Керамическая масса
Владельцы патента RU 2496742:
ФГУП Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для производства строительной керамики, преимущественно кирпича и облицовочных керамических камней. Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сжатии изделий. Керамическая масса включает легкоплавкую глину и техногенный отход с размерами частиц меньше 0,315 мм, состоящий из золы-уноса ТЭС - 80 мас.% и пылеуноса печей кальцинации глинозема - 20 мас.%, с соотношением SiO2:Аl2О3=1:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкая глина - 85-90; указанный техногенный отход - 10-15. 1 пр., 5 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для производства строительной керамики, преимущественно кирпича и облицовочных керамических камней.
Известна керамическая масса для изготовления кирпича, включающая, мас.%: глина 92-98, отходы обогащения медных руд 2-8. (Патент РФ №2099306, МПК 6 С04В 33/00, опубл. 20.12.1997).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных керамических масс, относится то, что изделия из известной керамической массы обладают невысокими прочностными характеристиками.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип (Патент РФ 2272798, МПК С04В 33/00, опубл. 27.03.2006), является состав керамической массы для изготовления стеновых изделий (кирпичей, камней), содержащей, мас.%: суглинок тяжелый 72-80, глина 10-17 и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства - слюдосодержащий кварцевый песок фракции 0-0135 мм 95-98.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной керамической массы, относится то, что изделия из нее обладают невысоким пределом прочности при сжатии.
Прочность при сжатии обожженного кирпича составляет 25,1-32,5 МПа, что не позволяет получать высокопустотные (50% и выше) и высокомарочные (не ниже M125) изделия.
С учетом повышенных требований по теплоизоляционным характеристикам к стеновым изделиям необходимо выпускать высокопустотные кирпичи и блоки, но с высокими показателями механической прочности при сжатии.
Задачей изобретения является получение керамических стеновых материалов с высокими прочностными характеристиками.
Технический результат - повышение предела прочности при сжатии.
Указанный технический результат достигается тем, что при осуществлении изобретения в известной керамической массе, включающей глинистое сырье и мелкодисперсную тугоплавкую добавку с размерами частиц меньше 0,315 мм, особенность заключается в том, что в качестве глинистого сырья используют легкоплавкую глину, а в качестве мелкодисперсной тугоплавкой добавки - техногенный отход, состоящий из золы-уноса ТЭС, (мас.%) - 80 и пылеуноса печей кальцинации глинозема - 20, с соотношением SiO2:Al2O3=1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Легкоплавкая глина | 85-90 |
| указанный техногенный отход | 10-15 |
Использование указанных компонентов приводит к улучшению спекаемости двухкомпонентной сырьевой смеси, что объясняется: а) повышенным содержанием (17,20-18,87%) в ней по сравнению с прототипом (11,46-12,02%) оксида алюминия; б) присутствием в техногенном отходе оксида алюминия аморфной формы; в) оптимальным соотношением общего оксида алюминия с диоксидом кремния, равным 1:1. В результате обжига такой сырьевой смеси образуется более высокопрочная мелкопористая кристаллическая структура из силикатных соединений, что и приводит к повышению прочности при сжатии керамических изделий.
Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемая керамическая масса от известной отличается новыми компонентами, а именно мелкодисперсной тугоплавкой добавкой - техногенного отхода, состоящего из золы-уноса ТЭС и пылеуноса печей кальцинации глинозема, взятых в соотношении мас.%: 80:20 с соотношением SiO2:Al2O3=1:1 и легкоплавкой глиной. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "Изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного вещества. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Изобретательский уровень".
Примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Вещества, используемые в заявленной массе:
Глина Аксубаевского месторождения (Республика Татарстан) легкоплавкая, с содержанием оксида алюминия от 12,0 до 16,0%, среднепластичная, полукислая, низкодисперсная, среднечувствительная к сушке.
Техногенный отход, содержащий, мас.%: зола-унос ТЭС (SiO2 59,32 и Al2O3 36,76) - 80 и пылеунос печей кальцинации глинозема (SiO2 0,20 и Al2O3 90,44) - 20, с соотношением SiO2:Al2O3=1:1, показатель огнеупорности - 1570°С, с размерами частиц менее 0,315 мм, в том числе фракции 0,1-0,315 мм - 20,7%, 0,08-0,1 мм - 16,1%, 0,063-0,08 мм - 27,9 мм, <0,063 мм - 35,3%. По данным рентгенофазового анализа отход содержит примесь аморфного оксида алюминия.
