Глины дают с водой массу, которая после высыхания сохраняет форму, а после обжига приобретает свойства камня. Пластичность объясняется проникновением воды между плоскостями кристаллической решётки минералов глины. Свойства глины с водой важны при формовке и сушке кирпича, а химический состав определяет свойства изделий во время обжига и после обжига.
Чувствительность глины к сушке зависит от процентного соотношением «глинистых» и «песчаных» частиц. Чем больше в глине «глинистых» частиц, тем труднее удалить воду из кирпича-сырца без образования трещин при сушке и тем больше прочность кирпича после обжига. Пригодность глины для производства кирпича определяется лабораторными испытаниями.
Если в начале сушилки в сырце образуется много паров воды, то их давление может превысить предел прочности сырца и появится трещина. Поэтому температура в первой зоне сушилки должна быть такой, чтобы давление паров воды не разрушало сырец. В третьей зоне сушилки прочность сырца достаточна для повышения температуры и увеличения скорости сушки.
Режимные характеристики сушки изделий на заводах зависят от свойств сырья и конфигурации изделий. Существующие на заводах режимы сушки нельзя рассматривать как неизменные и оптимальные. Практика многих заводов показывает, что длительность сушки можно значительно сокращать, пользуясь методами ускорения внешней и внутренней диффузии влаги в изделиях.
Кроме того, нельзя не учитывать свойства глиняного сырья конкретного месторождения. Именно в этом и заключается задача заводских технологов. Нужно подобрать такую производительность линии формовки кирпича и режимы работы сушилки кирпича, при которых обеспечивается высокое качество сырца при максимально достижимой производительности кирпичного завода.
Процесс обжига
Глина с точки зрения обжига представляет смесь легкоплавких и тугоплавких минералов. При обжиге легкоплавкие минералы связывают и частично растворяют тугоплавкие минералы. Структура и прочность кирпича после обжига определяется процентным соотношением легкоплавких и тугоплавких минералов, температурой и продолжительностью обжига.
В процессе обжига керамического кирпича легкоплавкие минералы образуют стекловидную, а тугоплавкие кристаллическую фазы. С повышением температуры всё более тугоплавкие минералы переходят в расплав и возрастает содержание стеклофазы. С увеличением содержания стеклофазы повышается морозостойкость и снижается прочность керамического кирпича.
При увеличении длительности обжига возрастает процесс диффузии между стекловидной и кристаллической фазами. В местах диффузии возникают большие механические напряжения, так как коэффициент термического расширения тугоплавких минералов больше коэффициента термического расширения легкоплавких минералов, что и приводит к резкому снижению прочности.
После обжига при температуре 950—1050 °С доля стекловидной фазы в керамическом кирпиче должна составлять не более 8—10 %. В процессе обжига подбираются такие температурные режимы обжига и продолжительность обжига, чтобы все эти сложные физико-химические процессы обеспечивали максимальную прочность керамического кирпича.
Обработка сырья для производства кирпичей
На первом этапе опытные геологи анализируют качество сырья. Затем добытая глина помещается в специальные складские помещения, где она хранится примерно один год в открытом состоянии, чтобы добиться оптимальной консистенции. После этого глина снова собирается и направляется на ближайший завод с помощью ленточного конвейера или грузовых машин для последующей обработки. Многие компании много времени и средств тратит на восстановление бывших шахт по добыче глины. Территории, где раньше добывалась глина, снова становятся местами произрастания привычных для данной местности растений и местом обитания животных. Иногда такие территории превращаются в места для отдыха для местных жителей или используются сельскохозяйственными предприятиями или лесничествами.
Подготовка
Вторая стадия производства кирпичей начинается с забора глины из специальных хранилищ, где она хранилась в течение года, и транспортировки в отделы подающего механизма. Затем глина измельчается (мельница) и перемалывается (вальцовая мельница). Добавляется вода и песок, а, если производятся пустотелые кирпичи, также добавляются опилки в качестве дополнительного материала для придания кирпичам правильной формы. Все ингредиенты замешиваются для получения необходимой консистенции. Затем глина направляется в хранилище (склад материалов для производства кирпичей с помощью той же конвейерной ленты, а затем пропускается через дисковые передающие механизмы. После этого глина помещается в пресс машину. Технический прогресс делает возможным использование даже глину низкого качества, которая раньше была выброшена как остатки. Также нужно отметить, что в процессе производства кирпичей также используются возобновляемые биогенные материалы, как, например, скорлупки семян подсолнечника или солома, а также вторичное сырье, как, например, бумага. Все это повышает уровень сочетаемости продукции с окружающей средой и уменьшает ее стоимость.
