ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2272798

КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА

КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА

Имя изобретателя: Соколов Эдуард Михайлович (RU); Васин Сергей Александрович (RU); Соколовский Виктор Владимирович (RU); Мишунина Галина Евгеньевна (RU); Васин Леонид Александрович (RU); Горбачева Марксина Ивановна 
Имя патентообладателя: ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТулГУ)
Адрес для переписки: 300600, г.Тула, пр. Ленина, 92, ТулГУ, патентно-лицензионный сектор 
Дата начала действия патента: 2004.06.07 

Изобретение относится к области строительства и может найти применение для изготовления стеновых изделий, в том числе и лицевых (кирпичей, камней). Технический результат: повышение прочности обожженной керамики и создание архитектурной выразительности за счет исключения выцветов и обеспечения на поверхности микроблестящих точек. Керамическая масса включает суглинок тяжелый, глину с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей (более 2 мас.% в пересчете на ион SO3 -2) и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства - слюдосодержащий кварцевый песок - отход угледобычи, фракции 0-0,315 мм, с содержанием пылевидной фракции 0-0,14 мм 35-50 мас.%. при следующем соотношении компонентов, мас.%: суглинок тяжелый 72-80, указанная глина 10-17, указанный кварцевый песок 10-11, причем указанный кварцевый песок содержит 95-98 мас.% кварца и 0,5-3 мас.% слюды.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства и может найти применение для изготовления стеновых изделий, в том числе и лицевых (кирпичей, камней).

Известен состав керамической массы, включающий глинистое сырье, содержащее сульфатные и сульфитные примеси типа: Na2SO4, CaSO4 и др., например FeS-пирит), и содержащее, мас.%:

- Активизированный кремнезем в виде коллоидного высокодисперсного материала - 10-20;
- Глинистое сырье, содержащее сульфатные и сульфитные примеси - остальное.

(см. Мороз И.И. Технология строительной керамики: Учеб. пособие для вузов - 3-е изд. перераб. и доп. - Киев: Вища школа. Головное издательство, 1980 - 384 с. Конкретно с.143 внизу и с.144 вверху).

Наряду с достоинствами состава исключаются высолы за счет химического связывания солей в нерастворимые силикаты, например:

CaSO4+SiO2=CaSiO3 +SO3­

MgSO4+SiO2=MgSiO3+SiO 3­ имеются и недостатки:

1. Недостаточная архитектурная выразительность керамических изделий - серый оттенок на красном тоне кирпича, т.к. коллоидный активный кремнезем типа диатомита, трепела имеет серый или темно-серый оттенок.

2. Коллоидный кремнезем резко снижает трещиностойкость при сушке, т.к. уменьшается водопроводящая структура при испарении влаги в процессе сушки.

3. Активизированный кремнезем относится к числу дефицитных материалов.

Наиболее близкий состав керамической массы по технической сущности и качественному содержанию приведен в Авт.свид. СССР №694474, МПК3 С 04 В, опубл. 30.10.79, Бюл. №40 и содержащий компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

- Мелкодисперсный тугоплавкий отход производства (зола-унос) - 60-69.
- Суглинок тяжелый - 25-30.
- Глина, содержащая повышенное количество сульфатных и  
сульфитных примесей (более 2% в пересчете на ион SO3 -2) - 6-10.

Такая глина согласно ОСТ 21-78-88 относится к некондиционной, но несмотря на это многие заводы вынуждены вводить в состав формовочной массы такие глины (дополнительно к суглинкам), т.к. обладают в 1,5-2 раза выше прочностью в сравнении с суглинками, на основе которых изготавливается стеновая керамика.

Наряду с достоинствами способа (утилизируется зола-унос, повышенная прочность кирпича-сырца) имеются и недостатки, лимитирующие применение керамических изделий в качестве лицевого кирпича, конкретно:

1. Низкая архитектурная выразительность, т.е. наличие дефектов: "мушки", выцветов (за счет сульфатных солей и пирита) и серый оттенок, т.к. зола-унос в соответствие с ГОСТ 6133-84 "Камни бетонные стеновые" относится к пигменту серого цвета.

