Керамическая масса

 

Изобретение относится к технологии керамики и огнеупоров, в частности к технологии производства керамических плиток для полов. Цель изобретения - повышение прочности при изгибе, сопротивления удару и снижение истираемости. Для чего в качестве марганецсодержацей добавки масса содержит тефроитовьй минерал или пылевидные отходы ферросплавного производства с содержанием тефроитового минерала не менее 60% при следующем соотношении компонентов, мас.%: гли на 86-92, тефроитовый минерал или пылевидные отходы ферросплавного производства с содержанием тефроитового минерала не, менее 60% 8-14. 2 табл. (Л СА:) О5 ю ГС ОС

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1362728 А1 g 4 С 04 В 33/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ к л, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3 13

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3947398/29-33 (22) 10.07.85

;(46) 30.12.87. Бюл. Ф 48 (71) Государственный научно-исследовательский институт строительных мате. риалов и изделий (72) Н.Ф.Левандовская, Л.П.Черняк, П.В.Захарченко, A.Â.Êîâàëü, А.Г.Сергиенко, В.Б.Змитрович, М.В.Ривин и З.Ф.Сироткин (53) 666.943(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N2 631495, кл. С 04 В 33/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 1189848; кл. С 04 В 33/00, 1979. (54) КЕРАМИЧЕСКАЧ МАССА (57) Изобретение относится к технологии керамики и огнеупоров, в частности к технологии производства керамических плиток для полов. Цель изобретения — повышение прочности при изгибе, сопротивления удару и снижение истираемости. Для чего в качестве марганецсодержащей добавки масса содержит тефроитовый минерал или пы" левидные отходы ферросплавного производства с содержанием тефроитового минерала не менее 60% при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина 86-92, тефроитовый минерал или пылевидные отходы ферросплавного производства с содержанием тефроитового минерала не,менее 60% 8-14. 2 табл.

1362728

55 нове известной массы при таком нестабильном химическом составе силвкомарганцевого шлака (разброс по

МпО составляет 52, от 0 до 52 ) что невозможно при активном влиянии посИзобретение относится к технологии керамики и огнеупоров, а именно к технологии производства керамических плиток для полов.

Цель изобретения — повышение прочности при изгибе сопротивления удару и снижение истираемости изделий.

Для приготовления керамической массы использовали глину огнеупорную

Веселовского месторождения.

Тефроитовый минерал представляет собой твердый раствор 2MnO SiO и

2СаО Si0< с небольшим количеством

2(Ng, Ре)О SiO, принадлежит к. группе оливина, является типичным ортосиликатом. Цвет серый, красноватобурый, иногда черный (частично окис" ленных разновидностей). Твердость

5,5-6,0. Спайнрсть ясная по (010) и несовершенная по (100). Удельный вес

3,9-4,1. В НС1 разлагается с образованием студенистого кремнезема. Это типичный магматический минерал, образующийся в связи с кристаллизацией основных и ультраосновных пород.

Встречается в Седельниковском место-. рождении родонита на Среднем Урале, в Чиатурском марганцевом месторождении.

Тефроитовый минерал можно вводить в виде природных образований или техногенного компонента с содержанием тефроитового минерала не менее

60%. Наиболее перспективным является ввод этого компонента в виде отходов промышленности, например пыли газоочистки ферромарганцевого производства. Это экономически выгодно и целесообразно, способствует расширению сырьевой базы промышленности стро ительных материалов, повышению качества выпускаемых изделий, Кроме того, данный отход является материалом, не требующим (в отличие от известных плавней) дополнительного измельчения.

Остаток на сите 0,06 составляет 2%.

Высокая удельная поверхность матерлала обеспечивает, в свою очередь, повышенную реакционную способность массы при обжиге. Кроме того,.при приготовлении таких масс экономится часть электроэнергии, идущей на помол компонентов, что делает процесс экономически выгодным и технически целесообразным.

Химический и минералогический состав используемых добавок представлен в табл. 1.

Тефроитовый минерал отличается от шлака силикомарганца повьппенным содержанием оксидов железа, марганца (53,5 против 52 при максималь ном содержании МпО, но поскольку в шлаке силикомарганца оно колеблется в широком интервале, то разница в его содержании будет значительной), пониженным содержанием оксида магния. Природный минерал характеризуется отсутствием оксида алюминия, сернистого ангидрида, а шлак силикомарганца — оксида железа.

