Производство неметаллов
Производство керамических материалов
Керамика в истории человечества всегда играла важную роль, начиная с эпохи каменного века (неолита) керамические материалы широко использовались в качестве предметов ритуала, сосудов для приготовления и хранения пищи. Позднее керамика стала использоваться и при строительстве.
Эволюция технологий
Из-за многообразия областей использования керамики и ее широкой распространенности четко выделить исторические циклы развития технологии весьма непросто. В древности практически каждая из существовавших продолжительное время цивилизаций развивала технологию керамики, использовавшейся в быту, строительстве, для получения металла, стекла и других материалов, требующих применения высоких температур. На основе обнаруживаемых минералов, прежде всего глинистых, разрабатывались рецепты смесей, совершенствовались способы формования и обжига. Большая часть этих рецептур и многие достижения древности остались нам неизвестны.
Развитие отрасли — основные события
  1. Древнейшая керамика

    Из первых керамических материалов, полученных обжигом глины, — терракоты и каменной керамики для хозяйственных и бытовых нужд изготавливаются тотемные фигуры, сосуды для хранения и приготовления пищи, погребальная утварь. Возраст наиболее древних керамических изделий превышает 25 тыс. лет.

  2. Строительная керамика в Вавилоне

    В Вавилоне начинают использовать глазурованные керамические кирпичи для облицовки стен. Это одно из первых применений строительной керамики.

  3. Появление гончарного круга

    Появление гончарного станка в районе Междуречья, затем на Ближнем Востоке и Египте определило существенный прогресс в производстве посуды, формы которой стали совершеннее, а количество изделий значительно возросло.

  4. Кирпич-сырец — основа древнего строительства

    Самым древним строительным материалом, изготавливаемым в значительных объемах, был кирпич-сырец, производимый из глины с добавками соломы, трав и пр. Из такого кирпича строили значительные сооружения, например, крепости и башни в районах Ближнего и Центрального Востока. Кирпич- сырец обеспечивал сооружениям достаточно высокую прочность в условиях отсутствия дождей. Точная датировка начала использования обожженного керамического кирпича неизвестна, однако уже в VI в. до н. э. в Вавилоне наряду с кирпичом-сырцом для облицовки стен применяли глазурованные керамические кирпичи.

  5. Керамика против эпидемий

    Керамика сыграла важную роль в борьбе с инфекциями, распространявшимися в Европе со Средних веков вплоть до начала XX в. К этому времени фабрики, достигшие в результате промышленной революции высокой производительности, стали выпускать из глазурованного фаянса туалетные принадлежности для городских жителей среднего достатка, вскоре составившие привычный нам набор: умывальный стол, унитаз и смывной бачок. Керамические предметы для быта, кроме посуды для приготовления, хранения и употребления пищи, включали в себя многочисленные декоративные изделия – парфюмерные и аптекарские бутылки, вазы, игрушки, сувениры и т. п.

  6. Начало производства фарфора

    Начало производства фарфора, достигшего своего оптимального качества в Китае к VII в., стало ключевым этапом в развитии керамики. В отличие от терракоты и фаянса, китайский фарфор отличался прочностью, белизной и полупрозрачностью. Его качество долгое время оставалось недостижимым из-за технологической изолированности Китая. Однако уже в XVII–XVIII веках мастера Франции, Италии, Голландии и Англии создали собственные виды посуды — мягкий фарфор, твёрдый фаянс и каменную керамику, приближаясь к китайским стандартам.

  7. Расцвет исламской архитектуры

    В странах исламской Азии из крупноформатных керамических блоков, изготовленных из материала кашин (по названию города Кашан в Иране), строили мечети и мавзолеи, облицовывая стены и купола майоликой из цветных глазурей. Большие мозаичные поверхности и богато расписанные изразцы прославили архитектурные памятники XIV–XVI вв.

  8. Первый кирпичный завод России

    В России первый кирпичный завод был построен в Москве в середине XV в. До этого времени небольшие производства кирпичей и глазурованных керамических изразцов существовали при монастырях.

  9. Аристотелев кирпич

    В конце XV в. кирпич, производство которого организовал итальянский архитектор Аристотель Фиораванти, использовали при строительстве Московского кремля. Размеры «аристотелева кирпича» (289 × 189 × 67 мм) приближались к размерам современного кирпича (250 × 120 × 65 мм), а качество превосходило прежнее.

  10. Изразцовые мастерские

    В России в XVI–XVII вв. известные школы производства высокохудожественных изразцов располагались в мастерских монастырей в Великом Устюге, Ростове, Москве, гораздо позднее (с XVIII в.) производство изразцов по голландским образцам было открыто в Санкт-Петербурге.