Пример 1
В таблице 1 приведен химический состав используемых в данном примере легкоплавкой глины и техногенного отхода с соотношением SiO2:Al2O3=1:1, получаемый путем смешения (мас.%) золы-уноса ТЭС - 80 и пылеуноса печей кальцинации глинозема - 20.
Изделия из заявленной керамической массы изготавливают по общепринятой технологии керамического производства - способом полусухого прессования или пластического формования.
Подготовка глинистого сырья при пластическом способе включает в себя сушку сырья, дробление на щековой дробилке, замачивание водой из расчета получения нормальной формовочной влажности, вылеживание массы в течение суток.
При полусухом способе прессования из увлажненной массы получают гранулы на шнековом смесителе диаметром 10 мм, сушат их при 100-110°С до влажности 9-11%, измельчают гранулы и получают пресс-порошок с влажностью 7-10%, состоящий из двух примерно одинаковых в количественном отношении фракций с размером частиц от 2,5 до 1,25 мм и менее 1,25 мм.
Техногенный отход указанного выше химического состава, т.е. с соотношением SiO2:Al2O3=1:1, получают путем смешения 80% золы-уноса ТЭС и 20% пылеуноса печей кальцинации глинозема, который сушат, измельчают до размеров частиц менее 0,315 мм, затем добавляют в подготовленную глину (или пресс-порошок), тщательно перемешивают и полученную шихту выдерживают в течение 2 суток.
Формование образцов при полусухом прессовании проводят при давлении 30-35 МПа. Сушат образцы в сушильной камере при 35-80°С, обжигают в печах при температуре 1000-1050°С.
В таблице 2 приведены составы керамической массы для изготовления керамических изделий.
| Таблица 2 | ||||
| Наименование исходных компонентов | Содержание компонентов, мас.% | |||
| Номер состава | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Легкоплавкая глина | 95 | 90 | 85 | 80 |
| Техногенный отход | 5 | 10 | 15 | 20 |
В таблице З приведена прочность при сжатии готовых изделий, полученных из заявленной керамической массы.
| Таблица 3 | |||||
| Физико-механические показатели изделий | Номер состава | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Прочность при сжатии, МПа | 30,4-33,1 | 40,5-47,1 | 35,6-39,5 | 23,1-28,2 | 25,1-32,5 |
Из приведенных данных следует, что оптимальные значения прочности при сжатии изделий достигаются при соотношении компонентов, приведенных в составах №2 и №3, т.е. при соотношении глина:отход, равном 90:10 и 85:15.
В таблице 5 показано влияние размеров частиц техногенного отхода на прочность при сжатии, в получаемых изделиях из керамической массы для состава №2 и №3.
| Таблица 5 | |
| Размеры частиц техногенного отхода | Прочность при сжатии, МПа |
| Меньше 0,315 мм | 35,6-39,5 |
| Больше 0,315 мм | 30,4-32,2 |
Как следует из данных таблицы 5, оптимальным размером частиц техногенного состава является менее 0,315 мм, т.к. мелкие частицы равномерно распределяются по объему глиномассы - становится более гомогенизированной и физико-химические процессы протекают более интенсивно, что способствует получению достаточно прочных образцов. При введении в глину техногенного отхода с размером частиц более 0,315 мм значение прочности образцов при сжатии снижается.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную керамическую массу при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в производстве строительных материалов;
- заявленная керамическая масса обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно - увеличение прочности изделий при сжатии;
- для заявленной керамической массы в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее получения с помощью описанных в заявке примеров.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Промышленная применимость".
Использование заявляемого изобретения позволит производить кирпич с высокими прочностными характеристиками. Прочность на сжатие у кирпича из заявляемой керамической массы в 1,1-1,4 раза выше, чем у прототипа.
Керамическая масса, включающая глинистое сырье и мелкодисперсную тугоплавкую добавку с размерами частиц меньше 0,315 мм, отличающаяся тем, что в качестве глинистого сырья используют легкоплавкую глину, а в качестве мелкодисперсной тугоплавкой добавки - техногенный отход, состоящий из золы-уноса ТЭС - 80 мас.% и пылеуноса печей кальцинации глинозема - 20 мас.%, с соотношением SiO2:Аl2О3=1:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| легкоплавкая глина | 85-90 |
| указанный техногенный отход | 10-15 |
