Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий
Владельцы патента RU 2287501:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к производству стеновых керамических изделий и может быть использовано для изготовления строительных материалов. Технический результат - повышение прочности и морозостойкости материала. Сырьевая смесь содержит следующие компоненты, мас.%: микрокремнезем 60,9-70,5, термообработанный суглинок 20,4-26,1, углеродсодержащий отход алюминиевого производства - пыль электрофильтров 9,1...13,0. Способ изготовления стеновых керамических изделий из вышеназванной сырьевой смеси включает приготовление сырьевой шихты, формование, сушку, обжиг при 875 и 950°С, увлажнение. Перед приготовлением шихты закарбонизованный суглинок измельчают и проводят термическую обработку при 500°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к производству стеновых керамических изделий и может быть использовано для изготовления строительных материалов.
Наиболее близко к предлагаемой сырьевой смеси по технической сущности и достигаемому эффекту является сырьевая смесь, включающая, мас.%: микрокремнезем 59...77, глиежи 26...41 [1].
Недостатком указанных смесей являются относительно низкие значения прочности и морозостойкости.
Технический результат - повышение прочности и морозостойкости материала.
Технический результат достигается тем, что в качестве сырьевых компонентов используется микрокремнезем производство кристаллического кремния, термически обработанный при 500°С закарбонизованный суглинок и пыль электрофильтров основного производства алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Микрокремнезем | 60,9...70,5 |
| Термообработанный суглинок | 20,4...26,1 |
| Пыль электрофильтров | 9,1...13,0 |
Микрокремнезем производства кристаллического кремния является дисперсным отходом с удельной поверхностью 25...34 м2/г и содержанием аморфного оксида кремния до 93 мас.%. Химический состав микрокремнезема (мас.%): SiO2 86-93; Fe2O3 0,14-1,28; MgO 1,03-1,20; Na2O 0,39-0,46; К2О 0,28-0,42; Al2O3 0,7-1,05; CaO 0,26-0,44; ППП 3,7-5,29.
Пыль электрофильтров представляет собой дисперсный отход бурого цвета с размером частиц 5-8 мкм. Выбор пыль электрофильтров в качестве добавки для интенсификации процессов спекания техногенного сырья и улучшения свойств керамических изделий обусловлен наличием в ее составе целого ряда ценных (маловязких в температурном интервале обжига керамических изделий) минерализующих составляющих: фторидов кальция, магния, алюминия, криолита и др.
Пыль электрофильтров Братского алюминиевого завода содержит (мас.%): F - 16; Al - 12; Na - 9,9; Са - 0,46; Mg - 0,1; SiO2 - 0,65; Fe2О3 - 2,87; ППП - до 38.
Закарбонизированный суглинок Анзебинского месторождения содержит (мас.%): SiO2 - 55,0; Al2О3 - 14,92; Fe2О3 - 5,52; CaO - 5,0; MgO - 5,48; ППП - 9,66; Na2O+К2O - 4,12; Н2O - 1,52. Суглинок относится к умеренно пластичному сырью (число пластичности 8,47-16,98) с низкой чувствительностью (коэффициент чувствительности 0,71-1,21).
Термическая обработка суглинка осуществлялась в лабораторной обжиговой печи. Температура термообработки составляет 500°С. Результаты дифференциально-технического анализа (ДТА) свидетельствуют о развитии процессов дегидратации глинистых минералов при указанной температуре (500°С).
При этом идет аморфизация структуры и деформация кристаллических решеток исходных минералов глинистого сырья физико-химической активности суглинка.
Сочетание микрокремнезема, термообработанного закарбонизованного суглинка и пыли электрофильтров обуславливает образование при обжиге высокопрочных, долговечных кристаллических фаз - упрочняющий керамический черепок.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ [1], включающий приготовление шихты, формование, сушку, обжиг изделия при 900 и 950°С и увлажнение после обжига. Недостатком указанного способа являются относительно низкие значения прочности и морозостойкости.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления стеновых керамических изделий включает приготовление шихты, формование, сушку, обжиг и увлажнение, а также дополнительно включает предварительное измельчение и термическую обработку закарбонизованного суглинка при 500°С.