2. Недостаточная прочность при сжатии обожженного кирпича 129-270 кгс/см2, что лимитирует получение кирпича с пустотностью 40% и выше с маркой по прочности не менее M100, M125.

Задача изобретения - повысить прочность обожженной керамики и архитектурную выразительность за счет исключения выцветов и обеспечения на поверхности микроблестящих точек.

Поставленная задача достигается тем, что керамическая масса, включающая суглинок тяжелый, глину с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей - более 2 мас.% в пересчете на ион SO3 -2 и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства, в качестве мелкодисперсного тугоплавкого отхода производства содержит слюдосодержащий кварцевый песок - отход угледобычи, фракции менее 0-0,315 мм, с содержанием пылевидной фракции 0-0,14 мм 35-50 мас.% при следующем соотношении всех компонентов, мас.%:

суглинок тяжелый 72-80
указанная глина 10-17
указанный кварцевый песок 10-11,

причем указанный кварцевый песок содержит 95-98 мас.% кварца и 0,5-3 мас.% слюды.

Характеристика компонентов, участвующих в реализации задачи

1. Глинистое сырье.:

1.1. Кукуйская глина (Тульская обл.) имеет темно-серый цвет, а после обжига кремовый. Среднепластичная, полукислая, малочувствительная к сушке. Легкоплавкая - огнеупорность 1250-1270°С. При температуре обжига 950-980°С приобретает высокую прочность 42-46 МПа. Последнее и служит основной причиной применять такую некондиционную глину в качестве добавки к суглинкам, имеющим прочность в 2 раза ниже. По количеству серосодержащих примесей не отвечает требованиям ОСТ 21-78-88.

1.2. Суглинок Новомосковский (Тульской обл.). Цвет желтый, а в обожженном виде имеет светло-красный цвет и прочность образцов на их основе 17-23 МПа (температура обжига - 1000-1050°С). Сырье кислое, легкоплавкое (температура огнеупорности - 1250°С). Является умеренно пластичным (Ч.П=12,6-12,7), высокочувствительным к сушке (низкая трещиностойкость). Является неспекающимся до 1250°С.

В таблице 1 приведен химический состав глинистого сырья. Для сопоставления приведены аналогичные показатели глинистого сырья, принятых в известном составе (прототипе).

Таблица 1

Химический состав глинистого сырья предлагаемого и известного составов.
№ п/п Химический состав (оксиды) Требования ОСТ 21-78-88 по химсоставу Для предлагаемого состава Для прототипа
Глина Кукуйская Суглинок Новомосковский Глина Айнабулакская Суглинок Бурундитский
  Содержание:          
  - Al2О 3, >7 21,45 11,64 14,44 15,5
  - Fe2O3+FeO, <14 5,3 4,00 4,83 4,86
  - CaO+MgO, <20 3,39 4,4 4,54 11,34
  - сульфат и сульфитсодержащие          
  примеси в пересчете на ион SO 3 -2, <2 3,19 следы 2,49 0,19
  - Na2O+K 2O,          
  - SiO2, <7 2,26 3,14 2,36 4,88
  - Потери при <85 52,7 72,28 59,02 57,06
  прокаливании   7,36 4,35 12,32 6,17
  Влажность исходная   15-18 16-18 - 6-13

1.3. Слюдосодержащий мелкодисперсный кварцевый песок. Цвет белый или светло-желтый. Насыпная плотность (сухого) 1510-1515 кг/м3. Фракционный состав: 0-0,14 мм (кварцевая пыль) - 35-50 мас%; 0,14-0,315 мм - 50-65 мас.%. Карьерная влажность 5-7%. Тугоплавкий - температура плавления 1700-1710°С. Минералогический состав включает: кварц (SiO2) - 95-98 мас.%; слюда - 0,5-3 мас.%; гематит Fe2O3, карбонаты, органика - остальное.

