Способ изготовления строительной керамики светло-желтого цвета и ее состав

Изобретение относится к производству керамических материалов на основе глинистого сырья и может быть использовано, например, для изготовления лицевого строительного кирпича, черепицы, облицовочной керамической плитки светло-желтого цвета из красножгущихся легкоплавких глин. Способ изготовления строительной керамики светло-желтого цвета на основе легкоплавкой красножгущейся глины включает приготовление минеральной добавки, смешивание добавки с глиной, пластичное формование изделий и обжиг. Добавку приготавливают по шликерному методу путем измельчения осветляющего компонента добавки совместно с 8-10% глины от массы осветляющего компонента в шаровой мельнице до остатка на сите 0088 не более 2-3% с последующим введением в суспензию упрочняющего тонкодисперсного компонента добавки. Полученный шликер плотностью 1,70-1,72 г/см³ смешивают с глиной, часть которой предварительно высушивают до влажности 6-8%. Полученную керамическую массу гомогенизируют и вылеживают в течение не менее 24 часов, а обжиг ведут при температуре 1020-1030°С. В качестве осветляющего компонента используют мергель с размером частиц менее 2 мм с содержанием известняка не менее 75 мас.%, а в качестве упрочняющего тонкодисперсного компонента - волластонитовый концентрат с размером частиц менее 0,063 мм с содержанием волластонита не менее 80 мас.%. Технический результат: повышение механической прочности, морозостойкости и декоративных свойств изделий. 2 з.п.ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к производству керамических материалов на основе глинистого сырья и может быть использовано, например, для изготовления лицевого керамического кирпича, черепицы, облицовочной керамической плитки светло-желтого цвета из красножгущихся легкоплавких глин.

Известен способ получения лицевого светлоокрашенного (от кремового до желтого цветов) керамического кирпича путем комбинирования красножгущейся легкоплавкой глины и светложгущейся тугоплавкой (или огнеупорной) глины /Альперович И.А. Производство лицевого глиняного кирпича. - Обзорная информация ВНИИЭСМ, М., 1978, с.4-7, с.14-17/.

Недостатком данного способа является трудность достижения в производственных условиях высокой однородности керамической массы, состоящей из смеси пластичных компонентов с большой разницей в свойствах. Кроме того, не всегда реальное производство строительной керамики располагает возможностью эксплуатации разнородного глинистого сырья.

Известен способ изготовления лицевого кирпича из красножгущегося глинистого сырья путем смешивания легкоплавкой глины с 15-50 мас.% доломита (карбонатная добавка), формования, сушки и обжига /Лундина М.Г. Добавки в шихту при производстве керамических стеновых материалов. Обзорная информация ВНИИЭСМ, М., 1974, с.70-71/.

Известен способ получения лицевого кирпича светлых тонов из обычных красножгущихся легкоплавких глин методом объемного окрашивания массы состава (об.%): глина кембрийская - 45, песок кварцевый - 20, мел тонкодисперсный - 35% /Альперович И.А. Новое в технологии лицевого керамического кирпича объемного окрашивания. Строительные материалы, 1993, №7, с.5-9/.

Сущность технологии объемного окрашивания массы за счет введения карбонатных добавок (известняка, мела, доломитовой муки) в указанных способах заключается в тонком измельчении красящих (осветляющих) добавок в шаровой или струйной мельницах сухим способом до фракции, проходящей через сито 0088 в количестве не менее 90%, и тщательном смешении полученного порошка с пластичной глиномассой на эффективном глиноперерабатывающем оборудовании /Альперович И.А., Смирнов А.В. Лицевой керамический кирпич объемного окрашивания в современной архитектуре. Строительные материалы, 1990, №12, с.4-6/.

Недостатком указанных способов является трудность достижения в производственных условиях гомогенного состояния при смешении порошкообразной тонкодисперсной добавки с глиной в тестообразном состоянии вследствие резкого расхождения компонентов по влажности и пластическим свойствам, что обусловливает постоянную опасность неоднородности смешения и как следствие неполноты реакции связывания оксида кальция, что резко отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах изделия, приводя в некоторых случаях даже к его к разрушению за счет гидратации свободного (не вступившего в реакцию) оксида кальция во время хранения либо при эксплуатации изделия в строительных конструкциях.

