыс. т

(Источник: данные предприятий).

До 2005 г. включительно АО «Боровичский комбинат огнеупоров» являлся

крупнейшим производителем пропантов в России с объемом производства в 130 тыс.

т/год и долей в суммарном объеме выпуска в 57%, в 2013-2014 гг. доля предприятия

составляла порядка 30%.

С 2006 г. лидирующее положение на рынке пропантов РФ занимает компания

ООО «ФОРЭС» (производственные мощности расположены в Свердловской области),

с 2009 г. доля компании в суммарном производстве пропантов в РФ превышает 60%.

По итогам 2021 г. компания выпустила 965 тыс. т пропантов, что является

максимальным показателем за всю историю и составляет почти 65% всего рынка.

Вторым крупнейшим производителем пропантов в настоящее время является АО

«Боровичский комбинат огнеупоров» (Новгородская обл.). В

2019 г. предприятие

нарастило выпуск пропантов до

365 тыс. т/год, что соответствовало

24% от

общероссийского производства.

В период до

2019 г. включительно наиболее динамичное развитие

демонстрировало новое предприятие ООО «Ника-Петротэк», созданное на базе

Семилукского огнеупорного завода (Воронежская обл.). Компания начала производство

пропантов в 2015 г. (23 тыс. т), а в 2019 г. выпуск пропантов составил уже 270 тыс. т.

В сложной ситуации оказался и «Трехгорный керамический завод» - небольшому

предприятию сложно конкурировать с крупными производителями, в 2021 г. объем

выпуска пропантов на заводе сократился до минимума.

1.9 Экологические аспекты производства керамических изделий

и воздействие предприятий отрасли на окружающую среду

В официальных документах федерального уровня воздействие крупных

предприятий по производству керамических изделий на окружающую среду (ОС)

отражено в позициях «Производство строительных материалов» (2000-2006 годы),

«Обрабатывающие производства», в том числе «Производство прочих неметаллических

минеральных продуктов» (2007-2013 годы). Производство огнеупоров также могло

получить отражение в разделе «Металлургическое производство и производство

готовых металлических изделий». Раздел «Влияние основных видов отраслей

экономической деятельности на состояние окружающей среды», присутствовавший в

Государственном докладе за

2011 год (равно как и в более ранние годы), в

Государственные доклады за 2012-2014 годы уже не включен. Однако данный раздел

появляется в Государственном докладе за 2015-2016 годы, в котором представлена

позиция «Обрабатывающие производства», в том числе «Производство прочих

неметаллических минеральных продуктов». В отчетах за 2017-2021 годы в разделе

«Воздействие на окружающую среду и мероприятия по их снижению для основных видов

экономической деятельности» приводятся только сведения по обрабатывающим

производствам в целом [25].

Результат проведенного сравнительного анализа сведений официальной

статистки Федеральной службы государственной статистики (Росстат), раздел

«Окружающая среда» [10] показал, что в части производства прочей неметаллической

минеральной продукции статистические сведения приведены без разделения на

отдельные подотрасли, вместе тем сведения, представленные в Государственном

реестре объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду [26],

позволяют оценочно разделить показатели выбросов загрязняющих веществ с учетом

соответствующих отраслей, так на долю предприятий осуществляющих выпуск

керамических изделий ориентировочно приходится порядка 20-25 % выбросов от общего

количества выбросов предприятий отрасли «Производство прочей неметаллической

минеральной продукции» (см. рисунок 1.16). Образование отходов производства и

потребления, а также сбросы загрязненных сточных вод в поверхностные водные

объекты по видам экономической деятельности по Российской Федерации

представлены на рисунках 1.17, 1.18.

Рисунок 1.16 - Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ, отходящих от стационарных

источников, по видам экономической деятельности (2022 год), тыс. тонн

Рисунок 1.17 - Образование отходов производства и потребления по видам экономической

деятельности по Российской Федерации (2022 год), тыс. тонн

Рисунок 1.18 - Сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты по видам

экономической деятельности по Российской Федерации (2022 год), млн м³

Вместе с тем в докладах о состоянии ОС, подготовленных в субъектах федерации,

в ряде случаев приводятся более детальные сведения о предприятиях - загрязнителях

ОС. В некоторых докладах присутствуют данные о валовых выбросах загрязняющих

веществ (ЗВ), о суммарных объемах сточных вод, поступивших в поверхностные

объекты, об образовании отходов и нарушении земель.

Тем не менее некоторые крупные компании, выпускающие керамические

стеновые материалы и огнеупоры, включены в перечень основных загрязнителей ОС в

ряде регионов России. При описании факторов воздействия обсуждаемых предприятий

на ОС отмечаются выбросы ЗВ в воздух (упоминаются выбросы пыли, оксидов серы и

азота), а также образование отходов производства и нарушение земель (связанное в

том числе и с тем, что многие компании занимаются не только производством

продукции, но и добычей полезных ископаемых). Вместе с этим в региональных

докладах о состоянии ОС отмечается, что ряду предприятий удалось

усовершенствовать технологические процессы, внедрить новую средозащитную

технику, сократить потребление воды (в том числе в производстве огнеупоров).

Таким образом, в зависимости от конкретных применяемых производственных

процессов деятельность по производству керамических изделий оказывает негативное

воздействие на окружающую среду - приводит к выбросам ЗВ в атмосферный воздух,

забору воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, сбросам сточных

вод, образованию отходов производства и потребления, шумовому и иным видам

воздействиям.

Соответствующие факторы воздействия на ОС, характерные для различных

стадий производства керамических изделий, систематизированы в разделе 3 (таблица

3.1) справочника НДТ.

Количество выбросов ЗВ в атмосферный воздух, сбросов ЗВ в водные объекты,

образованных отходов зависят от различных аспектов, таких как тип используемого

сырья (например, глины с высоким содержанием соединений серы, а также

использование в значительных количествах выгорающих добавок природного

происхождения (опилки, лузга, скоп)), дополнительно используемые вспомогательные

вещества, вид используемого топлива.

Учитывая, что химико-технологические процессы производства керамики

являются высокотемпературными и потребляют значительное количество топлива и

сырьевых материалов, основным значимым экологическим аспектом являются выбросы

ЗВ в атмосферный воздух от технологических процессов основного производства.

Основные факторы воздействия на окружающую среду связаны с процессами

сушки и обжига (преимущественно выбросы отходящих газов), а также подготовки

сырьевых материалов, формования и обработки изделий (образование отходящих газов

и производственных сточных вод). В производстве керамических материалов основная

масса газообразных выбросов образуется на стадии обжига.

Основными загрязняющими веществами, дающими наибольший вклад в валовый

объем выбросов (более 99% всего объема выбросов (по данным Государственного

реестра объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду [26])),

являются: монооксид углерода; оксиды азота; пыль; серы диоксид. На долю других

загрязняющих веществ приходится менее 1%. К основным источникам воздействия на

атмосферный воздух при производстве керамических изделий относятся дымовые

трубы обжиговых печей.

Сбросы предприятий в водные объекты представлены в настоящее время в

основном хозяйственно-бытовыми стоками предприятий, которые поступают в

централизованные очистные сооружения, а также поверхностными сточными водами

(ливневыми и талыми водами), которые также отводятся на очистные сооружения или

поступают на механическую очистку (со степенью очистки по нефтепродуктам и

взвешенным веществам до 99,5%). Сброс производственных сточных вод в водный

объект у большинства предприятий отсутствует.

Отходы производства образуются на каждой стадии технологического процесса

производства керамических изделий, в большей степени относятся к возвратным и в

виде боя изделий направляются обратно в производственный цикл. Образование иных

видов отходов незначительно (представлено в основном отходами упаковки и

жизнедеятельности самого предприятия).

Исходя из вышеизложенного, основными факторами воздействия на окружающую

среду при производстве керамических изделий являются:

- удельное потребление энергоресурсов, включая природный газ;

- удельные выбросы загрязняющих веществ, содержащихся в дымовых газах;

- наличие и эффективность утилизации (использования) отходов производства,

в том числе в других отраслях экономики.

Более подробная информация о конкретных загрязняющих веществах,

являющихся приоритетными для отрасли в целом, а также для отдельных производств

керамических изделий, сведения по ресусро- и энергопотреблению приведены в

разделе 3 справочника НДТ.

Раздел 2 Описание технологических процессов, используемых

при производстве керамических изделий

2.1 Технологические процессы и способы производства

керамических изделий

По области применения керамику делят на строительную, хозяйственно-бытовую,

техническую и огнеупоры, по химическому составу - на оксидную и бескислородную (на

основе карбидов, нитридов и пр.).

Керамику изготавливают из различных видов сырья (неорганических и

неметаллических соединений), формуют различными способами, обжигают в печах

разных типов, готовые изделия имеют разнообразную форму, размеры и цвет. Основные

этапы производства изделий из керамики (технологические переделы) одинаковы для

всех ее видов и включают массоподготовку (объединяет подготовку сырьевых

материалов и формовочных масс), формование, сушку, обжиг (однократный или

многократный, в зависимости от вида изделия) и послеобжиговую обработку. Для

изделий хозяйственно-бытового назначения, художественной керамики, санитарно-

технических изделий и некоторых видов строительной керамики отдельной стадией

является декорирование, которое может включать в себя ангобирование, глазурование

и нанесение рисунков.

В настоящем разделе представлена общая технология керамики, характерные

технологические аспекты производства изделий в различных подотраслях рассмотрены

далее (см. разделы 2.2-2.8).

2.1.1 Сырьевые материалы

В технологии производства керамических изделий применяют разнообразные

сырьевые материалы, как природного, так и искусственного происхождения.

Большинство таких материалов добывают и производят на территории России,

некоторые виды сырья поставляют из-за рубежа.

Сырье для производства керамики по происхождению можно подразделить на две

основные группы: природное и искусственное. Природное сырье (прежде всего глины)

после добычи направляют непосредственно в производство, при необходимости его

предварительно сортируют, усредняют, обогащают. Искусственное сырье,

отличающееся повышенным качеством и чистотой, получают в результате глубокой, в

первую очередь химической, переработки природных либо искусственных материалов.

Сырье для производства керамики условно подразделяют на основное и

вспомогательное. Основное сырье преобладает по содержанию и в значительной

степени определяет технологические свойства перерабатываемой массы, внешний вид

и технические данные готового изделия. Вспомогательное сырье регулирует

технологические свойства исходных масс, способствует оптимизации технологических

процессов, снижает температуру обжига, улучшает отдельные характеристики готового

продукта. Сырье может быть основным или вспомогательным в зависимости от

технологии производства конкретного изделия. В качестве основного сырья может быть

использован как один материал, например, глинозем (с преобладанием оксида

алюминия Al2O3) для изготовления корундовой керамики, так и несколько компонентов,

например, глина, кварцевый песок и полевой шпат для производства фарфоровых

изделий [27, 28].

Строительную, хозяйственно-бытовую керамику, некоторые виды огнеупоров и

технической керамики получают из глинистого сырья. Глинами называют

тонкодисперсные осадочные горные породы, состоящие в основном из

гидроалюмосиликатных минералов и способные при замачивании водой образовывать

легкодеформируемую пластичную массу, которая при высыхании сохраняет приданную

ей форму, а после обжига приобретает камнеподобное состояние. Кроме

гидроалюмосиликатов, в глинах присутствуют различные примеси [29].

Глины являются основным, а в ряде случаев единственным компонентом

формовочных масс в производстве керамического кирпича, плитки, шамотных

огнеупоров и посуды; в то же время глины используют как компонент или добавку в

технологии изготовления санитарно-технических изделий, карбидкремниевых

огнеупоров, муллитокорундовой, стеатитовой, форстеритовой, кордиеритовой и других

видов керамики. В состав масс для производства изделий на основе глин могут входить

один или несколько ее видов, а также так называемые отощающие - непластичные

компоненты (измельченный кварц, полевой шпат и др.) [30].

Глины или глинистые породы (осадочные и сланцевые глины, тяжелые суглинки)

в основном применяют в производстве кирпича. Органические добавки (опилки, отходы

целлюлозно-бумажного и прочих производств) и неорганические вспомогательные

вещества (кизельгур, перлит) вводят в изделия для увеличения объема пор. При

производстве лицевого кирпича для получения требуемой окраски в формовочную

массу вводят оксиды металлов (MnO2, TiO2, Fe2O3), хромиты, а также известняк (CaCO3),

доломит (CaMg(CO3)2). Карбонат бария (BaCO3) добавляют для уменьшения высолов.

В случаях аномально высокого содержания соединений серы в глине (свыше 0,5%) в

формовочную массу добавляют также карбонаты для связывания оксидов серы с целью

уменьшения их выбросов в атмосферу. Эти добавки вводят в твердом виде

непосредственно перед формованием или в процессе массоподготовки [31].

Керамическая плитка, хозяйственно-бытовая и санитарная керамика также

состоят главным образом из алюмосиликатов, основным компонентом сырьевых смесей

при их производстве служат пластичные глины.

В состав сырьевых смесей для производства различных видов огнеупоров входят

глины, шамот (обожженная, затем измельченная глина), природные минералы (кварцит,

доломит, боксит, магнезит), искусственные материалы (корунд, карборунд и шпинель), а

также огнеупорный лом/бой и отходы производства.

Для получения формовочных масс с нужными характеристиками к измельченному

сырью добавляют связки, придающие массам пластичность и связанность, заполнители

для получения определенной структуры материала

[27]. В качестве связки для

получения ряда огнеупоров используют пластичные глины.

Выбор глин для конкретного производства обусловлен их технологическими

свойствами, которые определяются минеральным, химическим и зерновым составами

[32].

В качестве плавней, предназначенных для снижения температуры спекания

различных масс и растекания глазурей, широко применяют полевые шпаты, карбонаты

(мел, доломит), а также волластонит, стеатит и др.

Так называемую техническую керамику, в которой доля глинистых компонентов

может быть мала или вовсе отсутствовать, изготавливают из масс на основе

искусственно получаемых оксидов и бескислородных соединений Al, Mg, Mn, Ni, Si, Ti,

W, Zr и других металлов. Типичными примерами здесь выступают Al2O3 (оксид

алюминия, глинозем), MgO (оксид магния, периклаз), SiC (карбид кремния, карборунд),

Si3N4 (нитрид кремния) и AlN (нитрид алюминия) [33-35].

Кроме перечисленных основных сырьевых материалов и вспомогательных

веществ, для производства керамических изделий необходимы временные

технологические связки, огнеприпас для обжига изделий, топливо. В качестве связок в

процессе формования, кроме пластичной глины, применяют чаще всего растворы

полимеров. Огнеприпас представляет собой огнеупорные капсели, плиты и стойки

многоразового использования [27, 34].

2.1.2 Общее описание производственного процесса

В соответствии с общей схемой производства сырьевые материалы измельчают

до нужной дисперсности, классифицируют по размерам частиц, обогащают, смешивают,

затем полученной массе прессованием, способами пластического формования или

шликерного литья придают заданную форму. Для улучшения качества смешения и

формования обычно используют воду, которая затем испаряется при сушке. Далее

изделия загружают в печь (в случае печей периодического действия) либо пропускают

через непрерывно действующую роликовую или туннельную печь (в последнем случае

изделия предварительно помещают на вагонетки). В производстве шамота и керамзита

для обжига гранул используют вращающиеся печи.

В процессе обжига происходит необратимое изменение структуры материала,

поэтому необходимо обеспечить правильный режим термообработки: скорость

нагревания, продолжительность выдержки при максимальной температуре, скорость

охлаждения. Важный фактор получения требуемых свойств изделий - правильно

выбранная среда обжига.

Готовую продукцию сортируют, упаковывают и отправляют на склад до отгрузки

потребителям.

Ниже описаны основные участки производства керамических изделий, а также

переделы и варианты реализации технологического процесса [36-39].

2.1.3 Основные участки производства керамических изделий

2.1.3.1 Хранение и транспортировка сырья в пределах производственной

площадки

Добычу глины, каолина, глинистых материалов, полевого шпата, кварца и

большинства других видов сырья ведут открытым (в карьерах) или закрытым (в шахтах)

способом. Доставку сырья на предприятие осуществляют автомобильным либо

железнодорожным транспортом.

Сырье в зависимости от его свойств и того, на какой стадии процесса оно

применяется, хранят в открытых буртах или на складах, подразделяемых на боксы,

крупнотоннажные питатели, смесительные, вылежные, раскислительные и сухие

силосы. Некоторые материалы (например, глазури, фритты, каолины высокой степени

обогащения) поставляются на предприятия упакованными в тканиевые контейнеры

(«биг-бэги»).