Примеры реализация предлагаемого состава керамической массы.

Пример 1. Суглинок Новомосковский и глину Кукуйского карьера предварительно сушили, измельчили и просеяли через сито с диаметром 2 мм.

Мелкодисперсный слюдосодержащий кварцевый песок просеяли через сито с диаметром 0,315 мм, чтобы задержать инородные включения.

Сухие порошкообразные компоненты дозировали по массе в соотношении, приведенном в таблице 2.

Однородную смесь порошков увлажнили водой до 20% влажности и приготовили пластическое тесто, которое пропустили через лабораторные вальцы с зазором 2 мм и поместили в целлофановый герметически закрытый мешок (для сохранения влажности), с последующим вылеживанием в течение двух суток. Из приготовленного теста формовали образцы - кубы размером 7,07×7,07×7,07 см, извлекли на перфорированный поддон, а затем сушили и обжигали соответственно при максимальной температуре 75±2°С и 1000°С. После обжига образцы изделий испытывали на прочность при сжатии и визуально архитектурную выразительность.

Данные испытаний свойств приведены в таблице 2 и 3.

Таблица 2

Состав керамической массы
№ п/п Компоненты сухой массы, мас.% Номера опытных масс керамики
            Прототип
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Суглинок тяжелый 70,0 72 76 80 81,5 84 30 25
2 Глина, содержащая                
  сульфатные примеси (более 2 мас% в пересчете на SO 3 -2) 18,5 17 13,5 10 9,5 8 10 6
3 Мелкодисперсный                
  тугоплавкий отход                
  производства:                
3.1 - Зола ТЭС; - - - - - - 60 62
3.2 - Слюдосодержащий                
  кварцевый песок с 11.5 11 10,5 10 9 8 - -
  фракцией 0-0,315 мм.                
Таблица 3

Свойства образцов керамики
№ п/п Свойства Ед. изм. Номера опытных масс керамики. Состав, мас%
            Прототип
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Предел прочности МПа 34,2 32,5 28,8 28,0 25,1 15,6 27,2 12,9
  при сжатии                  
2 Архитектурный                  
  вид:                  
2.1 Наличие выцветов - есть нет нет нет нет нет есть есть
  (высолов),                  
2.2 Цвет - Абрикос Светло-красный
        с серым
        оттенком
2.3 Наличие блестящих      
  золотистых - Есть Нет
  точек.      

Анализ результатов реализации задачи

1. Как видно из таблице 3, керамические массы составов №1 и №6 являются запредельными, т.к. изделия из состава №1 имеют на поверхности выцветы, следовательно, отношение массы кварцевого песка 11,5 мас. % к массе сульфатсодержащей глины 18,5 мас.% недостаточно. Состав №6 обеспечивает прочность 15,6 МПа, что находится в пределе прочности прототипа, а также не позволяет получить высокопустотный лицевой кирпич (пустотность 42%) марки по прочности не менее M100.

2. Прочность образцов изделий из смесей состава №2, 3, 4, 5 превышает прочность образцов прототипа на 5,3-12,2 МПа.

3. Изделия не имеют выцветов, "мушки" и приобретают ярко выраженный светло-оранжевый цвет - цвет спелых абрикосов, причем с блестящими золотистыми микроточками на поверхности. Что способствует повышению архитектурной выразительности лицевой керамики.

Физико-химическая сущность достижения поставленной цели объясняется следующим:

В составе мелкодисперсного кварцевого песка кристаллической структуры содержится 35-50 мас.% пылевидного кварца (SiO2), который при обжиге керамики способен вступать в реакцию с известью, освободившейся в процессе разложения ангидрита (CaSO4), сульфата натрия (Na2SO4) и пирита (FeS), образуя нерастворимые в воде силикаты кальция, натрия, фаялит (FeSiO 3).

