КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
CERAMIC MIXTURE FOR MAKING CONSTRUCTION PRODUCTS

Изобретение относится к керамическим составам и может быть использовано в производстве строительной керамики, преимущественно облицовочных керамических плиток.
2
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/см (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.
2
Известна керамическая масса для изготовления облицовочных плиток, включающая три легкоплавкие глины, одна из которых является основной, другая обогащена CaO, а третья - SiO, 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.
3
4
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 CaCO и CaSO, 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.%
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
TiO<sub>2</sub>
CaO
MgO
K<sub>2</sub>O
Na<sub>2</sub>O
SO<sub>3</sub>
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
3
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 мм. 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.
3
4
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 CaCO и CaSO, 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
2
3
2
2
2
3
2
Рентгенограммы, снятые с образцов, обожженных при разных температурах, показали, что начиная с 850°C идут твердофазовые реакции с образованием новых кристаллических соединений - анортита (CaO·AlO·2SiO), а также волластонита (CaO-SiO) с введением более 10% отходов. При обжиге свыше 1050°C формируется и муллит (3AlO·2SiO). 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.