Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки
Владельцы патента RU 2278089:
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в производстве облицовочной керамической плитки для внутренних отделочных работ. Техническим результатом изобретения является снижение водопоглощения и линейной огневой усадки получаемой плитки и увеличение ее прочности при изгибе при одновременном понижении температуры обжига. Указанный технический результат достигается тем, что керамическая масса включает глину легкоплавкую, отходы обогащения медно-никелевых руд и нефелиновый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина легкоплавкая - 30-40; отходы обогащения медно-никелевых руд - 50-55; нефелиновый концентрат - 7-15. Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%: хлорит, гидрохлорит - 55,8-58,32, серпентиновые минералы - 11,3-14,65, тальк - 11,15-13,8, титаномагнетит, магнетит, хромит - 7,18-8,0, гипс - 1,95-2,10, альбит - 2,0-2,3, кварц - 1,98-2,21, пироксены - 1,0-1,56, амфиболы - 4,0-5,05. Используемый нефелиновый концентрат содержит 81-85 масс. % нефелина и 5-10 масс. % полевых шпатов. Использование предлагаемой массы позволяет получать облицовочные плитки, имеющие водопоглощение 8,3-12,8 %, прочность при изгибе до 25,9 МПа при температуре обжига 1050-1100°С и линейной огневой усадке 0,1-1,4 %. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в производстве облицовочной керамической плитки для внутренних отделочных работ.
При изготовлении строительных керамических изделий широко используются промышленные отходы горнорудных и металлургических предприятий. Такие отходы имеют сложный минеральный состав, что отрицательно сказывается на технических характеристиках получаемых изделий. При производстве керамических изделий, в том числе облицовочной керамической плитки, с использованием отходов обогащения медно-никелевых руд общими недостатками получаемых изделий являются высокое водопоглощение и низкие прочностные характеристики. Для улучшения эксплуатационных свойств применяют повышенные температуры обжига изделий, что вызывает деформацию и оплавление части изделий, увеличивая процент брака. Кроме того, повышаются энергозатраты при обжиге изделий. Оптимальной температурой обжига при получении керамических изделий для внутренних отделочных работ является температура в диапазоне 1050-1100°С.
Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. Глодин Ю.Н. Отходы (хвосты) флотации медно-никелевых руд как сырьевой материал для производства кислотоупорных и износоустойчивых керамических изделий: Труды НИИ строительной керамики.- М., 1966, вып.26, с.37-59), включающая 50 мас.% глины легкоплавкой и 50 мас.% отходов обогащения медно-никелевых руд.
Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий минералогический состав, мас.%:
| Оливины | 35-40 |
| Серпентины, хлорит, тальк | 17-19 |
| Пироксены | 25-30 |
| Флогопит | 7-9 |
| Магнетит | 9-11 |
| Пирротин | 0,2-0,3 |
Получаемая облицовочная плитка в интервале температур обжига 1050-1100°С имеет водопоглощение 10,9-13,8%, прочность при изгибе не более 9,0 МПа, линейную огневую усадку 0,5-2,3%.
Недостатком данной керамической массы является повышенное водопоглощение, невысокая прочность при изгибе получаемых изделий и их повышеннная линейная огневая усадка.
Известна также керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. патент РФ № 2093491, МПК6 С 04 В 33/00, 1997), включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, взятые в соотношении 1:0,67-0,80, что соответствует их содержанию, мас.%: глина легкоплавкая 40,1-44,4, отходы обогащения медно-никелевых руд 55,6-59,9.
Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:
| Серпентиновые минералы | 50,0-90,0 |
| Тальк | 0,3-20,0 |
| Магнетит | 5,0-15,0 |
| Оливины, пироксены, амфиболы | 0,2-20,0 |
| Кальцит, доломит | 0,1-5,0 |
| Пирротин, пирит, пентландит, | |
| халькопирит | 1,0-3,0 |
Температура обжига керамической массы составляет 1100-1170°С. Получаемые при этом изделия имеют водопоглощение 11-14%, прочность при изгибе 15,7-29,0 МПа. При снижении температуры обжига до 1080°С указанные свойства ухудшаются: водопоглощение повышается до 17%, прочность при изгибе снижается до 15 МПа.
Недостатком известной керамической массы является повышенное водопоглощение получаемых плиток и недостаточно высокая их прочность при изгибе. К недостаткам известной массы следует также отнести повышенную (свыше 1100°С) температуру обжига получаемых изделий, что увеличивает их линейную огневую усадку.
Техническим результатом изобретения является снижение водопоглощения и линейной огневой усадки получаемой плитки и увеличение ее прочности при изгибе при одновременном понижении температуры обжига.
Указанный технический результат достигается тем, что керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, согласно изобретению дополнительно содержит нефелиновый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Глина легкоплавкая | 30-40 |
| Отходы обогащения медно-никелевых руд | 50-55 |
| Нефелиновый концентрат | 7-15 |
Технический результат достигается также тем, что отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:
| Хлорит, гидрохлорит | 55,8-58,32 |
| Серпентиновые минералы | 11,3-14,65 |
| Тальк | 11,15-13,8 |
| Титаномагнетит, магнетит, хромит | 7,18-8,0 |
| Гипс | 1,95-2,10 |
| Альбит | 2,0-2,3 |
| Кварц | 1,98-2,21 |
| Пироксены | 1,0-1,56 |
| Амфиболы | 4,0-5,05 |
Технический результат достигается и тем, что нефелиновый концентрат содержит 81-85 мас.% нефелина и 5-10 мас.% полевых шпатов.
Введение нефелинового концентрата указанного состава в сочетании с другими компонентами керамической массы обеспечивает образование стекловидных расплавов, которые разрушают частицы тугоплавких окислов, вовлекая в расплав новые окислы с образованием единого монолита. Это улучшает процесс спекания и обеспечивает снижение водопоглощения при пониженных температурах обжига.
