Керамическая масса для изготовления строительных изделий
Владельцы патента RU 2483040:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в производстве строительной керамики, преимущественно керамических плиток. Техническим результатом изобретения является повышение прочности изделий и снижение водопоглощения изделий. Керамическая масса для изготовления строительных изделий включает глину и отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе СаСО3 и CaSO4, которые при разложении в процессе нагревания обеспечивают содержание CaO в количестве 34,0-38,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина - 85-95; отходы обогащения цветных металлов - 5-15. 3 табл.
Изобретение относится к керамическим составам и может быть использовано в производстве строительной керамики, преимущественно облицовочных керамических плиток.
Известна керамическая масса, содержащая компоненты при следующем соотношении, вес.ч: глина пластичная 30-70; выгорающая добавка 2-3; отходы калийного производства - глинисто-карбонатный шлам 70-30 с содержанием хлоридов не более 32,2%, при этом полученная керамика характеризуется прочностью на сжатие, составляющей 100-150 кг/см2 (авторское свидетельство СССР №735582 А1, дата приоритета 07.01.1975, дата публикации 25.05.1980, авторы Долганов В.П. и др., SU).
Недостатком аналога является низкая прочность изделий, а также возможность образования на поверхности изделий высолов из-за наличия водорастворимых хлоридов в глинисто-карбонатном шламе.
Известна керамическая масса для изготовления облицовочных плиток, включающая три легкоплавкие глины, одна из которых является основной, другая обогащена CaO, а третья - SiO2, при следующем соотношении глин соответственно: (0,47-0,52):(0,29-0,32):(0,19-0,21), при этом содержание CaO в массе составляет 6,76-7,75%, а предел прочности плиток при изгибе соответствует 13,0-17,8 МПа (патент РФ №2189953, С2, дата приоритета 01.11.2000, дата публикации 27.09.2002, авторы Афанасьев С.В. и др., RU).
Недостатком данного аналога является низкая прочность изделий, обусловленная тем, что содержащегося в массе оксида кальция CaO недостаточно для формирования необходимого количества кристаллической фазы, за счет которой определяются прочностные характеристики изделий.
Известна керамическая масса для изготовления облицовочных плиток, принятая в качестве прототипа, содержащая следующие компоненты, мас.%: глина 64-75, песок кварцевый 10-12, плиточный бой 5-8, известняк 5-8, природный фосфорит 5-8, при этом механическая прочность изделий составляет 11,4-19,3 МПа, а водопоглощение - 17,1-25,6% (патент РФ №2049754, С1, дата приоритета 11.06.1992, дата публикации 10.12.1995, авторы Бондаренко Я.Н. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются низкая прочность и высокое водопоглощение изделий, а также многокомпонентность состава и преимущественное использование в качестве компонентов природного сырья, доставляемого из разных мест, что повышает себестоимость готовой продукции.
Задачей изобретения является повышение механической прочности и уменьшение водопоглощения изделий, сокращение количества компонентов состава и расширение сырьевой базы за счет утилизации и использования отходов обогащения цветных металлов с высокой кальцийсодержащей составляющей.
Для решения поставленной задачи керамическая масса для изготовления строительных изделий, включающая глину, отощитель, плавень и катализатор кристаллизации, согласно изобретению содержит используемые в качестве отощителя, плавня и катализатора кристаллизации отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе CaCO3 и CaSO4, которые при разложении в процессе нагревания обеспечивают содержание CaO в количестве 34,0-38,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина 85-95; отходы обогащения цветных металлов 5-15.
В качестве компонентов использовалась глина Компановского месторождения и отходы обогащения цветных металлов ОАО «Красцветмет», характеризуемые содержанием окиси кальция СаО 34,0-38,0% и их мелкодисперсной структурой. Химический состав компонентов, используемых для составления предлагаемых сырьевых смесей, приведен в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Сырье | Составы, мас.% | |||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | TiO2 | CaO | MgO | K2O | Na2O | SO3 | п.п.п. | |
| Глина Компановского месторождения | 67,4 | 18,5 | 3,08 | 0,82 | 1,63 | 1,89 | 1,06 | 0,12 | - | 5,5 |
| Отходы обогащения цветных металлов ОАО «Красцветмет» | 2,14 | 1,32 | 0,21 | - | 36,8 | 4,08 | - | - | 1,5 | 53,95 |
Технология изготовления изделий из заявленной керамической массы заключается в следующем. Высушенную глину размалывают в шаровой мельнице, отходы обогащения цветных металлов высушивают в сушильном шкафу до влажности 4-6%. Состав приготавливают смешиванием глины с отходами до однородного состояния, затем добавляют воду до формовочной влажности 10-12%. Из подготовленной массы полусухим прессованием при удельном давлении 25-27 МПа формуют образцы цилиндрической формы высотой и диаметром 25 мм и плитки 100×100×6 мм3. Поскольку отходы не нуждаются в дополнительном измельчении и образцы формуют полусухим способом, при изготовлении масс экономится значительная часть электроэнергии на помол компонентов и сушку изделий, что делает процесс экономически выгодным и технически целесообразным.