Для производства кирпича и плитки на предприятии необходимо хранить

значительное количество глины и минерального сырья, которое часто размещают на

открытой площадке. В ряде случаев, особенно при пластическом формовании, такое

хранение в течение нескольких месяцев улучшает рабочие свойства глин. Этот

технологический прием называется «раскисление» (летование) и особенно эффективен

при хранении глин в течение нескольких сезонов [28].

Оборудование для транспортировки внутри производства выбирают, исходя из

таких параметров, как зернистость материала, его насыпная плотность, сыпучесть,

температура и влажность, требуемая производительность и доступные площади. Для

перемещения кусковых и зернистых материалов применяют такие виды транспортных

устройств, как ковшовые элеваторы, цепные, шнековые и пневмоконвейеры, тележки и

кюбели. Наиболее часто используют ленточные транспортеры. Шликеры и жидкие

материалы подают по шликеропроводам или используют емкости, установленные на

транспортных средствах. Полуфабрикаты и готовые изделия перемещают на тележках,

в том числе многоярусных, ленточных конвейерах [28, 35, 38].

Основными факторами воздействия на окружающую среду на данном

технологическом участке оказываются организованные (устройства хранения) и

неорганизованные (устройства перемещения) источники пыли, а также шум от

работающего оборудования и техники. На этом участке возможно образование

производственных отходов, часть которых может быть возвращена в технологический

процесс.

2.1.3.2 Подготовка сырьевых материалов

2.1.3.2.1 Первичное и вторичное дробление, измельчение и рассев

Грубое первичное дробление глин производят при помощи валковых дробилок и

бегунов раздавливанием и истиранием.

Валковые дробилки широко применяют в технологии грубокерамических изделий

(кирпича, черепицы, некоторых видов огнеупоров) для измельчения, выравнивания и

гомогенизации глиняных частиц. Пары гладких параллельных друг другу роликов из

закаленной стали вращаются по направлению друг к другу, сминая и расплющивая

подаваемый между ними материал. Размер образуемых в процессе дробления частиц

определяется величиной зазора между валками.

Каменистое хрупкое твердое сырье, применяемое, например, в производстве

огнеупорных изделий, измельчают при помощи щековых или конусных дробилок,

принцип действия которых основан на сжатии и изломе кусков материала между

подвижной и неподвижной твердой поверхностью щеки или конуса.

Используют также молотковые дробилки, в которых измельчение достигается за

счет ударного воздействия: куски подаваемого в дробилку материала разбиваются при

соударении с быстро вращающимися молотками.

Бегуны мокрого и сухого помола используют для дробления и грубого помола

более пластичных материалов. Бегуны с перфорированным подом обеспечивают

получение частиц строго определенного размера, бегуны мокрого помола также

позволяют смешивать глину с вводимой водой.

Ножевые глинорезки применяют при подготовке пластичного сырья. Глинорезки

представляют собой бункер с вращающимся днищем, в котором под углом установлены

ножи. Куски глины выходят из отверстий, расположенных под ножами, в виде крупной

стружки [35].

2.1.3.2.2 Сухой или мокрый помол (измельчение)

Описанный выше процесс дробления позволяет получать частицы размером

более 0,5 мм. Для производства большинства видов изделий необходимо дальнейшее

уменьшение размеров частиц. Тонкий помол обычно производят в шаровых мельницах

непрерывного или периодического действия, представляющих собой горизонтально

расположенный вращающийся барабан, футерованный керамикой или резиной, с

перекатывающимися и падающими внутри мелющими телами из износостойкой

керамики или кварцевой гальки. Шаровые мельницы - самый распространенный тип

оборудования для тонкого помола (образующего частицы менее 100 мкм) в технологии

керамики, т. к. являются универсальными измельчителями и смесителями для

материалов разной твердости.

Помимо шаровых мельниц, для тонкого и сверхтонкого помола используют

вибромельницы, молотковые, роликовые (маятниковые), струйные и другие мельницы.

Часть из них могут реализовать как мокрый, так и сухой помол, роликовые и струйные

мельницы используют для сухого помола.

2.1.3.2.3 Рассев (классификация)

После измельчения сырьевые материалы или их смеси подвергают сухой или

мокрой классификации (рассеву или процеживанию).

Для улучшения определенных свойств керамики (например, достижения высокой

плотности) зачастую необходимо смешивать порошки разных фракций,

характеризующихся определенным размером частиц. Для их получения при сухом

рассеве используют грохоты, вибросита, вращающиеся барабанные сита и пр.

Также для разделения частиц по крупности применяют воздушные сепараторы и

классификаторы на основе циклонов.

Слишком крупные частицы возвращают на стадию измельчения [37].

2.1.3.2.4 Распылительная сушка

Этот прием обезвоживания и гранулирования широко распространен в

производстве керамической плитки, технической керамики и огнеупоров для изделий,

формуемых способом прессования. Суспензию материала после мокрого помола в

шаровой мельнице (содержание твердой фазы порядка 60-70%) распыляют под

давлением в виде мелких капель в башне, которая нагревается газовыми горелками до

температуры 350-500 °C. При высыхании капель суспензии образуются достаточно узко

фракционированные гранулы (обычно 200-500 мкм) более или менее сферической

формы с влагосодержанием от 5,5 до 7%; полученный порошок обладает хорошей

сыпучестью и обеспечивает лучшее заполнение пресс-форм

[40]. Влажность

получаемых гранул может регулироваться и для некоторых технологий технической

керамики не превышать 1%.

2.1.3.2.5 Предварительный обжиг сырья (прокаливание)

Ряд сырьевых материалов для улучшения свойств подвергают предварительному

прокаливанию (обжигу) во вращающихся, туннельных или шахтных печах. К примеру,

некоторые сырьевые материалы (доломит, магнезит) для производства огнеупоров

необходимо обжигать при повышенных температурах (более 1800 °C). Применение

прокаленных глин (например, каолина) уменьшает усадку заготовок, способствуя более

точному соблюдению размеров изделия и ускорению обжига. В некоторых

производствах обжигом гранул глины во вращающихся печах получают шамот.

Предварительный обжиг проводят также для синтеза в гранулах (спеках)

определенных фаз, используемых в дальнейшим как основное сырье для получения

керамики. Такая разновидность технологии называется спековой, ее часто используют

для получения технической керамики.

2.1.3.2.6 Искусственное сырье

Следует отметить, что, хотя некоторые виды искусственных материалов

(например, карбид кремния) поставляются специализированными компаниями,

подобное сырье чаще всего необходимо подвергать измельчению и последующей

классификации.

2.1.3.2.7 Фритты и глазури, приготовление глазурей

При производстве керамической облицовочной, напольной плитки и

керамогранита, некоторых видов посуды и сантехники применяют стеклообразные

сырьевые материалы (фритты). Фритты - это стеклянные гранулы, полученные из

кристаллических сырьевых материалов плавлением (варкой) при повышенных (до

1500 °C) температурах с последующей закалкой. Фритты поставляют на предприятия по

производству керамической плитки специализированные фирмы-производители.

Помимо фритт, основными компонентами глазурей, используемых в производстве

плитки, посуды и других изделий, являются кремнезем (стеклообразователь), флюсы

(соединения щелочных и щелочно-земельных элементов, оксиды бора, свинца и др.),

глушители (соединения циркония, титана и т. д.) и красители (оксиды железа, хрома,

кобальта, марганца и т. п.).

Кроме того, основным компонентом любой керамической глазури является

каолин, выполняющий роль стабилизатора реологических свойств и предотвращающий

осаждение частиц глазури.

При приготовлении глазурей фритту и добавки измельчают мокрым помолом в

шаровой мельнице периодического действия до получения заданной величины остатка

на сите, пропускают через вибросита и путем введения различных добавок регулируют

реологические характеристики глазурной суспензии в соответствии с принятым

способом нанесения глазури.

Глазури бывают не только содержащие фритты, но и сырые. Сырой называется

керамическая глазурь, для производства которой шихтовые сырьевые материалы,

измельчаемые до необходимого состояния, смешиваются с водой до получения

глазурного шликера требуемой плотности. Полученная масса наносится на

обрабатываемое изделие. В данном случае глазурь не содержит компонентов,

растворимых в воде.

Составы глазурей в зависимости от вида и свойств готовой продукции,

температуры обжига конечных изделий, а также желаемых эффектов могут быть

различными [27, 34].

2.1.3.3 Смешивание компонентов и получение формовочных масс

Продолжительность, порядок и интенсивность смешения оказывают

значительное влияние на свойства массы и, следовательно, конечного продукта.

Подготовленные сырьевые материалы в заданном соотношении (шихту) смешивают и

гомогенизируют до получения требуемой однородности смеси. В различных отраслях

производства керамических изделий смешивание может быть как непрерывной

высокопроизводительной операцией, так и тщательно контролируемым периодическим

процессом, проводимым в небольших масштабах. Дозирование может быть объемным

(например, при помощи устанавливаемых на ленточном конвейере ящичных питателей)

и массовым (при помощи винтовых питателей, связанных с весовым транспортером).

Для большинства операций по формованию применяют массы с определенным

содержанием воды или связки. Такие добавки, как пигменты, пеногасители и связующие,

также необходимо тщательно распределять. При производстве огнеупоров свойства

некоторых видов изделий оптимизируют путем подбора зернового состава шихты.

В настоящее время широко применяют автоматическое дозирование при помощи

питателей с электронным управлением, что позволяет быстро регулировать состав

массы [27, 31].

Смесители непрерывного действия

Двухвальные смесители широко распространены в технологии кирпича и

огнеупоров и представляют собой корыта, где установлены вращающиеся навстречу

друг другу валы. На валах под углом жестко закреплены лопасти. Расположение

лопастей на вращающихся валах обеспечивает интенсивное перемешивание и

продвижение массы к разгрузочному отверстию.

Для глубокого перемешивания глины с водой и вводимыми добавками применяют

бегуны, их действие было описано выше. При сухом смешении обычно вращается под,

а ось катков (тяжелые стальные или гранитные колеса холостого хода) неподвижна; при

мокром - под неподвижен, а катки вращаются вокруг вертикальной оси.

Шаровые трубные мельницы непрерывного действия, помимо тонкого помола,

выполняют функцию высокопроизводительных смесителей, образуя однородную массу

нескольких измельченных компонентов, например, в производстве керамической

плитки.

Смесители периодического действия

Для подготовки пластичных масс также используют Z-образные смесители. Эти

смесители могут применяться и для более сухих порошков.

Барабанные смесители применяют для перемешивания достаточно сухих

материалов с частицами примерно одинакового размера. После загрузки барабан

вращают в течение необходимого времени. Чаще всего в роли барабанных смесителей

выступают шаровые мельницы.

Смесители с вращающейся чашей действуют по тому же принципу, что и большие

бетономешалки. Их загрузку индивидуальными компонентами в отмеренных

количествах производят во время вращения чаши, для более глубокого перемешивания

используют скребки, лопатки и экраны. В подобных смесителях перемешивают

гранулированную глину с высокодисперсными порошками.

Смесители-бегуны представляют собой устройства с неподвижной чашей и

вращающимся центральным валом, на котором установлены лопасти или катки,

совершающие планетарное движение по дну чаши. Эффективность смешения в этих

устройствах такая же, как и в смесителях с вращающейся чашей.

Смесительные бассейны, оснащенные лопастными или пропеллерными

мешалками, применяют для смешивания различных видов литьевых шликеров и

суспензий. Хотя в состав шликеров обычно вводят стабилизаторы, перемешивание в

смесительном бассейне или в резервуаре для хранения шликера необходимо

продолжать во избежание образования осадка [31, 38, 39].

При подготовке сырьевых материалов возможно образование эмиссий различного

характера. Прежде всего сюда относятся организованные и неорганизованные выбросы

пыли, связанные с работой измельчительного и смесительного оборудования. В случае

применения «мокрых» способов подготовки сырья и масс возможно образование

производственных сточных вод. Процессы, предполагающие тепловую обработку сырья

или масс (прокаливание, распылительная сушка), сопровождаются выбросами пыли и

газообразных веществ в результате как сгорания топлива, так и физико-химических

превращений, протекающих в самом материале. Значимым фактором на этом переделе

также оказывается шум. Образующиеся на данной стадии производственные отходы

практически полностью возвращаются в технологический процесс, за исключением

отработанных узлов и деталей оборудования (фильтры, мелющие тела и пр.), которые

требуют иных решений (в ряде случаев и размещения на полигонах).

2.1.3.4 Формование изделий

Изделия традиционной керамики всегда формовали из сырьевых материалов,

находящихся в пластичном состоянии, и в течение нескольких тысячелетий эту

операцию выполняли вручную. В настоящее время применяются строгие требования к

таким свойствам изделий, как постоянство размеров, плотность, прочность,

долговечность, термостойкость и т. д. В некоторых случаях на первый план выходят

также эстетические качества. Способ формования заготовок оказывает большое

влияние на свойства конечного продукта, поэтому в различных отраслях производства

керамических изделий возникло множество приемов формования [27, 34].

2.1.3.4.1 Полусухое прессование

Прессование на механических прессах. Механические прессы до сих пор

применяют при изготовлении кирпича (полусухое прессование) и огнеупоров. В форму

загружают определенный объем пресс-порошка и прикладывают давление сверху и

снизу, движение штампов осуществляется эксцентриком при помощи тяжелых

маховиков.

Прессование на фрикционных прессах. Механические фрикционные

(винтовые) прессы применяют в основном при производстве огнеупоров, хотя их

постепенно вытесняют гидравлические прессы.

Прессование на гидравлических прессах. Современные гидравлические

прессы обеспечивают высокое усилие сжатия, хорошую производительность,

постоянное качество и легко поддаются настройке. Многие модели прессов оборудуют

электронными устройствами контроля, которые позволяют контролировать высоту

заготовок и автоматически изменять режим работы пресса для обеспечения постоянства

размеров. Такие прессы несложно регулировать для удовлетворения различных

требований, включая прессование по программируемым режимам, применяемое при

изготовлении огнеупорных изделий сложной формы. Гидравлические прессы широко

используют при формовании плоских изделий. При производстве керамической плитки

увлажненный порошок (влагосодержание

5-7%) прессуют в неглубоких формах.

Давление прессования составляет 25-45 МПа для производства строительной керамики

и до 100 МПа для производства некоторых видов технической керамики. Некоторые

виды современных прессов обеспечивают получение керамических плит размерами,

превышающими 3 м.

Для прессования мелких деталей технической керамики используют

пневмопрессы.

Ударное прессование (трамбование). Трамбование представляет собой

высокоэнергетическое формование путем пневмомеханического высокоскоростного

удара штампом по засыпанному в форму порошку. Этот прием обычно используют при

производстве специальных огнеупорных изделий.

Изостатическое прессование. Некоторые виды изделий сложной формы

высокого качества требуют равномерного уплотнения, добиться которого можно путем

приложения давления со всех сторон заготовки. При использовании пресса-изостата

порошок загружают в полости между металлической или пластмассовой формой и

герметичной резиновой оболочкой. Давление на порошок передают через жидкость

(воду или масло) и резиновую оболочку, в результате чего происходит обжатие

заготовок по большой площади поверхности. После сброса давления заготовки

выгружают из форм. Этот способ применяют в производстве огнеупоров и технической

керамики, а также при изготовлении посуды сложной плоской формы. Используют

изостаты (гидростаты), развивающие рабочее давление прессования до 200 МПа.

2.1.3.4.2 Пластическое формование

Пластическое формование - способ формования масс, находящихся в состоянии

пластичности. Для пластичных формовочных масс на основе глин характерно

содержание связки (влажность)

15-25%. Основные разновидности пластического

формования: протяжка, раскатка, штамповка.

Протяжку (экструзию) широко применяют при производстве керамического

кирпича и камня. Этот процесс также используют для получения полуфабрикатов -

«валюшек» («скалок») с последующей допрессовкой (штамповкой) при изготовлении

огнеупорных изделий и полуфабрикатов для формования посуды и изоляторов.

Протяжка - основной способ формования длинномерных изделий постоянного сечения

(труб), а также некоторых видов плиток.

Такой способ удобен для организации непрерывного выпуска с высокой

производительностью и хорошо подходит для изготовления перфорированных изделий,

включая крупные легковесные строительные материалы (крупноформатные блоки).

