СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА ПОЛУСУХОГО ФОРМОВАНИЯ
RAW MIXTURE FOR PRODUCTION OF CERAMIC BRICKS OF SEMIDRY SHAPING

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к промышленности керамических материалов, и может быть использовано для получения керамического кирпича.
Известны керамические массы (смеси), содержащие техногенные компоненты и глину, из которых получают кирпич и камни керамические методом полусухого прессования.
Технические задачи, решаемые при использовании техногенного сырья, это не только улучшение свойств кирпича, но, чаще всего, еще и утилизация опасного мпоготоннажного отхода, отравляющего окружающую среду, наносящего вред здоровью населения. Поэтому при сравнении предложенных решений необходимо учитывать не только свойства получаемого материала, но эффективность решения экологической задачи, то есть количество устраняемого из среды опасного отхода.
Известна керамическая масса для изготовления керамического кирпича, содержащая легкоплавкую глину и алюмокальциевый шлам, получаемый при очистке стоков производств этил- и изопропилбензола при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкая глина 70-90; алюмокальциевый шлам 10-30 (патент RU №2388721 от 10.05.2010).
Недостатком известного решения является небольшое содержание отхода - алюмокальциевого шлама в составе смеси.
Известна керамическая масса для получения кирпича следующего состава, мас.%: глинистая часть «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд - 20-70, зола ГЭС - 30-80 (Абдрахимов Д.В. Керамический кирпич из отходов производств / Д.В. Абдрахимов, П.С. Абдрахимова, В.З. Абдрахимов. // Строительные материалы. - 1999. - №9. - С. 34-35).
Недостатком известного состава является низкая морозостойкость (14-30 циклов).
Известна керамическая масса для изготовления кирпича, включающая следующие компоненты, мас.%: легкоплавкая глина - 50-90, металлургический шлак - 10-50 (Агафонова Н.С. Оптимизация состава керамических масс по механическим свойствам кирпича / Н.С. Агафонова, В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова, В.П. Долгий // Известия вузов. Строительство. - 2005. - №5. - С.53-58).
Недостатком известного состава керамической массы является относительно низкая морозостойкость - 30-55 циклов.
Известна керамическая масса для изготовления строительного кирпича, включающая следующие компоненты, масс.%: шунгитовый сланец - 16-60, глина остальное (патент RU №2305082 от 27.08.2007 г.).
3
Недостатком известной смеси является высокая плотность (1730-1850 кг/м) и относительно низкая морозостойкость (42-47 циклов или F35) получаемого кирпича.
Наиболее близкой смесью того же назначения к заявляемой смеси по совокупности признаков является керамическая масса полусухого прессования для изготовления кирпича, включающая легкоплавкую глину и горелые породы, образовавшиеся после самовозгорания горючих сланцев, при следующем соотношении компонентов, масс.%: легкоплавкая глина - 50-80; горелые породы, образовавшиеся после самовозгорания горючих сланцев, - 20-50 (патент RU №2440950 от 27.01.2012 г.). Данный состав принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой смеси, - молотая глина, молотый терриконик «красный» (горелые породы, образовавшиеся после самовозгорания горючих сланцев).
Недостатком известного состава, принятого за прототип, является небольшое количество утилизируемого терриконика лишь одного типа, высокая плотность и относительно низкая морозостойкость получаемого кирпича.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение морозостойкости и прочности изделий и удаление из окружающей среды горелых пород, образовавшихся после самовозгорания горючих сланцев.
Поставленная задача была решена за счет того, что известная сырьевая смесь для получения керамического кирпича полусухого формования, включающая молотые глину и терриконик «красный», содержит терриконик «красный», молотый до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,315-0,63 мм, и дополнительно молотый до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,315-0,63 мм терриконик «черный» и коллоидный 30-процентный раствор олигопептидов в воде при следующем соотношении компонентов (масс.%):
указанный терриконик «красный»
13-67
указанный терриконик «черный»
13-67
глина
12-16
коллоидный 30-процентный раствор олигопептидов в воде
4-8
Отличительными признаками заявляемой смеси от керамической массы по прототипу являются: молотый до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,315-0,63 мм терриконик «красный»; введение терриконика «черного», молотого до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,315-0,63 мм, и коллоидного 30-процентного раствора олигопептидов в воде; иное количественное соотношение используемых ингредиентов, масс.%: указанный терриконик «красный» - 13-67; указанный терриконик «черный» - 13-67; глина - 12-16; коллоидный 30-процентный раствор олигопептидов в воде - 4-8.
В состав керамической массы включают не только горелые породы, но и не подвергшиеся самовозгоранию углесодержащие породы.
Дело в том, что отвалы угледобывающих шахт - терриконы - необязательно подвергаются самовозгоранию. В результате в угольных бассейнах присутствуют как горелые, так и негорелые терриконики. Горелые принято называть «красными» из-за кирпично-красного цвета, а негорелые «черными», также из-за черного цвета. Как правило, горелые и негорелые породы присутствуют в разных терриконах в примерно одинаковых соотношениях. Однако, в связи с прекращением угледобычи и попытками рекультивации земель под терриконами, как это произошло в Кизеловском угольном бассейне Пермского края, горелые и негорелые породы терриконов оказались перемешаны друг с другом в неопределенных соотношениях. Как-либо отделить их друг от друга не представляется возможным. Обследования терриконов показали, что соотношение «черных» и «красных» пород в большинстве терриконов составляет от 30:70 до 70:30%, а в подвергшихся «рекультивации» даже от 10:90 до 90:10.
