СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ ПЛИТКИ
MIXTURE FOR MAKING CERAMIC TILE

Предлагаемое техническое решение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для создания смеси, предназначенной для изготовления керамических плит, обладающих более высокой прочностью по сравнению с аналогами.
Аналогичные технические решения известны см., например, описание изобретения РФ к патенту №2425003, в котором охарактеризована сырьевая смесь для изготовления облицовочной керамической плитки, которая содержит нижеследующее соотношение компонентов, в масс.%:
каменноугольная зола
49…51
глина
2,0…3,0
кварцевый песок
11,0…13,0
стеклобой молотый
15,0…17,0
жидкое стекло
16,0…21,0
вода
остальное
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного технического решения являются:
- каменноугольная зола;
- глина;
- стеклобой молотый;
- вода.
Известно аналогичное техническое решение см. описание изобретения РФ к патенту №2420485, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа, которое содержит нижеследующее соотношение компонентов, в масс. %:
компоненты: масс, % каменноугольная зола
34,5…37,5
глина
60…64
кварцевый песок
11,0…13,0
стекловолокно
в виде нарезанных
отрезков длиной
2-7
мм.
вода
остальное
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:
- каменноугольная зола;
- глина;
- стеклобой молотый;
- вода.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных аналогичных технических решений, заключается в обеспечении более высоких сил сцепления между поверхностями частиц глины, молотого стекла и каменноугольной золы.
Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что между поверхностями частиц глины, молотого стекла и каменноугольной золы имеются наноразмерные полости, заполненные водой, воздухом, которые в дальнейшем, при изготовлении керамической плитки создают наноразмерные каверны, значительно снижающие ее прочность.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технологических решений, можно сделать вывод, что задача создания смеси для изготовления керамических плит, имеющей в составе твердые техногенные отходы и обладающей более высокой прочностью, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в смесь для изготовления керамической плитки, содержащей глину, стеклобой молотый, каменноугольную золу тепловых электростанций (предварительно просеянную и прошедшую радиационный контроль) и воду, вводят нанопорошок оксида кремния при следующих соотношениях компонентов, масс. %:
глина
21…34
стеклобой молотый
30,5…34
зола
25…27
нанопорошок оксида кремния
0,5…3
вода
10…15
Использование нанопорошка оксида кремния в смеси для изготовления керамической плитки, в совокупности с глиной, стеклобоем молотым с крупностью частиц менее 1 мкм, каменноугольной золой и водой в процессе их перемешивания, создает равномерное распределение частиц по объему, что обеспечивает в дальнейшем получение керамических плит с более высокой прочностью (по сравнению, например, с керамогранитом) и низким водопоглощением, обуславливающим высокую морозостойкость. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
При этом необходимо отметить, что использование глины более 34 масс.% приводит к ее неэффективному использованию (перерасходу) и к снижению физико-химических параметров готовой смеси (например, прочности), а использование глины менее 21 масс.% приводит к недостаточному количеству глины, чтобы получить смесь для керамической плитки с требуемой высокой прочностью.
Использование молотого стекла (с крупностью частиц менее 1 мкм) более 34 масс.% приводит к его перерасходу и к большим ценовым затратам, а использование молотого стекла менее 30,5 масс.% приводит к снижению физико-химических параметров готового продукта.
Использование каменноугольной золы более 27 масс.% приводит к недостаточно высокому сцеплению частиц с молотым стеклом, а использование каменноугольной золы менее 25 масс.% приводит к перерасходу наполнителя, в виде молотого стекла, и к повышению стоимости керамической плитки.
Использование нанопорошка оксида кремния более 3 масс.% приводит к перерасходу оксида кремния, что экономически не целесообразно, а использование оксида кремния менее 0,5 масс.% приводит к недостаточному заполнению пространства между частицами молотого стекла, каменноугольной золы и глины и, как следствие этому, к более низкой прочности керамической плитки, изготовленной из предлагаемой смеси.
Использование воды более 15 масс.% приводит к перерасходу воды и непроизводительным затратам при ее удалении в процессе изготовления керамической плитки, а использование воды менее 10 масс.% не приводит к образованию однородной суспензии.
Таким образом, из приведенных выше обоснованных граничных значений компонентов предлагаемой смеси для изготовления керамической плитки следует, что технический результат достигается только в диапазоне граничных значений и не достигается за его пределами.
Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности, так и отличительных признаков предлагаемого к патентованию технического решения, что позволило сделать вывод о наличии критериев патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Для подтверждения достижения вышеуказанного технического результата предлагаемой смеси для изготовления керамической плитки были подготовлены и испытаны три серии образцов (см. приложение 1, таблицы - 1, 2 с результатами проведенных испытаний).
Серия 1.
- глина 34 масс. %;
- стеклобой молотый - 30,5 масс. %;
- каменноугольная зола - 25 масс. %;
- нанопорошок оксида кремния - 0,5 масс. %;
- вода - 10 масс. %.
Серия 2.
- глина 27,5 масс. %;
- стеклобой молотый - 32,25 масс. %;
- зола - 26 масс. %;
- нанопорошок оксида кремния - 1,75 масс. %;
- вода - 12,5 масс. %.
Серия 3.
- глина 21 масс. %;
- стеклобой молотый - 34 масс. %;
- каменноугольная зола - 27 масс. %;
- нанопорошок оксида кремния - 3 масс. %;
- вода - 15 масс. %.
Технология получения смеси для изготовления керамической плитки осуществляется следующим образом:
- измельчают стеклобой до размера частиц менее 1 мкм, используя, например, планетарную мельницу «Pulverisette - 5» (Германия) и ситовой анализатор «ВП30-Т» (Россия);
- просеивают каменноугольную золу, используя сито с 10-12 решетчатыми фильтрами до размера 0,1-0,08 мм;
- подают в вертикальную роторную мешалку «HS-50 A» (Wise Therm, Корея) стеклобой молотый и нанопорошок оксида кремния, глину, каменноугольную золу, воду с перемешиванием до получения однородной массы и таким образом получают смесь для изготовления керамической плитки;
- полученную смесь прессуют;
- проводят обжиг прессованной смеси в высокотемпературной муфельной печи типа Wise Therm, (Корея) с постепенным повышением температуры до 600°С в течение до 1,5 часа, и далее при более быстром повышении температуры, равной 1250°С, в течение 2 часов;
- вынимают обожженные керамические плитки.
Таким образом, керамическая плитка, изготовленная из предлагаемой смеси, обладает по сравнению с известными аналогичными техническими решениями более высокой прочностью и водостойкостью, а также более высокой кислотостойкостью и щелочестойкостью, о чем свидетельствуют результаты проведенных испытаний, представленных в приложении 1.
Приложение 1
Таблица 1
№№ п/п
Компоненты смеси для изготовления керамической плитки
Содержание масс. %
1
2
3
1.
Глина
34
27,5
21
2.
Молотое стекло
30,5
32,25
34
3.
Каменноугольная зола
25
26
27
4.
Нанопорошок оксида кремния
0,5
1,75
3
5.
вода
10
12,5
15
Таблица 2
№№ п/п
Компоненты смеси для изготовления керамической плитки
Прототип
Содержание масс. %
1
2
3
1
Водопоглощение (%)
0,35
0,947
0,572
0,709
2
Прочность (МПа)
22,0
69,0
74,0
61,0
3
Кислотостойкость (%)
99,7
96,7
99,99
99,9
4
Щелочестойкость (%)
49
64,6
61,2
60,0