Керамическая масса для получения клинкерного кирпича
CERAMIC MASS FOR PRODUCING CLINKER BRICKS

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий клинкерной керамики.
Одним из перспективных направлений использования отходов горно-металлургического комплекса является получение керамических строительных материалов: стеновых, облицовочных и тротуарных изделий. Утилизация отходов в строительные материалы направлена на решение социальных и экологических проблем, улучшение жилищных условий населения, создание дополнительных рабочих мест. Применение вторичного сырья снижает потребность в первичных минерально-сырьевых ресурсах, отпадает необходимость в специализированных карьерах по разработке глин, нарушении природных ландшафтов. Утилизация отходов в промышленности строительных материалов решает не только экологические, но и экономические задачи, поскольку сырье из отходов для производства стеновой керамики в 2-3 раза дешевле, чем природное.
2
2
3
2
3
2
2
Известна сырьевая смесь для изготовления керамических изделий различного назначения, преимущественно лицевого и клинкерного кирпича, по патенту РФ на изобретение №2515107 от 23.05.2012 г. Сырьевая смесь включает глину монтмориллонитового типа и трепел при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина монтмориллонитового типа - 30-50; трепел - 50-70. При этом используют глину монтмориллонитового типа следующего состава, мас. %: монтмориллонит - 44-46, гидрослюда - 5-7, каолинит - 5-7, кварц - 43-45, кальцит - 0,5-1,5, а в химический состав трепела входят оксиды SiO - 70,05-71,85%; AlO - 8,68-9,73%; FeO - 3,62-3,91%; СаО - 3,79-4,21%; MgO - 1,28-1,29%; NaO - 0,15-0,16%; KO -2,01-2,06% следующего минералогического состава, мас. %: цеолит - 30-32; опал-кристобалит - 29-31; гидрослюда - 18-19; монтмориллонит - 10-12; кварц - 7-8; кальцит - 1-2, указанного ниже зернового состава: размер частиц 1,0-0,063 мм - 10-30%; 0,063-0,005 мм - 31-38%; менее 0,005 - 40-52%.
Недостатком данной керамической массы является использование в ее составе первичного сырья - глин и трепелов. Недостатками также являются относительно невысокая прочность керамических изделий при сжатии - 23,7-49,2 МПа и изгибе - 5,3-9,3 МПа.
Известна также керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая аргиллит и воду, по патенту РФ на изобретение №2646261 от 27.03.2017 г. Она содержит аргиллит, измельченный до размера менее 1,0 мм при содержании фракции 0-0,5 мм не менее 80%, и дополнительно апатитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас. %: аргиллит 76,5-83,5, апатитовый концентрат 0,5-5,5, вода 16,0-18,0. Недостатком является использование в смеси апатитового концентрата - продукта переработки апатит-нефелиновых руд, высококачественного фосфатного сырья, используемого для производства минеральных удобрений и фосфорных соединений.
3
3
2
2
3
2
3
2
Известен также принятый в качестве прототипа способ получения клинкерного кирпича по патенту РФ на изобретение №2549641 от 11.02.2014 г. В нем в качестве компонента сырьевой смеси используются отходы горно-металлургического комплекса - хвосты извлечения кобальтового концентрата. Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича включает следующие компоненты, мас. %: цеолитсодержащая порода - 60-80; хвосты извлечения кобальтового концентрата - 20-40. Используют хвосты измельчения кобальтового концентрата, характеризующиеся объемной насыпной массой 920 кг/м, плотностью 2720 кг/м, огнеупорностью 1200°С, минералогическим составом, включающим ортоклаз, кварц, глинистые минералы, железистые соединения и карбонаты, химическим составом, включающим, мас. %: SiO - 32,72; AlO - 9,33; FeO - 10,00; СаО - 15,47; MgO - 12,01; RO - 2,30; п.п.п. - 17,80. Недостатком данного способа является необходимость тонкого помола сырьевых материалов в шаровых мельницах до конечного остатка на сите №0063 не более 3% с дальнейшим обезвоживанием шликера в башенной распылительной сушилке до пресс-порошка влажностью 6-8%. Максимальная прочность при сжатии изделий составляет 87,4 МПа, что также относится к недостаткам способа.
