Керамическая масса

 

Изобретение относится к производству строительной керамики, а также к керамике для изготовления товаров народного потребления. Сущность изобретения: масса включает следующие компоненты в мас.%: песок кварцевый 35 - 45, стеклобой 25 - 35, шлам сточных вод гальванического или травильного производства на основе оксидов железа (на сухое вещество) 25 - 35. Физико-механические показатели следующие: водопоглощение 7,7 - 8,2%, механическая прочность 42,1 - 44,2 МПа, температура обжига 860 - 900^oC, продолжительность обжига 2 - 2,5 часов. 2 табл.

Изобретение относится к строительной керамике, а также к керамике для производства товаров народного потребления.

Наиболее близкой является керамическая масса (А.С. СССР N 1451133 C 04 B 35/14, 1989), содержащая в своем составе следующие компоненты, мас.

Кварцевый песок 25 65 Стеклобой 35 75 К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относятся: значительная продолжительность процесса (≈20 ч.), высокая его энергоемкость и трудоемкость.

Задача: экономия исходного сырья за счет введения в состав керамической массы шлама сточных вод гальванического или травильного производств, улучшение экологии окружающей среды, а также экономия энергозатрат.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат: снижение времени проведения процесса, использование отходов гальванического или травильного производств, шлама сточных вод, что позволяет экономить природное сырье, улучшение экологии окружающей среды, так как шлам, содержащий большой процент железа и цветных металлов (цинка, никеля, меди), выбрасывается на свалку. Кроме того, снижается расход природной воды.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предлагаемый состав керамической массы содержит кварцевый песок, стеклобой, шлам сточных вод гальванического или травильного производств на основе оксидов железа при следующем соотношении компонентов, мас.

Кварцевый песок 35 45 Стеклобой 25 35 Шлам сточных вод гальванического или травильного производств на основе оксидов железа (по сухому веществу) 25 35 Составы, известных и предлагаемых керамических масс приведены в таблице 1.

В предлагаемом изобретении в составе керамической массы используют шлам сточных вод гальванического или травильного производств, содержащий в своем составе следующие компоненты, мас.

Fe₂O₃ 65,0 FeO 31,1 ZnO 1,1 NiO 2,0 CuO 0,8
В отношении Т Ж колеблется 1 1, т.е. в 1 м³ шлама сточных вод 500 кг твердых веществ и 500 кг воды. Поэтому применение шлама решает сразу два вопроса: во-первых, в состав шликера вводятся вещества, которые в принципе просто выбрасываются, во-вторых, привносится вода в достаточном количестве, относящаяся к дефицитным материалам.

Шлам сточных вод гальванического или травильного производства на 90% состоит из гидроксидов железа, а также содержит гидроксиды цветных металлов никеля, цинка, меди, иногда хрома, которые относятся к числу дефицитных материалов и в течении многих лет регулярно выбрасываются производствами на свалку.

Помимо этого шлам загрязняет окружающую среду, потому что вся грязь - шлам сбрасывается на землю, которая на много лет превращается в пустырь, теряя свои плодородные качества. Вместе с подземными водами (дождевыми) частично уносится и тем самым повышает жесткость воды. Некоторые предприятия пытаются перейти на циркуляционный процесс для многократного использования сточных вод, однако на большинстве предприятий шлам по-прежнему вывозится на свалку. Кроме того процесс очистки сточных вод и вывоз шлама процессы трудоемкие и требуют больших транспортных расходов.

Установлено, что в результате взаимодействия шлама сточных вод гальванического или травильного производств, содержащего оксиды железа, никеля, меди, цинка, иногда хрома, с песком образуются силикаты этих металлов, которые обеспечивают прочность керамического материала. Использование шлама сточных вод травильного или гальванического производств позволяет уменьшить расход природного сырья песка и стеклобоя, тем самым снизить стоимость изделий.

Керамическую массу получают с применением мокрого помола. При мокром помоле происходит лучшее перемешивание компонентов шихты, что приводит к получению более однородного состава керамической массы и способствует началу протекания твердофазных процессов, а именно образованию силикатов до процесса спекания. Кроме того, шлам состоит из гидроксидов, которые при синтезе быстро разлагаются до оксидов, и процесс спекания проходит быстрее. Процесс синтеза экологически чист, так как нет выделения вредных газов, выделяются только пары воды.

Использование шлама в предлагаемом изобретении позволяет получать изделия из бросовых отходов производства с необходимыми служебными характеристиками, соответствующими ГОСТ 13996-84 и низкой стоимости.

Введение кварцевого песка в состав керамической массы (35 45%) обеспечивает получение силикатов металлов, и, тем самым, получаются изделия требуемой прочности к влагоемкости, а также приятного декоративного вида.

При добавлении в керамическую массу песка больше 45% и меньше 35% получается керамический материал более низкого качества, например, хрупкий и пористый.

Выбранные пределы содержания шлама (25 35%) позволяет получать изделия высокой прочности.

При выходе за указанные пределы шлама в составе керамической массы снижается качество изделий.

Полученная керамическая масса по предлагаемому изобретению позволяет получать керамический материал с необходимыми служебными характеристиками (ГОСТ 13996-84) (табл. 2).

Таким образом, рекомендуемое введение шлама сточных вод гальванического или травильного производств является необходимым и достаточным для улучшения технологического способа получения керамической массы и снижения затрат на ее изготовление.

По предлагаемому способу для приготовления сырьевой смеси используют кварцевый песок (ГОСТ 2138 84), стеклобой, шлам сточных вод гальванического или травильного производств. Составляющие компоненты сырьевой смеси загружают в шаровую мельницу, измельчают и тщательно перемешивают. Получается пластичная масса, которая поступает в пресс-форму и прессуется под давлением 35 мПа. Далее сырец идет на сушку при температуре 160 250^oC. Обжиг проводят при 660 900^oC в течение 2 2,5 ч. Физико-механические свойства керамического материала определяли по ГОСТ 13996-84.

Пример 1. Смесь стеклобоя 25 мас. кварцевого песка 35 мас. шлама сточных вод 35 мас. загружают в шаровую мельницу, измельчают и тщательно перемешивают. Получается пластичная масса, которая поступает в пресс-форму и прессуется под давлением 35 мПа. Далее сырец идет на сушку при 160 - 250^oC. Обжиг проводят при 860^oC в течение 2,5 ч. Физико-механические свойства полученного керамического материала соответствуют ГОСТ 13996-84.

Результаты испытаний керамического материала по примерам 2 5 представлены в таблице 2.

Предлагаемая керамическая масса по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ, а именно:
позволяет использовать дешевое сырье шлам сточных вод гальванического или травильного производств для получения дешевых изделий;
шлам содержит воду, необходимую для приготовления керамической массы;
позволяет снизить энергозатраты на помол;
использование шлама способствует улучшению экологии окружающей среды;
снижается расход природного сырья песка;
позволяет получать керамический материал, который можно использовать как для строительных работ (керамическая плитка), так и для изготовления товаров народного потребления: керамические подставки, цветочные горшки, декоративные изделия и т.д.

Формула изобретения

Керамическая масса, включающая кварцевый песок и стеклобой, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно шлам сточных вод гальванического или травильного производства на основе оксидов железа при следующем соотношении компонентов, мас.

Кварцевый песок 35 45
Стеклобой 25 35
Шлам указанного состава (на сухое вещество) 25 350

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3