Керамическая масса для изготовления стеновых материалов

Керамическая масса относится к промышленности строительной керамики, в частности к составам для изготовления стеновых керамических изделий. Технический результат: повышение прочности и уменьшение водопоглощения стеновых керамических материалов. Керамическая масса включает глину и хвосты обогащения. В качестве хвостов обогащения она содержит хвосты извлечения кобальтового концентрата, характеризующиеся объемной массой 900 кг/м³, плотностью 2700 кг/м³, огнеупорностью 1200°С, минералогическим составом, включающим ортоклаз, кварц, карбонаты, глинистые минералы и железистые соединения, химическим составом, включающим, мас.%: SiO₂ – 32,72, Al₂O₃ – 9,33, Fe₂O₃ – 10,00, CaO - 15,47, MgO – 12,01, R₂O – 2,30, п.п.п. – 17,80, при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: глина 70-90, хвосты извлечения кобальтового концентрата 10-30. 3 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства изделий строительной керамики.

Известна керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину (в мас.%) - 93,5-97,5 и кварцевый песок, термообработанный при 500-900°С, - 2,5 6,5% (а.с. №814962). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе имеют высокое водопоглощение (21-22%) и обладают незначительной прочностью - 19-25 МПа. Кроме того, термическая обработка кварцевого песка требует дополнительных энергетических затрат и обуславливает увеличение себестоимости изделий.

Другая керамическая масса (а.с. №881066), содержащая 72-90% глины и 10-28% отсева ортофира фракций 0,15-2,0 мм не позволяет получить керамические материалы высокой прочности (R_сж=24-26 МПа). Отходы ортофира предварительно нужно просеивать для получения необходимой фракции, что вызывает дополнительные технологические трудности.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления керамических стеновых материалов, включающая глину (в мас.%) 60-75, флот-хвосты обогащения флюоритовых руд - 25-40 (а.с. №637380). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе после обжига при сравнительных высоких температурах (T=1100°C) имеют высокое водопоглощение - 13-14%.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочности и уменьшение водопоглощения керамических стеновых материалов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину и хвосты обогащения, отличается тем, что в качестве хвостов обогащения она содержит хвосты извлечения кобальтового концентрата при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: глина - 70-90, хвосты извлечения кобальтового концентрата - 10-30.

Попутные продукты извлечения кобальтового концентрата представляет собой тонко измельченный порошок серого цвета. Объемная масса - 900 кг/м³, плотность - 2700 кг/м³. Огнеупорность - 1200°С. В минералогический состав входят ортоклаз, кварц, карбонаты, глинистые минералы и железистые соединения. Химический состав хвостов извлечения кобальтового концентрата приведен в табл.1.

Таблица 1.
SiO2	Аl2О3	Fe2O3	CaO	MgO	R2O	п.п.п
32,72	9,33	10,00	15,47	12,01	2,30	17,80

Применение глины в производстве керамики известно (Августиник А.И. Керамика. - Л., Стройиздат, 1975, 592 с). Она является основным компонентом, обеспечивающим пластичность и спекание керамической массы.

Из известного перечня информации заявителем не обнаружены технические решения с применением хвостов извлечения кобальтового концентрата или с аналогичными наполнителями подобного химического состава.

Химическое взаимодействие “хвостов” при указанной совокупности оксидов с продуктами разложения глинных минералов обуславливает более раннее протекание реакции в твердой фазе с образованием соединений типа шпинелей и формирование большого количества жидкой фазы за счет взаимодействия оксидов щелочных и щелочноземельных элементов с оксидами железа, кремнезема и глинозема. Поскольку жидкая фаза практически является цементирующим веществом, то образование ее в большем количестве, чем в известных составах при пониженных температурах обжига, обуславливает получение искусственного камня более плотной структуры, что снижает водопоглощение и повышает прочность изделий.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков по мнению заявителя, отвечает критерию “существенных отличий”, приобретает новые свойства, заключающиеся в получении искусственного камня более плотной структуры, обуславливающей прочность и низкое водопоглощение материала.

Пример конкретного выполнения

Керамические массы готовились согласно известной методике (Книгина Г.И., Вершинина З.Н., Тацки Л.Н. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заменителей. - М.: Высшая школа, 1977. - 208 с.). Высушенные сырьевые материалы подвергались помолу до зерен 0,63 мм. Смесь в необходимых соотношениях тщательно смешивалась всухую. С добавлением воды приготовили массы с требуемой формовочной влажностью. Образцы-цилиндрики размерами h=d=25 мм отформовывались пластическим способом. Высушенные при 105-110°С образцы обжигались при температуре 1100°С с изотермической выдержкой 2 часа. Определение водопоглощения и предела прочности на сжатие образцов проводились согласно ГОСТ 13449-82 и 473.6-81. Шихтовой состав масс приведен в табл.2.

Таблица 2.
Компоненты	Составы
	I	II	III	IV	V
Глина	95	90	80	70	60
Хвосты извлечения кобальтового концентрата	5	10	20	30	40

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Таблица 3.
Номера составов	Предел прочности на сжатие, МПа	Водопоглощение, %
I	38,9	11,4
II	48,6	8,2
III	43,3	9,1
IV	39,5	10,0
V	35,7	11,8
прототип	26-32	13-14

Результаты испытаний показали эффективность введения хвостов извлечения кобальтового концентрата в количестве 10-30% по сравнению с прототипом и термообработанного кварцевого песка. При добавке 5% предлагаемых отходов существенного роста прочности не наблюдается. При увеличении содержания вводимой добавки более 30% снижается прочность и повышается водопоглощение образцов. Поэтому максимальное количество хвостов извлечения кобальтового концентрата ограничено 30%. По сравнению с прототипом и аналогом прочность полученных образцов из предлагаемой массы больше на 40-50% и снижается водопоглощение. В результате спекания указанной керамической массы кристаллизуются новообразования, такие как анортит, муллит, магниевые и железистые шпинели.

Применение предлагаемой керамической массы позволяет:

1. Получить изделия с повышенной прочностью и малым водопоглощением.

2. Снизить энергетические затраты на подготовку сырья за счет использования готового тонкоизмельченной порошкообразной добавки.

3. Утилизировать отходы производства кобальтовых руд.

4. Благодаря утилизации отходов предотвращается загрязнение окружающей среды.

Керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину и хвосты обогащения, отличающаяся тем, что в качестве хвостов обогащения она содержит хвосты извлечения кобальтового концентрата, характеризующиеся объемной массой 900 кг/м³, плотностью 2700 кг/м³, огнеупорностью 1200⁰С, минералогическим составом, включающим ортоклаз, кварц, карбонаты, глинистые минералы и железистые соединения, химическим составом, включающим, мас.%: SiO₂ 32,72, Al₂O₃ 9,33, Fe₂O₃ 10,00, CaO 15,47, MgO 12,01, R₂O 2,30, п.п.п. 17,80, при следующем соотношении компонентов массы, мас.%:

глина 70-90

хвосты извлечения кобальтового концентрата 10-30.