Наиболее близким к предлагаемому является состав и способ изготовления лицевого кирпича светло-желтого и кремового цветов из красножгущихся глин путем совместного сухого помола 15-90 мас.% легкоплавкой глины с карбонатной добавкой в соотношении 1:1-3:1 до тонкости помола с остатком на сите 006 не более 10% и последующим смешиванием тонкодисперсного глинистокарбонатного порошка с оставшейся глиной /Рыбьев И.А., Серегин А.А., Скрыльников Д.К. Способ изготовления лицевого кирпича. А.с. 874710, опубл. 23.10.81, БИ №39/. Недостатком данного способа является, как и в предыдущих случаях, необходимость тщательной гомогенизации смеси увлажненной глины и сухой тонкомолотой глинокарбонатной добавки.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение механической прочности, морозостойкости и декоративных свойств изделий.

Изобретение заключается в активизации процессов структурообразования и формирования окраски керамической массы на основе легкоплавкой красножгущейся глины в сочетании с минеральной добавкой, что обеспечивается совокупностью операций, состоящих в том, что минеральная добавка подготавливается по шликерному способу путем измельчения осветляющего компонента добавки совместно с 8-10% глины от массы осветляющего компонента добавки в шаровой мельнице до остатка на сите 0088 не более 2-3% с последующим введением в суспензию упрочняющего тонкодисперсного компонента добавки, затем полученный шликер плотностью 1,70-1,72 г/см³ смешивается с глиной, часть которой предварительно высушивается до влажности 6-8%, керамическая масса гомогенизируется и вылеживается в течение не менее 24 часов.

В составе минеральной добавки в качестве осветляющего компонента используется мергель с размером частиц менее 2 мм с содержанием известняка не менее 75%, а в качестве упрочняющего компонента - тонкодисперсный волластонитовый концентрат с размером частиц менее 0,063 мм с содержанием волластонита не менее 80% при их соотношении в керамической массе состава (мас.%): легкоплавкая глина - 50-60, мергель - 30-35, волластонитовый концентрат - 10-15.

Подготовка минеральной добавки по шликерному способу состоит в тонком помоле мергеля с добавкой глины в количестве 8-10% от массы мергеля в шаровой мельнице мокрым способом до остатка на сите 0088 не более 2-3% с последующим смешением суспензии с тонкодисперсным волластонитовым концентратом. Введение глины при помоле карбонатной составляющей в количестве 8-10% от массы мергеля необходимо для повышения седиментационной устойчивости суспензии. Для регулирования вязкости шликера используется комплексная разжижающая добавка в количестве 0,3% от массы глины в твердой части шликера, представляющая смесь жидкого стекла плотностью 1,45 г/см³ и кальцинированной соды в соотношении 1:2.

Добавка мергеля с содержанием известняка не менее 75% выполняет в составе керамической массы на основе красножгущейся глины функцию цветоформирующего (осветляющего) компонента.

Добавка волластонитового концентрата с содержанием волластонита не менее 80% используется как упрочняющий компонент керамической массы и представляет собой продукт обогащения волластонитовых пород с размером частиц менее 0,063 мм.

Выбор мергелистой породы как цветообразующей минеральной добавки определяется особенностями поведения карбоната кальция в комбинациях с красножгущимися глинами при обжиге, заключающимися в осветлении керамической массы за счет синтеза новых железосодержащих соединений, связывающих красящий оксид железа в минералы с бесцветной или малоинтенсивной окраской.

Использование добавки мергеля с содержанием кальцита не менее 75% в количествах менее 30% не обеспечивает получение необходимого светло-желтого цвета, обусловливая кремовые и оранжевые оттенки изделия. Увеличение количества добавки мергеля более 35% приводит к увеличению пористости керамического черепка и необходимости повышения температуры обжига для интенсификации процесса спекания.

Выбор волластонитового концентрата в качестве упрочняющего компонента в случае использования известняков как отбеливающей добавки в технологии керамического кирпича вызван необходимостью повышения прочности черепка за счет армирования керамической матрицы. Кроме того, применение волластонита позволяет решить комплекс вопросов по улучшению качества масс, полуфабриката и, в конечном счете, готовых изделий. В частности, улучшить сушильные свойства сырца, снизить усадку, повысить прочность и морозостойкость готового изделия.