Используемая легкоплавкая глина относится к каолинито-гидрослюдистым. Введение в состав керамической массы глины в количестве 30-40 мас.% позволяет получить необходимое количество алюмосиликатного расплава, обеспечивающего спекание массы, что повышает прочностные характеристики и снижает водопоглощение получаемых изделий.
Основными компонентами отходов обогащения медно-никелевых руд являются хлориты и гидрохлориты, имеющие каолинитоподобную структуру. Это позволяет улучшить формовочные свойства массы, интенсифицировать процесс спекания за счет более раннего появления расплава пониженной вязкости и, как следствие, формирование плотного черепка с повышенными физико-механическими характеристиками: прочностью и водопоглощением. Кроме того, используемые отходы имеют крупность менее 0,01 мм, что не требует их дополнительного измельчения, а также высокую удельную поверхность, что обеспечивает хорошую реакционную способность при обжиге.
Введение в керамическую массу отходов обогащения медно-никелевых руд в количестве менее 50 мас.% и глины в количестве более 40 мас.% вызывает в расплаве интенсивную кристаллизацию определенных фаз, в частности анортита, что приводит к ухудшению спекаемости массы и, как следствие, увеличению водопоглощения и снижению прочности при изгибе готовых изделий.
Содержание в керамической массе отходов более 55 мас.% при содержании нефелинового концентрата менее 7 мас.% увеличивает водопоглощение изделий в результате неполного связывания оксидов кальция и магния, содержащихся в отходах.
При содержании нефелинового концентрата менее 7 мас.% и содержании глины менее 30 мас.% происходит образование недостаточного количества жидкой фазы, что приводит к понижению прочности при изгибе изделий и требует повышенной температуры обжига.
Содержание нефелинового концентрата более 15 мас.% при повышенном (более 40 мас.%) содержании глины приводит к образованию стеклофазы с микротрещиноватой структурой, в результате чего снижается прочность и увеличивается линейная огневая усадка керамической плитки.
Керамическую массу предлагаемого состава готовят по следующей технологии. Глину легкоплавкую смешивают с нефелиновым концентратом в заявленных соотношениях и подвергают предварительному помолу в течение 3 ч до обеспечения крупности менее 0,05 мм. Затем добавляют отходы обогащения медно-никелевых руд в количестве 50-55 мас.% и перемешивают в течение 1 ч. Полученную смесь увлажняют водой до влажности 7-9% и формуют изделия прессованием в два этапа. Первоначально для удаления воздуха образцы прессуют при удельном давлении 5 МПа, а затем при давлении 21 МПа. Для исключения деформации при обжиге сушку отформованных изделий проводят в течение 20 мин при температуре 240°С. Обжиг изделий ведут при температуре 1050-1100°С.
Примеры составов керамической массы приведены в Таблице 1. Основные характеристики полученных керамических плиток приведены в Таблице 2.
| Таблица 1 | |||
| Компоненты керамической массы | Содержание компонентов в составах массы, мас.% | ||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | |
| Глина легкоплавкая | 30 | 38 | 40 |
| Отходы обогащения | 55 | 50 | 53 |
| Нефелиновый концентрат | 15 | 12 | 7 |
Из данных Таблиц 1 и 2 видно, что керамическая масса согласно заявляемому изобретению по сравнению с прототипом позволяет получать облицовочные плитки, имеющие пониженное (8,3-12,8%) водопоглощение, более высокую (до 25,9 МПа) прочность при изгибе при температуре обжига 1050-1100°С и пониженной (0,1-1,4%) линейной огневой усадке.
| Таблица 2 | ||||||||||
| Показатель | Составы керамической массы | Составы по прототипу | ||||||||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | 1 | 2 | 3 | |||||
| Температура обжига, °С | 1050 | 1100 | 1050 | 1100 | 1050 | 1100 | 1080 | 1120 | 1170 | 1100 |
| Прочность при изгибе, МПа | 17,6 | 22,1 | 20,5 | 25,9 | 18,1 | 24,2 | 15,0 | 24,0 | 29,0 | 15,7 |
| Водопоглощение,% | 12,8 | 9,5 | 11,0 | 8,3 | 11,8 | 9,0 | 17,0 | 12,0 | 11,0 | 14,0 |
| Кажущаяся плотность, г/см3 | 2,41 | 2,44 | 2,43 | 2,48 | 2,38 | 2,46 | 2,45 | 2,60 | 2,60 | 2,50 |
| Температурный коэффициент линейного расширения, α· 10-6°C-1 | 5,45 | 5,90 | 5,35 | 5,85 | 5,40 | 5,88 | - | - | - | - |
| Линейная огневая усадка,% | 0,2 | 1,4 | 0,1 | 1,0 | 0,2 | 1,3 | - | - | - | - |
1. Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, отличающаяся тем, что масса дополнительно содержит нефелиновый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Глина легкоплавкая | 30-40 |
| Отходы обогащения медно-никелевых руд | 50-55 |
| Нефелиновый концентрат | 7-15 |
2. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:
| Хлорит, гидрохлорит | 55,8-58,32 |
| Серпентиновые минералы | 11,3-14,65 |
| Тальк | 11,15-13,8 |
| Титаномагнетит, магнетит, хромит | 7,18-8,0 |
| Гипс | 1,95-2,10 |
| Альбит | 2,0-2,3 |
| Кварц | 1,98-2,21 |
| Пироксены | 1,0-1,56 |
| Амфиболы | 4,0-5,05 |
3. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что нефелиновый концентрат содержит 81-85 мас.% нефелина и 5-10 мас.% полевых шпатов.
