В расчетах керамических масс большинство из использующихся сложных соединений дается в виде составляющих их элементов, соединенных с кислородом - окислов. Например, формула, представляющая собой натриевую соль борной кислоты Na₂B₄O₇ представляют как Na₂O*2B₂O₃

В химическом анализе, например, кремний (Si) дается в виде SiO₂, алюминий (А1) как Al₂O₃, кальций (Са) как СаО и т.д. Для полной оценки неизвестной глины необходимо знать, какие в ней присутствуют минералы и в каких количественных соотношениях. Эти данные можно получить непосредственно из так называемого рационального анализа или пересчетом данных химического анализа на минеральные составляющие.

Соответствующими исследованиями (Зегер и др.) было установлено, что высокие сорта каолинов и огнеупорных белых глин состоят в основном из собственно глинистого вещества, кварца и полевого шпата. Пользуясь избирательной способностью кислот и щелочей растворять составляющие глину минералы, был разработан особый способ анализа - рациональный. Крепкая серная кислота (H₂SO₄) разлагает при нагреве глинистое вещество на глинозем и кремнезем. При этом глинозем (определяемый затем аналитически) растворяется в серной кислоте, а кремнезем переходит в такую модификацию, которая может быть растворена уже в щелочах. Кварц и полевой шпат практически не растворяются в серной кислоте. Их обрабатывают другими способами. Таким образом, путем рационального анализа можно получить данные минеральных составляющих глины или каолина.

Формула Зегера (молекулярная). В формулах сложных составов основные окислы типа R₂O (К₂О, Na₂O, Li₂O и т. п.) и типа RО (СаО, MgO, SrO и т. п.) принято писать в одной группе и приводить их сумму молей (грамм-молекул) всегда к единице, т.е. к одному молю, при этом число молекул типа R₂O₃ (AI₂O₃, Сr₂О₃ и т. п.) и число кислотных окислов типа RO₂ (SiO₂, TiO₂) и некоторых других вычислять, т. е чтобы все силикаты можно было выражать единой молекулярной формулой.

По содержанию R₂O и RО считают, что повышение содержания К₂О за счет СаО в фарфоре способствует снижению температуры обжига такой массы. В фаянсовой массе увеличение содержания К₂О за счет СаО содействует получению более прочного и твердого фаянса. В обоих случаях повышение содержания СаО содействует образованию стеклофазы в фарфоре повышенной хрупкости.

Химический анализ глин мало говорит об их технических особенностях. Учитывая рациональный и химический составы, можно предсказать не только технические и утилитарные свойства керамики, но даже художественные, как, например, просвечиваемость и "теплоту" черепка. Подчеркнем, однако, что химический анализ без других данных мало характеризует технические особенности глин и глинистых масс.

Подготовка пластических масс и литейных шликеров

Все сырьевые материалы, кроме обогащенного каолина, подвергаются сортировке, т.е. удалению из них примесей. Из глины отсортировывают куски, содержащие большое количество посторонних включений (корни растений, торф, уголь) или сильно запесоченные, из полевого шпата и кускового пегматита - куски с железистыми включениями, кварцем, слюдой. При сортировке боя (черепка) изделий удаляют черепки с железистыми выплавками и другими включениями.

Кварц, полевой шпат и пегматит поступают на заводы в крупных кусках. Эти каменистые материалы обладают высокой прочностью, что затрудняет их дробление и помол. Для облегчения дробления и последующей сортировки кварц и полевошпатовые материалы предварительно обжигают в камерных печах периодического действия при 850-900°С. Полевой шпат в больших количествах обжигают также во вращающихся печах. При обжиге и в особенности при последующем резком охлаждении куски камня растрескиваются, благодаря чему легко обнаруживаются вредные, содержащие железо включения - слюда, роговая обманка и другие, так как при обжиге кварц и полевошпатовые породы с примесями железистых соединений окрашиваются в желто-коричневый цвет. Обжиг и резкое охлаждение каменистых материалов облегчают не только их дробление на бегунах и помол в шаровых мельницах, но и снижают износ гранитных катков, футеровки мельниц, повышает производительность оборудования, благодаря чему частично компенсируются затраты на предварительный обжиг.

Обожженные, отсортированные и промытые каменистые материалы (полевой шпат, пегматит, кварц, гусевский камень и другие), а также кусковые (мрамор, доломит, фарфоровый и фаянсовый бой) измельчают на дробильно-помольных машинах. В процессе измельчения применяются дробление и помол.

Способы измельчения выбирают в зависимости от физических свойств материала, степени крупности кусков и степени измельчения. По степени крупности материал подразделяют на крупный (размеры кусков более 500 мм), средний (размеры кусков от 500 до 10 мм), мелкий (размеры кусков менее 10 мм).

Наиболее распространены следующие способы измельчения материалов: раздавливание, истирание, изгиб, удар, раздавливание и изгиб, удар и истирание и т.д.

Все сырьевые материалы проходят магнитную сортировку, так как при транспортировке и переработке они загрязняются металлическими включениями, которые в процессе обжига окрашивают изделия в неприемлемые цвета или образуют пятна.

Магнитная сепарация основана на способности железосодержащих материалов притягиваться к полюсам магнита. По магнитной восприимчивости материалы подразделяются на сильно магнитные (железо, магнетит и др.), слабомагнитные (сидерит, гематит, циркон, корунд и др.) и немагнитные (гранит, кварц, рутил, пирит, доломит и др.).