Наиболее распространенный экструдер, или ленточный пресс (пресс-агрегат) -

аппарат, оснащенный смесителем, вакуумной камерой и собственно шнековым прессом

со сменным формующим мундштуком. Вакуумирование повышает пластичность массы

и облегчает получение бездефектных заготовок. Формующее давление составляет от

1,5 до

10 МПа

[41]. В технологии технической керамики применяют поршневые

экструдеры.

Для формования плоской и некоторых видов полой посуды (тарелок, блюдец,

пиал и т. п.), имеющих форму тел вращения, используют раскатку пластичных заготовок

на гипсовых или пластмассовых формах с помощью формующих роликов или шаблонов.

Прообразом современных полуавтоматов и формующих узлов автоматизированных

линий являлся гончарный круг.

2.1.3.4.3 Шликерное литье

Этот способ широко распространен в производстве в основном полых

(оболочковых) изделий сложной формы: посуды, декоративных и санитарно-

технических изделий, а также огнеупоров особого назначения и технической керамики.

Тонкоизмельченный материал затворяют водой до образования шликера, который

заливают в пористую форму, обычно изготавливаемую из гипса. За счет капиллярного

всасывания на внутренней поверхности формы происходят удаление воды из шликера

и образование плотной отливки. При достижении необходимой толщины стенки шликер

сливают из формы и образовавшуюся в форме заготовку выдерживают до набора

прочности, необходимой для ее извлечения. Такой способ шликерного литья называют

сливным и используют для формования тонкостенных изделий. При наливном способе,

используемом для формования толстостенных изделий, масса набирается в полости

между двумя стенками формы и полностью ее заполняет. Также может применяться

комбинированный способ литья.

Санитарно-технические изделия имеют довольно большие толщины стенок.

Поэтому их формуют как обычным литьем в гипсовых формах, так и на установках для

литья под давлением с использованием полимерных форм. Шликерное литье под

давлением (0,3-1 МПа) позволяет ускорить набор массы в несколько раз и приводит к

образованию более качественных полуфабрикатов.

Для формования малогабаритных изделий технической керамики сложной формы

из непластичных материалов (оксидов, карбидов, нитридов и т. д.) используют способ

горячего литья шликеров на основе расплавов термопластичных полимеров (парафина,

воска, полиэтилена и др.). Шликер впрыскивают в металлическую форму, охлаждаемую

естественным или принудительным образом. В результате полимеризации заготовка в

течение короткого времени приобретает достаточную прочность для извлечения из

формы и механической обработки. Недостатком способа является необходимость

организации отдельной и длительной стадии удаления связки, сопровождаемого

выделением вредных веществ разлагающихся полимеров.

Для изготовления изделий очень сложной формы развиваются аддитивные

способы формования путем различных методов печати на 3D-принтерах. При

наслаивании материала не требуется применение формовочной оснастки,

обеспечивается однородность формуемой заготовки, независимо от ее формы. После

формования необходимы механическая обработка и удаление связки термообработкой.

Обсуждая факторы воздействия на окружающую среду на участке формования, в

первую очередь следует упомянуть выбросы пыли и шум, характерные для полусухого

прессования. Образование сбросов производственных сточных вод возможно в случае

использования шликерного литья. Образующиеся на данной стадии твердые

производственные отходы представляют собой брак полуфабриката, который

полностью возвращаются в производство, и отработанные формы (пресс, литьевые),

которые, как правило, утилизируют или размещают на полигонах.

2.1.3.5 Сушка

Сушкой называют технологическую стадию, на которой происходит процесс

удаления влаги из полуфабриката испарением. Так как временная технологическая

связка обычно вводится в материал в виде водных растворов (в материал на основе

глин - в виде воды), то сушка характерна для подавляющего большинства технологий

керамики.

Для удаления воды из полуфабриката используют следующие виды сушки:

контактную, конвективную, радиационную (в том числе сушку ИК- и СВЧ-излучением).

В некоторых технологиях (например, в технологии электроизоляторов) используют

сушку пропусканием через массивный полуфабрикат переменного электрического тока.

Наиболее распространена конвективная сушка с помощью передачи тепла

полуфабрикату теплоносителем (горячим воздухом).

В современной технологии керамики существует необходимость оптимизации

сушки с точки зрения повышения скорости, термической эффективности и снижения

потерь. Во всех процессах, за исключением длительных и мягких режимов сушки,

необходимо тщательно контролировать скорость нагревания, режим циркуляции

воздуха, температуру и влажность в сушиле. Горячий воздух в сушила подают в

основном от специальных газовых горелок или используют остаточное тепло из зоны

охлаждения печей.

Керамические массы могут обладать различной чувствительностью к сушке

(невозможность высушить образец из массы высокочувствительной к сушке без

образования трещин), однако на подавляющее их большинство благотворно влияет

предварительный прогрев в условиях повышенной влажности (с минимальным или

полностью отсутствующим удалением влаги), за которым следует основной этап сушки

более горячим и сухим воздухом. Остаточная влага из полуфабриката удаляется

особенно тяжело, требуя применения наиболее сухого и горячего воздуха.

Продукция различных отраслей производства керамических изделий имеет

значительные различия по своей природе и размерам, поэтому для удовлетворения

производственных нужд были разработаны различные конструкции сушилок [42].

2.1.3.5.1 Сушила с горячим подом для контактной сушки

Подобное оборудование в настоящее время не имеет большого распространения,

поскольку практически не поддается автоматизации. Этот способ сушки удобен для

крупных заготовок сложной формы, в частности некоторых видов огнеупоров. В этих

сушилах тепло подается напрямую к основанию установленных на обогреваемый под

полуфабрикатов и передается по воздуху путем конвекции. Поперечная циркуляция

воздуха минимальна, поэтому скорость удаления влаги со всех поверхностей

полуфабриката мала, что позволяет избежать возникновения в нем нежелательных

напряжений.

2.1.3.5.2 Камерные сушила периодического действия для конвективной сушки

Эти устройства представляют собой ряд камер со шлюзовыми дверями, загрузка

которых обычно осуществляется вагонетками на рельсовом ходу. На вагонетки с

одинаковым интервалом устанавливают сушильные поддоны или полки. Керамические

полуфабрикаты (кирпичи, блоки, огнеупоры) садят на полки и отправляют загруженные

вагонетки в камеры, которые после заполнения герметично закрывают. На современных

заводах эта операция полностью автоматизирована. Температуру в камерах повышают

с контролируемой скоростью либо непосредственно - путем нагнетания горячего

воздуха, либо опосредованно - путем передачи тепла от нагретых поверхностей. Для

повышения эффективности сушки используют принудительную циркуляцию воздуха.

Передача тепла происходит в основном конвекцией, в малой степени - излучением от

горячего воздуха и нагретых поверхностей. При сушке некоторых видов керамики

применяют особые тепло-влажностные режимы, которые легче осуществить в камерных

сушилах.

Камерные сушила удобны в тех случаях, когда полуфабрикаты имеют

повышенную влажность и различную форму или производство является периодическим.

Строительство дополнительных камер также не представляет особой сложности.

2.1.3.5.3 Туннельные сушила непрерывного действия для конвективной сушки

Эти устройства представляют собой длинные туннели, через которые

проталкивают цепь сушильных вагонеток с полуфабрикатами. На разгрузочном конце в

туннель подают воздух, имеющий относительно высокую температуру, который при

помощи одного или нескольких вентиляторов гонят в направлении погрузочного конца.

В ходе перемещения по туннелю происходят передача тепла из воздуха к изделиям и

повышение его влажности за счет удаления влаги из полуфабрикатов. Обычно

устанавливают вентиляторы принудительной циркуляции по различным сечениям

туннеля, тем самым увеличивая турбулентность теплоносителя и повышая

эффективность сушки. Длина туннеля зависит от заданной скорости прохождения

изделий и влагосодержания материала. Несмотря на ограниченные возможности

точного регулирования тепло-влажностного режима, туннельные сушила широко

используют в высокопроизводительных производствах кирпича и санитарно-

технических изделий.

2.1.3.5.4 Вертикальные корзинные сушила для конвективной сушки

Вертикальные сушила, как правило, используют на плиточном производстве.

Отпрессованные полуфабрикаты загружают в корзины, состоящие из нескольких ярусов

роликов. Корзины движутся в сушилке вертикально вверх, навстречу горячим газам,

затем спускаются для подачи в печь. Температура в таких сушилках обычно

не превышает 200 °C, продолжительность сушки составляет 35-50 мин. Вертикальные

сушила более компактны по сравнению с горизонтальными.

2.1.3.5.5 Горизонтальные многоярусные роликовые сушила для конвективной

сушки

Подобные сушила также широко распространены в производстве керамической

плитки. Горизонтальные сушила устроены по тому же принципу, что и роликовые печи.

Отдельные прессованные полуфабрикаты загружают на различные ярусы в сушиле и

перемещают в горизонтальной плоскости при помощи вращающихся роликов. Горячий

воздух для сушки поступает от расположенных по периферии сушила газовых горелок и

движется в противотоке к садке.

Предельная температура в таких сушилах обычно выше, чем в вертикальных

(около 350 °C), а процесс сушки короче и занимает от 15 до 25 мин.

Технологический участок сушки характеризуется прежде всего выбросами

неорганических газообразных веществ, образующихся в процессе сгорания топлива

(CO, NOx, SO2). Также сушила являются малозначимым организованным источником

пыли. Твердые производственные отходы, образующиеся на данном участке, включают

пыль и брак изделий, которые возвращают в начало технологического процесса.

2.1.3.6 Обработка поверхности и декорирование

2.1.3.6.1 Текстурирование поверхности изделий

Нанесение текстуры на поверхность керамических изделий может иметь

практическое значение, например, при выпуске керамической плитки для полов или

лицевого кирпича.

Также поверхность изделий текстурируют для улучшения их внешнего вида. Так,

на изделия пластического формования (кирпич) текстуру наносят рустикацией глиняного

бруса либо при помощи резиновых лент с рельефом.

Сырец прессованного кирпича, как правило, отличается значительной

прочностью, поэтому после сборки паллеты на ленте конвейера поверхность такого

кирпича «огрубляют» дисковыми пилами или текстурируют иным способом [28, 31].

2.1.3.6.2 Нанесение покрытий

В ряде случаев кирпич и керамические камни, полученные прессованием или

пластическим формованием, покрывают песком или иными измельченными

минералами с лицевой и изнаночной стороны при помощи распылительных пистолетов

или вручную. Для повышения эстетических качеств изделий в песок вводят пигменты.

2.1.3.6.3 Ангобирование, глазурование и другие техники декорирования

Ангобирование применяют в основном при изготовлении облицовочной и

напольной плитки, иногда ангобируют кирпичи и декоративные изделия. Ангоб -

непрозрачное покрытие из белой или окрашенной тонкозернистой глинистой суспензии,

обычно наносят на сырые или высушенные полуфабрикаты. В ходе ангобирования

покрывают всю или только видимую поверхность полуфабриката методом полива,

распыления или окунания. Также ангобом покрывают огнеприпас (полки обжиговых

вагонеток) во избежание прилипания к ним изделий в обжиге.

Глазурование наиболее широко применяют при производстве облицовочной и

напольной плитки, санитарно-технических изделий, посуды, изоляторов, ограниченных

партий кирпича. Компоненты глазури - в случае керамической плитки это, как правило,

фритты, пигменты, каолин, глины - тонко измельчают и распускают в воде для получения

глазурной суспензии. Вязкость и другие параметры суспензии подбирают в соответствии

со способом нанесения глазури (распылением, поливом, окунанием, сухим

глазурованием). На эту стадию заготовки подают после упрочнения путем

предварительного (утельного) обжига (за исключением санитарно-технических изделий,

изоляторов и керамической плитки однократного обжига) и в ходе глазурования наносят

на их поверхность сплошное гладкое прозрачное или непрозрачное (глухое), в

зависимости от состава глазури, покрытие, при растекании которого по поверхности

изделия формируется стеклообразный слой.

Традиционным приемом декорирования керамической плитки, благодаря

простоте применения в технологическом процессе, является шелкография. Этот способ

представляет собой печать рисунка при помощи одного или нескольких трафаретов (туго

натянутая сетка с определенной ячеистостью). Поверхность трафарета покрыта

пленкой, кроме отверстий, соответствующих рисунку. Для продавливания краски через

эти отверстия служит специальный ракель. В современных производствах плитки

шелкографию применяют только для получения надглазурных рельефных декоров на

участке 3-го (декорирующего) обжига. Для плоских изделий художественного назначения

шелкография по-прежнему используется.

Общераспространенным способом декорирования керамической плитки сегодня

является цифровая печать, однако иногда еще используется ротационная печать

(«ротоколор»).

При способе «ротоколор» рисунок формируют непосредственно на поверхности

одного или нескольких роликов, которыми наносят краску на изделие.

Посуду часто декорируют вручную (росписью) или с использованием деколей [27,

34].

Ключевым фактором воздействия на окружающую среду на участке

декорирования оказывается образование производственных сточных вод, содержащих

значительное количество взвешенных веществ. Возврат производственных отходов

(брак полуфабриката и изделий, высушенный шлам ангоба, глазури) с данной стадии

технологического процесса в производство возможен не всегда, в большинстве случаев

требуются иные решения. Производственные отходы в виде отработанных роликов,

сеток и другого (образующиеся периодически и в незначительных количествах), как

правило, подлежат размещению на полигонах.

2.1.3.7 Обжиг

Обжиг - это ключевая операция при производстве керамических изделий,

поскольку в ходе обжига формируются все эксплуатационные характеристики готовой

продукции: механическая прочность, износостойкость, постоянство размеров,

химическая и термическая стойкость.

Шихта для изготовления изделий из керамики строительного, хозяйственно-

бытового назначения - это, как правило, сложные по составу смеси глинистых и иных

минералов, иногда содержащие примеси органических веществ. Для изготовления

огнеупоров и технической керамики применяют разнообразное, в основном неглинистое,

минеральное сырье с использованием специальных добавок и связующих (к числу

которых также относятся некоторые виды глин).

При обжиге изделий на основе глин в интервале температур

100-200 °C

происходит удаление остатков влаги. Окисление органических включений и пирита

протекает при температуре

300-500 °C, удаление воды, химически связанной в

структуре глинистых минералов

(«кристаллизационной» воды), - в интервале

температур

500-600 °C, а разложение карбонатов (кальцита, доломита),

сопровождаемое выделением CO2, - при температуре 750-900 °C. При температуре

573 °C происходит полиморфное превращение кварца.

В интервале температур 400-600 град выделяется химически связанная вода

(структурная), при этом происходит значительная усадка глинистого материала, а

следовательно, и самого черепка, это зона повышенного риска образования трещин,

посечек. В этом же интервале температур при 573 °С происходит полиморфное

превращение β-кварца в α-кварц, сопровождающееся некоторым увеличением кварца в

объеме, этот переход обратим и протекает мгновенно. Также наиболее важным

процессом при обжиге керамических изделий является жидкостное спекание, которое

возникает в изделиях уже при 700 °С и интенсивно развивается по мере увеличения

количества стекловидной фазы, керамические изделия размягчаются, не теряя своей

первоначальной формы. Такое состояние черепка называется пиропластическим. При

последующем подъеме температур количество расплава в массе увеличивается,

прочность изделия снижается, начинается изменение первоначальной формы изделия,

которое может подвергаться деформации.

В процессе обжига легкоплавкие компоненты (полевой шпат, пегматит) переходят

в стекловидную фазу, представленную в основном муллитом, которые наиболее

интенсивно образуется в интервале температур 1000-1200 °С, при повторном обжиге

кристаллы муллита растут, вызывая риски образования трещин, посечек.

На высокотемпературной стадии обжига керамических изделий в пористом

полуфабрикате происходит процесс спекания, чаще всего протекающий с активным

участием жидкой фазы. Жидкая фаза в материале образуется в результате плавления

специально введенных в сырьевую шихту плавней - веществ с относительно низкой

температурой плавления (например, полевых шпатов) либо образования легкоплавких

эвтектик (например, при введении в шихту карбонатов). Образующийся расплав

смачивает зерна кристаллических фаз и под действием сил поверхностного натяжения

стягивает их друг к другу.

Высокотемпературная выдержка способствует полноте процесса спекания,

который сопровождается образованием прочных контактов между зернами

(упрочнением изделия) и уменьшением размеров изделия (усадкой) за счет уменьшения

пористости. Линейная усадка изделий варьирует в широких пределах, обычно

составляет 10-15%.

