بررسی تاثیر نسبت CaO/MgO برساختار و خواص نهایی بدنه‌های کاشی دیوار در پخت سریع با استفاده از منابع اولیه تالک بروجرد و کربنات کلسیم عباس آباد

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 13، شماره 50، بهمن 1401، صفحه 1-18   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2023.31926.1998

نویسندگان

غلامرضا خلج¹؛ ابوالحسن نجفی^{* 1}؛ امیرحسین محمودحسینی²

¹گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران

²گروه علم و مهندسی مواد، دانشکده فنی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین، ایران

تاریخ دریافت: 01 خرداد 1402،  تاریخ بازنگری: 03 مرداد 1402،  تاریخ پذیرش: 29 مرداد 1402 

چکیده

چکیده
مقدمه: در این پژوهش تاثیر نسبتCaO/MgO  به عنوان اصلی­ ترین اکسیدهای فعال کننده واکنش­ها در حین پخت کاشی دیواری بر مسیر تحولات و تشکیل فازهای مفید مانند آنورتیت، دیوپساید و ولاستونیت و کاهش فاز مخرب ژلنیت و کوارتز آزاد مطالعه شد.
روش­: در بخش اول تحقیق، به منظور تعیین مقدار بهینه کربنات کلسیم به­عنوان اصلی­ترین منبع تامین CaO، نمونه هایی با0 ، 6 ، 12 و 15 درصد وزنی ساخته شد. با توجه به نتایج به ­دست آمده، نمونه با 12 درصد وزنی کربنات کلسیم به دلایل داشتن کوارتز آزاد کمتر، رشد بیشتر آنورتیت و فاز ژلنیت کمتر؛ همچنین جذب آب مناسب کاشی دیوار، ضریب انبساط حرارتی پایین، درصد انبساط رطوبتی کمتر و درصد انقباض پخت مناسب به عنوان بهترین نمونه انتخاب شد.  در بخش دوم تحقیق، آمیزهای با 12 درصد وزنی کربنات کلسیم و درصدهای وزنی 5، 7 و 10 درصد از خاک­های محلی تامین­ کننده ­MgO در ایران (تالک بروجرد) ساخته شدند.
یافته ­ها: آمیزها پس از شکل دهی با پرس، در فرایندی کاملا صنعتی و در کوره پخت سریع، زینتر  شدند. به وسیله آزمون پراش اشعه ایکس و به کمک روش پالایش Rietveld که در نرم افزار Maud انجام شد، درصد وزنی فازهای تشکیل­ دهنده ریزساختار نهایی به صورت کمی محاسبه شد.
نتیجه­ گیری: با افزایش درصد وزنی تالک و کاهش نسبت CaO/MgO به کم­تر از 4، درصد وزنی فاز دیوپساید تا 15 درصد وزنی افزایش یافت. کاهش نسبت CaO/MgO  به کمتر از 3، موجب کاهش رشد فاز دیوپساید شد. 

کلیدواژه‌ها

کاشی دیوار؛ دیلاتومتری؛ جذب آب؛ انبساط حرارتی؛ انقباض پخت؛ استحکام خمشی

عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of CaO/MgO ratio on the structure and final properties of wall tile bodies in rapid firing using the primary sources of Borujerd talc and Abbas Abad calcium carbonate as primary sources

نویسندگان [English]

Gholamreza Khalaj¹؛ Abolhassan Najafi¹؛ Amir Hossein Mahmoud Hosseiny²

¹Department of Materials Engineering, College of Technology and Engineering, Saveh Branch, Islamic Azad University, Saveh, Iran

²Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction:
In this research, the effect of CaO/MgO ratio, as the main oxides that activate the reactions during wall tile firing, was studied on the path of transformations and the formation of useful phases such as Anorthite, Diopside, and Wollastonite, and the reduction of the destructive phase of Gehlenite and free quartz.
Methods: In the first part of the research, in order to determine the optimal amount of calcium carbonate as the main source of CaO supply, samples with 0, 6, 12 and 15% by weight were made. According to the obtained results, the sample with 12% by weight of calcium carbonate due to having less free quartz, more growth of Anorthite and less Gehlenite phase; Also, suitable water absorption of wall tiles, low coefficient of thermal expansion, lower moisture expansion percentage and suitable firing shrinkage percentage were selected as the best samples. In the second part of the research, mixtures with 12% by weight of calcium carbonate and 5%, 7% and 10% by weight of local soils supplying MgO in Iran (Broujerd talc) were made.
Findings: After forming with a press, the mixtures were sintered in a fully industrial process and in a rapid baking furnace. By means of X-ray diffraction test and with the help of Rietveld refinement method which was carried out in Maud software, the weight percentage of the forming phases of the final microstructure was quantitatively calculated. By increasing the weight percentage of talc and decreasing the ratio of CaO/MgO to less than 4, the weight percentage of Diopside phase increased up to 15% by weight. Decreasing the ratio of CaO/MgO to less than 3 caused the growth of Diopside phase to decrease

کلیدواژه‌ها [English]

Wall tiles, dilatometry, water absorption, thermal expansion, firing shrinkage, flexural strength