Настоящее изобретение направленно на достижение технического результата, заключающегося в повышении прочности при сжатии и изгибе получаемых керамических материалов. Технический результат заключается также в повышении морозостойкости клинкерной керамики. Кроме того, технический результат заключается в расширении сырьевой базы и улучшении экологической обстановки за счет использования техногенных отходов горно-металлургического комплекса.
2
2
3
2
3
2
2
2
2
3
2
2
2
2
3
2
2
5
Технический результат достигается за счет того, что керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича включает следующие техногенные отходы горно-металлургического комплекса: отвальный шлак медно-никелевого производства усредненного химического состава, мас. %: MgO - 13,31; SiO - 40,67; FeO - 23,51; FeO - 12,00; AlO - 6,03; CaO - 2,09; NaO - 1,04; TiO - 0,71; KO - 0,53; MnO - 0,11, хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд усредненного состава, мас. %: AlO - 21,17; SiO - 40,95; NaO - 10,13; KO - 5,85; СаО - 6,01; FeO - 2,63; FeO - 5,85; TiO - 2,53; PO - 2,20; MgO - 1,19; MnO - 0,27; SrO - 0,22; п.п.п.- 1,00,
2
2
3
2
3
2
2
2
2
5
3
отходы обогащения железистых кварцитов усредненного состава, мас. %: SiO - 63,31; AlO - 4,16; FeO - 2,16; FeO - 20,84; CaO - 3,71; MgO - 3,22; NaO - 1,00; KO - 0,75; TiO - 0,12; PO - 0,10; MnO - 0,13; SO - 0,10; п.п.п. - 0,40, а соотношение компонентов составляет, мас. %:
отвальный шлак медно-никелевого производства
38-42
хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд
38-42
отходы обогащения железистых кварцитов
16-24
Технический результат достигается также тем, что в процессе обжига при перекристаллизации основного компонента отвального шлака медно-никелевого производства - магнезиально-железистого стекла оливинового состава происходит образование и увеличение содержания гематита, кристаллы которого оказывают армирующее действие. Наличие в составе шлака фаз со структурой шпинели (магнетита, магнезиоферрита) также способствует повышению прочности при сжатии и изгибе. При обжиге керамической массы интенсивно происходит синтез полевых шпатов за счет взаимодействия нефелина - основного компонента хвостов обогащения апатит-нефелиновых руд и кварца - основного компонента отходов обогащения железистых кварцитов, которые способствуют образованию легкоплавких эвтектик и появлению большого количества расплава. Это обеспечивает синтез керамического материала более плотной структуры, что также влечет за собой повышение прочности при сжатии и изгибе, а также морозостойкости за счет низкого водопоглощения.
Технология изготовления керамической массы проводится по следующей схеме.
2
Сырьевые компоненты измельчают до удельной поверхности 3000 см/г.Смесь тщательно гомогенизируют, увлажняют до оптимальной влажности 6-8%. Далее из сырьевой смеси формуют изделия прессованием при удельном давлении 20-100 МПа. На следующей стадии процесса проводят сушку отформованных изделий при температуре 100-110°С в течение 7-8 часов. На следующем этапе ведут обжиг изделий при температуре 1050-1100°С в течение 1-1,5 часов.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении прочности при сжатии и изгибе получаемого клинкерного кирпича, повышении его морозостойкости, а также расширении сырьевой базы и улучшении экологической обстановки за счет использования отходов горно-металлургического комплекса.
Сущность и преимущества заявляемого изобретения могут быть проиллюстрированы следующими Примерами 1-5, представленными в Таблицах. Как видно, получен стеновой клинкерный кирпич (Пример 2) и дорожный клинкерный кирпич (Примеры 3-5).