Способ подготовки дацитового порфира для изготовления фарфорофаянсовых изделий

 

Сущность изобретения: изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при изготовлении фарфоро-фаянсовой посуды и художественно-декоративных изделий. Изобретение состоит в том, что оно позволяет изготавливать изделия из твердых, комплексных по составу пород без подшихтовки их другими сырьевыми материалами: глиной, каолином, кварцем, полевым шпатом и др., т. е. позволяет отказаться от традиционно используемых в производстве керамических изделий многокомпонентных масс, а также создает условия для выщелачивания окрашивающих оксидов титана, снижающих белизну фарфорового и фаянсового материалов. При этом дацитовый порфир обрабатывают в растворе Thiobacillus ferrooxidans штамм ВКМ - b - 458 при соотношении твердой и жидкой фаз, равном 1 : 1, и концентрации, равной 100,0 - 321,5 мл/л; pH среды при обработке составляет 2 - 2,5; измельчение дацитового порфира в шаровой мельнице при приготовлении массы проводят в воде, подщелоченной до pH 7 - 8; в качестве щелочи используют гидрат калия. 2 з. п. ф-лы.

Настоящее изобретение относится к керамической промышленности, а именно к способу подготовки дацитового порфира для изготовления фарфоро-фаянсовых изделий.

Наиболее успешно изобретение может быть использовано для изготовления фаянсовой, фарфоровой посуды и художественно-декоративных изделий.

Известен способ биообработки глины, загрязненной соединениями закисного и окисного железа, с примесями в виде пиритов, в растворе Thiobacillus ferrooxidans штамм BKMB 458, предусматривающий соотношение твердой и жидкой фаз суспензии, равное 1 5, концентрацию бактериального раствора 10 20 мл/л, а также обработку фосфорнокислым аммонием в количестве 0,3 0,4 г/л и серной кислотой для поддержания требуемого уровня pH (2,2 2,5), барботаж в течение 4 5 суток с последующей обработкой 10%-ным раствором серной кислоты при температуре 90 100^oC в течение 120 мин, отмыванием от серной кислоты и отбеливанием гидросульфитом цинка [1] Однако при использовании известного способа возникают следующие затруднения: необходимость создания сложного технологического оборудования, обеспечивающего барботаж суспензии; чрезмерно длительный процесс обработки - свыше четырех суток; использование дополнительных реактивов серной кислоты, фосфорнокислого аммония и гидросульфита цинка, что в целом приводит к низкой рентабельности процесса. К тому же этот способ, во-первых, применим лишь к мягким осадочным породам; во-вторых, не предусматривает выщелачивания оксидов титана, обусловливающих, также как и оксиды железа, снижение белизны фаянсового и фарфорового материалов.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных затруднений и недостатков, особенно при обработке дацитового порфира, являющегося твердой породой, не приобретающей пластичности даже после очень тонкого помола, из-за чего, несмотря на комплексность его состава (содержит все необходимые для изготовления фарфора химико-минеральные составляющие) при изготовлении фарфоровых масс его подшихтовывают другими сырьевыми материалами (глинами, каолинами, кварцем, полевыми шпатами и др.).

В основу изобретения положена задача изменить соотношение твердой и жидкой фаз при обработке и концентрацию бактериального раствора для существенного сокращения времени обработки, исключения пользования дополнительных реактивов, создания условий для выщелачивания оксидов титана и приготовления однокомпонентной фарфоровой или фаянсовой массы из твердых, комплексных по составу пород, например дацитового порфира.

Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что соотношение твердой и жидкой фаз суспензии при обработке Thiobacillus ferrooxidans штамм BKM b 458 равно 1 1, а концентрация бактериального раствора равна 100 - 321,5 мл/л. Это позволяет исключить добавление фосфорнокислого аммония, барботаж суспензии, необходимость поддерживать требуемый уровень ее pH, сократить время биообработки до двух трех суток и создает условия для пластификации обрабатываемого материала, в том числе твердых комплексных пород, за счет разрушения его кристаллической структуры.

