Διερεύνηση και αποτελεσματική χρήση στερεών προσμίξεων στην πρώτη ύλη για την ανάπτυξη κεραμικών προϊόντων της κεραμοποιίας με βελτιωμένες ιδιότητες
Authors: Μακρύγιαννης Ιωάννης 
Published: December 2024

Η ανάπτυξη και η εξέλιξη των κεραμικών προϊόντων στον κλάδο της κεραμοποιίας αποτελεί ζωτικό τομέα των κατασκευών. Τα στερεά πρόσθετα έχουν διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση των ιδιοτήτων της πρώτης ύλης για την παραγωγή κεραμικών. Η παρούσα έρευνα επικεντρώνεται στην αποτελεσματική χρήση στερεών πρόσθετων στην ανάπτυξη κεραμικών προϊόντων της βιομηχανίας τούβλων και κεραμιδιών, κατηγοριοποιημένων ανάλογα με τον τύπο του πρόσθετου, την τελική ποιότητα και την εφαρμογή.Τα στερεά πρόσθετα μπορούν να ταξινομηθούν σε οργανικά και ανόργανα πρόσθετα. Τα οργανικά πρόσθετα, όπως τέφρα φλοιού ρυζιού και άχυρο, έχουν χρησιμοποιηθεί στην κεραμική βιομηχανία για την ενίσχυση της πλαστικότητας του αργιλικού υλικού. Έχει διαπιστωθεί ότι αυτά τα πρόσθετα βελτιώνουν την ευπλαστότητα του αργιλικού υλικού κατά τη διαδικασία μορφοποίησης, οδηγώντας σε βελτιωμένη ποιότητα του τελικού προϊόντος. Τα ανόργανα πρόσθετα, όπως η χαλαζιακή άμμος και τα τριμμένα ψημένα τούβλα (grog), έχουν βρεθεί ότι βελτιώνουν τη σταθερότητα και την ομοιογένεια του τελικού προϊόντος.Η ποιότητα του τελικού προϊόντος μπορεί να κατηγοριοποιηθεί ανάλογα με την αντοχή, τo πορώδες του, τις μονωτικές ιδιότητες και τις αισθητικές του ιδιότητες. Έχει διαπιστωθεί ότι τα στερεά πρόσθετα βελτιώνουν αυτές τις ιδιότητες στα κεραμικά προϊόντα. Η εφαρμογή των στερεών προσθέτων στην κεραμική βιομηχανία ποικίλει ανάλογα με το επιθυμητό τελικό προϊόν. Στερεά πρόσθετα έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση των αισθητικών ιδιοτήτων των κεραμικών προϊόντων, όπως το χρώμα και η υφή. H χρήση πρόσθετων στην κεραμική μάζα μπορεί να ενισχύσει το παραγωγικό περιβάλλον σε μια βιομηχανία τούβλων βελτιώνοντας την εργασιμότητα, την αντοχή, την ανθεκτικότητα, μειώνοντας τη συρρίκνωση, και αυξάνοντας την ενεργειακή απόδοση. Αυτά τα οφέλη μπορούν να οδηγήσουν σε αυξημένη αποδοτικότητα της παραγωγής, μειωμένο κόστος και μικρότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, καθιστώντας την πολύτιμη πρακτική στη βιομηχανία. Εξετάζοντας διεθνώς όλες τις συμβατές, προς τον χώρο της κεραμοποιίας λύσεις, στερεά πρόσθετα συλλέχθηκαν και ενσωματώθηκαν σε αργιλική μάζα ώστε να δημιουργηθούν βελτιωμένες ιδιότητες τόσο ως προς παραγωγικό περιβάλλον (βιομηχανία) όσο και ως προς το τελικό προϊόν (αγορά). Πολύ σημαντικός ήταν ο προσδιορισμός της καταλληλότητας που εξετάσθηκε σε πλατφόρμα περιβάλλοντος excel που δημιουργήθηκε στα πλαίσια της συγκεκριμένης διατριβής. Η καταλληλότητα μιας αργιλικής μίξης σύμφωνα με την πλατφόρμα, που βασίζεται τόσο στην χημική όσο και στην κοκκομετρική σύσταση