Пыли газоочистки отличаются от шлака силикомарганца пониженным содержанием оксидов магния, алюминия, наличием оксидов железа, калия, натрия, серы, фосфора, углерода.

Показанные различия в химико-минералогическом составе тефроитосодержащего материала и шлака силикомарганца определяют различные механизмы спекания масс.

В известной массе шлак силикомарганца не образовывает легкоплавких эвтектик, а является легкоплавким компонентом, образующим жидкую фазу.

В предлагаемой массе тефроитовый минерал влияет в основном на кристаллизационную структуру изделия, увеличивает количество стеклофазы, в известной шлак силикомарганца влияет на количество и состав стеклофазы, снижая муллитообразование. Наличие в шлаках сульфатов природных металлов, в частности марганца, способствует каталитическому ускорению кристаллизации шлаковых стекол с образованием прочной меллитовой структуры.

Таким образом прочность черепка на основе известной массы обеспечивается не его кристаллизационной структурой, а, в основном, стеклофазой.

Как известно, стеклофаэа характеризуется хрупкостью, чувствительностью к удару. Этим и объясняется повышение сопротивления удару, плотности и уменьшение истираемости предлагаемой массы по сравнению с известной.

Различие механизмов спекания предлагаемой и известной масс подтверждает также и стабильность физико-механических показателей изделий на ос1362728

Технико-экономическая эффективность использования предлагаемоro изобретения в промышленности опреде55 ляется повышением эксплуатационных

"свойств, срока службы керамических плиток для полов, .а также использованием отходов, загрязняющих окружающую среду. леднего на кристаллизационную структуру изделия.

В предлагаемой массе тефроитовый минерал способ ствует образованию силикатного расплава, количество которого возрастает в широком временном и температурном интервале, в известной силикатный расплав представлен непосредственно шлаком силикомарганца, имеет узкий временной и температурный интервал, что снижает устойчивость изделий к деформации в процессе обжига.

При получении плиток для полов из предлагаемой массы с введением тефроитового минерала повьш ение прочности и плотности, сопротивления удару, уменьшение истираемости изделий достигается в результате совершенствования параметров структуры вследствие увеличения потенциала спекания и интенсификации фазовых превращений. С точки зрения электронной теории спекания тефроитовый минерал является сильным активатором спекания.

Он обеспечивает понижение свободной энергии спекаемой системы за счет усиления локализации электронов на поверхности частиц дисперсной фазы и на контактных участках. Тефроитовый минерал является как сильным акцептором электронов, так и веществом, способствующим образованию легкоплавких эвтектик, что обуславливает образование силикатного расплава на

50-70 С ниже, чем в известной массе.

Этот расплав обладает также большей . растворяющей способностью по отношению к Al 0, в результате чего в расплаве наряду с комплексами образуются комплексы Si-0-А1 u Al-О-Al.

B первых алюминий находится в чет- верной координации, а во вторых— шестерной, Наличие большего количества связей Si-0-А1 u Al-0-А1 в расплаве предлагаемой массы приводит к более интенсивному образованию муллита с большей степенью морфологического совершества. При этом образуются дендритные сростки муллита, повышающие ударную вязкость черепка.

Увеличение прочности и плотности изделий обусловлено фазовыми превращениями, а также количественным соотношением кристаллической, стекловидной и аморфной фаз. Вследствие не-. значительного содержания плавней в известной крупные поры не заполняются расплавом, поэтому обожженные изделия имеют более низкую плотность.

Повышение плотности изделий на ос5 нове предлагаемого состава обеспечивается за счет увеличения количества жидкой фазы, а также за счет того, что введение тефроитового минерала исключает возможность кристаллизации кристабаллита из аморфного кремнезема, а следовательно, в материале не образуются крупные проницаемые поры.

Снижение истираемости плиток для

15 полов на основе предлагаемой массы достигается за счет совершенствования параметров кристаллизационной структуры изделий, а также за счет уменьшения открытой.пористости и уве2р личения закрытой, что свидетельствует о росте числа контактов частиц дисперсной фазы и большей степени развития стеклофазы.

25 Керамические массы готовят в соото ветствии с современной технологией строительной керамики. Веселовскую глину и тефроитсодержащий материал распускают в пропеллерной мешалке.