مراجع

1. Biffi, G., & Giovannini, R. (2003). Book for the production of the ceramic tiles. Gruppo editoriale Faenza.
2. Kim, J., Katsuki, H., Jongprateep, O., Boonsalee, S., & Pee, J. H. (2021). Investigation of the correlation between porcelain phase composition and bending strength using a Rietveld quantitative analysis. Journal of the Ceramic Society of Japan, 129(10), 619-624.
3. Yousaf, M., Iqbal, T., Hussain, M. A., Tabish, A. N., Haq, E. U., Siddiqi, M. H. & Mahmood, H. (2022). Microstructural and mechanical characterization of high strength porcelain insulators for power transmission and distribution applications. Ceramics International, 48(2), 1603-1610.
4. Traore, K., Kabre, T. S., & Blanchart, P. (2003). Gehlenite and anorthite crystallisation from kaolinite and calcite mix. Ceramics International, 29(4), 377-383.
5. Traoré, K., Ouédraogo, G. V., Blanchart, P., Jernot, J. P., & Gomina, M. (2007). Influence of calcite on the microstructure and mechanical properties of pottery ceramics obtained from a kaolinite-rich clay from Burkina Faso. Journal of the European Ceramic Society, 27(2-3), 1677-1681.
6. Torres, F. J., de Sola, E. R., & Alarcón, J. (2006). Mechanism of crystallization of fast fired mullite-based glass–ceramic glazes for floor-tiles. Journal of non-crystalline solids, 352(21-22), 2159-2165.
7. Torres, F. J., & Alarcón, J. (2005). Pyroxene-based glass-ceramics as glazes for floor tiles. Journal of the European Ceramic Society, 25(4), 349-355.
8. Brasileiro, C. T., Conte, S., Contartesi, F., Melchiades, F. G., Zanelli, C., Dondi, M., & Boschi, A. O. (2021). Effect of strong mineral fluxes on sintering of porcelain stoneware tiles. Journal of the European Ceramic Society, 41(11), 5755-5767.
9. Dondi, M., Raimondo, M., & Zanelli, C. (2014). Clays and bodies for ceramic tiles: Reappraisal and technological classification. Applied Clay Science, 96, 91-109.
10. Zanelli, C., Marrocchino, E., Guarini, G., Toffano, A., Vaccaro, C., & Dondi, M. (2021). Recycling construction and demolition residues in clay bricks. Applied Sciences, 11(19), 8918.
11. Kłosek-Wawrzyn, E., Małolepszy, J., & Murzyn, P. (2013). Sintering behavior of kaolin with calcite. Procedia Engineering, 57, 572-582
12. Ke, S., Cheng, X., Wang, Y., Wang, Q., & Wang, H. (2013). Dolomite, Wollastonite and calcite as different CaO sources in Anorthite-based porcelain. Ceramics International, 39(5), 4953-4960.
13. Peters, T. (1978). Mineralogical changes during firing of calcium-rich brick clays., American ceramic society bulletin, 57.
14. González-García, F., Romero-Acosta, V., García-Ramos, G., & González-Rodríguez, M. (1990). Firing transformations of mixtures of clays containing illite, kaolinite and calcium carbonate used by ornamental tile industries. Applied Clay Science, 5(4), 361-375.
15. Cultrone, G., Rodriguez-Navarro, C., Sebastian, E., Cazalla, O., & De La Torre, M. J. (2001). Carbonate and silicate phase reactions during ceramic firing. European Journal of Mineralogy, 13(3), 621-634
16. Dubale, M., Vasić, M. V., Goel, G., Kalamdhad, A., & Singh, L. B. (2022). Utilization of Construction and Demolition Mix Waste in the Fired Brick Production: The Impact on Mechanical Properties. Materials, 16(1), 262.
17. Bozadjiev, L. S., Bozadjiev, R. L., Georgiev, G. T., & Doncheva, L. S. (2006). Diopside porcelain tile. Bull. Am. Ceram. Soc, 85, 12-9101.
18. Mesbah, H., Wilson, M. A., Carter, M. A., & Shackleton, J. (2010, August). Effect of prolonged sintering time at 1200 C on the phase transformation and reactivity with moisture of fired kaolinite. In 11th International Conference on Ceramic Processing Science, ICCPS-11,(Zurich, Switzerland), The University of Manchester Library.
19. Alonso-De la Garza, D. A., Guzmán, A. M., Gómez-Rodríguez, C., Martínez, D. I., & Elizondo, N. (2022). Influence of Al2O3 and SiO2 nanoparticles addition on the microstructure and mechano-physical properties of ceramic tiles. Ceramics International.  
20. Wang, S., Li, X., Wang, C., Bai, M., Zhou, X., Zhang, X., & Wang, Y. (2022). Anorthite-based transparent glass-ceramic glaze for ceramic tiles: Preparation and crystallization mechanism. Journal of the European Ceramic Society, 42(3), 1132-1140.
21. Kronberg, T., & Hupa, L. (2020). The impact of Wollastonite and dolomite on chemical durability of matte fast-fired raw glazes. Journal of the European Ceramic Society, 40(8), 3327-3337.
22. Hao, D., Akatsu, T., Kamochi, N., Inada, M., & Shiraishi, A. (2023). Near-zero sintering shrinkage in pottery with Wollastonite addition. Journal of the European Ceramic Society, 43(2), 700-707.
23. Amorós, J. L., Blasco, E., Moreno, A., & Feliu, C. (2022). Kinetics of the transformations occurring during the firing process of an industrial spray-dried porcelain stoneware body. Ceramics International, 48(12), 17611-17620.

           24. خلج، غلامرضا، نجفی،ابوالحسن، محمودحسینی، امیرحسین، (1401). بررسی تاثیر نسبت CaO/MgO برساختار و خواص نهایی بدنه‌های کاشی دیوار در پخت سریع با استفاده از منابع اولیه تالک زنجان و کربنات کلسیم عباس آباد، فصلنامه علمی- پژوهشی مواد نوین، 13(49)،27-40.