  11. Европейский фаянс и цветные глазури

    Значительный прогресс в разработке фаянсовых составов и глазури к ним был достигнут в европейских странах (Франция, Нидерланды, Англия), что привело к появлению полноценного полевошпатного фаянса, не утратившего своей роли и использующегося в производстве современной посуды и сувениров. Французский ученый Б. Палисси разработал уникальные рецепты цветных глазурей и использовал их в изготовлении своих знаменитых декоративных блюд.

  12. От восточной майолики до европейских изразцов

    Глазурованные плитки из майолики использовались с древности в странах Востока – от Египта и Вавилона до арабского мира. Ими украшали дворцы, храмы и мечети. Эти традиции повлияли на европейскую облицовочную керамику: так появились изразцы, особенно популярные в Германии и Голландии XVI–XVIII вв. Центрами керамического искусства стали Дельфт с его фаянсовыми изразцами и Метлах — производитель прочной напольной плитки, известной как «метлахская».

  13. Гжельское производство

    В районе Гжели начиная с XVI в. последовательно и успешно развивались производства оригинальной майолики, полуфаянса, фаянса и, наконец, в XIX в. — фарфора.

  14. Начало кирпичного и огнеупорного производства в России

    С XVII века в России начали развиваться кирпичные заводы, особенно активно — в период правления Петра I. В городах стали строить первые кирпичные дома, что дало толчок развитию строительных материалов. В это же время началось производство огнеупорных кирпичей из смеси огнеупорной глины или каолина с отощителем. Особенно ценились гжельские глины, из которых в Подмосковье изготавливали жаростойкие кирпичи для печей и промышленных нужд.

  15. Зарождение Европейского фарфора

    В 1710 году в саксонском городе Мейсен был представлен первый европейский фарфор, созданный И. Ф. Бетгером. Он отличался от китайского составом сырья. С середины XVIII века изделия из фарфора начали массово производить в Мейсене, Берлине, Вене и Копенгагене. Несмотря на популярность, фарфор долго оставался предметом роскоши, а его массовое производство началось лишь в XIX веке.

  16. Первая керамическая фабрика в России

    В 1724 г. Афанасием Кирилловичем Гребенщиковым была открыта первая в России керамическая фабрика. Сын Афанасия Кирилловича - Иван, талантливый самородок, разработал технику производства тонкой майолики и фарфора. Завод Гребенщикова был одним из лучших в Европе в конце XVIII столетия.

  17. Первый фарфор в России

    В России первый фарфор, не уступающий по своим характеристикам европейскому и китайскому, был получен в середине XVIII в. на Первой Императорской порцелиновой мануфактуре. Его производство организовал талантливый ученый Д. И. Виноградов, самостоятельно разработавший оригинальный рецепт.

  18. Развитие технологий

    Большую роль в развитии технологии керамики сыграл Дж. Веджвуд, совместивший в себе технолога, промышленника и художника. Его разработки масс для производства фаянса и каменной керамики получили мировую известность.

  19. Джозайя Уэджвуд — мастер-керамист

    Большую роль в развитии технологии керамики сыграл Дж. Веджвуд, совместивший в себе технолога, промышленника и художника. Его разработки масс для производства фаянса и каменной керамики получили мировую известность.

  20. Динасовые огнеупоры на основе тридимита

    В первой половине XIX в. был получен динасовый огнеупор на основе тридимита (устойчивая модификация кремнезема), использование которого эффективно в печах по выплавке стали и производству стекла. Динасовые огнеупоры были впервые изготовлены в 1822 г. в Великобритании (Уэльс).

  21. Производство шамотных огнеупоров

    Первое специализированное производство шамотных огнеупоров было организовано в Германии в 1810 г., однако их массовый выпуск начался в середине XIX в. в США.

  22. Предприятия по выпуску фарфора в России

    Во второй половине XIX в. в России работали десятки предприятий по выпуску фарфора и фаянса, среди которых крупные заводы в Санкт-Петербурге, Дулеве, Вербилках, Конакове и других районах.

  23. Магнезитовые огнеупоры

    Первые магнезитовые огнеупоры появились в Австрии (Штирии) в 1860 г., а промышленное их производство началось в 1882 г.

  24. Первый шамотный завод в России

    Первый шамотный завод в России был построен в 1865 г. в городе Боровичи (Новгородская область); затем были построены шамотные заводы в Часов-Яре (1887), Латной (1897) и др.