Дополнительное упрочнение образцов (в отдельных случаях) после испытания на морозостойкость состав 1, температура обжига 875 и 950°С, свидетельствует о синтезе при обжиге гидравлически активных фаз, проявляющих физико-химическую активность при увлажнении в процессе испытания на морозостойкость.
Пример. Для приготовления сырьевой смеси используют микрокремнезем - отход производства кристаллического кремния Братского алюминиевого завода.
Суглинок предварительно измельчают в лабораторной мельнице до фракции 1 мм и менее, после чего подвергают термической обработке в муфельной печи при 500°С. Продолжительность термообработки при 500°С составляет 2 часа.
Термообработанный суглинок смешивают с микрокремнеземом и пылью электрофильтров, после чего вводят воду в количестве, необходимом для получения шихты влажностью 16%. Содержание ингредиентов (в мас.%) в предлагаемых составах приведено в таблице 1 (составы 1 - 3). Из полученной шихты методом полусухого прессования при давлении 25 МПа формуют образцы - цилиндры диаметром 40 мм, которые высушивают при 60°С до постоянной массы и обжигают при 800, 875 и 950°С.
Для обожженных изделий определяют среднюю плотность, водопоглощение, прочность.
Конкретные значения оцениваемых параметров приведены в таблице 2.
| Таблица 1. | |||
| Компоненты составов | Содержание ингредиентов в составе (мас.%) | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Микрокремнезем производства кристаллического кремния | 70,5 | 65,6 | 60,9 |
| Термообработанный суглинок | 20,4 | 23,3 | 26,1 |
| Пыль электрофильтров основного производства алюминия | 9,1 | 11.1 | 13,0 |
| Таблица 2. | ||||||||||
| Показатели | Составы | Известный состав | ||||||||
| 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | ||
| Температура обжига, °С | 800 | 875 | 950 | 800 | 875 | 950 | 800 | 875 | 950 | 900...950 |
| Средняя плотность, г/см3 | 1,15 | 1,16 | 1,21 | 1,21 | 1,23 | 1,27 | 1,28 | 1,31 | 1,34 | 1,25...1,26 |
| Прочность при сжатии после обжига, МПа | 28,7 | 18,2 | 23,7 | 29,2 | 22,0 | 22,7 | 29,8 | 25,8 | 21,8 | 13,0...14,6 |
| Прочность при сжатии влажных образцов, МПа | 24,9 | 19,3 | 21,8 | 26,9 | 22,6 | 22,3 | 28,8 | 25,8 | 22,8 | 16,4...23 |
| Водопоглощение, % | 38,5 | 28,0 | 33,4 | 36,6 | 30,9 | 33,2 | 34,7 | 33,9 | 33,1 | 28,7...29,3 |
| Морозостойкость, циклы | 85 | 100 | 125 | 85 | 100 | 125 | 85 | 100 | 175 | 15 |
| Прочность при сжатии влажных образцов после испытания на морозостойкость, МПа | 24 | 26,3 | 27,2 | 24,6 | 22 | 22,8 | 25,1 | 21,7 | 18,4 | - |
| Прирост прочности влажных образцов после испытания на морозостойкость, % | - | 36,0 | 24,9 | - | - | - | - | - | - | - |
Литература
1. Патент РФ №2130912 МКИ6 С 04 В 35/14, 35/16. Сырьевая смесь и способ изготовления стеновых керамических изделий. Садович М.А., Волкова О.Е., Яковлев Е.И. // Бюл. Откр. Изобр. - 2001. - №14.
1. Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий, содержащая микрокремнезем и алюмосиликатный компонент, отличающаяся тем, что она включает в качестве алюмосиликатного компонента термически обработанный закарбонизованный суглинок с содержанием СаО+MgO 10-11%, а также дополнительно включает углесодержащий отход алюминиевого производства - пыль электрофильтров при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Микрокремнезем | 60,9-70,5 |
| Термообработанный суглинок | 20,4-26,1 |
| Пыль электрофильтров | 9,1-13,0 |
2. Способ изготовления стеновых керамических изделий из сырьевой смеси по п.1, включающий приготовление сырьевой шихты, формование, сушку, обжиг при температуре 875 и 950°С и увлажнение, отличающийся тем, что перед приготовлением сырьевой шихты закарбонизованный суглинок измельчают и подвергают термической обработке при 500°С.