30 Шликер подвергают интенсивной сушке и получают пресс-порошок с остаточной влажностью 7Х. Из порошка полусухим прессованием при удельном давлении

24 ИПа получают плитки размером

150х150х11 мм, которые сушат до остаточной влажности 0,5Z и обжигают в конвейерной печи на газовой подушке в течение 2 ч при максимальной темо пературе 1.200 С или в туннельной пе40 чи в течение 48 ч при максимальной о температуре 1150 С с выдержкой 2 ч.

В табл. 2 представлены примеры составов керамических масс и свойства изделий.

45 Как следует из данных таблицы, предлагаемая керамическая масса по сравнению с известной позволяет существенно снизить истираемость изде.лий, повысить их прочность, плотность

50 и сопротивление удару.

Таблица 1

Химический состав сырья-добавок

Сырье

810 MnO CaO MgO Al 0 $0э

Шлак силикомарганца (прототип) 12-48 0-52 2-33 "-39 8-23 0-0 3

Тефроитовый минерал

34,0 53,5 8,8 1,2

Пыль газоочистки агломерации

20,0 42,8 10, 33 2, 90 2, 90

Пыль газоочистки производства ферромарганца

28,0 32,1 15,0 2,0 3,7

Продолжение табл.) Содержание оксидов,%

Сырье

КО+ С

+Na O

Fe Р п.п.п, S

Шлак скликомар" ганца (прототип) Тефроитовый минерал

2,5

Пыль газоочистки агломерации

5,4 0,6

Пыль гаэоочист-

KH производства ферромарганца

4,5 0,4 4,0 4,0 0,6 5,7

5 136272

Формула изобретения

Керамическая масса, включающая глину и марганецсодержащую добавку, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности при изгибе, сопротивления удару и снижения истираемости, она в качестве марга нецсодержащей добавки содержит тефроитовый минерал или пылевидные отходы ферросплавного производства с содержанием тефроитового минерала не менее 60% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина 86-92

Тефроитовый минерал или пылевидные отходы ферросплавíîro производства с содержанием тефроитового минерала не менее

60% 8-14

Содержание оксидов, %

245215687!

362728

Таблица 2

Состав и свойства изделий

Содераание компонентов, Х

Сост

Пыль

Пыль газоочистШлак силиа ВГО

Прочность при изгибе, ИПа

Плотность, г/см>

Истнраемость> г/см>

Сопротивление

Водопоглогазоочистгазоочистгазоочистки с комарганца щенке, Х ки с ки с ки с удару, удары го минерала

56Х го минерала

602

ro минерала

S0X го минерала

10

2,30 0,065 10

34i0.4,5 2,28 0,08 !1

32,5

2i!

2,3 2 31 0,06 12

34,8

2,2,93

1,8

2,35 0,05 14

2; 38 0,045 15

36,3

2,3

1,5

37,7

2,4

1,О 2,43 О,ОЭ 18

4>7, 2,25 0,08 11

39,0

31>8

3,1

2,0

35,4

3,2

39,2

3,3

0,9

40,5 . 1

41 ° О

3,4

0,7

4,7 2,25 O,QS 11

31>S

89

235 005 14

3l S

1,8

4,1

0,9 2,44 0,03 18

40,5

4,2

2,43 0,03 18

39,4

0,7

4,3

42,5

0,5 2,49 0,03 20

5 0 2,22 0,085 10

4,4 89

14.

30> 7

37,7

2,38 0 045 15

1,5

5 1

2,42

39>8

0,04 17

5,2

1,2

2>43 0>03 18!

39,4

i,0

5,Э

40,5

0,9 2,44 0,03 18

2>19 0,09 10

85

31,0

5,3

36,6

1 >7 2>36 О ° 05 14

6,1

1,5

0,04 17

2,38

6,2

3Si8

i Ú Z,35 0 OS iS

85

6,3

Ý6,3

6,4

2 ° 42 0,04 !7

1,2

15:

38,8

ВНИИПИ Заказ 6345/16 Ти аж 588 Подписное

11роиэв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, содерваннем тефроитово содерканием тефроитовосодерианием тефроитово»

Тефроитовый минерал

100Х содерианием тефроитовоСвойства изделий при обииге в цечах на газо. вой подушке

2,33 О>06 12

2,41 0,04 !7

2,44 0,03 !8

2,46 0,03 19