Выщелачивание окрашивающих оксидов титана из дацитового порфира, обработанного бактериальным раствором, согласно изобретению достигается тем, что измельчение дацитового порфира при приготовлении однокомпонентной керамической массы в шаровой мельнице проводят в воде, подщелоченной до pH 7 - 8. Эта операция позволяет исключить использование дополнительных реактивов: серной кислоты и гидросульфита цинка, а также необходимость поддерживать температуру процесса на уровне 90 100^oC.

В качестве щелочи целесообразно использовать гидрат калия, являющийся одним из самых распространенных и недорогих гидратов.

Существенное преимущество изобретения заключается в сокращении времени обработки не менее, чем в полтора раза и расхода электроэнергии за счет исключения барботажа суспензии и необходимости поддерживать температуру одной из заключительных стадий процесса, длящихся два часа, на уровне 90 - 100^oC, а также в создании условий для выщелачивания окрашивающих оксидов титана и пластификации твердых пород, при условии комплексности состава которых появляется новая возможность приготовления однокомпонентных керамических масс.

Ниже следует подробное описание примеров способов подготовки дацитового порфира для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий из однокомпонентных масс на его основе и выщелачивания окрашивающих оксидов титана из него.

В качестве исходного материала используют гусевский камень (дацитовый порфир) следующего минерального и химического составов, мас.

минеральный состав: каолинит 14,5 38,5 кварц 52,8 58,2 монтмориллонит и гидрослюда 2,8 30,1 минеральные примеси: рутил, пирит, лимонит, лейкоксен, руда и рудная пыль остальное химический состав: SiO₂ 69,43 Al₂O₃ 17,71 Fe₂O₃ 0,30
TiO₂ 0,20
CaO 0,5
MgO 0,37
K₂O 1,43
Na₂O 0,10
п.п.п. 9,96
Нестерилизованный гусевский камень заливают бактериальным раствором, содержащим культуру бактерий Thiobacillus ferrooxidans штамм BKM b 458. Соотношение твердой и жидкой фаз при этом равно 1 1. Для получения бактериального раствора активную культуру указанных бактерий разбавляют до требуемой концентрации (указана в примерах) водой, имеющей температуру 28 - 30^oC, и доводят pH до 2,0 2,5 серной кислотой. Обработку проводят в течение предопределенного времени (указано в примерах) при температуре 28 - 30^oC, после чего гусевский камень сушат, например, в естественных условиях.

Высушенный гусевский камень загружают в шаровую мельницу, в которую помещают также уралитовые шары и воду, подщелоченную до pH 7 8 гидратом калия. При этом соотношение гусевского камня, шаров и подщелоченной воды равно 1 1,8 0,9. Проводят помол (до остатка на сите с сеткой N 0056, равном 1,0 1,2% ), сливают суспензию, подвергают ее ситовому и магнитному обогащению, обезвоживают до влажности 23 25% вакуумируют и оставляют на вылеживание на 2 3 суток. После этого из массы формируют изделие на полуавтоматах или автоматах, сушат при 110^oC, подвергают утельному обжигу при 920 - 980^oC, глазуруют и подвергают политому обжигу при 1320 1350^oC.

Бактериальная культура Thiobacillus ferrooxidans штамм BKM b 458 была получена из коллекции Института микробиологии PAH (г. Москва). Назначение штамма окисление сульфидных минералов, элементной серы и закисного железа при pH 1,4 3,5 и температуре 5 35^oC. Используется штамм BKM b 458 в биогеотехнологии металлов. Штамм BKM b 458 выращивается на среде Сильвермана и Люндгрена 9K следующего состава:
раствор N 1: в 700 мл дистиллированной воды растворяют 0,1 г хлористого калия (KCl), 0,5 г фосфорнокислого калия двухзамещенного (K₂HPO₄), 0,5 г сернокислого магния (MgSO₄·7H₂O), 0,01 г азотнокислого кальция (Ca(NO₃)₂);
раствор N 2: в 300 мл дистиллированной воды растворяют 63 г соли Мора ((NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O) и добавляют 1 мл 10 н. серной кислоты (H₂SO₄).