Предлагаемое решение позволяет использовать образовавшиеся смеси при любом соотношении горелых и негорелых пород. Одновременно предлагаемая смесь для получения керамического кирпича полусухого прессования позволяет повысить морозостойкость и снизить среднюю плотность керамического кирпича.
Терриконики представляют собой смесь песка и щебня, состоящую из алевритов, алевролитов и углистых сланцев. После термического воздействия самовозгорания смесь представляет собой продукты обжига и по составу соответствует метакаолиниту в виде сланцеватого материала. Химический состав террикоников приведен в табл.1, состав использованной глины в табл.2.
Коллоидный раствор олигопептидов (КРОП) получают варкой птичьего пера в растворе NaOH с последующей нейтрализацией серной или соляной кислотой. При этом протеин, представляющий собой цепной полипептид, расщепляется на короткие цепочки олигопептиды, которые и образуют коллоидный раствор. КРОП способствует диспергированию твердых компонентов смеси, повышает агреративную устойчивость смеси. А при обжиге, выгорая, создает дополнительную закрытую пористость, что способствует снижению плотности черепка.
Таблица 1
Химический состав террикоников
№№ пп
SiO<sub>2</sub>
TiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MnO
MgO
CaO
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
S
1A
50.85
1.277
17.16
5.31
0.009
0.11
0.38
0.33
2.35
0.092
1.06
2A
51.04
1.449
21.75
14.16
0.019
0.00
1.60
0.45
2.25
0.114
1.96
3A
30.05
1.152
15.18
4.56
0.007
0.00
0.19
0.21
2.55
0.056
1.46
4A
45.22
1.295
17.11
9.65
0.007
0.11
0.16
0.23
2.43
0.076
1.10
1B
47.48
1.032
14.78
5.99
0.007
0.02
0.16
0.28
1.88
0.093
1.22
2B
52.99
1.383
19.88
14.31
0.020
0.00
1.92
0.31
2.07
0.105
1.87
3B
45.15
1.130
15.29
4.61
0.007
0.09
0.14
0.21
2.20
0.096
0.99
4B
58.67
1.192
16.57
8.34
0.013
0.24
0.13
0.22
2.29
0.095
0.82
Примечание: A - красные терриконики, B - черные терриконики.
Содержание угля в черных от 20 до 30%, в красных - от 0 до 3%
Таблица 2
Химический состав глины
Сумма
ППП
SiO2
Al2O3
TiO2
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
99,8
6,75
63,48
12,87
0,74
4,76
5,57
1,84
0,02
2,02
1,75
Керамический кирпич получают следующим способом.
Смесь террикоников измельчают до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,315-0,63 мм. Высушенную до воздушно сухого состояния глину также измельчают до полного прохождения через сито 0,63. Все сухие компоненты смешивают с заданным количеством КРОП. Из полученной смеси прессуют кирпич при давлении 20-40 МПа и обжигают при температуре 1050°С в течение 8 часов.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1
Состав композиции (масс.%):
«Черный» терриконик - 40;
«Красный» терриконик - 40;
Глина - 13;
КРОП - 7.
Из полученной смеси прессовали кирпич при давлении 40 МПа и обжигали при температуре 1050°C.
Пример 2
Состав композиции (масс.%):
«Черный» терриконик - 67;
«Красный» терриконик - 13;
Глина - 16;
КРОП - 4.
Формование кирпича из этой смеси производят при давлении 20 МПа, обжиг при 950°C. Результаты испытаний приведены в табл.3.
Пример 3
Состав композиции (масс.%):
«Черный» терриконик - 13;
«Красный» терриконик - 67;
Глина - 12;
КРОП - 8.
Формование кирпича из этой смеси производят при давлении 30 МПа, обжиг при 1000°C. Результаты испытаний приведены в табл.3.
Пример 4
Состав композиции (масс.%):
«Черный» терриконик - 27;
«Красный» терриконик - 35;
Глина - 14;
КРОП - 6.
Формование кирпича из этой смеси производят при давлении 30 МПа, обжиг при 1050°С. Результаты испытаний приведены в табл.3.
Таблица 3
Результаты испытаний
Показатели
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Прототип
Прочность при сжатии, МПа
20,8
19,9
22,3
21,6
18,2-19,4
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
1330
1260
1390
1310
1710-1880
Морозостойкость, циклы
Более 100
Более 100
Более 100
Более 100
57-70
Водопоглощение
6,2
6,8
6,1
6,5
Не приводится
Усадка при обжиге
5,2
5,7
2,7
3,9
6,5-6,8
ККК
15,6
15,8
16,0
16,5
10,6
Как видно из таблицы 3, кирпичи из заявленных составов имеют более высокие показатели по прочности и морозостойкости, чем прототип. Кроме того, их водопоглощение соответствует требованиям ГОСТ 530-2012, усадка при обжиге меньше, а ККК выше, чем у прототипа.