Шихта для изготовления керамических изделий
MIXTURE FOR MAKING CERAMIC ARTICLES

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамических кирпичей, черепицы и других керамических изделий.
Известна шихта для изготовления керамического кирпича, содержащая глину, гранулированный доменный шлак и порообразующий компонент, в качестве которого использован тонкомолотый бой ячеистого бетона с остатком на сите 008 не более 1% при следующем соотношении компонентов, мас.%: тонкомолотый бой ячеистого бетона с остатком на сите не более 1% 15-20, гранулированный доменный шлак 20-25, глина - остальное (см. патент РФ №2412131, МПК B09B 3/00, C04B 33/00).
Недостатком указанной смеси являются ограниченные объемы тонкомолотого боя ячеистого бетона, необходимость организации его сбора, транспортировки и доизмельчения (остаток на сите 008 не более 1%).
Наиболее близким к изобретению является шихта для производства кирпича, включающая глину и смесь отощающих добавок, в качестве которых использован гранулированный шлак и отработанное минеральное масло при их соотношении 1:10, полученную смесь добавляют к глине в количестве 20 мас.% (см. патент РФ №2283194, C09B 3/00, C04B 33/02, C04B 33/132).
Недостатком указанного состава шихты является отрицательное (за счет изоляции и снижения слипаемости слоев глины) влияние отработанного минерального масла на структурно-механические характеристики формовочной массы, что проявляется в значительном развитии пластических деформаций и в небольших значениях быстрой и медленной эластичной деформаций и периода истинной релаксации. Массы такого типа весьма пластичны, легко деформируются и проявляют склонность к пластическому разрушению и трещинообразованию, что приводит к невозможности получения бездефектных заготовок посредством наиболее распространенной на российских кирпичных заводах технологии пластического формования (см. Физико-химическая механика дисперсных минералов, под редакцией Н.Н. Круглицкого, Изд-во «Наукова думка», 1974 г. с. 34).
Изобретение направлено на устранение вышеуказанного недостатка.
Техническая задача изобретения: повышение трещиностойкости керамического кирпича, уменьшение количества дефектных изделий при получении кирпича методом пластического формования за счет улучшения формовочных свойств шихты.
Техническая задача решается за счет корректировки состава керамического сырья: в составе шихты для изготовления керамического кирпича, содержащей суглинок, в качестве отощающей добавки используют смесь из кузнецкого гранулированного доменного шлака и осадка станции водоподготовки Горводоканала г. Новосибирска при их соотношении 1:1-2, при следующем соотношении компонентов шихты, маc.%
Суглинок
55-83
Отощающая добавка
17-45
В отличие от прототипа совместное использование взятых в определенном соотношении осадка станции водоподготовки и гранулированного доменного шлака позволяет получить формовочные массы с соотношением различных видов деформаций, что способствует снижению количества дефектных изделий.
Пример реализации.
Для экспериментальной проверки приготавливались технологические смеси, в которых в качестве компонентов использовали:
1) суглинок Каменского месторождения Новосибирской области: порода среднедисперсная, среднепластичная, по химическому составу сырье кислое с высоким содержанием красящих окислов, по гранулометрическому составу и числу пластичности суглинок соответствуют требованиям на кирпичное сырье;
2) осадок природных вод со станции водоподготовки №5 МУП Горводоканал г. Новосибирска. Такой осадок представляет собой смесь минеральных и органических веществ, формирующуюся в виде коллоидного раствора (влажность 95-97%) в процессе отстаивания. Основными компонентами такого осадка являются продукты гидролиза химических реагентов в сочетании с выпавшей в осадок взвесью минеральных (глиняные частицы, мелкий песок, карбонатные породы, нерастворимые и малорастворимые соли металлов) и органических (ил, фито- и зоопланктон, различные микроорганизмы и бактерии, продукты жизнедеятельности водных организмов и растений, коллоиды гуминовых кислот и фульвокислот) частиц различных размеров [см. кн.: В.М. Любарский. Осадки природных вод и методы их обработки, М.: Стройиздат 1980 г., 128 с.];
2
2
2
3) гранулированный шлак Кузнецкого металлургического комбината (КМК). Содержание стеклофазы в них составляет 65-97%. Закристаллизованная часть шлака (не более 5-10%) в основном представлена псевдоволластонитом α-CaO⋅SiO (d/n, А - 4.162; 2.921) и микролитами мелилита Ca2(Al,Mg)[(Si,Al)2O7] с (d/n, А - 3.105, 2.876, 2.738,2.522). Для использования в качестве добавки из шлака были подготовлены порошки с S=3500 см/г и с S=4500 см/г.