На стадии охлаждения изделий жидкая фаза может кристаллизоваться или

переходить в стеклообразное состояние.

Жидкофазный механизм спекания характерен для процессов обжига

строительной керамики, санитарно-технических изделий, посуды, изоляторов.

Многие виды изделий технической керамики и огнеупоров спекаются по

механизму твердофазного спекания, иногда по механизму переноса через газовую фазу.

В случае твердофазного спекания для облегчения диффузионных процессов в

сырьевую шихту вводят добавки - активаторы спекания, способствующие образованию

твердых растворов [27].

Ниже представлены типичные интервалы температур обжига различных видов

керамических изделий (см. таблицу 2.1) [27].

Таблица 2.1 - Типичные температуры обжига некоторых керамических изделий

Температурный

Основное сырье

Изделия

Область применения

интервал обжига, °C

Строительная

900-1050

Глины

Кирпич

керамика

Майоликовая

Хозяйственно-

950-1050

Глины

посуда

бытовая керамика

Строительная

980-1080

Глины

Плитка

керамика

Глины, каолины,

Строительная

1180-1220

кварцевый песок,

Керамогранит

керамика

полевые шпаты

Глины, каолины,

Санитарно-

Строительная

1200-1250

кварцевый песок,

технические

керамика

полевые шпаты

изделия

Фаянсовая и

Глины, каолины,

фарфоровая

Хозяйственно-

1250-1420

кварцевый песок,

посуда,

бытовая керамика

полевые шпаты

полуфарфор

Окончание таблицы 2.1

Температурный

Основное сырье

Изделия

Область применения

интервал обжига, °C

Глины, каолины,

Фарфоровые

Техническая

1300-1430

кварцевый песок,

изоляторы

керамика

полевые шпаты

Бокситы, каолины,

форстериты, сер-

Керамические

Нефтедобывающая

1240-1300

пентиниты,

пропанты

промышленность

оливиниты,

кварцевый песок

Шамотные

1350-1400

Глины

Огнеупоры

огнеупоры

Корундовая

Техническая

1550-1750

Глинозем

керамика

Керамика из

Техническая

1700-1900

Нитрид кремния

нитрида кремния

керамика

Обжиг керамических изделий обычно проводят в печах, оснащенных газовыми

горелками, или электронагревателями из металлических сплавов, графита, керамики

(карбида кремния, хромита лантана, дисилицида молибдена).

2.1.3.7.1 Печи периодического действия

К ним относятся печи с выкатным подом и колпаковые печи, которые

представляют собой одиночную камеру, куда загружают предварительно высушенные

заготовки. В колпаковых печах колпак, оборудованный нагревательным элементом,

устанавливают на под при помощи подъемного устройства, в печах с выкатным подом

садку помещают в рабочее пространство печи на вагонетках. После загрузки печь

закрывают и обжигают изделия по заданному режиму. В качестве источника тепла

обычно служат газовые горелки, конструкция печей позволяет четко контролировать

температуру и характер среды (окислительный, нейтральный или восстановительный).

В производстве огнеупоров, технической керамики также используют

высокотемпературные газовые камерные печи (горны) с садкой изделий в капсели -

огнеупорные короба, защищающие изделия от потоков раскаленных газов и

непосредственного влияния дымовых газов.

Для обжига изделий технической керамики используют вакуумные шахтные печи

с нагревателями из графита, вольфрама или молибдена, развивающие температуру до

2200-2500 °C. Часто обжиг в таких печах ведут в среде азота или инертных газов

(аргона, гелия).

Для получения особо плотных изделий технической керамики простой формы

используют прессы горячего прессования (система на основе гидравлического пресса,

помещенного в печь с графитовыми нагревателями), для обжига изделий сложной

формы газостаты - печи электросопротивления, помещенные в камеру, с

возможностью создания давления газа (азота или инертных газов) до 200 МПа.

Печи периодического действия применяют при небольших объемах производства

для выпуска специализированных изделий (кирпича особой формы, фитингов,

огнеупоров и т. д.). Такие печи широко используют для выпуска некрупных партий

посуды. Главное достоинство таких печей - возможность гибко регулировать

технологический процесс, особенно при частой смене продукции, что до некоторой

степени обуславливает их сравнительно низкую энергоэффективность. На рисунке 2.1

представлен поперечный разрез печи с выкатным подом.

Рисунок 2.1 - Вид в разрезе печи с выкатным подом [43]

2.1.3.7.2 Непрерывно действующие печи

Кольцевые печи (печи Гофмана). Эти печи старой конструкции состоят из ряда

соединенных между собой камер, которые последовательно заполняют высушенными

изделиями (например, кирпичом), герметично закрывают и обжигают в

псевдонепрерывном режиме, при этом горячие газы поступают из первой камеры в

следующую по дымоходам и через отверстия между камерами. Такая схема позволяет

непрерывно осуществлять предварительный обогрев изделий и охлаждение дымовых

газов, что повышает энергоэффективность печи и ведет к снижению затрат по

сравнению с печами периодического действия. В настоящее время для обогрева таких

печей в основном используют газ, местами выполняют верховую загрузку опилками,

углем или мазутом. На современных производствах такие печи являются редкостью.

Туннельные печи. Эти печи представляют собой сконструированные из

огнеупорных материалов туннели, в которых проложены рельсы для перемещения

вагонеток. На вагонетках устроены огнеупорные полки, куда в определенном порядке

загружают изделия. Вагонетки проталкивают вдоль печи через определенные

интервалы против движения воздуха, нагнетаемого одним или несколькими

вентиляторами в вытяжной канал вблизи устья печи. Большая часть современных

туннельных печей обогревается газом, максимальная температура создается в зоне

обжига около центра печи. По мере своего движения входящая садка прогревается

горячими топочными газами, а выходящая охлаждается при обдуве подаваемым в печь

воздухом, который при этом подогревается. Часть воздуха из зоны охлаждения

отбирают в смежные сушилки, что обеспечивает существенную экономию топлива.

Канал печи изолируют от подсоса воздуха из подвагонеточного пространства при

помощи песчаного затвора с целью снижения энергопотребления путем создания

герметичного рабочего пространства печи [44].

В ряде случаев туннельные печи, оснащенные особыми видами транспортных

устройств (например, контейнерами-лодочками), используют для обжига сырья и

изделий технической керамики.

На рисунках 2.2 и 2.3 представлены схема и поперечный разрез туннельной печи.

Рисунок 2.2 - Схема туннельной печи [43]

Рисунок 2.3 - Вид в разрезе туннельной печи с вагонеткой [43]

Роликовые печи

В настоящее время одноярусные роликовые печи находят практически

повсеместное применение в производстве облицовочной и напольной плитки,

продолжительность обжига в них обычно составляет менее 40 мин. Плитка движется по

вращающимся роликам, для обогрева служат горелки на природном газе,

установленные по периферии печи. Основными механизмами передачи тепла являются

конвекция и излучение, а поскольку такие печи оборудуют открытыми горелками, это

ведет к повышению коэффициента теплопередачи и, как следствие, к снижению

продолжительности обжига и энергопотребления на обжиг по сравнению с другими

типами печей. Роликовые печи также применяют при производстве черепицы,

керамических труб, санитарно-технических изделий и посуды. Ниже показан поперечный

разрез роликовой печи (см. рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Вид роликовой печи в разрезе [43]

Туннельные печи с движущимся подом

Эти печи также служат для скоростного обжига и действуют по тому же принципу,

что и роликовые. Основное их отличие сводится к тому, что садку размещают на

огнеупорных «тележках», двигающихся по проложенным вне рабочего пространства

печи рельсам. В туннельных печах с движущимся подом можно обжигать изделия

различной, в том числе неправильной, формы, а в роликовых - изделия только

правильной формы. Такие печи используют для обжига некоторых видов посуды и

технической керамики.

Вращающиеся печи

Вращающаяся печь имеет форму длинного цилиндра, расположенного под

уклоном и медленно вращающегося вокруг своей оси. Для обогрева служит горелка,

устанавливаемая по оси печи в нижнем ее конце. Такие печи используют при обжиге

глины на шамот, для прокаливания карбонатного сырья (доломита или магнезита) и

обжига керамзита.

Стадия обжига является наиболее энергоемкой в технологии производства

изделий из керамики, и в качестве воздействия на окружающую среду здесь следует

рассматривать не только материальную (эмиссии), но и энергетическую составляющую

(степень энергетической эффективности процесса, избыточное тепло). Эмиссии на

данном технологическом переделе включают прежде всего выбросы газообразных

веществ неорганической (CO, NOx, SOx) и органической (легколетучие органические

вещества) природы, которые образуются в результате сгорания топлива и физико-

химических превращений в материале, а также незначительное количество пыли из

организованного источника. Помимо этого, происходит образование твердых отходов в

основном (брак изделий) и вспомогательном (средозащитные средства)

технологических процессах, эти отходы в подавляющем большинстве случаев являются

невозвратными и требуют размещения на полигонах.

2.1.3.8 Послеобжиговая (финишная) обработка

2.1.3.8.1 Механическая обработка (шлифовка, сверление отверстий, резка,

полировка)

Механическая обработка обожженных изделий необходима при производстве

изделий, конечную форму или размеры которых не удается с достаточной точностью

воспроизвести в ходе предварительной обработки. Шлифовка и полировка

используются при производстве керамической плитки из керамогранита для получения

шероховатой или абсолютно гладкой, глянцевой поверхности (последняя не уступает по

декоративному эффекту глазурованной поверхности [40]). Механической обработке

подвергаются некоторые виды огнеупоров и практически все изделия технической

керамики, имеющие строгие допуски по размерам.

Шлифовка - это групповой процесс, в котором несколько изделий укрепляют на

станине и пропускают под алмазной шпиндельной головкой. Этим способом иногда

обрабатывают нижнюю и верхнюю грани строительных блоков для кладки на тонком

слое вяжущего. В этом случае вся шлифовальная машина должна быть герметично

закрыта.

Сухую шлифовку нижней грани строительных блоков алмазными дисками также

проводят для улучшения сцепления с тонким слоем раствора. В этом случае вся

шлифовальная машина должна быть герметично закрыта.

Сверление керамических изделий, в особенности огнеупоров, осуществляют,

когда требуемое отверстие не удается с заданной точностью получить в результате

прессования и обжига.

Распил изделий выполняют, когда конечный размер изделия трудно достижим.

Так при выпуске плиток из керамогранита некоторое его количество ректифицируют,

обрезая под строгий размер. Обрезки подвергают все крупноформатные

керамогранитные плиты («слэбы»).

Практически во всех операциях механической обработки применяют замкнутый

цикл подачи воды, которая служит для смазки рабочих поверхностей, охлаждения и

смывает с них удаленные частицы, одновременно снижая пылеобразование.

2.1.3.8.2 Насыщение углеродом (огнеупоры)

Огнеупорные изделия используют в крайне агрессивных условиях, поэтому

зачастую обожженные изделия определенных видов необходимо уплотнять пропиткой.

Введение углерода в готовые изделия имеет ряд преимуществ:

- углерод служит смазкой, что удобно при работе шиберных заслонок;

- сравнительно высокая теплопроводность углерода повышает стойкость

изделий к термоудару;

- углерод заполняет поры, что снижает проницаемость изделий и повышает их

устойчивость к внедрению шлака и металла.

Пропитке подвергают сразу несколько изделий. Эту операцию, как правило,

проводят в трех вертикальных цилиндрических емкостях с навесными крышками.

Обрабатываемые изделия загружают в металлические корзины. В первой емкости садку

прогревают до температуры порядка 200 °C путем обдува горячим воздухом и передают

во вторую емкость (так называемый автоклав) с рубашкой для поддержания

температуры. Автоклав герметично закрывают, вакуумируют и заполняют смолой из

подогреваемых при температуре 180-200 °C накопительных резервуаров. Пропитка

происходит при понижении вакуума и последующей подаче азота под давлением. После

высыхания садку перемещают в третий цилиндр для охлаждения при температуре

значительно ниже той, при которой происходит испарение летучих компонентов смолы.

В заключение необходимо удалить из смолы значительную долю летучих

компонентов, присутствие которых может негативно сказаться на эксплуатационных

свойствах изделий. Обычно с этой целью пропитанные изделия загружают в печь и

нагревают по определенному режиму. Вытяжной вентилятор такой печи связан с

термическим дожигателем, разогретым до температуры свыше

800 °C,

продолжительность пребывания газа в котором составляет не менее 0,5 с. Такие

условия обеспечивают полное сгорание летучих соединений (сложных углеводородов).

После подобной обработки на поверхности изделий присутствует светлый

хрупкий углеродистый налет, который перед упаковкой или дальнейшей обработкой

следует удалить. Для этого изделия зачищают на обдувочном станке [45].

2.1.3.8.3 Введение вспомогательных материалов

Изоляционные материалы. Изоляционные материалы (вермикулит,

минеральное волокно) помещают в некоторые сорта крупноформатных керамических

блоков для повышения их теплоизоляционных свойств [45].

При изготовлении некоторых видов эффективных строительных блоков их

полости

заполняют

минеральной

теплоизоляцией,

резко

улучшающей

теплосопротивление.

2.1.3.8.4 Металлизация керамики

Значительную часть изделий технической керамики, главным образом в радио- и

электронной технике (конденсаторы, резисторы, пьезоэлементы, интегральные схемы

и т. д.), подвергают металлизации, а в некоторых случаях - последующей пайке с

металлоконструкциями. Назначение металлизации - это создание электрических

контактов, металлокерамических узлов, декоративных эффектов. Для металлизации

применяют благородные металлы - Au, Ag, Pt, Pd и их сплавы; тугоплавкие - W, Mo, Ta,

Cr, Ni; элементы и сплавы группы железа. Толщина металлических пленок изменяется

от долей до нескольких сотен микрометров и зависит от назначения покрытий и

технологии их нанесения (тонко- или толстопленочный метод). Особое место в

электронной технике занимают металлокерамические соединения (узлы), эффективные

в условиях высоких температур и корродирующих воздействий [46].

2.1.3.8.5 Окончательная сборка

Для производства некоторых видов изделий необходимы операции по

окончательной сборке, например, монтаж металлической арматуры высоковольтных

изоляторов для установки в проходных изоляторах, трансформаторах и иной

аппаратуре, монтаж запорной арматуры в санитарно-технических изделиях и т.д.

Стадия послеобжиговой обработки характеризуется широким спектром

возможных видов воздействия на окружающую среду. В зависимости от принятого

способа послеобжиговой обработки возможно образование выбросов неорганических и

органических веществ в воздух (огнеупоры, металлизация), сбросов производственных

сточных вод, содержащих значительное количество взвешенных и растворенных

веществ (механическая обработка, металлизация), твердых производственных отходов,

которые в большинстве случаев требуют утилизации. Послеобжиговая обработка

технической керамики в ряде случаев требует введения стадии дополнительного

высокотемпературного обжига [27, 34].

2.1.3.9 Сортировка, упаковка и хранение

На ряде производств (в частности, огнеупорных изделий специальной формы,

посуды и декоративных изделий) сортировку и упаковку по-прежнему выполняют

вручную. Впрочем, за последние годы более тщательный контроль обжига привел к

снижению количества боя и возникла тенденция к автоматизации данного процесса.

В настоящее время разработаны системы инструментального контроля цветности, что

особенно важно для керамической плитки. При автоматической загрузке кирпича и

керамических блоков в печь уровень потерь крайне мал, а садка позволяет

осуществлять упаковку термоусадочной пленкой (при этом потребителя уведомляют о

возможном получении 1-2% брака).

Керамические изделия правильной формы (кирпич, камни, огнеупорные изделия)

собирают в штабеля стандартного размера, которые затем упаковывают в полиэтилен и

складируют на поддонах [47].

Наиболее дорогая керамическая продукция - посуда и декоративные изделия -

нуждается в тщательном контроле и сортировке и требует сложной защитной упаковки.

Напротив, неформованные огнеупоры обычно засыпают в мешки по весу и складируют

на поддонах. Также для хранения используют металлические бочки.

Керамические плитки сами по себе являются сравнительно хрупкими, однако при

плотной упаковке в картонные коробки плитка легко выдерживает хранение и

транспортировку [48].

