Керамическая масса
Владельцы патента RU 2416585:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве керамических строительных материалов, например для лицевого кирпича. Техническим результатом изобретения является повышение прочности изделий. Керамическая масса содержит кембрийскую глину, песок и отработанный керамический сорбент после очистки сточных вод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина кембрийская - 65-75; песок - 15-20; отработанный керамический сорбент - 10-15. 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве керамических строительных материалов, например для лицевого кирпича.
Известны керамические массы, содержащие в качестве отощителя песок, металлургические шлаки и другие твердые техногенные продукты (М.И.Роговой «Технология искусственных пористых заполнителей и керамики». М., Стройиздат, 1974, с.179-185). Недостатком таких составов является невысокая прочность при сжатии.
Наиболее близкой к предлагаемому составу является керамическая масса, содержащая кембрийскую глину и отощитель, в качестве которого используется песок или купершлак, предварительно обработанный потоком ускоренных электронов при оптимальном значении поглощенной дозы, находящемся в диапазоне 50-150 кГр (RU №2281925, С04В 33/02, С04В 33/16, опубл. 20.08.2006) при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| глина кембрийская | 65-75 |
| отощитель, обработанный потоком ускоренных электронов | 25-35. |
Недостатком указанного состава является недостаточно высокая прочность керамического кирпича при сжатии и дорогой способ обработки отощителя.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности керамического кирпича.
Поставленная задача достигается тем, что керамическая масса, содержащая кембрийскую глину и песок, дополнительно содержит отработанный керамический сорбент после очистки сточных вод при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| глина кембрийская | 65-75 |
| песок | 15-20 |
| отработанный керамический сорбент | 10-15. |
Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сжатии керамического кирпича на основе кембрийской глины, песка и отработанного керамического сорбента.
Повышение прочности материала определяется особенностями поведения катионов тяжелых металлов, сорбированных из сточных вод керамическим сорбентом, которые являются катализаторами кристаллизации, что обеспечивает получение материала с более высокой прочностью на сжатие, чем прототип за счет кристаллизации новообразований по границе раздела фаз. При этом наибольший эффект достигается при введении гетерогенных катализаторов, роль которых могут выполнять такие ионы металлов, как ионы железа, кадмия, меди, свинца и др. Увеличению прочности способствует также и то, что ионы металлов, сорбированные из сточных вод, являются d-катионами, которые за счет своих высокоэнергетических направленных связей увеличивают адгезию наполнителя матрицы и как бы армируют всю стуктуру кирпича, упрочняя керамическую матрицу. Совокупность указанных процессов позволяет получить более высокую прочность при сжатии керамического кирпича.
ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ
Изделия изготавливаются по общепринятой технологии производства керамического кирпича пластическим формованием с обжигом при температуре плюс 1000°С.
В качестве глинистого сырья для керамического кирпича используется легкоплавкая красножгущаяся кембрийская глина месторождения Красный Бор.
| Таблица 1 | |||||||
| Химический состав кембрийской глины, мас.% | |||||||
| SiO2 | TiO2+Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | К2О | SO3 | П.п.п. |
| 62,83 | 17,29 | 6,64 | 1,24 | 2,73 | 4,5 | 0,54 | 4,26 |
В качестве отощителя используется песок и отработанный керамический сорбент. В качестве сорбента использовался обожженный при температуре 650°С пресс-порошок на основе кембрийской и латненской глин. При данной температуре обжига исходные компоненты претерпевают физико-химические превращения. Например, при температуре более 600°С начинается процесс разложения доломита с образованием оксидов кальция и магния и выделением углекислого газа, при этой же температуре происходит дегидратация глинистого компонента. Именно на стадии обжига формируется пористая структура гранулированного реагента. К тому же водородный показатель растворов обожженных пресс-порошков лежит в пределах 8,9…9,1, что говорит о возможности осаждения тяжелых металлов в виде их гидроксидов. Приготовленный таким образом сорбент хорошо поглощает ионы тяжелых металлов из сточных вод. Модуль крупности данного отхода составил Мкр=1,7.
Технология производства кирпича соответствует всем производственным циклам, принятым в кирпичном производстве.
Образцы кирпича, отформованные вручную в формах размером 160×40×40 мм, сушили при температуре плюс 100°С до влажности 4-6% и обжигали при максимальной температуре плюс 1000°С с выдержкой не менее 1 часа.
После обжига определялись следующие показатели образцов: предел прочности при сжатии и при изгибе по ГОСТ 8462-85. Результаты представлены в таблице 2.
Анализ результатов, приведенных в таблице 2, свидетельствует о том, что введение в состав керамической массы в качестве отощителя песка в сочетании с отработанным керамическим сорбентом приводит к более интенсивному образованию жидкой фазы в керамическом кирпиче, что способствует повышению прочности в сравнении со значениями, достигаемыми при использовании в качестве отощителя песка, обработанного потоком ускоренных электронов.
| Таблица 2 | |||
| Физико-технические показатели образцов | |||
| Состав керамической массы | Предел прочности при сжатии, МПа | Предел прочности при изгибе, МПа | |
| Прототип | мас.% | ||
| глина кембрийская отощитель, обработанный потоком |
65-75 | Ср.15,9 | Ср.6,3 |
| Мин.13,1 | Мин.5,1 | ||
| ускоренных электронов | 25-35 | ||
| глина кембрийская | 65 | ||
| песок | 20 | Ср.26,2 | Ср.6,0 |
| отработанный керамический сорбент | 15 | Мин.15,1 | Мин.4,8 |
| глина кембрийская | 70 | ||
| песок | 15 | Ср.26,6 | Ср.6,2 |
| Мин.18,9 | Мин.5,2 | ||
| отработанный керамический сорбент | 15 | ||
| глина кембрийская | 75 | ||
| песок | 15 | Ср.25,1 | Ср.6,2 |
| отработанный керамический сорбент | 10 | Мин.16,1 | Мин.5,0 |
Ионы тяжелых металлов, сорбированные из сточных вод, являются дополнительными центрами кристаллизации стеклофазы. Все вместе взятое скрепляет керамический черепок на границе раздела фаз, и достигается повышение прочности образцов.
Проведенные исследования и анализ санитарно-химической безопасности технологии производства и готовых изделий показал, что вымывания тяжелых металлов не происходит, что позволяет дополнительно улучшить экологическую ситуацию.
Керамическая масса, содержащая кембрийскую глину и песок, отличающаяся тем, что дополнительно содержит отработанный керамический сорбент после очистки сточных вод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| глина кембрийская | 65-75 |
| песок | 15-20 |
| отработанный керамический сорбент | 10-15 |
