علم سرامیک

کارخانه آجر نماچين

R& D

Research and Development

استفاده از بورات­ها در آجر رسي و کاشي بام

(شرکت بوراکس ايالات متحده آمريکا،2004)

بورات­هاي جديد باعث بهبود در کيفيت آجرهاي رسي و کاشي بام و همچنين کاهش مصرف انرژي در حين توليد شده اند.

بورات­ها جز اصلي مواد اوليه ساخت شيشه مي­باشند و باعث پيشرفت­هايي در فرآيند توليد و محصول نهايي شده­اند. استفاده از بور باعث پايداري حرارتي  شيشه و لعاب­هاي شيشه­اي مي­شود. و استفاده از آنها در لعاب­هاي سراميکي قدمت طولاني دارد. بورات­ها نقطه ذوب شيشه را کاهش مي­دهند و باعث پايداري شيميايي و افزايش مقاومت در برابر شوک حرارتي مي­شوند.

با وجود اين مزايا بوراتها  در ساخت آجرهاي رسي و کاشي سقف تاکنون استفاده نشده اند. پيشرفتهاي جديد امکان استفاده از بورات­ها در ساخت آجر را ممکن ساخته است و باعث بهبود کيفيت محصولات و کاهش مصرف انرژی شده است.

اضافه کردن بوراتها به رس مي­تواند باعث بهبود کيفيت محصول ( آجر رسي و کاشي­هاي بام) و کاهش هزينهاي توليد شود به ويژه براي توليدکننده­هايي که با محدوديت ذخاير رس محلي و هزينه­هاي سوخت بالا مواجهند.

چرا بوراتها پيش از اين به طور گسترده در ساخت آجر و کاشي سقف استفاده نشده اند؟

پاسخ اين سوال به چگونگي عملکرد بورات­هاي استفاده شده مربوط مي­شود.

کاني­هاي بوراته براي تضمين کيفيت پايداری محصول و خلوص آن تصفيه مي­شوند. اکثر بورات­هاي تصفيه شده قابل حل در آب بوده و براي کاربردهايي مانند مواد غذايي مورد نياز (خاک و گياه) در کشاورزي و کاربرد ­هاي صنعتي مانند استفاده در عايق­ها مورد بهره­برداري قرار مي­گيرند.

استفاده از بورات­هاي تصفيه شده ( بوراکس و اسيد بوريک) در ساخت آجرهاي رسي  نشان داد مقادير زيادي از بورات­ها همراه با آب در طي فرآيند خشک شدن به سطح انتقال مي­يابند و طي فرآيند پخت به جسم سخت و چسبنده­اي در سطح تبديل مي­شوند. بورات­هاي غير قابل حل موجود، بورات­هاي روي هستند که به علت گران بودنشان در اين صنعت توليد آجر استفاده نمي­شوند.

گزينه ديگر استفاده از کاني­هاي بوراته تصفيه نشده در صنعت آجر و کاشي بام است. هرچند اين بورات­ها حلاليت کمي دارند و ارزان قيمت هستند ولي آجرهاي حاوي اين بوراتها به سبب آزاد شدن شديد آب تبلور کاني، در کوره از هم متلاشي مي­شوند. وحـتي خرد کردن اين کاني­هاي بوراته و تبديل آن به يک پودر بسيار ريز نمي­تواند از آسيب به ساختار منافذ داخلی محصول جلوگيری کند.

محصول جديد بوراته

اين محصول پنتا بورات سديم بسيار ريز در يک سوسپانسيون شکر است.

(microfine sodium penta borate in a sugar suspension)

اين محصول به ويژه در صنعت توليد آجر مورد استفاده است.اين محصول جديد در انگلستان تحت نام تجاريEvansiteعرضه مي­شود.

شکر از اينکه بورات­ها در حين خشک شدن به سطح انتقال يابند جلوگيري مي­کند. در اين محصول به بوراتها اجازه داده مي­شود در رطوبت نسبتاً کم موجود در خشت حل شوند و توزيع بهينه آنها در بدنه رس( خشت) را تضمين ميکند. هنگامي که خشت خشک شد شکر تماماً در طول پخت سوخته است و بورات­ها مي­توانند سيال شوند.

