Способ изготовления облицовочных керамических изделий
METHOD FOR MAKING FACING CERAMIC ARTICLES

Способ относится к производству строительной керамики и может быть использован при изготовлении облицовочных керамических изделий: плиток, плит, кирпичей и блоков для внутренней и наружной отделки стен зданий.
Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки [1], содержащая (в мас.%): лессовидный суглинок - 50,0-54,0; каолинитовая глина - 33,0-36,0; пегматит - 9,0-11,0; глинозем - 2,0-3,5; криолит - 0,5-1,0. Недостатками указанной керамической массы являются низкая прочность получаемых изделий (около 10 МПа), многокомпонентный состав, высокая энергоемкость производства (давление прессования 30 МПа и температура обжига 1100-1180°С) и необходимость нанесения слоя глазури на поверхность обожженных плиток.
Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки [2], содержащая (в мас.%): каолин 84,0-86,0; бентонит 3,0-5,0; лесс 3,0-5,0; плиточный бой 0,1-0,5; криолит 0,5-1,0; глинозем 5,0-7,0. Недостатками указанной керамической массы являются низкая прочность получаемых изделий (12-15 МПа), многокомпонентный состав, высокая энергоемкость производства (температура обжига 1100-1150°С) и необходимость нанесения слоя глазури на поверхность плитки перед обжигом.
2
2
3
2
3
3
2
2
2
5
Известна сырьевая смесь для изготовления облицовочной плитки [3], включающая (в мас.%): породу углеобогащения, термообработанную при 570-600°С, глину, а в качстве плавня – иловую часть отходов обогащения железныхруд, химический состав которой, мас.%: SiO - 42,45; AlO - 14,54; СаО - 14,88; MgO - 4,52; FeO - 8,06; FeO - 9,46; SO - 0,98; RO - 3,25; MnO - 0,49; TiO - 0,73; PO - 0,64%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: порода углеобогащения, термообработанная при 570-600°С, 90-70, глина 5-20, иловая часть отходов обогащения железных руд 5-10. Изделия на основе данной сырьевой смеси, несмотря на присутствие плавня, также отличаются низкой прочностью на сжатие (15-18 МПа) и высоким водопоглощением (10,1-11,5%) при высокой энергоемкости производства (давление прессования 25-25 МПа) и необходимости глазурования.
Наиболее близкой к предлагаемому решению является керамическая масса, применяемая для способа производства обожженных строительных материалов [4] и содержащая 50 вес.ч. тугоплавкой и трудноспекаемой глины, в т.ч. малопластичной, в качестве основного компонента и 50 вес.ч. обожженной криолитсодержащей добавки в качестве плавня. Криолитсодержащую добавку получают смешиванием 200 кг измельченной глины, 100 кг измельченного криолита, предпочтительно если он будет обожжен при температуре от 600 до 700°С, 10 кг оксида железа и 400 кг воды. Полученную смесь перемешивают с глиной в пропорции 10 кг смеси на 1000 кг глины, формуют из нее блоки, которые обжигают при температуре 800°С, а затем измельчают с получением обожженной криолитсодержащей добавки. Преимуществами керамической массы из известного способа являются низкая температура обжига при получении конечных изделий (900°С) и низкая усадка, позволяющая проводить сразу после формования сушку, обжиг и охлаждение за относительно короткое время, равное восьми часам. Недостатками данной керамической массы являются трудоемкость и общая длительность технологического процесса, связанные с подготовкой обожженной криолитсодержащей добавки.
Техническими задачами, на решение которых направлено изобретение являются снижение водопоглощения и повышение прочности керамических изделий.
2
3
Наиболее эффективно поставленные задачи решаются за счёт проведения обжига при температуре 1050°С, применения малопластичной глины с содержанием АlО = 10,75 мас.%, замены обожженной криолитсодержащей добавки на криолит при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси (в маc.%):
Малопластичная глина
с содержанием Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub> = 10,75 мас.%
97,5-99,0
Криолит
1,0-2,5
2
2
3
2
3
2
2
В данном изобретении предусматривается применение глины Суворотского месторождения Владимирской области, содержащей в своем составе следующие соединения (в мас.%): SiО = 67,5; АlО = 10,75; FeО = 5,85; СаО = 2,8; MgO = 1,7; КО = 2,4; NaО = 0,7. Данная глина обладает числом пластичности 5,2 и относится к малопластичным (по ГОСТ 9169-75).
2
3
2
3
В качестве плавня в данной сырьевой смеси используется криолит искусственный технический марки КА высшего сорта с криолитовым модулем не менее 1,7 (ГОСТ 10561-80), который в чистом виде плавится при температурах около 1010°С, а совместно с AlО образует систему, температура плавления которой зависит от количественного соотношения криолита и AlО.
2
3
2
3
При учете количества AlО, содержащегося в предлагаемой в данном изобретении глины, и количестве вводимого криолита получаются системы с температурами плавления около 945-950°С. При этом расплав криолита способен растворять AlО, а образующийся раствор будет заполнять поры и пустоты в материале, приводя к его уплотнению и одновременно выступать в роли связующего между частицами керамики. После охлаждения это приведет к повышению прочности и снижению водопоглощения.
2
3
2
3
При этом для указанной малопластичной глины, содержащей в своем составе 10,75 мас.% AlО, наиболее эффективным будет введение от 1 до 2,5 мас.% криолита. При введении криолита в количестве менее 1 мас.% не происходит значительного изменения свойств получаемой керамики, что объясняется недостаточным количеством образующегося расплава криолита. При введении криолита в количестве более 2,5 мас.% после взаимодействия с AlО, содержащимся в глине, остается избыток расплава, часть которого выделяется в виде летучих соединений фтора и фторидов, что приводит к короблению изделий, а при введении криолита в количестве более 5 мас.% возникающие внутренние напряжения приводят к значительным деформациям и разрыву изделий.
Реализация заявляемого изобретения предпочтительна по следующей технологии:
Малопластичная глина предварительно измельчается до фракции с размером частиц менее 0,63 мм и высушивается, а после смешивается с криолитом в требуемом соотношении. Затем смесь увлажняется до получения формовочной массы с влажностью 8 мас.%, из которой получают сырец при давлении 15 МПа. Затем сырец без проведения сушки обжигается при температуре 1050°С.
Обоснованность и преимущества заявляемого изобретения основаны на измерении физико-механических и эксплуатационных показателей керамики на основе шихты с содержанием криолита от 1 до 2,5 мас.% и иллюстрируются следующими примерами:
1. К 99 мас.% малопластичной глины добавляют 1 мас.% криолита, перемешивают и получают материал по указанной технологии;
2. К 98,5 мас.% малопластичной глины добавляют 1,5 мас.% криолита, перемешивают и получают материал по указанной технологии;
3. К 98 мас.% малопластичной глины добавляют 2 мас.% криолита, перемешивают и получают материал по указанной технологии;
4. К 97,5 мас.% малопластичной глины добавляют 2,5 мас.% криолита, перемешивают и получают материал по указанной технологии.
Свойства материалов, полученных с использованием известного [3] и предлагаемого составов керамической массы, приведены в таблице 1.
Источники информации
1. Патент на изобретение №2439026, кл. С04В 33/13, 2012.
2. Патент на изобретение №2420479, кл. С04В 33/13, 2011.
3. Патент на изобретение №2258684, кл. С04В 33/00, 2005.
4. Патент US № 1664815, кл. С04В 33/02, 1928.