Грубокерамические изделия массового производства обычно хранят на открытом

пространстве, однако продукция, упакованная в мешки или ящики, а также

чувствительные к воздействию влаги огнеупоры требуют складского хранения.

2.1.4 Вспомогательные участки и участки переработки (системы очистки

отходящих газов и сточных вод)

Важными участками обеспечения сокращения негативного воздействия на

окружающую среду на предприятиях по производству керамических изделий являются

установки по удалению пыли из воздуха аспирацией, а также для очистки

производственных сточных вод. Для очистки выбросов от пыли на российских

предприятиях по производству керамических изделий применяют циклоны и рукавные

фильтры. Сокращения выбросов ЗВ, образующихся при сушке и обжиге изделий,

добиваются путем оптимизации процесса сжигания топлива.

Сточные воды, образующиеся в процессе изготовления керамики, как правило,

содержат взвешенные частицы, поэтому при их очистке часто используют отстойники.

Осаждение взвешенных веществ ускоряют путем введения флокулянтов и коагулянтов.

Тип топливного хранилища зависит от вида используемого топлива.

На российских предприятиях в качестве топлива используют природный газ, реже -

уголь и иногда отходы заготовки древесины и деревообработки. Кусковой уголь хранят

на открытом пространстве и под навесами, измельченный - в силосах. Природный газ

поступает по газораспределительной сети от компаний-поставщиков.

На некоторых предприятиях, например при выпуске санитарно-технических

изделий, посуды, функционируют вспомогательные участки, в частности производство

гипсовых форм, где выпускаются формы для массового применения.

2.1.5 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

В целях повышения энергетической эффективности и экологической

результативности производства керамических изделий применяют:

- внедрение новых энергоэффективных технологических способов и проектных

решений;

- модификацию полуфабрикатов и изделий;

- снижение водопотребления (организация водооборота);

- использование современного оборудования, прежде всего печей и сушил, и его

совершенствование;

- максимальное использование остаточного тепла печей.

Среди технологических и технических подходов, применимых во всех отраслях

производства изделий из керамики, можно упомянуть увеличение функциональности и

облегчение изделия; приближение формы полуфабриката к форме изделия; введение

пластификаторов, гидрофобных отощителей, плавней.

Управленческие подходы включают внедрение систем экологического и

энергетического менеджмента или использование их инструментов (аудита, программ

повышения экологической результативности и энергоэффективности и пр.).

В большинстве отраслей производства керамических изделий такие отходы, как

обрезки, стружка и некондиционные изделия, возвращают на стадию подготовки сырья.

Обожженные изделия низкого качества используют внутри предприятия, получая после

дробления и рассева так называемый бой. Этот материал относится к непластичным, и

его введение в массу облегчает сушку и способствует уменьшению усадки благодаря

повышению проницаемости заготовок. Даже если такой бой неприменим в том

технологическом процессе, в котором он образовался, его можно использовать в

процессах других производств.

Отработанные огнеупорные изделия, образующиеся при перефутеровке печей,

как правило, загрязнены шлаками, солями, стеклом или металлами, поэтому их

введение может ухудшить огнеупорные характеристики любого изделия. Аналогичным

образом, материалы, содержащие другие виды загрязняющих веществ (например,

остатки глазурей), невозможно использовать повторно. Отработанные гипсовые формы

также непригодны к повторному использованию, однако могут применяться как сырье

для цементной промышленности.

Измельченный гранулированный бой кирпича, помимо возврата в

технологический процесс, в ряде случаев используют в качестве замены продукции

других отраслей производства керамических изделий, имеющей тот же зерновой состав

(например, как заполнитель в бетонах или наполнитель в асфальте для дорожного

строительства).

Там, где это возможно, на стадии охлаждения изделий в обжиге в туннельных

печах осуществляют рекуперацию тепла, для этого охлаждение изделий стараются

ускорить путем принудительной циркуляции воздуха в садке после зоны обжига.

В результате образуется значительный объем чистого горячего воздуха, большую часть

которого отбирают из печи вентиляторами и подают в сушку. Избыточное тепло может

также быть использовано для нужд отопления производственных помещений.

2.1.6 Схема входных и выходных потоков производства керамических

изделий

На рисунке 2.5 представлена схема входных и выходных потоков на различных

стадиях производства керамических изделий.

2.2.1 Переработка сырьевых материалов и приготовление шихты

Основным сырьем для производства кирпича являются глинистые (глина,

суглинки, сланцы) и отощающие (песок, шамот) материалы. Для придания заданных

свойств готовой продукции в процессе производства могут использоваться различные

добавки.

Глинистые материалы являются осадочными горными породами, и в силу

специфики естественного природного происхождения, свойства глин различных

месторождений имеют существенные отличия. Основными определяющими

характеристиками глин являются химический, минеральный и зерновой составы. Из глин

различных месторождений возможно производство кирпича с разными

характеристиками на одной и той же технологической линии. В тоже время технология

производства одного и того же вида продукции может существенно отличаться для глин

разных месторождений. Свойства глин определяют способы и режимы производства

(технологические параметры переработки, формовки, сушки, обжига) кирпича, а также

показатели готовой продукции (прочность, морозостойкость, водопоглощение и др.).

Добавки применяют как для корректировки свойств глин (например,

пластифицирующие) в процессе производства, так и для придания заданных свойств

готовой продукции (например, выгорающие при производстве поризованных изделий).

Хранят глинистое сырье в крытых или открытых глинозапасниках (конусах),

отощающие материалы - как правило, на открытой площадке.

Рисунок 2.6 - Вариант технологической схемы производства керамического кирпича способом

пластического формования

Для получения шихты (формовочной массы) исходное сырье подвергают

переработке. Целью переработки сырьевых материалов, независимо от технологии

производства и применяемого оборудования, является разрушение природной

структуры глины, удаление камней и измельчение посторонних примесей (например,

карбонатных включений), гомогенизация компонентов шихты и получение массы,

пригодной к формованию.

Камнеудаление и крупное дробление обычно проводят на валковых дробилках с

ребристыми и гладкими валками, мелкое дробление - на бегунах и валковых дробилках

с малым зазором между валками.

В зависимости от способа формования полуфабриката - полусухого прессования

на механических и гидравлических прессах или пластического формования на

ленточных прессах - применяют два способа подготовки масс.

Для изготовления кирпича способом полусухого прессования применим сухой

способ подготовки массы, при котором глину подвергают камневыделению, крупному

дроблению, подсушивают в сушильных барабанах, после чего подвергают дальнейшему

измельчению в бегунах или стержневых мельницах (дезинтеграторах). Смешивание

глины с другими добавками может осуществляться на различных этапах производства -

от грубого помола на валковых дробилках, до смешивания на лопастных смесителях при

доведении шихты до формовочной влажности 8-12%.

При более распространенном способе пластического формования массу готовят

на основе исходной влажной глины так же сухим способом, путем последовательного

измельчения на валковых дробилках крупного и мелкого дробления или бегунах до

размеров куском менее 1 мм (0,5-0,8 мм), далее увлажняют в лопастных смесителях до

18-22%.

Перед формованием практикуется вылеживание формовочной массы в течение

2-14 суток в шихтозапасниках для усреднения влажности. При этом шихтозапасник

разделяет участки переработки сырья и участок формования, что способствует

стабильной и бесперебойной работе завода. В ряде случаев массу формуют без

вылеживания, организуя ее перемещение, минуя шихтозапасник или вообще не включая

его в технологическую линию.

2.2.2 Подготовка и применение выгорающих добавок (опилки)

Опилки - это выгорающие добавки природного происхождения, которые являются

отходами производства различных (прежде всего лесозаготовительных и

деревообрабатывающих) предприятий.

В технологии производства керамических изделий опилки имеют двойное

предназначение: при низких температурах они ведут себя аналогично отощающим

добавкам (таким, как песок, дегидратированная глина, шамот), снижают усадку и

пластичность глин, а при высоких температурах способствуют обжигу керамики, снижают

расход топлива, повышают пористость и уменьшают массу и теплопроводность готовых

изделий. Опилки могут быть введены в состав шихты в значительных количествах -

более 15% по объему. Их введение практикуется при изготовлении поризованных

теплоэффективных строительный блоков.

Вводятся опилки в шихту обычно перед перемешивающими агрегатами

(двухвальные смесители, бегуны мокрого помола), чтобы обеспечить усреднение в

шихте и предотвратить унос при дальнейшей транспортировке. Дозируют опилки по

объему или по массе с помощью конвейерной системы из накопительного и

одновременно дозирующего питателя, куда они попадают после линии подготовки.

Линия подготовки опилок представляет собой последовательность переделов.

Накопительный бокс с навесом для хранения и накапливания опилок, где работает

фронтальный погрузчик, окучивает опилки после разгрузки автотранспорта и загружает

в дозирующий ленточный питатель. Дозирующий ленточный питатель равномерно

подает привезенные опилки на ленточный конвейер линии подготовки опилок, чтобы

не происходило завала на агрегатах по подготовке опилок. По ленточному конвейеру

опилки направляются в сито-бурат, которое установлено под углом относительно

горизонтали, опилки подходящей фракции (3-8 мм) просеиваются через сетку и падают

на скребковый транспортер, который направляет их сразу в накопительный и

одновременно дозирующий питатель. Опилки более крупной фракции, чем ячейки сетки

на сите-бурате, выходят с его другой стороны и падают на конвейер отходов. Оттуда с

помощью вентилятора, за счет тяги, все опилки и стружка, не прошедшие через сетку

сита-бурата, засасываются в трубу и пневмотранспортом направляются в ножевую

дробилку. Кусочки и щепочки древесины отправляют в отходы. В ножевой дробилке

крупные опилки и стружка измельчаются до необходимой фракции, которую задает

сетка, установленная в дробилке, и с помощью все той же силы тяги вентилятора

отправляются в циклон. В циклоне за счет центробежной силы опилки оседают вниз и

попадают в накопительный и одновременно дозирующий питатель, а очищенный от

опилок воздух выбрасывается в атмосферу.

2.2.3 Формование

Формование представляет собой процесс придания приготовленной шихте

формы будущего изделия (кирпича). Существуют три основных способа формования

кирпича (см. раздел 2.1.3.4):

- полусухое прессование;

- пластическое формование и его разновидность - жесткая экструзия;

- способ, имитирующий ручную формовку (данный способ механизирован, и

вручную такой кирпич не формуется).

Способ полусухого формования применяется на заводах малой и средней

производительности (не более

30 млн шт. в год) и отличается ограниченным

ассортиментом изделий. Этим способом невозможно изготовить кирпич высокой

пустотности и поризованные блоки. Преимущества данного способа: возможность

использования глин невысокой пластичности или масс с техногенными отходами в

качестве отощителей, сокращение сушки и затрат на нее.

Кирпич ручной формовки в Российской Федерации в настоящее время производят

на нескольких предприятиях небольшими партиями в основном в качестве лицевого

(фасадного). Его отличает оригинальный внешний вид, достигаемый использованием

пластичных тугоплавких или огнеупорных глин, обсыпкой кварцевым песком (часто

окрашенным) полуфабриката, формованием штамповкой и обжигом при температурах

до 1200 °С. Благодаря обжигу при повышенных температурах кирпич имеет высокую

прочность и морозостойкость и низкое водопоглощение.

Оригинальная фактура, имитирующая фактуру старинного кирпича, придается

поверхностью форм. Кирпичу ручной работы также подобен фактурированный

клинкерный кирпич неравномерной окраски, выпускаемый рядом предприятий.

Способ жесткой экструзии не нашел широкого распространения в России,

поскольку для него требуется использование специфического формовочного

оборудования (экструдеров большой мощности) и глин с определенными свойствами, а

номенклатура изделий, производимых этим способом, существенно ограничена.

Наибольшее

распространение

получило

пластическое

формование,

позволяющее выпускать широкую гамму изделий из большинства видов глинистого

сырья. При использовании этого способа пластическую массу формуют под давлением

до 1,5-3 МПа ленточным вакуумным прессом, затем разрезают на заготовки, при

необходимости удаляя с них фаски и (для лицевого кирпича) накатывая на поверхность

фактурный рисунок, подвергая рустикации, имитирующий грубо обтесанный камень.

2.2.4 Сушка

Перед обжигом кирпич-сырец высушивают. Сушку проводят в туннельных или

камерных сушилах. В процессе сушки кирпич, установленный на сушильные вагонетки,

подвергается воздействию теплого ненасыщенного влагой воздуха и отдает ему воду.

На начальном этапе сушки теплоноситель имеет высокую влажность и температуру,

близкую к температуре кирпича-сырца, на конечном этапе - низкую влажность и

высокую, до 130 °C, температуру. Сушка в туннельной печи организована методом

противотока, в камерных метод противотока имитируется. Для сушки полностью

используется тепло, полученное при охлаждении кирпича в печи обжига. Обычно это

составляет около 50% от всего необходимого для сушки тепла. Продолжительность

сушки в зависимости от формовочной влажности, габаритов и пустотности

полуфабрикатов составляет от 18 до 72 ч.

Кирпич-сырец, полученный методом полусухого прессования и методом жесткой

экструзии, не нуждается в мягком (длительном) режиме сушки. Применение некоторых

типов глин дает возможность сушить полуфабрикат непосредственно в печи обжига, где

для этого выделены первые зоны печи. Кирпич пластического формования и ручной

формовки после сушила перед отправкой в туннельную печь дополнительно

подсушивают в специальных небольших сушилах - предпечах, которые рассчитаны на

несколько вагонеток.

2.2.5 Обжиг

В процессе обжига происходят необходимые изменения в структуре глинистых

минералов и примесей (разложение гидроалюмосиликатов до алюмосиликатов и

кремнезема, образование жидкой фазы и первичного муллита и пр.), в результате

жидкофазного спекания образуется прочная структура и кирпич приобретает требуемые

свойства.

В основном обжиг кирпича ведут в туннельных печах. Применяют также

кольцевые печи со съемным сводом. В качестве топлива подавляющее большинство

заводов использует природный газ. Обжиг организован методом противотока в

окислительной среде (исключение составляют особые печи для обжига клинкерного

кирпича). Это позволяет наиболее полно использовать тепло отходящих газов и

обеспечивает полное сгорание топлива. Как правило, в производстве кирпича

используют легкоплавкие глины с температурой обжига 950-1000 °C. При производстве

кирпича светлых тонов и клинкера температура обжига обычно выше

1000 °C.

Некоторые виды клинкерного кирпича обжигают до 1300 °C.

Воздух из зоны охлаждения печи полностью используется для сушки кирпича-

сырца. Температура отходящих газов составляет обычно

100-140 °C для

предотвращения конденсации паров в дымоходе печи.

Обожженный кирпич, как правило, не нуждается в дополнительной обработке

после обжига. Но в некоторых случаях для предотвращения высолов обожженный и

упакованный на поддоны кирпич погружают на несколько минут в воду. В случае

производства крупноформатных блоков для кладки на тонкий слой раствора постельные

поверхности таких блоков шлифуют.

2.2.6 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства керамического кирпича и камня

Несмотря на простоту технологической схемы производства кирпича, способов ее

реализации много. Выбор способа диктуется в первую очередь требованиями к готовой

продукции, а также свойствами сырья. В свою очередь, требования к готовой продукции

определяются областью ее применения. При этом будут существенно отличаться как

нормативы расходов сырья и энергоносителей для производства для того или иного

вида кирпича, так и количество, и состав выбросов загрязняющих веществ в

атмосферный воздух.

Основными решениями, направленными на сокращение негативного воздействия

на окружающую среду и повышение ресурсоэффективности производства кирпича и

камня керамического, являются:

- производство строительного камня (крупноформатных блоков) с пониженной

теплопроводностью и увеличенными габаритами;

- оптимизация состава сырья с целью уменьшения температуры обжига,

сокращения его цикла и снижения количества выброса вредных веществ;

- совершенствование систем непрерывного контроля температуры и влажности

при сушке;

- повышение эффективности системы пылеулавливания с применением

современных рукавных фильтров;

- интерактивное компьютерное управление режимом обжига с целью снижения

затрат энергии при обжиге;

- снижение уровня шума и вибрации путем улучшения изоляции источников, а

также (если необходимо) улучшение звукоизоляции производственных зданий.

2.3 Производство керамической плитки

Технология производства керамической плитки (КП) включает в себя следующие

переделы:

- приемка и хранение сырьевых материалов;

- массозаготовка - приготовление пресс-порошка (массы);

- формование полуфабриката;

- сушка полуфабриката;

- нанесение глазури, декорирование;

- обжиг;

- послеобжиговая обработка;

- сортировка и упаковка готовых изделий.