  25. Доломитовые огнеупоры

    Доломитовые огнеупоры впервые были применены в Англии в 1878 г.

    Доломитовый кирпич – огнеупорное изделие, состоящее на 55-75% MgO и 18-42% CaO и другие связующие и добавки. Этот кирпич еще называют магнезиально-кальциевым кирпичом. MgO-CaO-кирпич и так далее. Благодаря сочетанию высококачественных материалов доломит высокотемпературный огнеупорный кирпич обладает высокой термостойкостью, термической стабильностью и щелочными характеристиками, что делает его идеальным для различных требовательных сред.

  26. Производство динаса в России

    В 80-х гг. XIX в. в России было организовано производство динаса; тогда его выпускали на Обуховском заводе в Петербурге, на Пермских пушечных заводах, на Златоустовском металлургическом заводе и др. Первый специализированный завод – Деконский динасовый завод в Донбассе – был построен в 1889 г.

  27. Хромитовые огнеупоры

    Хромитовые огнеупоры появились в конце XIX в. Естественный хромит как огнеупор применен в России на Александровском сталелитейном заводе в Петербурге в 1879 г.

  28. От сезонных мастерских к индустриальному производству

    На протяжении долгого времени, вплоть до начала XX в., существовали маленькие, так называемые сезонные заводы, работавшие только летом, сушившие и обжигавшие формованный вручную кирпич примитивными способами. Значительный прогресс в производстве кирпича был достигнут в середине XIX в., когда на фабриках стало массово внедряться современное для того времени производительное оборудование — помольные машины, смесители, экструдеры, кольцевые и, позже, туннельные печи.

  29. Техническая керамика в электротехнике и электронике

    С конца XIX века техническую керамику начали использовать в электротехнике — сначала для изоляторов из твёрдого фарфора, а позже и из оксидной и бескислородной керамики (корунд, муллит, стеатит и др.). Керамика стала важным элементом в производстве варисторов, резисторов, термодатчиков и стабилизаторов. Также её применяют в нагревателях печей, где используются проводящие соединения, такие как карбид кремния и дисилицид молибдена.

  30. Первый магнезитовый завод

    В России первый магнезитовый завод построен на Урале в городе Сатке в 1900 г. (ныне ПАО «Комбинат «Магнезит»).

  31. Производство огнеупоров

    Безобжиговые хромомагнезитовые изделия были изготовлены в 1913 г. в США. Другие виды огнеупоров – карбидокремниевые, цирконистые, из чистых оксидов, углеродистые и т. п. – начали производить и применять только во второй половине XX в.

  32. Производство керамических пустотелых блоков

    Со второй половины XX в. кирпичные заводы стали выпускать строительные керамические пустотелые блоки больших форматов, обладающие высокими теплоизоляционными свойствами.

  33. Техническая керамика в различных областях промышленности

    Начиная с конца 1950-х гг. керамические материалы находят применение в ядерном топливном цикле как в качестве тепловыделяющих элементов (керамика из диоксида урана и тория) и элементов конструкции ядерного реактора (жертвенный слой из диоксида циркония), так и для утилизации активных отходов. Техническая керамика находит применение в самых различных областях промышленности — здесь и аэрокосмическая промышленность; обработка металлов давлением и резанием; электроника; производство стекла; военно-промышленный комплекс; термическая обработка различных материалов; производство электроэнергии; обработка минералов и др. На рисунке приведены некоторые образцы изделий технической керамики.

  34. Новые грани керамики

    Высокие прочностные свойства керамики, сохраняющиеся в условиях высоких температур, определили интерес к ней как к материалу для деталей газотурбинных и реактивных двигателей. Эти разработки были начаты в 1970-е гг. и продолжаются до сих пор.

    Большую роль стали играть керамические материалы в медицине, в первую очередь как биоинертные (на основе оксидов алюминия и циркония) и биоактивные (на основе фосфатов кальция) имплантаты, выступающие элементами костей и суставов

Описание технологии
Жизненный цикл изделий из керамики во многом зависит от области их применения. Наиболее подробно разработан жизненный цикл строительной керамики, приведенный ниже, что нашло отражение в создании систем оценки экологической эффективности в строительстве (британская система BREEAM, программа Energy Star и рейтинговая система LEED в США, немецкая DGN, французская HQE, российские системы добровольной сертификации СДОС «НОСТРОЙ» и СДСОН «Зеленые стандарты»), а также в разработке требований к поставщикам такой продукции (британский рамочный стандарт BES 6001).