Мелкие металлические включения удалять из порошков очень трудно, так как слой порошка оказывает сильное сопротивление выходу из него магнитных частиц. Поэтому для магнитного обогащения порошков применяют подвесной электромагнитный сепаратор с вибратором. При вибрации тонкого слоя порошка (не более 100 мм) в магнитном поле создаются условия для свободного выхода магнитных частиц.

Измельченные, обогащенные и просеянные материалы хранятся в специальных ларях или бункерах, которые внутри обиты или выполнены из коррозионно-стойких материалов или дерева.

Глинистые материалы предварительно измельчают на глинорезных машинах, подвергают ручной сортировке и распускают в сборниках, снабженных лопастными мешалками.

Подготовленные глинистые материалы, а также сушье (засохшая масса, бой изделий, прошедших сушку) и обрезки, поступающие из формовочного цеха, распускают по отдельности в воде в резервуарах-сборниках, снабженных лопастными мешалками. Влажность полученных суспензий должна быть в пределах, %: глинистой 72-80, каолиновой 62-70, из сушья и обрезков - 62-68.

После распускания глинистые материалы подвергаются ситовому и магнитному обогащению.

Ситовое обогащение осуществляется при пропускании суспензии через сита разных номеров и конструкций, в результате чего суспензия освобождается от крупных включений, однако не освобождается от мельчайших частиц железа и железосодержащих магнитных материалов, присутствие которых в массе вызывает появление желтого цвета или "мушек".

Магнитная сепарация жидких керамических масс и глазурей осуществляется с помощью стальных магнитов, уложенных на дне лотков для транспортирования суспензий, переносных электромагнитов, электромагнитных сепараторов с сетчатыми полюсами, а также электромагнитных сепараторов с каскадным расположением магнитов на дне лотка.

После ситового и магнитного обогащения керамическая суспензия поступает в мешалки-сборники, где она хранится и перемешивается.

Глинистые материалы из сборников-хранилищ перекачивают в сборники-смесители, предварительно пропустив через вибросито. Затем в сборники-смесители подается суспензия отощающих материалов, прошедших тонкий помол.

Суспензию фарфоровой и фаянсовой массы, поступающую из сборников-смесителей, подвергают последовательно ситовому и магнитному обогащению на электромагнитных или ферромагнитных очистителях. Обогащенная фарфоровая суспензия должна иметь тонину помола, характеризующуюся остатком 0,5-1,0%, влажность в пределах 55-60%, а фаянсовая масса - остаток на сите не более 1,5-3% и влажность 62-68%.

Готовая суспензия подается в расходные сборники. Для облегчения и ускорения последующей фильтрации суспензию в сборниках подогревают острым паром до температуры не более 40 °С.

При производстве фарфоровых и фаянсовых изделий бытового назначения в основном используются способы формования из пластичной массы. Для формования фарфоровых изделий используют массу влажностью 22-25%, а для фаянсовых - влажностью 21-23%.

Процесс снижения влажности суспензий до получения пластичной массы основан на отделении и задержании твердых частиц пористыми материалами, пропускающими воду. Он включает следующие операции: транспортирование суспензий, удаление избытка воды, удаление и очистку фильтрата (ретурных вод).

Готовая суспензия из расходных сборников подается на обезвоживание насосами различных конструкций (плунжерные, поршневые, мембранные).

Скорость обезвоживания на фильтр-прессах зависит: от влажности массы, количества и состава вводимого электролита, вязкости суспензии, размеров частиц массы, температуры суспензии, состояния фильтровального полотна и давления.

Процесс фильтр-прессования ускоряют путем соответствующего корректирования влажности суспензии, поступающей в фильтр-пресс, до возможно минимального водосодержания (63-53%). Уменьшение водосодержания суспензии достигается вводом в него электролитов (жидкого стекла и соды).

Массы, полученные после фильтр-прессования, имеют неоднородное строение по толщине коржа (в центре содержится больше отощающих материалов, а на периферии - пластичных, а также неодинаковое распределение влаги (в центре коржа более влажная масса, чем по краям). Кроме того, при смешивании фильтр-прессных коржей в массе остаются значительные включения воздуха, которые, подобно зернам отощающего материала, снижают ее пластичность, увеличивают брак при сушке, уменьшают плотность и просвечиваемость фарфоровых тонкостенных изделий.

Процесс усреднения состава и влажности массы называется гомогенизацией, а процесс удаления из массы воздуха – вакуумированием (он идет внутри вакуум-камеры). Гомогенизация и вакуумирование фарфоровых и фаянсовых масс осуществляется в вакуум-мялках.

В результате хорошего промина и вакуумирования массы повышается механическая прочность отформованных из нее изделий, уменьшается их усадка, сокращается вероятность образования такого дефекта, как деформация изделий при сушке и обжиге.

После вакуумирования масса поступает на вылеживание в закрытые помещения с повышенной влажностью на срок не менее 7 суток. В процессе вылеживания в массе проходят биологические и физико-химические процессы, в результате которых увеличивается пластичность масс и механическая прочность высушенного полуфабриката.

Существует и другой метод приготовления тонкокерамических пластичных масс с использованием заранее молотых каменистых и глинистых компонентов. После дозирования из них приготовляют суспензию влажностью 35-50%, которую высушивают в распылительных сушилках до влажности 5-8%. Полученный порошок смешивают в быстроходных противоточных смесителях с водой или с суспензией и получают массу с влажностью 20-25%. Массу подвергают вакуумированию в вакуум-мялках. Этот метод не нашел широкого применения на заводах фарфорово-фаянсовой промышленности из-за больших энергозатрат.