Общая технологическая схема представлена на рисунке 2.7 и содержит

различные варианты последовательности технологических операций, использующиеся

при производстве разных видов керамической плитки: плитки для внутренней облицовки

стен со средним (3-10%) и высоким (более 10%) водопоглощением однократного или

двукратного обжига, глазурованной и неглазурованной плитки для облицовки пола с

низким (менее 3%) водопоглощением, керамогранита с очень низким (менее 0,5%)

водопоглощением.

Особенностью технологии керамической плитки является высокая степень

автоматизации основных технологических стадий, связанная со скоростным обжигом в

роликовых (конвейерных) печах.

Декоративные элементы КП (вставки, бордюры) для коллекций плиток для

внутренней облицовки стен изготавливают из основных плиток на специальных

участках, проводя резку (для бордюров) и нанося до 12 слоев дополнительных

декорирующих препаратов с их закреплением посредством дополнительного обжига.

Кроме того, для декорирования декоративных элементов используются машины

цифровой печати с использованием специальных материалов, позволяющих наносить

рисунок на обожженную поверхность.

обычно выпускают с использованием тугоплавких и огнеупорных глин, каолинов, плитки

для внутренней облицовки стен - с использованием легкоплавких, тугоплавких (реже)

глин, иногда каолинов. Как правило, в рецепте используется комбинация нескольких

видов глин. В качестве шамота обычно используют брак обожженных изделий.

Для декорирования керамической плитки используют большое количество

декорирующих материалов: ангобов, глазурей, пигментов и фритт. Фритты, в которых

все компоненты стекла уже смешаны, сплавлены и подвергнуты измельчению,

используют как при приготовлении глазури, так и отдельных видов декоров, наносимых

на поверхность плитки.

Компоненты сырья для производства КП обычно хранятся на открытых площадках

(за исключением материалов для декорирования), за несколько недель до производства

их перемещают в крытые складские помещения. Материалы для декорирования КП

хранят в крытых складских помещениях.

Примерные рецептуры массы представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Примерный состав массы для производства керамической плитки

Содержание в массе для производства, %

Плитки для

Компонент сырья

Влажность, %

Плитки для

внутренней

Керамогранит

пола

облицовки стен

Каолин

3-15

0-25

5-10

<25

Глина

15-18

25-50

25-65

35-40

Полевошпатовое

1-8

10-30

30-40

сырье

Кварцевый песок

1-8

10-30

5-15

10-15

Карбонатное сырье

8-15

0-10

Бой изделий

5-15

5-10

< 5

2.3.2 Массозаготовка, приготовление пресс-порошка (массы)

Плитку преимущественно производят методом полусухого прессования, для чего

из компонентов сырьевых материалов изготавливают порошок влажностью 5-7%. В

процессе массозаготовки используют два способа приготовления пресс-порошка - сухой

и мокрый. Обычно производители используют мокрый способ, реже - сухой.

В соответствии с рецептом сырьевые компоненты взвешиваются в

автоматических дозаторах. Для глинистых составляющих обычно в дозаторах

устанавливают глинорыхлители для разбивания крупных комков сырья. Далее по

системе транспортеров сырье подается в мельницы. На некоторых предприятиях

глинистое сырье могут предварительно распускать в бассейнах с пропеллерными

мешалками. Далее сырьевые компоненты (глины, каолины, песок, плавни) измельчают

совместно, с добавлением воды, в трубных шаровых мельницах непрерывного действия

до получения однородной суспензии (шликера), с размером частиц менее 0,1 мм и

влажностью 35-40% (см. рисунок 2.7). При раздельном способе подготовки пластичных

и отощающих компонентов глинистые материалы, предварительно распущенные в воде,

смешивают с отощающими материалами после их помола в шаровых мельницах. В

современном

производстве

система

дозирования

сырьевых

материалов

автоматизирована, оборудование снабжено программным обеспечением.

В последнее время для тонкого мокрого помола сырьевой смеси используют

многокамерные шаровые мельницы непрерывного действия с независимо

действующими камерами, также управляемыми соответствующим программным

обеспечением.

Суспензию из бассейнов насосами подают в башенные распылительные сушилки.

Сушку осуществляют при температуре 350-550 °C (в зависимости от характеристик

используемого сырья) до остаточного влагосодержания 5-7%. Полученные гранулы

пресс-порошка подвергают рассеву, помещают в силосы и вылеживают не менее 24 ч.

Процесс сушки в башенной распылительной сушилке контролируется автоматически, в

соответствии с заданными параметрами.

При сухом способе изготовления пресс-порошка сырьевые материалы

измельчаются дробилками и измельчителями без использования воды. Полученный

порошок увлажняют до 5-7% в грануляторах.

При производстве керамогранита для объемного окрашивания массы в шликер

вводят небольшие количества (5-10%) пигментов и высушивают до 5-7% на отдельных

башенных распылительных сушилках. Полученные цветные гранулы смешивают в

соответствии с рецептурой с базовым пресс-порошком. Существуют и другие

технологические схемы получения цветных пресс-порошков.

2.3.3 Формование полуфабриката

Керамическую плитку в основном формуют способом полусухого прессования на

гидравлических прессах под давлением

30-45 МПа. Как правило, применяют

многоштамповые прессы, которые позволяют изготавливать несколько плиток в одном

цикле. Наблюдается тенденция к увеличению габаритов плиток и, соответственно, к

увеличению мощности используемых прессов. Также в последние годы была

разработана и внедрена в производство технология прессования крупногабаритных

(превышающих 3 м) керамогранитных плит (слэбов) малой толщины (от 3 мм) с

формованием без использования пресс-форм.

Подача пресс-порошка в пресса производится автоматически, контроль

производится соответствующим программным управлением.

Некоторые виды плиток (в общем объеме не более 5%) изготавливают способом

пластического формования (экструзии). Такие плитки отличаются большей толщиной.

Для подготовки массы в этом случае используют способы подготовки пластичной массы

(см. раздел 2.1.3).

2.3.4 Сушка, декорирование и обжиг

Сушку, декорирование (ангобирование, глазурование) и обжиг плиток

осуществляют на автоматизированных линиях, представляющих собой роликовый

конвейер, который объединяет прессы, сушилки, установки ангобирования,

глазурования, декорирования. Декорированный полуфабрикат поступает в печи для

обжига плитки. Затем КП сортируют на автоматизированной линии сортировки и

упаковки.

Прессованные заготовки зачищают и сушат в вертикальных или горизонтальных

многоярусных роликовых сушилках. Температура сушки колеблется в зависимости от

применяемой технологии от

120 до

350 °C. Остаточное влагосодержание

полуфабриката не должно превышать 1%.

Нанесение ангоба и глазури осуществляют способами полива или распыления в

кабинах, установленных на автоматизированной линии. Порядок операций глазурования

и обжига может меняться в зависимости от того, покрывают ли изделия глазурью и

проводят ли обжиг в одну или две стадии.

В процессе движения полуфабриката по конвейеру на его поверхность могут

наносить рисунок, для чего в последние годы повсеместно применяют бесконтактную

цифровую печать при помощи струйных принтеров. Количество печатающих головок

зависит от вида рисунка и дополнительных спецэффектов декорирования.

Декорирование керамогранита часто осуществляют, создавая рисунок

смешиванием окрашенных пресс-порошков во всем объеме заготовки или их

распределением в поверхностном слое заготовки в пресс-форме непосредственно

перед прессованием. Современное декорирование пресс-порошками осуществляется с

применением цифровых технологий, которые обеспечивают достоверное

воспроизведение природных материалов: натурального мрамора, оникса, сланца и

различных пород древесины, бетона и пр. Растет доля глазурованного керамогранита.

Шелкографию (сериографию) с использованием станков трафаретной печати

используют для нанесения на декоративные элементы (вставки и бордюры) для

керамических плиток декорирующих препаратов, закрепление которых требует

дополнительного (обычно третьего, четвертого) обжига.

Обжиг плиток, в зависимости от их вида, может быть одно- и двукратным. Для

производства декорированных вставок и бордюров используют отдельный, обычно

третий по порядку, обжиг.

При технологии двукратного обжига сначала производят утельный обжиг в

роликовой печи, затем обожженный полуфабрикат (так наз. «бисквит») глазуруют

методом распыления или полива. Для маскировки цвета черепка, с целью избежать

различных дефектов, в том числе глазурования, на поверхность плитки сначала наносят

слой ангоба, а затем глазури. После нанесения глазури плитки обычно декорируют

цифровой печатью.

Обжиг плиток ведут в течение краткого времени (30-70 мин) при температурах

950-1250 °C, после чего их сортируют и упаковывают. Температура обжига зависит от

области применения (вида) плиток и определяется их сырьевым составом. Типичные

температуры обжига указаны в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Типичные температуры обжига керамических плиток

Максимальная

Вид плитки

Область применения

температура обжига, °C

Плитка для внутренней

Облицовка стен внутри

980-1170

облицовки стен

зданий

Облицовка полов внутри

Плитка для облицовки полов

1150-1200

зданий

Облицовка стен и полов, в

том числе фасадов и входных

Керамогранит

1180-1250

групп (площадок и ступеней

перед входами в задние)

Обжиг плиток керамогранита ведут при повышенных температурах (свыше

1200 °C), продолжительность обжига может достигать 2 ч.

Из части обожженных глазурованных плиток изготавливают вставки и бордюры,

декорируя специальными средствами и снова подвергая обжигу при температурах 800-

1050 °C.

2.3.5 Послеобжиговая обработка

После обжига керамогранитные плитки подвергают ректификации (обработке

граней для обеспечения строгого размера), шлифовке и иногда полировке.

Из керамогранитных плит большого размера резкой могут получать другие, более

мелкие форматы. Резка осуществляется на автоматизированных линиях.

2.3.6 Сортировка и упаковка готовых изделий

Сортировка и упаковка плиток осуществляются на автоматизированном

оборудовании. Прежде всего контролируются размерные характеристики плиток.

Плитки, имеющие низкое (менее

3%) водопоглощение, подвергают калибровке,

сортируя по калибрам, имеющим определенный допуск по размерам согласно

утвержденной нормативной документации.

Плитки упаковывают в картонные коробки, обычно в количестве,

соответствующем 1 м².

Развитие технологии керамической плитки коснулось всех технологических

стадий - от подготовки сырья до декорирования.

Активно разрабатывается сухой способ подготовки формовочных масс (пресс-

порошков), обеспечивающий существенную экономию энергии, воды и уменьшающий

выбросы вредных веществ. В традиционном мокром способе подготовки применяют

более эффективные многокамерные шаровые мельницы. Наконец, все большую долю в

производстве пористой облицовки занимает однократный обжиг.

Цифровая печать практически вытеснила применявшийся еще недавно на

автоматизированных линиях ротоколор (способ ротационной печати переносом рисунка

на плитку с барабанов, покрытых гравированными силиконовыми покрытиями).

2.3.7 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства керамической плитки

Основными решениями, направленными на сокращение негативного воздействия

на окружающую среду и повышение ресурсоэффективности производства керамической

плитки, являются:

- увеличение размера и уменьшение толщины плитки;

- оптимизация состава сырья с целью снижения температуры обжига и

сокращения его цикла;

- использование для подготовки сырьевых компонентов мельниц непрерывного

действия с независимо работающими камерами;

- автоматизация сушилок с целью непрерывного контроля температуры и

влажности;

- интерактивное компьютерное управление режимом обжига с целью снижения

затрат энергии при обжиге;

- повышение эффективности системы пылеулавливания с применением

рукавных фильтров или циклонов;

- перемещение пылящего сырья от башенной распылительной сушилки при

помощи закрытых конвейеров;

- организация сбора отходов глазури и отходов шлифовки в местах их

образования;

- повторное использование шлама в составе формовочной массы;

- использование производственных сточных вод в замкнутом цикле (с очисткой в

соответствии с технологическими требованиями);

- снижение уровня шума и вибрации путем улучшения изоляции источников, а

также улучшение (если необходимо) звукоизоляции производственных зданий.

2.4 Производство огнеупорных изделий

Как было описано в разделе 1.4, в настоящее время, наряду с традиционным

укладом огнеупорного производства, присутствует производство неформованных

огнеупоров (не требующих обжига на огнеупорном предприятии), производство

сложнофасонных формованных огнеупорных изделий (чаще всего не требующих

высокотемпературного обжига на огнеупорном предприятии) и производство

безобжиговых огнеупоров на углеродистой связке (наиболее яркий представитель таких

огнеупоров - периклазо-углеродистый огнеупор), также требующих незначительной

термической обработки (без обжига).

Традиционная технология производства огнеупоров включает в себя следующие

основные переделы:

- приемка, подготовка и хранение сырьевых материалов;

- смешивание компонентов сырьевых материалов и введение временных

технологических связующих;

- формование полуфабриката;

- сушка;

- обжиг;

- сортировка и упаковка готовых изделий.

В качестве примера традиционной технологической схемы производства

огнеупорных изделий приведем технологическую схему производства периклазовых и

перикилазо-шпинелевых основных огнеупоров (рисунок 2.8). Производство шамотных,

муллитокремнеземистых, высокоглиноземистых, периклазо-хромитовых огнеупоров в

целом вписывается в эту схему (с некоторыми отличиями).

Технологические схемы при производстве неформованных огнеупоров (не

требующих обжига на огнеупорном предприятии), производстве сложнофасонных

формованных огнеупорных изделий и производстве безобжиговых огнеупоров на

углеродистой связке отличаются.

Единственным общим технологическим переделом для всех технологических

схем является стадия приемки, подготовки и хранения сырья, а также смешивания

компонентов. В справочнике НДТ она приведена для всех технологических схем

производства огнеупорных изделий.

2.4.1 Приемка, подготовка, хранение сырьевых материалов и смешивание

компонентов

В качестве сырья при производстве огнеупоров используют огнеупорную глину,

шамот, природное минеральное сырье - кварцит, доломит, магнезит, боксит, которые

могут подвергать прокаливанию, а также искусственно получаемые материалы

(спеченный и плавленный корунд, карбид кремния, плавленый муллит, спеченный

периклазовый порошок и клинкер, плавленый периклаз, шпинель, хромконцентрат).

Для получения формовочных масс (уже на переделе подготовки формовочных

смесей для формования заготовок) к измельченным сырьевым материалам добавляют

заполнители и связующие самых разных видов: глиняный шликер, сульфитный щелок,

каменноугольный пек, нафталин, синтетические смолы, известковое молоко, воск,

фосфорную кислоту, сажу, графит, серу. Сырье хранят в крытых боксах, предварительно

измельченные закупаемые материалы содержат в силосах, чтобы избежать их

взаимодействия с водой.

Шамот и высокоглиноземистый шамот получают при обжиге брикетов (с

последующим дроблением и рассевом) во вращающихся и шахтных печах при

температурах

1200-1300 ^оС. Спеченный периклазовый порошок и клинкер для

производства изделий и неформованных огнеупоров получают обжигом сырого

магнезита во вращающихся печах и высокотемпературных шахтных печах в одну или

две стадии (через кальцинацию с последующим брикетированием), конечная

температура обжига превышает 1700 °C. Обожженные порошки и клинкер могут быть

отгружены заказчикам.

Глинозем марок Г-0, Г-00 и другие получают на глиноземных заводах

прокаливанием гидрата оксида алюминия во вращающихся печах (иногда в печах

кипящего слоя) при температурах 1200-1300 ^оС.

Плавленый периклаз получают путем плавки кальцинированного магнезита в

руднотермических электродуговых печах способом «на блок». Плавленую

алюмомагниевую шпинель получают путем совместной плавки кальцинированного

магнезита и глинозема в руднотермической печи способом «на слив». Примерно так же

получают электроплавленный оксид алюминия.

Сырьевые материалы (периклазовые порошки, клинкер и плавленые материалы)

подвергают измельчению до необходимых фракций. Для грубого измельчения

используют валковые, щековые и конусные дробилки, средний помол проводят в

шаровых конусных, трубных и стержневых мельницах, а также в виброударных

мельницах, тонкое измельчение проводят в шаровых, струйных мельницах и

вибромельницах.

Рассев по фракциям измельченных сырьевых материалов проводят на

виброгрохотах, виброситах и сито-буратах. Фракционированные порошки попадают в

сортовые бункера с дозаторами.