των μίξεων, είναι σημαντική για την κεραμοποιία, διότι παρέχει μια απλή και αποτελεσματική μέθοδο για την αξιολόγηση των ιδιοτήτων των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή. Αυτό συμβάλλει στη διασφάλιση ότι οι αργιλικές πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή είναι υψηλής ποιότητας και θα οδηγήσουν σε ένα τελικό προϊόν που πληροί τα απαιτούμενα πρότυπα, οδηγώντας σε βελτιωμένη κερδοφορία και ικανοποίηση της βιομηχανίας. Ως αργιλικό εδαφικό υλικό αναφοράς επιλέχθηκε ένα αργιλικό χώμα που χρησιμοποιείται σε βιομηχανικό επίπεδο για τη δημιουργία κεραμιδιών στην ελληνική αγορά. Για να διασφαλιστεί η ορθότητα της έρευνας του αργιλοχώματος ως προς τους τύπους των κεραμικών προϊόντων, συλλέχθηκαν 12 διαφορετικά αργιλικά μίγματα που χρησιμοποιούνται για τη κατασκευή συγκεκριμένων τύπων προϊόντων στη διεθνή αγορά. Οι μίξεις αυτές αποτελούνταν από ένα και μόνο αργιλικό χώμα, και πραγματοποιήθηκε κατασκευή πρεσαριστών συμπαγών δοκιμίων που οδήγησαν σε διαφορετικά τελικά προϊόντα. Οι ιδιότητες των τελικών αυτών προϊόντων αξιολογήθηκαν και συγκρίθηκαν με το χώμα αναφοράς. Στη συνέχεια συλλέχθηκαν 11 διαφορετικά προσθετικά που αφορούν αδρανή υλικά, ελαφροβαρή υλικά και βιομηχανικά κατάλοιπα και το κόστος προσάρτησής τους δεν είναι ιδιαίτερα υψηλό ενώ βρίσκονται σε αφθονία στη διεθνή αγορά. Τα προσθετικά αυτά χαρακτηρίστηκαν και πραγματοποιήθηκε πρόσμιξή τους με το αργιλικό χώμα αναφοράς. Για το ποσοστό πρόσμιξης των προσθετικών κατασκευάστηκε μεθοδολογία υπολογισμού που βασίζεται στην επιθυμητή τελική πυκνότητα του προϊόντος που θα κατασκευαστεί. Όλες οι μίξεις με τα προσθετικά έδωσαν τα υπολογισθέντα αποτελέσματα πυκνότητας εκτός από την μίξη με τον διογκωμένο περλίτη. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκε νέος κύκλος πειραματικών δοκιμών που αφορούσε στην επίδραση του παραγωγικού περιβάλλοντος στη μίξη του αργιλοχώματος με τον διογκωμένο περλίτη. Για τον προσδιορισμό της συμπεριφοράς του διογκωμένου περλίτη κατασκευάστηκαν 2 μίξεις με διαφορετικές αναλογίες διογκωμένου περλίτη στην κεραμική μάζα, μία με 20% και μία με 30%. Για κάθε μίξη χρησιμοποιήθηκαν 3 διαφορετικές τιμές πίεσης του αργιλικού σώματος κατά την εξώθηση, 0.5, 0.7 και 0.9 Kp/cm2. Από τα αποτελέσματα προέκυψε η επιρροή της μορφοποίησης ως προς τα τελικά προϊόντα. Η πειραματική μελέτη ακολούθησε τα εξής στάδια: 1. Κατασκευή προγράμματος καταλληλότητας για αργιλικές μίξεις προς κατασκευή κεραμικών προϊόντων βασιζόμενη στη χημική και κοκκομετρική σύσταση της μίξης. 2. Κατασκευή μίξεων από τα συλλεχθέντα αργιλοχώματα. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων εξώθησης, ξήρανσης και όπτησης στους 900oC. 3. Δημιουργία υπολογιστικής μεθόδου ποσοστού πρόσμιξης αργιλοχώματος και προσθετικών βασιζόμενο στην τελική επιθυμητή πυκνότητα. 