Плавни
В качестве плавней используют полевые шпаты, пегматиты, перлиты, мел, доломит, тальк, нефелиновые сиениты, сподумен и другие минералы, материалы и породы. Действие различных плавней в массах неодинаково. Одни из них (полевые шпаты, пегматиты и др.) образуют жидкую стекловидную фазу при плавлении, другие (мел, доломит, тальк и др.) образуют расплав при взаимодействии с кварцем, глинистым веществом и другими компонентами массы под воздействием высокой температуры обжига.
Плавни вводят в состав масс (от 5 до 30 %) для снижения температуры обжига. При увеличении количества плавней в обжигаемом материале возрастает количество образующейся стекловидной массы, в результате чего улучшается просвечиваемость фарфоровых изделий в тонком слое, уменьшается пористость и увеличивается прочность фаянса и фарфора.
Полевые шпаты составляют большую группу алюмосиликатов калия, натрия, кальция, широко представленную в земной коре (до 60%) минералами: ортоклазом (микроклином) K2O · Al2O3 · 6SiO2, альбитом Na2O · Al2O3 · 6SiO2, анортитом СаО · Al2O3 · 6SiO2. В чистом виде они встречаются редко, поэтому полевые шпаты, используемые в производстве фарфоровых и фаянсовых изделий, представляют собой смеси этих минералов. Лучшими плавнями для фарфоровых масс считают калиево-натриевые полевые шпаты, в которых преобладает ортоклаз. Различные по составу полевые шпаты по-разному проявляют себя в обжиге. При температуре обжига твердого фарфора 1410 ºC натриевый полевой шпат, расплавляясь, имеет более низкую вязкость, чем расплав калиевого полевого шпата, что приводит к сильной деформации изделий в обжиге. Поэтому в фарфоровые массы вводят калиевые или калиево-натриевые полевые шпаты. С увеличением содержания в полевом шпате оксида кальция снижается прозрачность расплава, т. е. просвечиваемость фарфорового черепка в тонком слое.
В полевошпатовых породах вредными включениями являются слюда и оксиды железа. Слюда очень трудно поддается измельчению и после обжига образует на фарфоре и фаянсе «мушки». Оксиды железа также влияют на снижение белизны фарфоровых и фаянсовых изделий. Повышенное содержание оксидов железа в сырьевых материалах способствует получению желтоватого оттенка у изделий. Содержание оксидов железа в полевых шпатах, используемых при производстве фарфора и фаянса, не должно превышать 0,5%, а суммарное содержание оксидов калия и натрия должно быть не менее 11 %. Химический состав Чупинского полевого шпата, %: SiO2 - 63,13; Al2O3 - 21,27; Fe2O3 - 0,3; СаО - 0,83; MgO - 0,50; K2O - 12,04; Na2O - 1,62; потери при прокаливании (ППП) - 0,30.
Из-за дефицитности чистых разновидностей полевого шпата применяют природные разновидности: пегматиты, плагиоклазы с низким содержанием оксида кальция (калиевый полевой шпат с прорастаниями альбита и анортита), перлиты, нефелиновые сиениты или нефелин-сиенитовый концентрат.
Пегматиты - полевые шпаты, проросшие кристаллами кварца. Пегматиты содержат 30-35% кварца и 65-70% полевого шпата. При использовании пегматита в массе соответственно уменьшают количество кварца или кварцевого песка.
В пегматитах не должно быть вредных примесей: гидрооксида железа в виде натеков и железосодержащих минералов (биотит, пирит, турмалин и др.). Содержание оксида железа в пегматитах не должно превышать 0,5 %, если они предназначены для фарфоровых или фаянсовых масс, и 0,2 % - для глазурей.
Качество полевых шпатов и пегматитов оценивают по огневой пробе. Их образцы обжигают при температуре обжига изделий (фаянс - до 1280 ºC, фарфор - до 1430 °С). После обжига пробы полевых шпатов и пегматитов должны быть белыми, стекловидными, без пятен и «мушек».
Нефелиновый сиенит - это горная каменистая порода, в состав которой кроме нефелина (К, Na)2O · Al2O3 · 2SiO2 входят микроклин, альбит, слюда, магнетит и другие минералы в небольших количествах. Температура плавления нефелиновых сиенитов около 1200 ºC, содержание щелочей K2O + Na2O в них составляет 15-30%. Химический состав нефелин-сиенита, поставляемого горнохимическим комбинатом «Апатит» (Мурманская обл.), %: SiO2 - 45,2; Al2O3 - 32,3; K2O - 5,0; Na2O - 15,7; Fe2O3 - 0,9; СаО - 0,2; ППП - 0,4.
Нефелин-сиенитовый концентрат - отходы производства апатита, подвергнутого дополнительному обогащению.
Перлиты - стекловидные вулканические породы с включениями кварца, полевого шпата и других минералов. Залегают перлиты близко к поверхности, добычу их проводят открытым способом. Температура размягчения перлитов 1030-1040 °С, а расплавления -1300-1320 °С. Химический состав перлита Арагацкого месторождения (Армянская ССР), %: SiO2 - 72,75; TiO2 - следы; Al2O3 - 0,2-0,4; СаО -0,1-1,1; MgO - 0,3-0,6; Na2O + K2O - 5-8,2; SO3 - 0,19-0,34; ППП -2,3-4,5.
Тальк - гидросиликат магния 3MgO · 4SiO2 · H2O с плотной структурой, называемый жировиком. Образование в природе связано с действием на доломит СаCO3 · MgCO3 щелочных растворов, содержащих CO2 и SiO2. Огнеупорность талька 1490-1510 ºC. Применяют тальк в производстве керамических плиток, огнеупорных и термостойких изделий. Химический состав талька Шабровского месторождения (Свердловская обл.), %: SiO2 - 30,4; Al2O3 - 1,25; Fe2O3 - 1,25; Fe2O3 + + FeO - 8,0; СаО - 0,6; MgO - 32,7; ППП - 22,5- 32,0.
Мел, мрамор СаCO3, магнезит MgCO3, доломит СаCO3 · MgCO3 (опока) - это карбонаты кальция и магния. Их флюсующее действие проявляется лишь при температуре обжига выше 1000 ºC. При температуре 800-900 ºC они разлагаются на соответствующий оксид и углекислый газ. Образующиеся оксиды СаО и MgO при температуре свыше 1000 ºC вступают в контакт с другими оксидами, входящими в шихту массы, и образуют стекловидную фазу (силикаты кальция и магния). Мел - белая осадочная порода, состоящая из мелких частиц кальцита (микроскопических скорлупок, раковин, водорослей с известковым панцирем). Мрамор - зернистая порода, образовавшаяся при перекристаллизации известняков. Доломит (опока) образовался при воздействии магнезиальных растворов на известняки.
Карбонатные породы, используемые в производстве фарфора и фаянса, не должны содержать железистых включений более 0,3%, а кварца - не более 3 %.
Введение в массу плавней позволяет получить фарфор при температуре обжига 1250 °С (низкотемпературный фарфор). Снижение температуры обжига изделий на 100 ºC при прочих равных условиях способствует снижению удельного расхода топлива на 11-13 %.