Дозирование материалов в смесители периодического и непрерывного действия,

где масса гомогенизируется, чаще производят при помощи более точных весовых

дозаторов (реже - при помощи объемных). При необходимости в смеситель вводят

связующее. Неформованные материалы (торкрет-массы, набивные массы) сразу после

перемешивания затаривают для отгрузки потребителю.

Смешивание шихты и подготовку формовочных смесей производят в смесителях.

Задача низко-, средне- и высокоинтенсивных смесителей - получение однородной

шихты или формовочной смеси. В последнее время наметилась тенденция

использования высокоинтенсивных смесителей, хоть при производстве традиционных

огнеупоров по-прежнему используются низко- и среднеинтенсивные смесители.

В традиционной технологической схеме производства огнеупорных изделий после

приготовления шихты в смесители вводят временное технологическое связующее,

после чего шихта превращается в прессовую смесь (формовочную смесь).

2.4.2 Формование полуфабриката

Формование заготовок огнеупоров чаще производят прессованием из

подготовленной прессовой смеси, традиционные огнеупоры (типа шамота) иногда

производят экструзией на ленточном прессе с последующим разрезанием бруса на

заготовки. Для ответственной продукции чаще используют гидравлические или

вибрационные пресса. Гидравлические пресса обеспечивают высокие допуски по

геометрии, а на вибрационных прессах удобно прессовать заготовки сложной формы и

высокоплотные заготовки.

2.4.3 Сушка

Сушку полуфабриката ведут в камерных или туннельных сушилках, ее

продолжительность в зависимости от размеров и формы изделий составляет от суток

до нескольких недель. Крупноразмерные изделия сушат при контролируемой влажности

воздуха-теплоносителя. Остаточная влажность перед началом обжига должна быть

менее 1%.

2.4.4 Обжиг

Высушенные заготовки направляют в камерные или туннельные печи.

Температура обжига в зависимости от типа огнеупорных изделий может варьировать от

1200 до 1650-1700 ^оС. В относительно крупном цеху обжига огнеупорного завода

целесообразно иметь сочетание туннельных печей (для серийной продукции) и

камерных печей (для относительно некрупных партий продукции, требующих

нестандартных режимов обжига).

Обжиг проводят в газовых печах и печах электрического нагрева. Иногда

применяют печи с восстановительной средой или средой азота.

2.4.5 Сортировка и упаковка готовых изделий

Изделия после термопечи и туннельной печи подвергают сортировке по внешнему

виду и размерам. В особых случаях проводят послеобжиговую обработку огнеупорных

изделий путем шлифовки, полировки или токарной обработки сухим либо мокрым

способом. Готовую продукцию проверяют на соответствие нормативной документации.

После физико-химических испытаний, а также проверки на соответствие требованиям к

форме, размерам и структуре продукцию упаковывают. Транспортировку пакетов с

изделиями и «биг-бэгов» с неформованными материалами потребителям осуществляют

автомобильным и железнодорожным транспортом.

2.4.6 Технологическая схема производства неформованных огнеупоров

При производстве неформованных огнеупоров подготовленные смеси фасуют в

мешки и отправляют потребителю. При производстве огнеупоров по такому способу

уделяют особое внимание процессу смешивания, введению добавок и контролю

качества продукции (как правило, на заводе-изготовителе порошки смешивают,

формуют образцы, проводят необходимую термообработку и определяют свойства)

(рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Технологическая схема производства неформованных огнеупоров

2.4.7 Технологическая схема производства вибролитых сложнофасонных

огнеупорных изделий

Вибролитьем получают сложнофасонные огнеупоры - огнеупорные изделия

сложного фасона - горелочные камни, леточные блоки, арочные свода, элементы

плоского свода печей. Одна из последних тенденций в футеровке печей - изготовление

на заводе-изготовителе фасонных огнеупорных блоков (как правило, методом

вибролитья), сушка и термообработка, предварительная сборка по чертежу на стенде

(зачастую с представителем заказчика), разборка, упаковка и отгрузка потребителю для

сборки по месту.

Как правило, для вибролитья используют огнеупорные низкоцементные,

обладающие свойством тиксотропии (схватываться и твердеть в состоянии покоя).

Водный шликер для огнеупорного бетона (состоящий из огнеупорного наполнителя,

высокоглиноземистого цемента, связующих и дефлокулянтов) готовят в смесителе,

далее его заливают в металлические формы и выдерживают 8-16 часов, далее формы

разбирают и сушат заготовки не менее суток на открытом воздухе, после чего заготовки

устанавливают в туннельное или камерное сушило, проводят сушку для удаления влаги,

а после термообработку на 250-350 ^оС, после чего изделие обретает прочность. В

большинстве случаев после этого в лаборатории проверяют свойства изделий и

отправляют потребителю. В этом случае окончательные свойства огнеупорное изделие

обретает уже при службе в печи на заводе-потребителе.

Иногда на заводе-производителе огнеупорных изделий проводят дополнительную

термообработку сложнофасонных изделий после первичной термообработки 250-350 °С

при температуре службы изделий у потребителя. Как правило, в этом случае свойства

(особенно прочность) вибролитых сложнофасонных изделий повышаются на 20-25%.

Технологическая схема производства вибролитых сложнофасонных огнеупорных

изделий представлена на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Технологическая схема производства вибролитых сложнофасонных

огнеупорных изделий

2.4.8 Технологическая схема производства углеродсодержащих огнеупоров

Периклазо-углеродистые огнеупоры

- наиболее яркий представитель

появившихся относительно недавно углеродистых огнеупоров (необожженных

огнеупоров, содержащих углерод и смоляное связующее). Кроме периклазо-

углеродистых огнеупоров (широко используются в конверторах, электродуговых печах и

стальковшах), производят корундо-углеродистые огнеупоры, корундо-карбидкремние-

углеродистые огнеупоры (применяются для ковшей-чугоновозов), алюмомагезиально-

углеродистые огнеупоры (применяются для промковшей).

Существуют варианты технологий, отличающиеся способом введения

углеродистой компоненты. В качестве углеродистой компоненты выступает, как правило,

фенолформальдегидная смола, а также природный чешуйчатый графит и иногда в

небольших количествах синтетический графит. В качестве ингибиторов окисления и

коррозии используются порошки алюминия, кремния и карбида бора и карбида кремния.

Подготовленные фракции огнеупорного материала (как правило, 2-4 фракции) в

смесителях смешивают с углеродистой компонентой, либо заранее расплавленной до

жидкого состояния, либо переведенной в жидкое состояние за счет введения

растворителей.

Прессовую смесь формуют прессованием (как правило, на гидравлических

прессах). Оксидоуглеродистые заготовки направляют в термопечь, где при температуре

240-260 °C происходит их термообработка. Во время этой теромообработки происходит

полимеризация (сшивание) углеродсодержащей связки, заготовки теряют способность

расплавляться и сохраняют геометрические размеры вплоть до очень высоких

температур. В целом углеродная компонента в периклазо-углеродистых материалах

составляет 4-25% масс.

В металлургических агрегатах при разогреве связка коксуется, геометрические

размеры изделий сохраняются.

Технологическая схема производства углеродсодержащих огнеупорных изделий

представлена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - Технологическая схема производства углеродсодержащих огнеупорных изделий

2.4.9 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

В сущности, появление новых трендов в производстве огнеупоров (производство

неформованных огнеупоров, производство вибролитых сложнофасонных огнеупоров,

производство безобжиговых углеродсодержащих огнеупоров) и является развитием

идей по повышению ресурсоэффективности производства.

Во всех трех случаях при производстве огнеупоров проявляется существенное

сокращение расхода энергии и энергоносителей. Следует отметить, что при

производстве огнеупоров также происходит сокращение воздействия на окружающую

среду, однако при использовании углеродсодержащих безобжиговых огнеупоров

негативное воздействие на окружающую среду перемещается на металлургический

комбинат - заказчика и потребителя продукции. При использовании неформованных

огнеупоров и вибролитых сложнофасонных огнеупоров негативным воздействием на

окружающую среду от их применения на металлургическом комбинате можно

пренебречь.

Следует отметить важность рециклинга огнеупоров, т.е. переработку лома

отслуживших свой ресурс огнеупоров с целью повторного использования его в

производстве новой продукции соответствующего назначения.

В целом, появление новых трендов в производстве огнеупоров следует считать

положительным как в плане повышения ресурсоэффективности. Так и в плане

сокращения воздействия на окружающую среду.

2.5 Производство санитарно-технических изделий

Технология производства санитарно-технических изделий (СТИ) включает в себя

следующие переделы:

- приемка и хранение сырьевых материалов;

- приготовление шликера и глазури;

- формование полуфабриката;

- оправка и подвялка полуфабриката;

- сушка полуфабриката;

- глазурование;

- обжиг;

- сортировка и упаковка готовых изделий.

2.5.1 Приемка и хранение сырьевых материалов

Для производства санитарных керамических изделий, как и для других

керамических изделий, применяют пластичные и отощающие материалы.

Пластичные материалы - это огнеупорные, тугоплавкие глины и каолины

первичные или обогащенные.

Отощающие материалы - кварцевый песок, бой обожженных изделий, полевой

шпат, пегматит, гранит.

Товарный вид и высокие гигиенические свойства СТИ придают глазурное

покрытие. Составы глазурей многокомпонентны. Для приготовления глазури используют

полевые шпаты, глины, каолины, кварцевый песок, мел, доломит, цирконовый

концентрат, оксид цинка, углекислый барий, фритты и ряд других компонентов,

регулирующих свойства глазурного покрытия. Для окрашивания глазурей используют

пигменты или красящие окислы.

Для регулирования литейных свойств основного и глазурного шликера в качестве

добавок (обычно

0,1-0,3% от сухого вещества) используют электролиты:

неорганические - силикат натрия, кальцинированную соду, гидрат окиси бария;

органические - углещелочной реагент, танин, сложные полиакрилаты, производные

карбоксиметилцеллюлозы.

Сырьевые материалы поступают на склад в насыпном или упакованном виде в

железнодорожных вагонах или автотранспортом. Сырье хранят в отдельных отсеках

закрытого склада с запасом не менее 3 месяцев. Сырье, поступающее в упаковке,

хранится в сухом складе отдельно.

При поступлении на склад все сырьевые материалы подвергают входному

контролю.

2.5.2 Приготовление шликера и глазури

Начало технологического процесса изготовления санитарных керамических

изделий - массоприготовление (приготовление шликера).

Основные задачи этого технологического передела - разрушение природной

структуры сырьевых материалов, их дезагрегирование, удаление вредных примесей,

правильное дозирование шихтовых компонентов и придание однородности массе путем

тонкого измельчения и тщательного перемешивания компонентов.

Отощающие компоненты массы при необходимости подвергают крупному

дроблению в щековых или конусных дробилках, мелкому дроблению на молотковых

дробилках или бегунах.

Дробление глин при необходимости производят на горизонтальном стругаче.

При использовании глин с высоким содержанием вредных примесей

(растворимых солей) применяют прессовый метод подготовки глин - роспуск в

бассейнах с последующим обезвоживанием на фильтр-прессах и дальнейшим

роспуском полученных «коржей». Этот метод иногда используют и для очистки каолинов.

Последующей операцией по приготовлению шликера является тонкий помол

компонентов и приготовление водной суспензии, пригодной для литья. Существует

несколько методов приготовления шликера для производства СТИ (в зависимости от

способа измельчения): совместный помол отощающих и глинистых компонентов,

раздельный и комбинированный.

При раздельном и комбинированном методах для помола отощающих применяют

шаровые мельницы мокрого помола, конусные или шаровые мельницы сухого помола.

Роспуск глин производят в емкостях с пропеллерными мешалками.

При совместном методе все компоненты последовательно (от менее твердых к

более твердым) по мере их измельчения загружают в шаровую мельницу

периодического действия для мокрого помола.

Роспуск каолина обычно проводят отдельно в емкости с пропеллерной мешалкой

до 12 часов.

Перекачку шликера из бассейнов производят мембранными насосами.

В процессе приготовления шликер проходит многократное ситовое и магнитное

обогащение. Окончательной стадией приготовления шликера являются доведение его

до литьевых параметров при помощи электролитов и выдержка при перемешивании.

Из бассейнов-накопителей шликер с помощью насоса перекачивается в рабочий

бассейн, затем подается в расходные емкости литейного участка.

Отходы массы, образуемые при производстве СТИ (избыток шликера из форм,

брак формования, подвялки и сушки, отходы оправки), возвращают в производство по

отдельной технологической нитке, используя роспуск и фильтр-прессование. При этом

количество шликера, полученного из возвратных отходов и добавляемого в основной,

составляет 30 процентов и более.

Особое внимание при производстве СТИ уделяют качеству воды (содержанию в

ней растворимых примесей), для эффективности процесса шликерного литья воду часто

подвергают предварительной очистке способами ионообмена или обратного осмоса.

Качество воды особо важно при производстве СТИ способом литья под давлением.

Глазурь аналогично шликеру готовят путем совместного помола всех входящих в

нее компонентов в шаровых мельницах мокрого помола. Соотношение материалов,

воды и шаров обычно принято

1:1:1,3. Для лучшей адгезии к поверхности

полуфабриката в состав глазури вводят клеящие вещества (карбометилцеллюлозу и ее

производные). Слив глазурного шликера в приемную емкость с мешалкой после помола

производится через сито и электромагниты. Из приемной емкости глазурный шликер

подается на участок глазурования.

2.5.3 Формование

Формование СТИ осуществляется способом шликерного литья 2 методами:

традиционным литьем в гипсовые формы и литьем под давлением в пористые

полимерные формы.

Разделяют три разновидности шликерного литья керамических изделий

наливной, сливной и комбинированный. По первому способу шликер заливается между

двумя гипсовыми (полимерными) поверхностями частей формы. При этом используют

более сложную форму, имеющую больший вес, дополнительные приставные детали

(прибыль, содержащую дополнительный объем шликера). При сливном способе шликер

заполняет всю форму, соприкасаясь с ней лишь одной поверхностью, набор массы

происходит односторонне, после чего избыток шликера выливается. Сливным способом

обычно формуют тонкостенные изделия более сложной конфигурации. Учитывая

преимущества и недостатки обоих способов, распространенным при изготовлении СТИ

является комбинированный способ литья - изделие имеет как наливные, так и сливные

части (например, унитазы, умывальники).

Таким образом, формование (шликерное литье) СТИ производят в основном

наливным (формование смывных бочков) и комбинированным (формование унитазов,

умывальников) способами в гипсовые и полимерные пористые формы. При литье под

давлением в полимерные формы чаще реализуется комбинированный способ.

Основные операции традиционного шликерного литья сливным способом в

гипсовые формы (сборка форм, заливка шликером, выдержка шликера в форме для

набора массы, слив избытка шликера, выдержка набранного слоя для закрепления

полуфабриката, разборка форм) выполняют с использованием механизированных

стендов, на которых одновременно производят несколько десятков полуфабрикатов.

На участке формования (литья) обеспечивают стабильные температурно-

влажностные условия, во многом определяющие продолжительность каждой стадии

формования и качество продукта. После формования полуфабрикат извлекают из

формы и отправляют на операцию оправки. В среднем в каждой форме стенда

осуществляют формование 1-2 полуфабрикатов в сутки.

Для формования используют рабочие гипсовые формы, изготовленные на

гипсомодельном участке производства способом литья в специальные капы (матрицы).

Капы производят из гипсоцементного раствора или синтетических смол, более прочных

и обеспечивающих лучшее качество поверхности. Гипсовые формы, вышедшие из

употребления, утилизируют за пределами производства, например, на производствах

цемента.

Более прогрессивным и получившим широкое распространение способом

формования СТИ служит высокопроизводительное шликерное литье под давлением в

полимерные формы. Этот способ реализуется на автоматизированных прессах и

стендах, на которых предварительно подогретый до 40-45 °C шликер подается под

давлением 6-15 бар в пористые полимерные формы.

Процесс литья на таких установках включает в себя сборку формы, заливку

шликера в форму под давлением, выдержку, сбор давления, разборку формы,

извлечение полуфабриката и очистку формы. Весь процесс формования в

автоматизированном прессе или стенде литья под давлением занимает 15-30 мин, что

многократно превышает производительность процесса традиционного литья.

Существуют также установки для литья под средним давлением

(2-6 бар),

использующие не только полимерные, но и специальные гипсовые формы.

