Сырьевая смесь для изготовления стеновой керамики и способ ее получения
Владельцы патента RU 2500647:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в технологии изделий стеновой керамики, в частности керамических кирпича и камней. Техническим результатом является снижение средней плотности и повышение прочности и морозостойкости изделий. Сырьевая смесь для изготовления стеновой керамики включает шламистую часть отходов обогащения железных руд, глину и тонкомолотый стеклобой, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина - 10-20; отходы обогащения железных руд - 70-85; стеклобой - 5-10. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл.
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в технологии изделий стеновой керамики, в частности керамических кирпича и камней.
Известна сырьевая смесь для изготовления стеновых изделий, содержащая 30-40% по массе глины, 50-60% отходов обогащения железных руд, 4-5% ортофосфорной с 20%-ной концентрацией кислоты, 5-6% жидкого стекла [1].
Недостатком известной сырьевой смеси является невысокая механическая прочность и морозостойкость стеновых изделий.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является сырьевая смесь для изготовления стеновых изделий [2], включающая, мас.%:
| глинистое сырье | 30-35 |
| отходы обогащения железных руд | 50-55 |
| стеклобой | 15-20 |
Недостатками указанной сырьевой смеси являются высокое содержание природного глинистого сырья и тонкомолотой добавки стеклобоя, низкое содержание техногенных отходов обогащения железных руд в составе шихты, а также высокое значение средней плотности изделий.
Известен способ изготовления керамических изделий, включающий смешивание 67-85% мас.% глины, 8-18 мас.% отходов обогащения железосодержащих руд и 7-15 мас.% отходов обогащения молибденовых руд, формование, сушку и обжиг при 1000°C [3].
Недостатками указанного способа являются относительно низкие показатели прочности и морозостойкости.
Наиболее близким к изобретению является способ изготовления керамических изделий, заключающийся в грануляции тонкой фракции отходов обогащения железных руд на тарельчатом грануляторе в процессе увлажнения, опудривании гранул сухой измельченной глиной в процессе приготовления пресс-порошка (шихты), полусухом прессовании и обжиге изделий [4].
Недостатками указанного способа являются получение на тарельчатом грануляторе гранул полифракционного состава с неоднородной влажностью, неравномерное распределение влажности в кирпиче-сырце вследствие образования крупных (до 15 мм) гранул, низкая марка по морозостойкости (35 циклов) изделий.
Техническим результатом изобретения является снижение содержания в шихте глины и стеклобоя, повышение содержания техногенных отходов обогащения железных руд, снижение средней плотности изделий.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления керамических изделий, включающем сушку шламистой части отходов обогащения железных руд, сушку и помол глины и стеклобоя, последующее их смешение, грануляцию, полусухое прессование и обжиг изделий, приготовление гранулированного пресс-порошка заключается в следующем. Шламистая часть отходов обогащения железных руд в сухом состоянии интенсивно смешивается в турболопастном смесителе-грануляторе с частью (5-10 мас.%) сухой измельченной глины, смесь увлажняется до формовочной влажности (8-12%) и гранулируется до получения гранул преимущественного размера 1-3 мм, которые опудриваются смесью оставшейся глины и стеклобоя в смесителе-грануляторе до получения состава, мас.%:
| глина | 10-20 |
| отходы обогащения железных руд | 70-85 |
| стеклобой | 5-10 |
Использование турболопастного смесителя-гранулятора с изменяющейся скоростью вращения лопастей вместо тарельчатого гранулятора для получения гранулированного пресс-порошка позволяет добиться преимущественного размера гранул 1-3 мм, что обеспечивает плотную упаковку при прессовании и однородную влажность по всему объему кирпича-сырца.
Кроме этого, преимущества предлагаемого способа достигаются за счет интенсивного равномерного перемешивания шламистой части отходов обогащения железных руд с небольшим количеством глины в процессе формирования гранул и их опудривания смесью тонкомолотого стеклобоя и глины.
В способе используется шламистая часть отходов обогащения железных руд, которая является крупнотоннажным тонкодисперсным отходом основного производства железорудных обогатительных фабрик со средним размером частиц 15-18 мкм и насыпной плотностью 1,4-1,6 г/см3. Химический состав, мас.%: SiO2 - 33,23-34,99; CaO - 14,97-23,83; MgO - 5,59-11,88; Al2O3 - 8,99-9,80; Fe2O3 - 17,21-19,69; TiO2 - 0,34-0,36; MnO - 0,59-1,36; Na2O - 0,40-0,42; K2O - 0,75-0,86. Потери при прокаливании отходов - 10,26-10,90%. Минеральный состав шламистой части отходов обогащения железных руд представлен полевыми шпатами, кварцем, слюдой, пироксеном, амфиболами, хлоритами железистого типа с небольшим содержанием смешанослойных образований. Используемая глина относится к сырью гидрослюдисто-монтмориллонитового типа, с низким содержанием крупнозернистых включений. Тонкомолотый стеклобой используется в качестве корректирующей добавки-плавня, обеспечивающей образование стекловидного расплава на поверхности гранул и спекание частиц твердой фазы керамической массы. Стеклобой относится к группе технических стекол и имеет следующий химический состав, мас.%: SiO2 - 73-73,29; Al2O3+Fe2O3 - 0,2-0,4; СаО+MgO - 0,2-0,26; Na2O - 25,94-26; SO3 - 0,12.
