Керамическая масса для изготовления майоликовых изделий

Керамическая масса относится к производству керамических изделий, а именно к составам для изготовления майоликовых изделий. Изобретение позволяет понизить водопоглощение и повысить термостойкость майоликовых изделий путем введения отходов извлечения кобальтового концентрата. Керамическая масса содержит, мас.%: отходы извлечения кобальтового концентрата - 20-30, череп - 5-10, глина - 60-70. Хвосты извлечения кобальтового концентрата характеризуются объемной массой 900 кг/м³, плотностью 2700 кг/м³, огнеупорностью 1180°С. 4 табл.

 

Изобретение относится к технологии производства керамики, а именно к составам для изготовления майоликовых изделий, декоративного, бытового и хозяйственного назначения.

Известка керамическая масса для изготовления майоликовых изделий (а.с. № 893956), включающая глину (в мас.%) - 30-33, песок кварцевый - 5-15, нефелин-сиенит - 20-25, каолин - 6-8, череп - 1-10, шамот - 10-25 и стеклобой - 7-10. Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе имеют недостаточную термостойкость (всего 4 цикла). Большое содержание плавней (содержание стеклобоя, нефелин-сиенита 27-35%) вызывает склонность массы к деформациям.

Другая керамическая масса (а.с. № 1196358), содержащая (в мас.%) 74-82 - глины, 8-10 - шамота, 1,5-4 - черепа, 1-3 - кварцевого песка, 1-2 - стеклобоя, 2-4 - нефелин-сиенита, 2-5 - доломита, не позволяет получить майоликовые изделия высокой термостойкости (6 циклов). Кроме того, масса имеет высокую температуру обжига (980°С) и содержит дорогие сырьевые материалы, как шамот, кварцевый песок и доломит, что увеличивает себестоимость продукции.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления майоликовых изделий, включающая глину (в мас.%) - 50-70, кварцевый песок - 10-20, шамот - 10-20, известняк - 3-15, отходы титановой эмали - 5-25% (а.с. № 1021674). Недостатком данной массы является то, что изделия после обжига при высоких температурах (Т=980-1000°С) имеют высокое водопоглощение - 13-14%. При этом термостойкость изделий 6-8 циклов. Высокое содержание кварцевого песка вызывает треск охлаждения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение водопоглощения и повышение термостойкости майоликовых изделий.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления майоликовых изделий, включающая глину, череп и хвосты обогащения, отличается тем, что в качестве хвостов обогащения она содержит хвосты извлечения кобальтового концентрата при следующем соотношении компонентов массы (мас.%): глина - 60-70, череп - 5-10, хвосты извлечения кобальтового концентрата - 20-30.

Попутные продукты извлечения кобальтового концентрата представляют собой тонкомолотый порошок серого цвета. Объемная масса - 900 кг/м³, плотность - 2700 кг/м³. Температура огнеупорности - 1180°С. В минералогический состав входят ортоклаз, кварц, карбонаты, глинистые минералы и железистые соединения. Химический состав хвостов извлечения кобальтового концентрата приведен в таблице 1.

Таблица 1
Содержание оксидов (в мас.%)
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	К2О	n.n.n.
32,72	9,33	10,02	15,47	12,01	4,50	15,60

По химическому составу хвосты извлечения кобальтового концентрата представлены как природная смесь известных плавней, как нефелин-сиенит, стеклобой и доломит.

Введение в состав массы хвостов извлечения кобальтового концентрата позволит уменьшить водопоглощение и повысить термостойкость изделий, а также снизить температуру обжига.

В качестве глинистого компонента принята легкоплавкая шеминская глина (Республика Тува) с температурой огнеупорности 1210°С. По минералогической основе указанная глина является гидрослюдисто-каолинитовой. В таблице 2 приведен химический состав шеминской глины.

Таблица 2
Содержание оксидов (в мас.%)
SiO2	Al2O3	TiO2	Fe2O3	CaO	MgO	К2O	Na2O	n.n.n.
61,22	18,24	0,98	7,68	0,60	2,58	2,16	1,55	4,92

Черепок представлен некондиционной продукцией кирпича на основе шеминской глины.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Массу (шликер) готовили путем совместного помола дозированных компонентов шихты и воды в шаровой мельнице до остатка на сите №0063 1%. Влажность готового шликера 41-42%. Текучесть шликера 5. Изделия отливали в гипсовых формах. После сушки изделия обжигали в электропечи. Температура удельного обжига 920°С, а температура политого обжига 940°С. Изделия покрывали фриттованными глазурями методами полива и пульверизации. Глазурь имела следующий химический состав, мас.%: SiO₂ - 64,8; В₂О - 18,4; Al₂О₃ - 4,9; ZnO₂ - 1,2; BaO - 0,7; CaO - 1,4; К₂О - 3,9; Na₂O - 4,7.

В таблице 3 представлен шихтовый состав масс. В составах 2-4 даны оптимальные соотношения компонентов, в составах 1 и 5 даны их запредельные значения.

Таблица 3
Компоненты	Номера составов и Содержание компонентов, мас.%
1	2	3	4	5
Глина	75	70	65	60	60
Череп	10	10	7	5	5
Отходы извлечения кобальтового концентрата	15	20	25	30	35

В таблице 4 приведены свойства полученных изделий.

Оптимальные составы 2-4 приняты на основе следующих позиций. При добавке 15% предлагаемых отходов полученные майоликовые изделия имеют высокое водопоглощение (13,4%) и недостаточную термостойкость (8 циклов), как у аналога. При увеличении содержания вводимой добавки более 30% (состав 5) черепок при удельном обжиге сильно спекается и становится более плотным. В результате при нанесении глазури последняя плохо впитывается в черепок.

Результаты испытаний показали эффективность введения предлагаемой добавки в количестве 20-30%. Именно при указанном содержании отходов извлечения кобальтового концентрата в составе массы достигается снижение водопоглощения и повышение термостойкости изделий. Снижение водопоглощения обеспечивается за счет образования определенного количества жидкой стеклофазы в результате реакции между компонентами глины и предлагаемой добавки при термической обработке. Стеклофаза цементирует более тугоплавкие частицы массы и соответственно уменьшает общий объем внутренних микропор.

Высокая термостойкость полученных изделий обеспечивается образованием плотной и оптимальной структуры, в создании которой участвовали магниевые, кальциевые и железистые шпинели, кристаллизовавшиеся при спекании керамической массы. Шпинели на основе щелочеземельных оксидов (RO) всегда отличаются низким коэффициентом линейного термического расширения.

По сравнению с аналогом, предлагаемая масса более дешевая, так как не содержит дорогих компонентов, как шамот, кварцевый песок и известняк.

Применение предлагаемой керамической массы позволяет:

- получить майоликовые изделия с пониженным водопоглощением и высокой термостойкостью;

- снизить себестоимость продукции за счет использования отходов производства, которые не нуждаются в дальнейшей технологической переработке;

- утилизировать отходы производства;

- предотвращать загрязнение окружающей среды.

Керамическая масса для изготовления майоликовых изделий, включающая глину, череп 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 1180°С, минералогическим составом, включающим ортоклаз, кварц, карбонаты, глинистые минералы и железистые соединения, химическим составом, включающим (в мас.%): SiO₂ - 32,72; Al₂O₃ - 9,33; CaO - 15,47; MgO - 12,01; R₂O - 4,50; п.п.п. - 15,60 при следующем соотношении компонентов массы, мас.%:

Глина	60-70
Череп	5-10
Хвосты извлечения кобальтового концентрата	20-30