СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГРУБОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ
CRUDE MIXTURE FOR PRODUCING COARSE STRUCTURAL CERAMIC

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности керамических стеновых материалов, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней.
3
Производство керамических стеновых материалов в г. Тюмени обеспечивается запасами глин крупного Кыштырлинского месторождения. Химический и минеральный состав глин определяет такие показатели качества продукции, как прочность 10-12,5 МПа и плотность 1700-1800 кг/м. На изделиях отмечаются трещины, искривления ребер и граней, высолы на поверхности при эксплуатации, что исключает применение изделий при лицевой кладке.
Для улучшения прочностных, теплотехнических параметров и выполнения требований, предъявляемых к лицевой керамике, в состав сырьевой смеси вводятся модифицирующие добавки - диатомитовая порода и графит искусственный измельченный. Успешное решение реализуется в снижении температуры обжига изделий; уменьшении величины воздушной и огневой усадки; уменьшении плотности керамического изделия; увеличении прочности структуры; изменении декоративных характеристик (осветление черепка).
Известна керамическая масса (пат. №2233815) - закарбонизированный суглинок 84-89,3%; гранулированный кремнезем 10-14,8%; сульфатное мыло 0,7-1,2%. Недостатком композиции является усложнение технологической линии.
Близким технологическим решением является керамическая масса для изготовления керамического кирпича (пат. №2445286), включающая закарбонизованный суглинок - 93,0-97,0%; микрокремнезем (оболочка гранулированной добавки) - 1,5-3,5%; уголь (ядро гранулированной добавки) - 1,5-3,5%. Недостатком такого решения является высокая зольность угля и необходимость в дополнительных защитных мероприятиях при его помоле и хранении.
Задачей настоящего изобретения является получение керамического стенового материала с пониженной плотностью, высокой прочностью и с высокими эстетическими показателями, на основе многокомпонентной сырьевой массы.
При введении в состав керамической массы кремнеземистого сырья (диатомита) достигается уменьшение плотности и снижение усадки. Но прочность остается неизменной либо уменьшается, что является недостаточным для получения современных керамических стеновых материалов.
В результате анализа технической литературы и патентной документации было принято решение провести дополнительное исследование влияния углеродсодержащей добавки в глину. В результате была обнаружена тенденция к увеличению прочности и снижению плотности изделий, а также снижение температуры обжига на 150-200°С без ущерба для свойств готовой продукции.
Совместное введение диатомита и графита позволяет значительно снизить воздушную и огневую усадку, снизить плотность, формовочную влажность, изменить цвет черепка и уменьшить температуру обжига. Мокрый помол компонентов исключает необходимость фракционирования компонентов.
Сущность изобретения заключается в том, что сырьевая смесь содержит следующие компоненты:
- глина Кыштырлинская - 70,0-76,0%;
- диатомит Камышловский - 20,0-25,0%;
- графит - 4,0-5,0%.
Характеристики исходных материалов
1. Глина Кыштырлинская
Сырьем, свойства которого подлежали корректировке, являлись глины Кыштырлинского месторождения. Химический состав глин представлен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав Кыштырлинских глин
Содержание, %
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
TiO<sub>2</sub>
Na<sub>2</sub>O
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
K<sub>2</sub>O
п.п.п
55,37-62,67
15,58-18,63
0,77-1,00
0,6-0,7
7,76-8,8
1,37-1,77
1,62-1,92
1,0-2,01
1,11-2,19
6,4-7,64
В таблице 2 приведены данные по гранулометрическому составу глин.
Таблица 2
Гранулометрический состав глины
Песчаные частицы 1-0,05 мм
Пылеватые частицы 0,05-0,005 мм
Глинистые частицы менее 0,005 мм
15,2%
19,2%
65,6%
Показатели, отражающие керамические свойства Кыштырлинской глины, приведены в таблице 3.
Таблица 3
Керамические свойства глины
Число пластичности
Огнеупорность
Воздуш. усадка, %
Температура обжига, °C
Общая усадка, %
Водопоглощение %
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Цвет черепка
Более 25
Более 1580°C
10-13
1100-1300
До 15
25-30
1,8
Темно-красный
2. Диатомит Камышловский
Диатомиты - это органогенная порода, образовавшаяся из панцирей микроорганизмов, между которыми осаждались тончайший ил и глина. Состоит из аморфного кремнезема в виде опала. Химический состав диатомитов приведен в таблице 4.
Таблица 4
Химический состав Камышловского диатомита
Компонент
SiO<sub>2</sub>
CaO
MgO
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FeO
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
TiO<sub>2</sub>
MnO
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
SO<sub>3</sub>
Содержание, %
75,12
0,46
0,35
3,23
0,27
8,86
0,43
0,02
0,11
0,74
1,20
1,20
Твердость диатомита равна 2 по шкале Мооса, следовательно, для его переработки требуется минимум технологического оборудования и энергозатрат; большая удельная поверхность и высокая реакционная способность этой горной породы обуславливают его благоприятное влияние на керамическую массу при активации сырья и обжиге черепка. За счет своей минимальной усадки при температурах обжига, принятых в промышленности, диатомит является отощителем. Кроме этого, при дегидратации в интервале температур 300-500°С, он существенно уменьшит плотность черепка и его теплопроводность. К тому же, применение диатомита целесообразно экономически за счет его невысокой стоимости и обширности запасов.
3. Графит
Для решения задачи понижения температуры обжига и увеличения прочности изделий и на основании предыдущих исследований в качестве добавки целесообразно применение углеродсодержащего сырья. Такой добавкой может служить тонкодисперсный уголь или графит, применяемый в пресс-порошках (например, металлокерамике). Однако применение угля предусматривает его тонкодисперсную переработку, то есть дополнительную технологическую линию, включающую в себя дробильно-помольное оборудование и сложную воздухоочистительную систему; дозировки угля значительно превышают дозировки графита для получения такого же эффекта; и наконец, повышается риск локальных перегревов внутри изделия. Эти обстоятельства предопределяют применение графита в керамической массе. При горении он поднимает температуру внутри изделия и тем самым ускоряет процессы муллитообразования, отвечающего за долговечность и прочность керамики.
3
Изобретение применимо для производства стеновой керамики. Средняя плотность пустотелых изделий при сохранении требований ГОСТ 530-2007 составляет 1200-1260 кг/м. Характеристики изделий приведены в таблице 5.
Таблица 5
Свойства полученных изделий
Показатель
Прочность при сжатии, МПа
Средняя плотность, кг/м<sup>3</sup>
Водопоглощение, %
Цвет черепка
Значение
20,5-22,0
1200-1260
13-14
«Абрикос»