Растворы стерилизуют отдельно: 1-й раствор при 1 атм и 2-й при 0,5 атм не менее 20 мин. Перед употреблением оба раствора смешивают, предварительно подогрев их до 28^oC. Эта среда является наиболее благоприятной для роста Thiobacillus ferrooxidans.

Пример 1. Для получения фаянсовых изделий гусевский камень подвергают обработке бактериальным раствором концентрации 100 мл/л в течение 48 часов. Фаянсовый материал имеет усадку после сушки при 110^oC 0,6% после обжига при 950^oC и 1350^oC 0,4% и 5,8% соответственно; механическую прочность после сушки при 110^oC 1,2 МПа, после обжига при 950^oC и 1350^oC 2,2 МПа и 30,7 МПа соответственно; водопоглощение после обжига при 950^oC и 1350^oC 19,1% и 7,9% соответственно; белизна неглазурованного материала составляет 71,7% содержание оксидов титана снижается с 0,20% в необработанном гусевском камине до 0,16% в фаянсовой массе из биообработанного гусевского камня. Эта масса легко перерабатывается в изделия традиционными методами пластической технологии.

Пример 2. Для получения фарфоровых изделий гусевский камень подвергают обработке бактериальным раствором концентрации 321,5 мл/л в течение 72 часов. Фарфоровый материал имеет усадку после сушки при 110^oC 2,3% после обжига при 950^oC и 1350^oC 2,4% и 11,6% соответственно; механическую прочность после сушки при 110^oC 4,2 МПа, после обжига при 950^oC и 1350^oC 7,3 МПа и 98,5 МПа соответственно; водопоглощение после обжига при 950^oC и 1350^oC 18,2% и 0,31% соответственно; белизна неглазурованного материала составляет 63,5% содержание оксидов титана снижается с 0,20% в необработанном гусевском камне до 0,16% в фарфоровой массе из биообработанного гусевского камня.

Пример 3. Для получения фарфоровых изделий гусевский камень подвергают обработке бактериальным раствором концентрации 250 мл/л в течение 48 часов. Фарфоровый материал имеет усадку после сушки при 110^oC 2,6% после обжига при 950^oC и 1350^oC 2,8% и 12,0% соответственно; механическую прочность после сушки при 110^oC 1,4 МПа, после обжига при 950^oC и 1350^oC 2,6 МПа и 63,8 МПа соответственно; водопоглощение после обжига при 950^oC и 1350^oC 20,9% и 0,30% соответственно; белизна неглазурованного материала составляет 67,9% содержание оксидов титана снижается с 0,20% в необработанном гусевском камне до 0,17% в фарфоровой массе из биообработанного гусевского камня.

Фарфоровые массы, охарактеризованные в примерах 2 и 3, легко перерабатываются в изделия традиционными методами пластической технологии, в то время как из фарфоровой массы, приготовленной из необработанного, природного гусевского камня, изделия не отформовывались.

В последнее время только на территории России открыты несколько месторождений пород типа дацитовых порфиров, обработка которых согласно изобретению позволяет получать фаянсовые и фарфоровые изделия только из них без подшихтовки другими сырьевыми материалами: глиной, каолином, кварцем, полевым шпатом и др. т.е. позволяет отказаться от традиционно используемых в производстве фарфоро-фаянсовых изделий многокомпонентных масс.

Формула изобретения

1. Способ подготовки дацитового порфира для изготовления фарфорофаянсовых изделий путем биообработки его раствором бактериальной культуры Thiobacillus ferrooxidans при рН среды 2,0 2,5, отличающийся тем, что для устранения подшихтовки дацитового порфира при изготовлении фарфоровой или фаянсовой масс и создания условий выщелачивания оксидов титана биообработку осуществляют раствором бактериальной культуры Thiobacillus ferrooxidans штамм ВКМ-Ъ-458 с концентрацией раствора 100,0 321,5 мл/л при соотношении твердой и жидкой фаз 1 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после биообработки дацитовый порфир подвергают измельчению в шаровой мельнице в воде, подщелоченной до рН 7 8.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве щелочи используют гидрат калия.