Составы предлагаемой керамической массы приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Наименование компонентов | Содержание компонентов в составах, мас.% | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Глина Компановского месторождения | 95 | 90 | 85 |
| Отходы обогащения цветных металлов | 5 | 10 | 15 |
После формования образцы и плитки подвергают сушке в сушильном шкафу при 110°C. Обжиг производят в камерной высокотемпературной электропечи (ПВК-1,4-17) при температурах 1050, 1100 и 1150°C. Выдержка при конечной температуре составляет 30 мин. Скорость нагрева печи - 10°C/мин, охлаждение в печи.
Физико-механические свойства плиток приведены в таблице 3.
Из приведенных таблиц следует, что использование изобретения позволяет получать керамические изделия с высокими физико-механическими свойствами из малокомпонентных масс с использованием отходов обогащения цветных металлов. При этом технический результат заключается в повышении прочности, снижении водопоглощения и обеспечении низкой огневой усадки. Получение указанного технического результата достигается тем, что керамическая масса, включающая глину, содержит в качестве отощителя, плавня и катализатора кристаллизации отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе CaCO3 и CaSO4, которые при нагревании свыше 850°C разлагаются и обеспечивают содержание окиси кальция CaO 34,0-38,0%, являющееся оптимальным. При этом указанные отходы влияют на физико-химические процессы, происходящие в керамических массах при обжиге, и обеспечивают интенсификацию твердофазового процесса спекания за счет высокой дисперсности отходов и активной формы оксида кальция.
| Таблица 3 | ||||
| № состава | Температура обжига, °C | Огневая усадка, % | Водопоглощение, % | Прочность при сжатии, МПа |
| 1050 | 2,8 | 12,3 | 25,5 | |
| 1 | 1100 | 3,4 | 11,5 | 26,5 |
| 1150 | 5,4 | 9,6 | 30,0 | |
| 1050 | 3,25 | 8,4 | 20,5 | |
| 2 | 1100 | 3,96 | 8Д | 21,0 |
| 1150 | 6,4 | 7,3 | 26,2 | |
| 1050 | 4,0 | 8,2 | 19,0 | |
| 3 | 1100 | 4,5 | 7,7 | 22,6 |
| 1150 | 8,5 | 6,8 | 38,2 | |
| Прототип | 1050 | 0,8-1,8 | 17,1-25,6 | 11,4-19,3 |
Рентгенограммы, снятые с образцов, обожженных при разных температурах, показали, что начиная с 850°C идут твердофазовые реакции с образованием новых кристаллических соединений - анортита (CaO·Al2O3·2SiO2), а также волластонита (CaO-SiO2) с введением более 10% отходов. При обжиге свыше 1050°C формируется и муллит (3Al2O3·2SiO2). Образование кальциевых соединений обуславливает снижение усадки, а сочетание кристаллической фазы с жидкой, которая появляется за счет плавления легкоплавких эвтетик, приводит к обеспечению высоких прочностных свойств. Введение в состав керамической массы отходов в количестве менее 5% приводит к высокому водопоглощению за счет недостаточной температуры обжига, обеспечивающей спекание керамического черепка, а свыше 15% - к снижению прочностных характеристик за счет начала процесса вспучивания керамической массы и ухудшению внешнего вида.
Преимущество предлагаемой керамической массы для изготовления строительных изделий заключается в повышении прочности изделий, снижении водопоглощения, сокращении количества компонентов состава, расширении сырьевой базы и утилизации отходов обогащения цветных металлов.
Керамическая масса для изготовления строительных изделий, включающая глину, отощитель, плавень и катализатор кристаллизации, отличающаяся тем, что содержит используемые в качестве отощителя, плавня и катализатора кристаллизации отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе СаСО3 и CaSO4, которые при разложении в процессе нагревания обеспечивают содержание СаО в количестве 34,0-38,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| глина | 85-95 |
| отходы обогащения цветных металлов | 5-15 |