Преимуществами шликерного литья под давлением в полимерные формы

являются высокая производительность, точность размеров полуфабриката, хорошее

качество поверхности полуфабриката, сокращение времени сушки, длительный срок

службы форм. Недостатком литья под давлением является высокая стоимость

оборудования и форм, оправданная при большой производительности участка

формования для изделий определенного дизайна. Обычно литьем под давлением

формуют раковины и унитазы.

2.5.4 Оправка и подвялка полуфабриката

После литья изделия имеют влажность 13-17%. После извлечения из форм

полуфабрикаты дополнительно обрабатывают (оправляют), зачищая швы, заделывают

технологические отверстия и трещины, прорезают монтажные отверстия.

Перед сушкой полуфабрикаты подвяливают в течение 24-48 ч, выдерживая в

условиях цеха (влажность 45-55%, температура 25-35 °C) до влажности не более 12-

14%, после чего отправляют на сушку.

2.5.5 Сушка

Сушку полуфабриката проводят в камерных или туннельных сушилках при

температуре 60-90 °C до влажности 1%. Продолжительность сушки составляет от 6 до

20 ч. Для перемещения полуфабриката используют специальные тележки, на которых

изделия устанавливают в один или несколько ярусов, или конвейеры. Сушка

осуществляется конвекцией теплоносителя (подогретого воздуха), нагнетаемого

вентиляторами в пространство сушилки. Теплый воздух для сушки поступает от зоны

охлаждения туннельной печи.

Потоки воздуха распределяют по поперечному и продольному сечениям сушилки,

обеспечивая равномерный и постоянный съем влаги с поверхности полуфабриката.

После сушки полуфабрикат очищают от пыли, обдувая сжатым воздухом,

смачивают поверхность проблемных мест полуфабриката подкрашенным фуксином

керосином (керосиновый контроль) или просто водой, подвергая визуальному осмотру

на предмет обнаружения посечек и трещин. В случае обнаружения дефектов

полуфабрикаты отправляют в отдельный отсек для повторной переработки.

2.5.6 Глазурование

Глазурование СТИ осуществляют способом распыления и полива как вручную, так

и с использованием глазуровочных конвейеров и глазуровочных роботов.

Для некоторых изделий способы глазурования комбинируют (полив и

распыление), добиваясь равномерного покрытия слоем глазури толщиной 0,4-0,8 мм

лицевых рабочих поверхностей.

После глазурования полуфабрикаты зачищают и отправляют к печам для обжига,

где устанавливают на обжиговые вагонетки. Перед обжигом глазурованные

полуфабрикаты выдерживают 6-8 ч для подсушки нанесенного слоя глазури.

2.5.7 Обжиг

Обжиг СТИ проводят в туннельных, реже в камерных, печах при температурах

1200-1250 °C. Продолжительность обжига составляет от 12 до 20 ч.

После обжига СТИ сортируют, при обнаружении на лицевых поверхностях

изделий незначительных глазурных дефектов их отправляют на реставрацию («лечку»).

Для реставрации («лечки») изделий на проблемные места наносят глазурные

препараты или изделия покрывают цветными глазурями со специальными эффектами,

после чего проводят повторный обжиг в камерных печах при температурах 1050-

1200 °C. В некоторых случаях используют «холодную лечку», устраняя дефекты

полимерными составами.

В редких случаях для декорирования изделий применяют деколи, которые

наносят на глазурованные изделия, прошедшие обжиг, затем проводят

низкотемпературный повторный обжиг.

2.5.8 Сортировка и упаковка изделий

Прошедшие обжиг изделия сортируют, проводят функциональные испытания.

Бракованные изделия, не подлежащие реставрации, отправляют в бой для дальнейшей

переработки и использования в составе шликера.

Для улучшения качества изделий монтажные поверхности изделий могут

подвергать шлифованию.

Годные изделия упаковывают в специальную гофротару, комплектуя

необходимой арматурой.

До отгрузки потребителю упакованные СТИ хранят на специализированных

складах.

2.5.9 Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению

ресурсоэффективности производства

Основными решениями, направленными на сокращение негативного воздействия

на окружающую среду и повышение ресурсоэффективности производства санитарно-

технических изделий, являются:

- оптимизация формы СТИ с целью уменьшения их массы и количества брака при

изготовлении;

- оптимизация состава сырья с целью уменьшения температуры обжига и

сокращения его цикла;

- интерактивное компьютерное управление режимом обжига с целью снижения

затрат энергии при обжиге;

- замена туннельных печей роликовыми, с укороченным циклом обжига и

меньшим соотношением массы огнеприпаса к массе обжигаемых изделий (применение

роликовых печей может ограничиваться ассортиментом выпускаемых изделий);

- автоматизация сушилок с целью непрерывного контроля температуры и

влажности;

- использование тепла печи для сушки полуфабрикатов (воздух участка

охлаждения) и отопления цехов (рекуперация тепла отходящих печных газов);

- обеспечение эффективного пылеулавливания с применением рукавных

фильтров или циклонов;

- установка систем сбора отходов глазури в местах их образования;

- повторное использование шлама в составе шликера;

- организация водооборота;

- использование пластиковых форм (капов) для шликерного литья под давлением

взамен гипсовых (гипсо-цементных) для традиционного шликерного литья с целью

увеличения срока службы и улучшения качества полуфабрикатов;

- использование «холодных» способов реставрации изделий с дефектами

поверхности с целью избавления от повторного обжига;

- снижение уровня шума и вибрации путем улучшения изоляции источников, а

также улучшение (если необходимо) звукоизоляции производственных зданий.

2.6

Производство посуды

и декоративных изделий

(хозяйственно-бытовая керамика)

Для изготовления керамических изделий хозяйственно-бытового назначения

применяют широкий спектр материалов: твердый фарфор, мягкий (в том числе костяной)

фарфор, фаянс, майолику и пр. Технологические схемы (технологические переделы)

производства изделий из этих материалов достаточно близки. Различия состоят в

используемых сырьевых компонентах, их соотношении, температурах обжига и приемах

декорирования.

Технология керамических изделий хозяйственно-бытового назначения включает в

себя следующие переделы:

- хранение сырьевых материалов;

- подготовка формовочной массы;

- формование;

- сушка;

- первый (утильный) обжиг;

- глазурование;

- второй (политой) обжиг;

- контроль;

- декорирование;

- третий (декорирующий) обжиг;

- контроль, сортировка и упаковка.

2.6.1 Хранение сырьевых материалов

Для производства посуды и художественно-декоративных изделий применяют

глины, каолины, кварц (кварцевый песок), полевые шпаты и породы, их содержащие

(пегматит), а также карбонатные породы (доломит, мел, известняк), тальк и другие

добавки.

Ориентировочные составы массы и глазури указаны в таблице 2.5. Большой

разброс в содержании компонентов сырья объясняется разнообразием рецептуры для

производства посуды: наряду с фарфоровой посудой (для которой характерно

соотношение глинистых и каменистых компонентов, примерно равное 1:1), получившей

наибольшее распространение, выпускают посуду из майолики, фаянса (с

преобладанием глинистого сырья) и каменной керамики (в которой может отсутствовать

глинистый компонент).

Таблица 2.5 - Ориентировочные составы некоторых масс для производства посуды

Содержание, масс. %

Наименование сырья

Твердый

Костяной

Твердый

Каменная

Майолика

фарфор

фаянс

керамика

Каолины

50-55

25-40

25-50

0-25

0-50

Глины

0-25

15-40

25-40

0-50

Полевошпатное

сырье

15-30

25-30

3-8

0-15

5-30

Кварцевый песок

10-35

30-50

30-40

20-70

Карбонатное сырье

0-35

Другие добавки

25-50 *

0-35

* В костяном фарфоре в качестве плавня используется костная зола.

Типовая технологическая схема производства фарфоровых изделий

представлена на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 - Обобщенная технологическая схема производства фарфоровых изделий

хозяйственно-бытового назначения

В качестве примера производства керамической посуды рассмотрена технология

фарфоровых изделий, как наиболее полно включающая в себя характерные

технологические переделы, в той или иной степени используемые и в технологии

разнообразных керамических изделий хозяйственно-бытового назначения.

Сырьевые материалы поступают на склад в насыпном (глина, кварцевый песок)

или упакованном (каолин, полевой шпат) виде и хранятся в отдельных отсеках закрытого

склада при поддержании стабильных условий влажности и температуры. Складские

запасы сырья должны обеспечить бесперебойную работу предприятия в течение 3-х

месяцев.

2.6.2 Подготовка формовочной массы

Керамические изделия хозяйственно-бытового назначения формуют пластичным

формованием (раскаткой пласта) и методом шликерного литья в гипсовые формы. Для

подготовки шликера глинистые материалы (глины, каолины) при необходимости

предварительно измельчают в глинорезках и распускают в бассейнах с пропеллерными

мешалками.

Каменистые компоненты массы (кварцевый песок, полевошпатные материалы

и др.) подвергают дроблению в щековых дробилках и бегунах и тонкому помолу в

шаровых мельницах. Полученный шликер процеживают через вибросита, подвергают

магнитной сепарации и хранят при перемешивании в расходных бассейнах.

Для эффективного разжижения глинистого шликера используют электролиты

(силикаты и карбонаты натрия, натриевые соли карбоновых кислот и др.), которые

добавляют непосредственно при роспуске глинистых.

Компоненты глазури подвергают длительному помолу в шаровых мельницах,

процеживанию и магнитной сепарации. Для получения глазурного шликера также

используют электролиты.

Отходы массы, образуемые при производстве фарфора (избыток шликера из

форм, брак сушки, отходы оправки), возвращают в производство по отдельной

технологической нитке, используя роспуск, фильтр-прессование.

Особое внимание при производстве фарфоровой посуды уделяют качеству воды

(содержанию в ней растворимых примесей), для эффективности процесса шликерного

литья воду могут подвергать предварительной очистке способами ионообмена или

обратного осмоса.

После роспуска в воде глинистых материалов (глин и каолинов) их смешивают с

тонкоизмельченным (мокрый помол в шаровых мельницах) каменистым кварц-

полевошпатным сырьем. Для удаления примесей железа шликер подвергают

электромагнитой сепарации.

Полученную жидкую массу влажностью 55-60%, а иногда и до 65%, частично

обезвоживают на фильтр-прессах до влажности 22-27%. Отжатую на фильтр-прессах

массу подвергают гомогенизации и вакуумированию. После вылеживания она готова к

пластичному формованию.

При подготовке шликера для формования методом литья в гипсовые формы

полученную на фильтр-прессах массу вновь распускают в мешалках, доводя влажность

до оптимальных для получения требуемой текучести значений (29-33%).

Для проведения изостатического прессования из шликера готовят пресс-порошок

с использованием башенных распылительных сушилок, аналогично подготовки пресс-

порошка при производстве керамической плитки.

Пластичное формование. Для формования плоской и некоторых видов полой

посуды (тарелок, блюдец, пиал и т. п.), имеющих форму тел вращения, используют

раскатку пластичного пласта влажностью 23-25% на гипсовых или пластмассовых

формах с помощью формующих роликов или шаблонов.

Шликерное литье. Этот способ применяют в производстве в основном полых

тонкостенных, а также декоративных изделий сложной формы. Суть метода состоит в

том, что шликер заливают в пористую форму, обычно изготавливаемую из гипса. За счет

капиллярного всасывания на внутренней поверхности формы происходят удаление

воды из шликера и образование плотной отливки. При достижении необходимой

толщины стенки шликер сливают и образовавшуюся в форме заготовку выдерживают до

набора прочности, необходимой для ее извлечения из формы. Такой способ шликерного

литья называют сливным и используют для формования тонкостенных изделий. При

наливном способе, используемом для формования толстостенных изделий, масса

набирается в полости между двумя стенками полости гипсовой формы и заполняет ее

полностью.

На отечественных предприятиях внедрены способы формования литьем под

давлением и изостатического прессования. Литье под давлением в пластмассовые

формы используется в основном для массового производства не тонкостенных полых и

некоторых плоских изделий. Преимущество этого способа формования описаны в

разделе 2.5 Санитарно-технические изделия.

Изостатическое прессование используют в основном для формования средних

и крупных плоских изделий неправильной формы (блюда, селедочницы и пр.), однако

способ позволяет формовать и полые изделия. Преимущества способа - высокая

производительность, уменьшение срока сушки и сушильной усадки.

После формования полуфабрикаты подвяливают и проводят оправку. К чашкам и

чайникам приставляют (приклеивают шликером) заранее отформованные приставные

детали (ручки и носики).

2.6.3 Сушка

Сушку отформованных изделий обычно проводят конвективным способом в

вертикальных или горизонтальных конвейерных, а также в карусельных сушилах по

режимам, установленным для каждого типа продукции в зависимости от массы и

толщины стенки. Длительность сушки при этом определяется временем, необходимым

для достижения необходимой влажности (1-2%).

2.6.4 Первый (утильный) обжиг

Назначение первого обжига - упрочить полуфабрикат, поскольку относительно

тонкий черепок необожженных изделий при последующем глазуровании размокает и

деформируется под собственным весом.

Обычно утильный обжиг проводят при температурах

900-1100 °C (за

исключением обжига фаянса, для которого температура первого обжига может

достигать 1280 °C) в камерных печах периодического действия или в туннельных печах

непрерывного действия.

По мере повышения температуры из материала испаряется остаточная

(формовочная) и гигроскопическая влага, удаляется кристаллическая вода из структуры

глинистых минералов, происходит выгорание органических примесей, содержавшихся в

минеральном сырье, проходят первые стадии фазообразования (образование

первичного муллита) и жидкофазного спекания. Таким образом, фарфоровая масса в

результате первого обжига уже не может вновь стать пластичной под воздействием

воды.

2.6.5 Глазурование

Обычно глазурование посуды проводят методом окунания. При этом суспензия

глазури равномерно покрывает изделие за счет того, что вода впитывается в пористый

черепок, и на его поверхности остается тонкий слой твердых компонентов глазури.

Толщина слоя регулируется длительностью погружения в суспензию глазури.

На этом же этапе происходит выбраковка изделий с дефектами от первого

обжига.

После глазурования полуфабрикаты в специальных огнеупорных капселях

устанавливают на обжиговые вагонетки.

2.6.6 Второй (политой) обжиг

Назначение второго обжига фарфоровых изделий - спекание керамики до

плотного состояния, а также расплавление и растекание расплава глазури по

поверхности изделия. Для фаянса спекание завершается в процессе утильного обжига

и, как для майолики, значительно упрочняет изделие, но не устраняет пористость.

В зависимости от минерального состава фарфоровой массы температура

политого обжига твердого фарфора составляет

1360-1430 °C, для других

разновидностей хозяйственно-бытовой керамики температура этого обжига составляет

от 950 до 1250 °C.

После политого обжига посуда приобретает весь комплекс технических свойств:

постоянство размеров, прочность, твердость, химическую и термическую стойкость и

ряд декоративных свойств, например, таких, как белизна и просвечиваемость.

2.6.7 Сортировка

На этом этапе происходят контроль дефектов изделий после политого обжига, их

сортировка по наличию и количеству допустимых дефектов, а также комплектация

сервизов/наборов по белизне.

2.6.8 Декорирование

Декорирование - завершающий этап формирования потребительских свойств

изделий хозяйственно-бытового назначения. Техника, применяемая для декорирования,

весьма разнообразна: аэрография, штамп, офсетная печать, деколь, отводка, ручная

роспись и пр., а также их комбинации. Наиболее прогрессивным способом

декорирования - цифровой печатью - декорируют невысокие плоские изделия.

Основная особенность декорирования керамической посуды состоит в

использовании специальных «керамических» красок, которые обычно состоят из

тугоплавких пигментов

(15-20 масс. %) и флюсов. Пигменты представлены чаще

оксидами или соединениями на их основе, а также другими тугоплавкими соединениями

металлов, образующими в результате термообработки химически стойкие окрашенные

соединения с флюсом, глазурью или черепком фарфорового изделия.

Также для декорирования используют люстры - тонкие, с эффектом

перламутрового блеска пленки оксидов и металлов, образующиеся в результате

декорирующего обжига из растворов органических соединений металлов (Mn, Co, Cr, Fe

и др., в том числе благородных) в эфирных маслах и органических растворителях.

Весьма распространенно декорирование посуды препаратами благородных металлов

(золота, серебра, пластины) с отдельным закрепляющим обжигом.

Производство керамических изделий (ИТС 4-2023) - часть 1