Например:

CaSO4=CaO+SO3 ­

CaO+SiO2=CaSiO3

FeS+SiO 2+2O2=FeSiO3+SO3

В составе же керамической массы прототипа известь (СаО), освободившаяся от разложения сульфатов, вступает в реакцию с углекислым кальцием (СО2), содержащимся в продуктах горения зоны обжига печи, т.е. карбонизируется в белые пятна, причем этот процесс продолжается и за пределами печи или вступает в реакцию с газом SO2, содержащимся в продуктах горения, т.е. идет обратный процесс образования нерастворимых сульфатов, особенно если в зоне обжига печи поддерживается небольшое давление. Газы SO 2 образуются от разложения пирита, содержащегося в глине, т.е. на поверхности образуется ангидрит.

Таким образом, в предлагаемом составе пылевидный кварц вступает в реакцию подобно коллоидному.

Образование силикатов CaSiO3, фаялита FeSiO3 способствуют увеличению в составе керамики: стеклофазы, а следовательно, и повышению прочности, а также исключается возможность образования выцветов. Заметим, что в составе аналога в этом процессе участвует коллоидный кремнезем. Присутствующие в составе кварцевого песка микрочастицы слюды выполняют двойную роль, конкретно:

- При температуре 900-950°С эти частицы вспучиваются, уплотняя керамический черенок и благодаря сплавлению с минералами керамики увеличивают прочность.

- Вспученные микрочастицы слюды приобретают золотистый цвет, образуя на поверхности керамики золотистые блестящие микроточки размером менее 0,3 мм, что положительно сказывается на архитектурной выразительности керамики.

- Микродисперсный - кварцевый песок, имея белый или светло-желтый цвет, также положительно влияет на архитектурный вид. Экономические преимущества в сравнении с прототипом заключаются в следующем:

1. Кварцевый песок, вводимый в состав массы, несмотря на микродисперсность, не обладает свойством пыления, и тем более, что он имеет влажность 5-6%, а зола-унос из циклонов, применяемая в составе керамики прототипа, требует мощных вентиляционных систем для обеспыливания помещений цеха.

Кроме того, для отбора золы-уноса из циклонов требуются специальные установки и транспортируется такая зола пневмотранспортом или в цементовозах, или бумажных мешках, а кварцевый песок (навалом), причем любым транспортом (автосамосвалы или в платформах). Отсюда применение кварцевого песка в сравнении с золой обходится в 2 раза дешевле.

2. Впервые микродисперсные пески Подмосковного угольного бассейна предлагается утилизировать в составе лицевой керамики. Ранее (80-е годы) их могли применять только для производства стеклянной тары. Таких заводов в Тульской области нет. Поэтому предлагаемое изобретение направлено и на утилизацию песков, которые тысячами тонн скопились в открытых буроугольных разрезах.

3. На основе предлагаемого состава керамики можно изготовлять и лицевой кирпич, который реализуется по цене в 1,3-1,5 раза дороже в сравнении с кирпичом прототипа.

Таким образом, прибыль от рекомендуемого состава керамики на 20-25% выше в сравнении с известным составом прототипа.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Керамическая масса, включающая суглинок тяжелый, глину с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей более 2 мас.% в пересчете на ион SO3 -2 и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства, отличающаяся тем, что вводят в качестве мелкодисперсного тугоплавкого отхода производства слюдосодержащий кварцевый песок - отход угледобычи фракции 0-0,315 мм с содержанием пылевидной фракции 0-0,14мм 35-50 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Суглинок тяжелый 72-80
Указанная глина 10-17
Указанный кварцевый песок 10-11

причем указанный кварцевый песок содержит 95-98 мас.% кварца и 0,5-3 мас.% слюды.

Версия для печати
Дата публикации 03.06.2007гг


вверх