Использование добавки волластонитового концентрата в количествах менее 10% не обеспечивает достижения необходимого уровня прочностных свойств. Введение добавки более 15% приводит к ухудшению пластических и формовочных свойств глинокарбонатных масс за счет увеличения доли непластичных компонентов.

Измельчение мергелистой добавки до крупности менее 0,088 мм мокрым способом необходимо для создания однородной мелкозернистой массы, равномерно распределенной по всему объему глинистой массы и обладающей развитой поверхностью контакта с глинистыми частицами, обеспечивающей максимальную полноту протекания процессов связывания оксида железа в бесцветные соединения.

Вылеживание массы в шихтозапаснике в течение не менее 24 часов необходимо для обеспечения полноты протекания массообменных процессов в системе «глина влажная - глина сухая - известковолластонитовый шликер», состоящих в перераспределении части свободной воды, вносимой с обводненной глинистой породой и шликером, в связанное состояние при переходе ее в гидратные оболочки по мере набухания сухой глины.

Пример:

Изделия по заявляемому способу изготавливаются по общепринятой технологии производства керамического кирпича пластическим формованием с обжигом при температуре 1020-1030°С.

В качестве глинистого сырья для керамического кирпича используется легкоплавкая красножгущаяся глина Воронинского месторождения Томской области.

В качестве карбонатного сырья как одной из составляющих минеральной добавки используется мергель Каменского месторождения Томской области с содержанием собственно известняка не менее 75%.

В качестве упрочняющей добавки применяется волластонитовый концентрат как продукт обогащения волластонитсодержащей породы Синюхинского месторождения Алтайского края, которая представляет собой волластонитдиопсидовое сырье (64,8% волластонита и 26,6% диопсида) с незначительными примесями кварца (3,8%), кальцита (3,5%) и магнезита (1,3%).

Целесообразность выбора волластонитового концентрата определяется игольчатым габитусом его частиц с длиной иглы от 20 до 200 мкм и толщиной от 2 до 10 мкм, создающих в керамической матрице пространственный каркас из взаимно переплетенных игл и придающих тем самым керамическому изделию постоянство размеров и высокую прочность. Прокаливание волластонитовой породы при 1000°С практически не сказывается на изменении формы и геометрических параметров частиц, что свидетельствует о термостабильности волластонита до 1000°С.

Характеристика сырьевых компонентов по химическому составу приведена в табл.1.

Так как одним из непременных условий технологии объемного окрашивания является необходимость тонкого измельчения красящих добавок в шаровой или струйной мельницах до фракции, проходящей через сито 0088 в количестве не менее 97-98%, мергелистая порода подвергается операции первичного дробления в щековой дробилке до прохождения через сито с размером ячейки 2 мм и последующему тонкому помолу в шаровой мельнице мокрым способом с добавлением в качестве стабилизатора, предотвращающего расслоение суспензии, глины в количествах 8-10% от твердой части шликера. Добавка измельчается до остатка на сите №0088 не более 2-3%.

Продукт измельчения представляет собой шликер плотностью 1,70-1,72 г/см³. Для обеспечения жидкотекучего состояния карбонатной суспензии вводится комплексная разжижающая добавка в количестве 0,3% от массы глины в твердой части шликера, представляющая смесь жидкого стекла плотностью 1,45 г/см³ и кальцинированной соды в соотношении 1:2.

Поскольку технологическая добавка для равномерности распределения по всему объему керамической массы используется в шликероподобном состоянии, то для получения на производстве пластичной керамической массы с формовочной влажностью 19-21% из глин с карьерной влажностью, которая зачастую более 20-22%, необходимо введение разувлажняющего сырья. Поэтому подготовка глинистого компонента керамической массы предполагает сушку части глины в сушильном барабане до влажности 6-8%, другая необходимая часть глины используется со складской (карьерной) влажностью.

Дозировка всех компонентов производится весовым способом. Компонентные составы керамических масс приведены в табл.2.

