Сырьевая смесь для изготовления керамических изделий

 

Изобретение относится к технологии керамики, в частности к составам для производства строительного кирпича и облицовочных плиток. Сущность изобретения, сырьевая смесь включает, мас.%: глинистый мергель с содержанием CaO 16,0-20,0% при соотношении CaO:SiO₂ равном (0,35:1)-(0,53:1), причем содержание свободного SiO₂ с размером частиц 0,05-1 мм составляет на более 1% 85-95, стеклобой 5-15. Средняя плотность изделия 1650-1700 кг/м³ прочность на изгиб от 9,2 до 14 МПа, прочность на сжатие 51,3-65,4 МПа, водопоглощение 15,4-17,6%, цвет черепка - светло-желтый, 3 табл.

Изобретение относится к технологии керамики, а именно к составам для производства строительного кирпича и облицовочных плиток.

Известен способ изготовления лицевого кирпича светлых тонов, в котором, с целью снижения водопоглощения, повышения механической прочности и интенсивности осветления кирпича, 15-90 мас. % легкоплавкой глины измельчают вместе с карбонатной добавкой, например доломитом, при соотношении 1:1-3:1 до тонкости помола - остаток на сите 0,06 (не более 10%) после чего смешивают с оставшейся глиной [1]. Прочность на сжатие составляет 22,4-26,6 МПа. Водопоглощение 11,3-12,2%.

Известна также керамическая смесь для изготовления строительных изделий, которая с целью повышения прочности изделий, включает в масс.%: Легкоплавкую глину - 29,5-94,0 Известняк - 2,5-35,0 Кварцевый песок - 2,5-35,0 Хлорид натрия - 0,5-1,0 Прочность на сжатие составляет 15,2-28,1 МПа [2].

Недостатком известных керамических масс является недостаточно высокие показатели механической прочности на сжатие, а также то, что для повышения интенсивности осветления необходимо в красножгущуюся глину дополнительно вводить карбонатные породы (известняк, доломит, мел и т.д.), что влечет за собой введение дополнительной операции измельчения этих пород. Кроме того, для получения гомогенной системы необходимо тщательное перемешивание компонентов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является керамическая масса преимущественно для изготовления кирпича, включающая в мас.%: Пылевато-песчанистая многокарбонатная легкоплавкая глина - 94-97 Антрацит - 2,5-3,0 Отходы стекломассы - 0,5-3,0 [3] Недостатком известной керамической массы является высокая средняя плотность и невысокие прочностные характеристики изделий, а также недостаточная степень осветления черепка.

Техническим результатом изобретения является снижение средней плотности, повышение прочностных свойств и интенсивности осветления изделий.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления керамических изделий, преимущественно строительного кирпича и облицовочных плиток, включающая многокарбонатную глину и стеклобой, содержит в качестве многокарбонатной глины глинистый мергель с содержанием CaO 16,0-20,0% при соотношении CaO:SiO₂ 0,35:1-0,53:1, причем содержание в глинистом мергеле свободного SiO₂ с размером частиц 0,05-1 мм составляет не более 1%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глинистый мергель с содержанием CaO 16-20% и соотношением CaO:SiO₂ = 0,35:1-0,53:1, свободным SiO₂ размером частиц 0,05-1 мм 1% - 85-95
Стеклобой - 5-15.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая сырьевая смесь для изготовления керамических изделий отличается от известной новым компонентом, а именно глинистым мергелем, который представляет собой природную гомогенизированную породу, имеющую следующий минеральный состав, мас. %: глинистая составляющая 51-65, кальцит 28-36, кварц 7-13. Глинистая составляющая состоит из глинистых минералов, смешанослойного неупорядоченного минерала слюда-монтмориллонит (62-77%), слюды (5-19%), хлорита (0-19%), хлорита-каолинита (0-11%).

Мергель имеет химический состав, мас.%: SiO₂ 38,0-45,0; Al₂O₃ 9,2-12,7; TiO₂ 0,3-0,6; Fe₂O₃ 3,1-4,5; FeO 0,5-1,0; CaO 16,0-20,0; MgO 1,4-3,5; P₂O₅ 0,03-0,06; Mn 0,04-0,07 Na₂O 0,10-0,5; K₂O 1,6-2,4; п.п.п. 16,4-20,9 свободного SiO₂ 7,4-12,5.

Проявления используемого светложгущегося глинистого мергеля обнаружены в Тетюшском районе Республики Татарстан.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Использование глинистого мергеля с достаточно высоким содержанием карбонатов 16,0-20,0% и при соотношении CaO:SiO₂=0,31-0,53:1, способствует образованию в процессе обжига новых кристаллических соединений волластонита (CaOSiO₂ - однокальциевого силикота) в большей степени, геленита - мелелита Ca₂ (Al, Mg, Si) Si₂O₇, которые обеспечивают: во-первых, интенсификацию образований в кристаллизационной структуре керамических материалов и формирование мелкопористой структуры, что приводит к повышению прочностных характеристик и снижению средней плотности материала, во-вторых, придают более светлую окраску черепку.

Оксиды CaO, MgO, Na₂O, входящие в стекло, частично взаимодействуют с кремнеземом глинистых минералов, входящих в глинистый мергель, образуя легкоплавкую стекловидную фазу, которая вместе с оставшимся стеклобоем образует стеклофазу, заполняющую поры керамического каркаса, делая его более прочным.