Составы минеральной части компонентов шихты приведены в табл.1.
Керамику из предлагаемой сырьевой смеси получали следующим образом. Расчет состава шихты проводили по сухому веществу. Осадок в виде суспензии (влажность 85%) смешивали со шлаком и соединяли с размолотой глиной (влажность 15%), затем добавляли 5-10% массы воды и перемешивали до однородности.
уп
эл
пл
Влияние добавок на структурно-механические характеристики формовочной массы оценивалось с использованием методов физико-химической механики. Значения упругой, эластичной и пластической деформации определялись на установке, работающей по принципу параллельно смещающейся пластинки (прибор Д.М. Толстого). Результаты измерений на этой установке дают возможность получить семейство реологических кривых в системе деформация (ε) - время сдвига (τ). На основании этих кривых графическим методом определялись константы упругопластичных свойств керамических масс с практически не разрушенной структурой. Исходя из анализа структурно-механических характеристик формовочных масс в качестве критерия оптимальной пригодности формовочных масс к пластическому формованию было принято соотношение различных видов деформаций (быстрых ε и медленных эластических ε и пластических деформаций ε) исходя из условий:
уп
- ε=33,3%+-30%;
пл
- ε,=33,3%+-30%;
уп
эл
пл,
- ε+ε+ε=100%.
max
Из полученной массы, после подсушки ее до влажности 18-23%, методом пластического формования изготавливали образцы (кирпичи), которые затем сушили при температуре 110°C в течение 6 часов, обжигали в воздушной среде при температуре 1000°C с выдержкой при T в течение 1 часа.
Образцы на каждой технологической стадии контролировали на наличие дефектов. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
уп
пл
уп
эл
пл
Из результатов, представленных в табл.2, видно, что при совместном использовании в качестве добавки осадка станции водоподготовки и гранулированного доменного шлака обеспечивается выполнение выбранного в качестве критерия оптимальности формовочных свойств шихты соотношения между видами деформаций (ε=ε,=33,3%+-30%; ε+ε+ε,=100%;) и достигается технический результат изобретения: улучшение формовочных свойств шихты и, как следствие, исключаение появления дефектов в виде трещин.
Такие изменения в деформационном поведении формовочных масс связаны с образованием (благодаря внесению в увлажненную пастообразную керамическую массу высокодисперсных добавок) более прочной коагуляционной структуры. Механизм воздействия добавки из гранулированного доменного шлака и осадка водоочистки на реологию формовочных масс из низкосортного глинистого сырья обусловлен образованием более прочной коагуляционной структуры, в которой коллоидные частицы осадка обволакивают частицы отощающего компонента - шлака, обеспечивая связь между частицами посредством молекулярных (ван-дер-ваальсовых) и ионных сил. При этом взаимодействие частиц ограничено либо их непосредственным соприкосновением, либо протекает через слой дисперсионной среды.
Анализ микроструктуры и распределения основных силикатообразующих химических элементов в керамических массах показывает, что введение добавок в виде доменного гранулированного шлака и осадка приводит к общему изменению микроструктуры керамического черепка: тонкодисперсные частицы равномерно обволакивают более крупные частицы и характеризуются более плотным взаиморасположением разнородных частиц. При этом вся структура керамического черепка покрыта микропорами, особенно в местах соединения тонкодисперсных добавок с глинистыми частицами. Таким образом, присутствие в составе шихты добавок осадка водоочистки способствует увеличению степени пористости исследуемой пробы. Увеличение пористости реализуется за счет выгорания органической составляющей осадка, смешанного с суглинком.
Наряду с увеличением пористости применение в составе шихты добавки из осадка в композиции с гранулированным доменным шлаком также позволяет:
- увеличить количество используемого в составе шихты осадка станций водоподготовки до 30%, что способствует экономии энергетических ресурсов при обжиге за счет тепла, выделяемого при выгорании органической составляющей осадка станций водоподготовки;
- повысить степень утилизации осадка станций водоподготовки и тем самым уменьшить экологическую нагрузку, вызванную сбросом такого осадка в открытые водоемы.