Формование кирпича-сырца производится традиционным способом. Далее сырец равномерно высушивается в сушилах до влажности 4-6%.

Обжиг полуфабриката производится при температуре 1020-1030°С в течение 36 часов с выдержкой при конечной температуре не менее 2 часов. Понижение температуры обжига менее 1000°С не обеспечивает полноты протекания процесса спекания и формирования структуры керамического кирпича, обжиг при температурах более 1020-1030°С нецелесообразен по экономическим соображениям ввиду повышения расходов энергоносителя. Свойства обожженных изделий приведены в табл.3.

Шликерный способ подготовки и введения минеральной добавки обеспечивает гомогенное распределение составляющих добавки по всему объему керамической массы и как следствие полноту протекания реакций синтеза железосодержащих соединений с бесцветной или малоинтенсивной окраской, обеспечивающих равномерный светло-желтый цвет изделий. Использование в составе добавки волластонитового концентрата обеспечивает создание в керамической матрице пространственного каркаса из взаимно переплетенных игл и придает тем самым керамическому изделию постоянство размеров, высокую прочность и морозостойкость.

Способ изготовления строительной керамики светло-желтого цвета и ее состав

Таблица 1 Химический состав сырьевых компонентов
Глина	Содержание оксидов, % мас
SiO2	Al2О3	Fe2О3	CaO	MgO	R2O	Δmпрк
Глина воронинская	65,84	14,28	4,76	4,20	2,45	1,51	6,96
Мергель каменский	14,36	4,46	0,73	43,44	1,06	-	35,85
Волластонитовый концентрат	50,11	1,04	1,81	46,09	0,48	0,40	-
Таблица 2 Компонентный состав керамических масс
компоненты	Содержание компонентов в составах, мас.%
	1	2	3	Запредельные составы
А	Б	В
Глина воронинская	60	55	50	70	65	40
Мергель каменский	30	30	35	25	27,5	40
Волластонитовый концентрат	10	15	15	5	7,5	20

Способ изготовления строительной керамики светло-желтого цвета и ее состав

Таблица 3 Керамические свойства изделий
Показатели свойств	Прототип	Составы
		1	2	3	Запредельные составы
А	Б	В
Температура обжига, °С	1020	1020	1020	1020	1020	1020	1020
Водопоглощение, %	11,5-12,2	13,5	13,9	13,9	12,1	12,3	14,3
Предел прочности при сжатии, σсж, МПа	22,4-26,6	35,5	36,1	36,3	30,1	30,5	37,3
Морозостойкость, циклы	35	Более 35	Более 35	Более 35	Более 35	Более 35	Более 35
Цвет черепка	Светло-кремовый	Светло-желтый	Светло-желтый	Светло-желтый	кремовый	Кремовый	Светло-желтый

1. Способ изготовления строительной керамики светло-желтого цвета на основе легкоплавкой красножгущейся глины, включающий приготовление минеральной добавки, смешивание добавки с глиной, пластичное формование изделий и обжиг, отличающийся тем, что добавку приготавливают по шликерному методу путем измельчения осветляющего компонента добавки совместно с 8-10% глины от массы осветляющего компонента в шаровой мельнице до остатка на сите 0088 не более 2-3% с последующим введением в суспензию упрочняющего тонкодисперсного компонента добавки, затем полученный шликер плотностью 1,70-1,72 г/см³ смешивают с глиной, часть которой предварительно высушивают до влажности 6-8%, полученную керамическую массу гомогенизируют и вылеживают в течение не менее 24 ч, а обжиг ведут при температуре 1020-1030°С, при этом в качестве осветляющего компонента используют мергель с размером частиц менее 2 мм с содержанием известняка не менее 75 мас.%, а в качестве упрочняющего тонкодисперсного компонента - волластонитовый концентрат с размером частиц менее 0,063 мм с содержанием волластонита не менее 80 мас.%.

2. Состав для изготовления строительной керамики светло-желтого цвета на основе легкоплавкой красножгущейся глины способом по п.1, содержащий легкоплавкую красножгущуюся глину и добавку при их содержании в керамической массе, обеспечивающем следующее соотношение компонентов, мас.%:

Указанная глина	50-60
Указанный мергель	30-35
Указанный волластонит	10-15