КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛИНКЕРНОГО КИРПИЧА
CERAMIC MASS TO MAKE CLINKER BRICKS

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к составам масс для получения клинкерного кирпича.
Известна керамическая масса для изготовления керамических изделий, включающая глинистую мергель (в мас.%) - 75-85, цеолитсодержащую глину - 5-15 и стеклобой - 3-10 (Патент РФ №2210554). Недостатком данной глины является то, что изделия на ее основе имеют высокое водопоглощение и обладают незначительной прочностью на изгиб. Несмотря на присутствие плавня (стеклобоя) до 10%, изделия отличаются повышенным водопоглощением.
Другая керамическая масса (патент РФ №2176223), содержащая 25-60% легкоплавкой глины и 40-75% цеолитсодержащей глины смешанного минерального состава с размером частиц менее 1 мм, после обжига при температуре 1050°C не позволяет получить керамические изделия с водопоглощением менее 1%, удовлетворяющие требованиям ГОСТа.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления керамических материалов, включающая глину - 70-90% и хвосты извлечения кобальтового концентрата - 10-30% (Патент РФ №2250205). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе после обжига имеют высокое водопоглощение (8,2-10,0%).
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение водопоглощения и повышение прочности.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая цеолитсодержащую породу и наполни гели, отличается тем, что в качестве наполнителя она содержит хвосты извлечения кобальтового концентрата при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: цеолитсодержащая порода - 80-60, хвосты извлечения кобальтового концентрата - 20-40.
3
3
Цеолитсодержащая порода имеет красно-коричневый цвет, объемная масса - 1680 кг/м, плотность - 2700 кг/м, огнеупорность - 1160°C. В минералогический состав входят клиноптилолит (30-34%), монтмориллонит (8-10%), кварц (12-18%), ортоклаз (28-32%), гетит (6-8%), кальцит (4-6%) и вулканическое стекло (7-9%). Химический состав цеолитсодержащей породы приведен в таблице 1.
Таблица 1
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
K<sub>2</sub>O
Na<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
SO<sub>3</sub>
п.п.п.
57,94
12,07
6,05
4,13
2,04
2,18
3,72
0,23
11,64
3
3
2
2
3
2
3
2
2
В качестве наполнителя приняты попутные продукты извлечения кобальтового концентрата, представляющие собой тонкоизмельченный порошок серого цвета. Объемная насыпная масса - 920 кг/м, плотность - 2720 кг/м. Огнеупорность - 1200°C. В минералогический состав входят ортоклаз, кварц, глинистые минералы, железистые соединения и карбонаты. Химический состав включает следующие оксиды, мас.%: SiO - 32,79; AlO - 9,33; FeO - 10,00; CaO - 15,47; MgO - 12,01; KO - 0,90; NaO - 1,40; п.п.п. - 17,80.
Из научной и технической литературы, а также из известного перечня информации заявителем не обнаружены технические решения с применением цеолитсодержащей породы и хвостов извлечения кобальтового концентрата или с аналогичными наполнителями подобного химического состава.
В рассматриваемой керамической массе измельченные и увлажненные частицы клиноптилолита и монтмориллонита выступают в качестве пластической составляющей между твердыми частицами, обеспечивая плотную упаковку последних при формовании путем прессования.
Химическое взаимодействие основных составляющих (клиноптилолита, монтмориллонита и ортоклаза) цеолитсодержащей породы при термической обработке, при указанной совокупности оксидов с продуктами разложения глинистых минералов и других компонентов, присутствующих в «хвостах», обуславливает более раннее протекание реакций в твердой фазе с образованием новых соединений типа морденита, железистых шпинелей, кристобалита, анортита, герценита, волластонита и муллитонодобной фазы, а также образованием большого количества жидкой железосодержащей фазы за счет взаимодействия оксидов щелочных и щелочноземельных элементов с оксидами кремнезема, алюминия, железа и вулканического стекла. Поскольку жидкая фаза практически является связующим и цементирующим веществом между твердыми частицами, заполняющим межзерновые пустоты, снижая пористость черепка, то образование ее в большом количестве (более 50%), чем в известных составах при конечной рабочей температуре обжига, обуславливает получение керамическою материала более плотной структуры, что снижает водопоглощение и повышает прочность изделий.
Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, по мнению заявителя, отвечает критерию «существенных отличий», приобретает новые свойства, заключающиеся в получении керамического материала более плотной структуры, обуславливающей высокую прочность и низкое водопоглощение изделий.
Пример конкретного выполнения
Приготовление массы осуществляют шликерным способом при одновременном помоле сырьевых материалов в шаровых мельницах до конечного остатка на сите №0063 не более 3%. Обезвоживание шликера производят в башенной распылительной сушилке и получают пресс-порошок с влажностью 6-8%. Прессование изделий размерами 200×100×50 мм (образцы-ромбики) производится при удельном давлении 40 МПа. Опрессованные и высушенные изделия сушат и обжигают однократным способом при температуре 1100°C.
Шихтовый состав масс и свойства обожженных изделий приведены в таблицах 2 и 3.
Результаты испытаний показали эффективность введения тонкоизмельченных хвостов извлечения кобальтового концентрата в количестве 20-40%. При добавке 10% предлагаемых хвостов в состав №1 водопоглощение изделий не удовлетворяет требованиям. При увеличении содержания цеолитсодержащей породы более 40% (состав V), наблюдается деформация изделий с расплавлением острых углов и граней. По сравнению с прототипом водопоглощение полученных изделий из предлагаемой массы - менее чем в 10-12 раз.
Таблица 2
Составы
I
II
III
IV
V
Цеолитсодержащая порода
90
80
70
60
50
Хвосты извлечения кобальтового концентрата
10
20
30
40
50
Таблица 3
Номера составов
Водопоглощение
Предел прочности при сжатии, МПа
I
1,7
51,8
II
0,8
71,0
III
0,5
79,1
IV
0,1
87,4
V
0,03
деформация изделий
Прототип
8,2-10
39,5-48,6
В результате интенсивного спекания указанной массы образованная жидкая фаза заполняет все межзерновые пустоты черепка и способствует значительному уплотнению материала с уменьшением водопоглощения, а кристаллические новообразования, такие как кристобалит, анортит, герценит, железистые шпинели и муллитоподобная фаза, обеспечивают высокую механическую прочность изделий.
Применение предлагаемой керамической массы позволяет получить керамический клинкерный кирпич с малым водопоглощением и высокой прочностью с расширением сырьевой базы.