Технологическим результатом опудривания гранул из шламистой части отходов обогащения железных руд смесью тонкомолотого стеклобоя и глины является образование на поверхности гранул жидкой пиропластичной фазы уже в интервале температур 680-750°С, которая в последующем интенсивно развивается по мере возрастания температуры обжига. Жидкая фаза взаимодействует с твердой фазой приграничной зоны гранул и интенсифицирует процессы жидкофазного спекания. Спекшиеся поверхность контакта и приграничная зона гранул выступают в качестве пространственного армирующего каркаса, обеспечивающего высокие показатели прочности и морозостойкости керамических изделий.
Пример
Изделия изготавливают по следующей технологии. Глину сушат и измельчают до полного прохождения через сито 0,315 мм, стеклобой измельчают до удельной поверхности 3000 см2/г, шламистая часть отходов обогащения железных руд представляет собой тонкодисперсный материал со средним размером частиц 15-18 мкм и дополнительного измельчения не требует. Предварительная обработка заключается в сушке отходов до остаточной влажности 2-3%.
Керамическую шихту готовят следующим образом. Отходы активно смешивают в турболопастном смесителе-грануляторе (угол наклона чаши 45°, частота вращения чаши 20 мин-1, частота вращения лопастей 1000-1200 мин-1) с частью глины (5-10 масс. %), увлажняют и гранулируют до крупности гранул 1-3 мм. Подачу воды осуществляют разбрызгиванием из расчета формовочной влажности шихты 8-12 %. Остатки сухой глины и стеклобой смешивают и после грануляции отходов вводят в гранулятор. В результате происходит опудривание гранул равномерным слоем глины со стеклобоем. Гранулометрический состав приготовленной керамической шихты представлен в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Диаметр гранул, мм | Содержание, мас.% | |
| Предлагаемый способ | Известный способ | |
| Более 10 | - | 5 |
| 10-5 | - | 35 |
| 5-2,5 | 30-35 | 22 |
| 2,5-1,2 | 55-65 | 14 |
| Менее 1,2 | 5-10 | - |
Прессование кирпича-сырца из гранулированной пресс-массы влажностью 8-12% осуществляют на прессе при удельном давлении прессования 15-20 МПа. Сушка изделий происходит в течение 10-16 часов при максимальной температуре 100-110°C, обжиг осуществляется при температуре 1050°C с выдержкой на максимальной температуре не менее 1,5 часов.
В таблице 2 приведены составы сырьевых смесей, а в таблице 3 - физико-механические свойства изделий.
| Таблица 2 | ||||
| Компонент | Содержание компонентов, мас.% | |||
| Предлагаемый состав | Известный состав | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Отходы обогащения железных руд | 85 | 75 | 70 | 50-55 |
| Глина | 10 | 15 | 20 | 30-35 |
| Стеклобой | 5 | 10 | 10 | 15-20 |
| Таблица 3 | ||||
| Свойства | Показатели для состава | |||
| Предлагаемый состав | Известный состав | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Прочность при сжатии, МПа | 35,1 | 41,6 | 43,2 | 40,6-41,3 |
| Средняя плотность, г/см | 1,75 | 1,79 | 1,81 | 1,91-1,93 |
| Коэффициент конструктивного качества | 20,05 | 23,24 | 22,96 | 21,03-21,57 |
| Морозостойкость, цикл | 75 | 75 | 75 | 50 |
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1694539, МПК С04В 28/34, 1991.
2. Патент №2232735 Российская Федерация, МПК С04В 33/00, 2004.
3. Авторское свидетельство СССР N 1073218, МПК C04B 33/00, 1982.
4. Патент №2005702 Российская Федерация, МПК C04B 33/00, 1994.
1. Сырьевая смесь для стеновой керамики, включающая шламистую часть отходов обогащения железных руд, глину и тонкомолотый стеклобой, отличающаяся тем, что указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
| глина | 10-20 |
| отходы обогащения железных руд | 70-85 |
| стеклобой | 5-10 |
2. Способ получения сырьевой смеси для стеновой керамики, включающий сушку шламистой части отходов обогащения железных руд, сушку и помол глины и стеклобоя, последующее их смешение, грануляцию, полусухое прессование и обжиг изделий, приготовление пресс-порошка, отличается тем, что перед прессованием шламистую часть отходов обогащения железных руд в сухом состоянии интенсивно смешивают в турболопастном смесителе-грануляторе с частью (5-10 мас.%) сухой измельченной глины, смесь увлажняют до формовочной влажности (8-12%) и гранулируют до получения гранул преимущественного размера 1-3 мм, которые опудривают смесью оставшейся глины и стеклобоя в смесителе-грануляторе до получения состава по п.1.