4. Κατασκευή μίξεων αργιλοχώματος αναφοράς και των προσθετικών που συλλέχθηκαν. Αξιολόγησή τους βάσει των αποτελεσμάτων μορφοποίησης, ξήρανσης και όπτησής τους σε κοινό περιβάλλον παραγωγής. 5. Κατασκευή μίξεων με διογκωμένο περλίτη σε διαφορετικές συνθήκες εξώθησης και αξιολόγηση των τελικών προϊόντων κατά το παραγωγικό περιβάλλον. Διερευνήθηκε η συμπεριφορά αργιλοχωμάτων και μίξεών τους με προσθετικά 3 διαφορετικών κατηγοριών (αδρανή, ελαφροβαρή και βιομηχανικά κατάλοιπα) σε εργαστηριακό παραγωγικό περιβάλλον που προσομοίωσε την πραγματική παραγωγική γραμμή βιομηχανίας. Τα δείγματα που κατασκευάστηκαν είχαν διαστάσεις 120x20x20mm και 180x40x20mm, ανάλογα με την πειραματική δοκιμή. Στόχος ήταν ο έλεγχος της συμπεριφοράς της πλαστικότητας, αντοχής ευαισθησίας ξήρανσης μονωτικών ιδιοτήτων και μείωση κόστους παραγωγής. Η διερεύνηση και η αποτελεσματική χρήση στερεών πρόσθετων στην πρώτη ύλη για την ανάπτυξη κεραμικών προϊόντων έδειξε πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Μέσω της κατηγοριοποίησης ανάλογα με τον τύπο του πρόσθετου, την τελική ποιότητα και την εφαρμογή, διαπιστώθηκε ότι τα εν λόγω πρόσθετα μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά τις ιδιότητες των κεραμικών προϊόντων στη βιομηχανία τούβλων και κεραμιδιών. Πρώτον, η προσθήκη οργανικών προσθέτων μπορεί να ενισχύσει την πλαστικότητα της πρώτης ύλης, με αποτέλεσμα ένα πιο ομοιόμορφο και ομοιογενές προϊόν. Δεύτερον, πρόσθετα, όπως η ερυθρά ιλύς και ο καολίνης, μπορούν να βελτιώσουν τη μηχανική αντοχή του τελικού προϊόντος. Τέλος, η προσθήκη αδρανών προσθέτων, όπως ο χαλαζίας και ο μαρμαρυγίας, μπορεί να βελτιώσει το παραγωγικό περιβάλλον αυξάνοντας την παραγωγική ικανότητα της κεραμοποιίας. Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα αυτών των προσθέτων επηρεάζεταικαι από τη μέθοδο εφαρμογής. Διαπιστώθηκε ότι η χρήση τεχνικών ομοιογενούς ανάμιξης, όπως η άλεση από σφυρόμυλους και η ξήρανση με τρεις φάσεις, μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη διασπορά και ομοιομορφία των προσθέτων στην πρώτη ύλη, με αποτέλεσμα ένα πιο συνεκτικό προϊόν με βελτιωμένες ιδιότητες. Από την άλλη πλευρά, η χρήση ετερογενών τεχνικών ανάμιξης, όπως η εξώθηση και η συμπίεση, μπορεί να οδηγήσει σε ανομοιόμορφη κατανομή των προσθέτων, οδηγώντας σε ασυνεπή ποιότητα του προϊόντος. Συνολικά, η διερεύνηση και η αποτελεσματική χρήση στερεών πρόσθετων στην πρώτη ύλη για την ανάπτυξη κεραμικών προϊόντων παρουσίασε σημαντικές δυνατότητες για τη βελτίωση των ιδιοτήτων και της ποιότητας των κεραμικών προϊόντων στη βιομηχανία τούβλων και κεραμιδιών. Με την κατανόηση των τύπων των προσθέτων και των εφαρμογών τους, καθώς και του τρόπου εφαρμογής, οι κεραμοποιίες μπορούν να παράξουν κεραμικά προϊόντα με βελτιωμένες ιδιότητες, με αποτέλεσμα μια πιο ανταγωνιστική και κερδοφόρα βιομηχανία.