Придание формы
Данная стадия производства кирпичей предполагает придание глине необходимой формы, в соответствии с размерами и формой кирпичей, которые должны получиться в результате всего процесса. Подготовленная глина выдавливается через пресс-форму с помощью экструдера, а затем обрезается для получения отдельных кирпичей или в результате механического процесса сжимается в формы с помощью автоматического пресса для глины. Мягкие необожженные кирпичи собираются на специальные поверхности и направляются в сушку. Кровельная черепица, изготовленная из глины, также выдавливается или прессуется в специальные формы, которые позволяют получить кровельную черепицу необходимой формы и размера. Некоторые компании, занимающиеся производством кирпичей и кровельной черепицы, также разрабатывают и производят собственные формы для технологического процесса. Это позволяет создать авторскую продукцию, которая будет иметь уникальную форму, конфигурацию, а также дает особые оптимизированные характеристики продукции.
Сушка
Процесс сушки позволяет избавиться от ненужной влаги в необожженных кирпичах и подготавливает их к обжигу. В зависимости от типа продукции и производственной технологии, сушка может занимать от 4 до 45 часов. Во время этого процесса уровень содержания влаги падает от 20% от общего веса кирпича до менее 2%. После сушки кирпичи автоматически складываются для обжига и помещаются в печь с помощью специальных загрузочных машин. Современные технологии сушки с помощью воздушных потоков позволили значительно сократить время сушки кирпичей. Они также сокращают объем потребления энергии, повышают качество продукции и позволяют создавать новые виды продукции, которые отличаются по форме и качеству от традиционных кирпичей.
Обжиг
Обжиг кирпичей в тоннеле печи для обжига при температуре 900 - 1200°C является окончательной частью производственного процесса и длится от 6 до 36 часов. Это позволяет придать кирпичам необходимую прочность. Целлюлозная масса и опилки (материалы для формирования массы для производства кирпичей), которые были добавлены в необожженные кирпичи во время подготовительного процесса, полностью сгорают и оставляют небольшие отверстия, что повышает термоизоляционные качества продукции. Лицевые кирпичи и кровельная черепица также могут быть произведены с керамической поверхностью (ангобированные или с глазурованной поверхностью), которая наносится при высоких температурах и придает поверхности кирпичей привлекательный вид. После обжига кирпичи становятся навсегда несгораемыми и огнеупорными. Специально разработанные с использованием инновационных технологий печи для обжига и современные технологии обжига позволили значительно сократить на две трети необходимое для обжига время. Эта дает неоспоримые преимущества всему технологическому процессу: на 50% уменьшилось потребление энергии от первичных источников за последние десять лет; сократились эмиссии на 90% благодаря оборудованию для переработки остаточных продуктов горения; повысилось качество продукции и объем выпускаемой продукции.
Упаковка
После обжига кирпичи автоматически погружаются на специальные поверхности и упаковываются с помощью пленки и прокладок. Такой способ упаковки позволяет идентифицировать кирпичи и обеспечивает безопасную доставку продукции заказчику. Использование тонкой пленки, сделанной из переработанного полиэфирного волокна, а также увеличенный срок службы поверхностей для транспортировки кирпичей значительно уменьшают потребление материалов для упаковки продукции.
Доставка
Большинство кирпичных предприятий расположено вблизи железнодорожных станций. Это обстоятельство позволяет наладить отгрузку готовой продукции как автомобильным, так и железнодорожным транспортом. Существует еще более экзотический для наших широт – водный транспорт – однако при всей его дешевизне, не все маршруты могут пролегать вблизи речных магистралей. Хотя при поставке кирпича высокого качества на дальние расстояния, порой выстраиваются многоступенчатые схемы логистики, в которых водные перевозки значительно снижают удельный вес транспортных затрат.
Утилизация кирпича
Как правило, утилизация вышеперечисленного продукта связана с серьезными организационными и экономическими трудностями.