Производство строительной керамики

Керамический кирпич

Керамическая плитка




Сравнение технологий производства керамических материалов

Сравнение технологий производства керамических изделий по таким показателям, как ресурсоемкость, энергоемкость, экологичность, трудоемкость, может говорить лишь о проблемах, характерных для той или иной подотрасли. Так, существенной проблемой в технологии производства кирпича является высокая доля энергозатрат в общей себестоимости продукции, хотя сами по себе удельные энергозатраты уступают таковым энергозатратам в других подотраслях. С другой стороны, большое количество предприятий по производству кирпича означает то, что эта подотрасль является наиболее энергоемкой (более 50 % потребляемой энергии) во всей отрасли производства керамических изделий, что нельзя не учитывать в масштабах экономики страны. С учетом масштаба этой подотрасли необходимо отметить большое потребление природного сырья — глин и суглинков, что еще более остро ставит вопрос о необходимости внедрения технологий, использующих техногенные отходы.

Технологические показатели выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, соответствующие НДТ
Очистить все поля
Технологические показатели загрязняющих веществ в сбросах в водные объекты при производстве керамических изделий, соответствующие НДТ
Очистить все поля

Экономика
Производство керамических изделий занимает самостоятельное и стабильное место, прежде всего, в строительном секторе экономики. Это производство мелкоштучных керамических материалов (керамический кирпич и плитка). Примером зависимости развития строительной отрасли и производства строительных материалов от политико-экономических проблем, переживаемых страной, служит динамика выпуска строительного керамического кирпича в СССР и Российской Федерации за последние сто лет (рис 1). Спады в его производстве были связаны с Гражданской и Великой Отечественной войнами, рост — с возрождением промышленности. Производство достигло своего максимума в 70–80-е годы XX в. и после ликвидации СССР вплоть до конца 90-х испытывало стремительное падение.
Рисунок 1. Динамика производства керамического кирпича (СССР и Российская Федерация)
Производство кирпича в течение последних 10 лет стабилизировалось на уровне 6–7 млрд шт. условного кирпича в год (в последние 3 года — на уровне 5,6–5,8 млрд шт.), тогда как производство керамической плитки, несмотря на существенные временные спады, десятилетиями имеет тенденцию к росту (в России от менее 100 млн м2 в год в 2000–2005 гг. до около 180 млн м2 в последние годы, рис. 2 б). При этом производство фасадных плиток и плиток для полов (керамогранита) растет, плиток для внутренней облицовки стен – сокращается. В производстве хозяйственно-бытовой керамики, представленном посудой и санитарно-техническими изделиями, имеются разные тенденции – если производство посуды по-прежнему находится в стадии стагнации (на долю российских производителей приходится всего около 20 % рынка), то производство керамической сантехники, подобно производству плитки, в последние 15 лет показывает небольшой, но устойчивый рост (от менее 10 до более 15 млн шт. в год) с закономерными спадами в кризисные годы.





Рисунок 2. Динамика производства строительных керамических изделий в Российской Федерации (по данным Росстата): а – керамический кирпич; б – керамическая плитка
Производство керамики в мире растет в основном за счет азиатского региона, в котором ведущую роль играет КНР, занимающая первое место в мире по выпуску всех видов керамических материалов (см. рис. 3, где показан пример для керамической плитки), тогда как в Западной Европе, пусть и замедленными темпами, продолжается сокращение производства и перенос его на Восток. Производство огнеупоров сильно зависит от тенденций развития черной металлургии. В этой подотрасли происходят, скорее, качественные изменения, связанные с перевооружением в целях дальнейшего сокращения потребления огнеупоров на тонну металла. Так, за последние 50 лет потребление огнеупоров на 1 т выплавленной стали сократилось в пять раз. Производство огнеупоров в Европе, США и Японии сокращается, в КНР, наоборот, наблюдается обратная тенденция. Возрастает зависимость производств от наличия качественного сырья. В России возрастает доля использования отечественных огнеупоров. Производство технической керамики связано с такими наукоемкими отраслями, как электроника, машиностроение, оборонная, авиационная и космическая промышленность. Производство керамических и керамоматричных композиционных материалов занимает небольшое место в общем объеме производящихся керамических изделий и сосредоточено на небольшом ряде предприятий, в том числе малых.


Мексика2%

Иран5%

Турция3%

Индонезия4%

Италия4%

Вьетнам4%

Испания4%

Индия8%

Бразилия9%

Китай57%


Рисунок 3. Мировая динамика производства керамической плитки в 2019 г.