حتي هنگامي که از نسبت کمي از بورات­ها استفاده مي­شود براي مثال 1 تا 2 درصد ، اين مقدار کم نيز نقش مؤثري در ساختار رس ايفا ميکند و باعث کاهش نقطه ذوب ذرات و همچنين تغيير توزيع اندازه منافذ خشت شده و در بعضي موارد در رنگ هم نقش دارد.

توجه به عملکرد منحني­هاي پخت براي رس همراه با بورات ( تيمار Evansite) ورس بدون بورات (تيمارcontrol) نشان مي­دهد سطوح يکساني از شيشه­اي شدن در هر دو تيمار در شرايطي اتفاق  مي­افتد که تيمار Evansite در حرارتي حدود 50 درجه سانتي­گراد کمتر از تيمار control پخت شود (شکل1). اين نشان مي­دهد استفاده از اين بورات­ها براي پخت آجر مي­تواند باعث صرفه جويي در هزينه­هاي سوخت شود. هر چند اين صرفه جويي در هزينه­هاي سوخت ممکن است هزينه بورات­هاي جديد را جبران نکند. برخي از رس­ها به طور معمول نمي­توانند با پخت در حرارت­هاي بالا محصولي با کيفيت خوب ايجاد کنند لذا براي اين رس­ها يک کاهش 50 درجه سانتي­گرادي در حرارت پخت مي­تواند مفيد باشد.

شکل1- منحنی ­هاي عملکرد پخت براي خشت با بورات ( تيمار Evansite) و بدون بورات (تيمار control)

اثر استفاده از بوراتها در ويژگي­هاي آجر­هاي رسي:

استفاده کردن از بورات­هاي جديد در آجرهاي رسي و کاشي­هاي سقف مي­تواند از جهات ديگر نيز مفيد باشد.

1. کاهش جذ ب آب
2. افزايش توان در در سيکل يخ­زدگي_ مرطوب شدن
3. افزايش قابليت مواد اوليه

کاهش جذب آب :

بورات­ها به طور طبيعي در يک حرارت جذب آّب را کاهش مي­دهند هر چند اثر آنها بر روي انقباض و و توزيع اندازه منافذ را نيز بايد به حساب آورد.

شکل 2 نشان مي­دهد که جذب آب با افزايش در ميزان بورات­هاي اضافه شده به رس و افزايش حرارت پخت کاهش مي­يابد. با يک افزايش %5/0 بورات (B₂O₃)  به رس و با پخت آن در حرارت بسيار کمتر نسبت به شرايط تيمار control (شرايطي که بورات به رس اضافه نشده است) جذب آب يکساني در هر دو تيمار به دست خواهد آمد.

شکل2- اثر بورات­هاي جديد و حرارت بر جذب آب

افزايش توان يخ­زدن _مرطوب شدن

توان يخ­زدن _مرطوب شدن عمدتاً به ويژگي­هاي منافذ محصولات مانند توزيع سايز منافذ مربوط مي­شود. همچنين بين توان يخ­زدگي- مرطوب شدن و مقدار فاز شيشه­اي و قدرت مکانيکي جسم پخته شده ارتباط وجود دارد. آزمايشات نشان داده جذب آب شاخص قابل اطميناني براي اندازه­گيري پايداري محصول نيست.در يک آزمايش نمونه تيمار control ( نمونه­اي که بورات به رس اضافه نشده است) 10 سيکل و نمونه حاوي %2 بورات 100 سيکل يخ­زدگي- مرطوب شدن را تحمل کرد.

_

شکل3- نتايج سيکل يخ زدن - مرطوب شدن

افزايش قابليت مواد اوليه:

در بعضي موارد ذخاير رس توليد کننده با اضافه کردن بوراتها بهبود مي­يابد. افزايش بورات­هاي جديد باعث افزايش مقاومت فشاري و استحکام سايشي آجر مي­شود و به سازنده­ها کمک مي­کند راحت­تر به استانداردهاي ساخت دست يابند.

ترجمه:

Austerberry,M.2004. BRICK & CLAY RECORD: Using Borates in Brick and Roofing Tile