Наличие небольшого количества свободного SiO₂ (не более 1%) с размером частиц 0,05-1 мм также способствует повышению прочности за счет того, что мелкие частицы равномерно распределяются по объему глиномассы, и она становится более гомогенизированной системой.

Таким образом, предложенная сырьевая смесь для производства керамических изделий проявляет количественно усиленное свойство (улучшение прочностных характеристик, снижение плотности и увеличение интенсивности осветления черепка) за счет введения в качестве многокарбонатной глины глинистого мергеля с содержанием CaO 16,0-20,0 мас.% при соотношении CaO:SiO₂=0,35:1-0,53:1 при содержании свободного SiO₂ с размером частиц 0,05-1 мм не более 1%, что приводит к достижению поставленной цели. Это обеспечивает предложенному техническому решению соответствие критерию изобретательский уровень.

Заявляемая сырьевая смесь для изготовления керамических изделий отвечает также критерию промышленной применимости.

1. Заявляемая сырьевая смесь является промышленно применяемой, так как она может быть использована для производства кирпича и облицовочных плиток.

2. Примерами, приведенными в описании, подтверждена возможность получения заявляемой сырьевой смеси для изготовления керамических изделий.

3. Заявляемая сырьевая смесь обеспечивает достижение лучшего технического результата по сравнению с прототипом.

Изделия изготовляются по общепринятой технологии керамического производства, способом полусухого прессования при температуре обжига 1050^oC. Изделия изготовляют по следующей технологии.

Подготовка глинистого сырья включает в себя сушку сырья, дробление на щековой дробилке, замачивание водой из расчета получения нормальной формовочной влажности для получения гранул, вылеживание массы в течение суток, получение гранул на шнековом смесителе диаметром 10 мм, сушку гранул при 100-110^oC до влажности 6-15%, измельчение гранул и получение пресспорошка, состоящего из двух примерно одинаковых в количественном отношении фракций с размером частиц 2,5 - 1,25 мм и менее 1,25 мм.

Приготовление сырьевой смеси или шихты включает в себя измельчение стеклобоя, представляющего собой бой светлого бутылочного стекла, до размеров частиц менее 70 мкм, смешивание его с глинистым пресспорошком, затем доведение полученной шихты до влажности 12,8-13,3% вылеживание шихты в течение 2 сут, формование образцов изделий размером 150х40х40 мм полусухим прессованием при давлении 20-25 МПа, сушку образцов проводили сначала в помещении на стеллажах, а затем в сушильном шкафу при 25-80^oC.

Обжиг проводился при температуре 1050^oC в лабораторной печи типа СНОЛ 1,6,25 1/9-ПЗ по следующему режиму:
а) подъем температуры до 100^o 3 ч; от 100 до 680^oC 11 ч; от 680 до 950^oC 5 ч; от 950 до 1050^oC 2 ч;
б) выдержка при 1050^oC 2 ч;
в) охлаждение до 50-60^oC 24 ч.

Изобретение иллюстрируется конкретными примерами, приведенными в табл. 1-3.

Из данных табл. 2 следует, что при содержании стеклобоя в количестве более 15%, например 20% (смесь N 4) черепок становится хрупким и его прочность на изгиб остается на уровне прототипа, средняя плотность тоже на уровне прототипа. Использование глинистого мергеля без добавок также нецелесообразно, так как изделия из него имеют невысокие прочностные характеристики и высокое водопоглощение. Оптимальные значения физико-механические показатели принимают при соотношении глинистого мергеля и стеклобоя в смесях N 1 и 2.

В табл. 3 показано, что при выбранном оптимальном составе сырьевой массы глинистый мергель - 85, стеклобой - 15, оптимальное соотношение оксидов CaO: SiO₂ в глинистом мергеле находится в пределах 0,35:1 - 0,53:1.

Смещение этого соотношения влево приводит к образованию черепка более темного цвета (темнее, чем по прототипу) и повышению значения средней плотности, так как при обжиге не образуется достаточное количество волластонита и геленита-мелелита, смещение этого равновесия вправо приводит к образованию высокопористой керамической структуры, поэтому прочность к изгибу не повышается и остается на уровне прототипа.

Использование заявляемого изобретения позволит:
увеличить срок эксплуатации за счет улучшения качества изделий;
увеличить выпуск кирпича с улучшенными декоративными свойствами (светлого цвета) из местного сырья.

Формула изобретения

Сырьевая смесь для изготовления керамических изделий, преимущественно строительного кирпича и облицовочных плиток, включающая многокарбонатную глину и стеклобой, отличающаяся тем, что она содержит в качестве многокарбонатной глины глинистый мергель с содержанием CaO 16,0 - 20,0% при соотношении CaO : SiO₂, равном (0,35 : 1) - (0,53 : 1), причем содержание в глинистом мергеле свободного SiO₂ с размером частиц 0,05 - 1,0 мм составляет не более 1% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глинистый мергель с содержанием CaO 16 - 20% при соотношении CaO : SiO₂, равном (0,35 : 1) - (0,53 : 1) и свободным SiO₂ с размером частиц 0,05 - 1,0 мм не более 1% - 85 - 95
Стеклобой - 5 - 15е

РИСУНКИ

Рисунок 1