Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки

Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки

Реферат

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в производстве облицовочной керамической плитки для внутренних отделочных работ.

При изготовлении строительных керамических изделий широко используются промышленные отходы горнорудных и металлургических предприятий. Такие отходы имеют сложный минеральный состав, что отрицательно сказывается на технических характеристиках получаемых изделий. При производстве керамических изделий, в том числе облицовочной керамической плитки, с использованием отходов обогащения медно-никелевых руд общими недостатками получаемых изделий являются высокое водопоглощение и низкие прочностные характеристики. Для улучшения эксплуатационных свойств применяют повышенные температуры обжига изделий, что вызывает деформацию и оплавление части изделий, увеличивая процент брака. Кроме того, повышаются энергозатраты при обжиге изделий. Оптимальной температурой обжига при получении керамических изделий для внутренних отделочных работ является температура в диапазоне 1050-1100°С.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. Глодин Ю.Н. Отходы (хвосты) флотации медно-никелевых руд как сырьевой материал для производства кислотоупорных и износоустойчивых керамических изделий: Труды НИИ строительной керамики.- М., 1966, вып.26, с.37-59), включающая 50 мас.% глины легкоплавкой и 50 мас.% отходов обогащения медно-никелевых руд.

Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий минералогический состав, мас.%:

Оливины	35-40
Серпентины, хлорит, тальк	17-19
Пироксены	25-30
Флогопит	7-9
Магнетит	9-11
Пирротин	0,2-0,3

Получаемая облицовочная плитка в интервале температур обжига 1050-1100°С имеет водопоглощение 10,9-13,8%, прочность при изгибе не более 9,0 МПа, линейную огневую усадку 0,5-2,3%.

Недостатком данной керамической массы является повышенное водопоглощение, невысокая прочность при изгибе получаемых изделий и их повышеннная линейная огневая усадка.

Известна также керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. патент РФ № 2093491, МПК⁶ С 04 В 33/00, 1997), включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, взятые в соотношении 1:0,67-0,80, что соответствует их содержанию, мас.%: глина легкоплавкая 40,1-44,4, отходы обогащения медно-никелевых руд 55,6-59,9.

Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:

Серпентиновые минералы	50,0-90,0
Тальк	0,3-20,0
Магнетит	5,0-15,0
Оливины, пироксены, амфиболы	0,2-20,0
Кальцит, доломит	0,1-5,0
Пирротин, пирит, пентландит,
халькопирит	1,0-3,0

Температура обжига керамической массы составляет 1100-1170°С. Получаемые при этом изделия имеют водопоглощение 11-14%, прочность при изгибе 15,7-29,0 МПа. При снижении температуры обжига до 1080°С указанные свойства ухудшаются: водопоглощение повышается до 17%, прочность при изгибе снижается до 15 МПа.

Недостатком известной керамической массы является повышенное водопоглощение получаемых плиток и недостаточно высокая их прочность при изгибе. К недостаткам известной массы следует также отнести повышенную (свыше 1100°С) температуру обжига получаемых изделий, что увеличивает их линейную огневую усадку.

Техническим результатом изобретения является снижение водопоглощения и линейной огневой усадки получаемой плитки и увеличение ее прочности при изгибе при одновременном понижении температуры обжига.

Указанный технический результат достигается тем, что керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, согласно изобретению дополнительно содержит нефелиновый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина легкоплавкая	30-40
Отходы обогащения медно-никелевых руд	50-55
Нефелиновый концентрат	7-15

Технический результат достигается также тем, что отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:

Хлорит, гидрохлорит	55,8-58,32
Серпентиновые минералы	11,3-14,65
Тальк	11,15-13,8
Титаномагнетит, магнетит, хромит	7,18-8,0
Гипс	1,95-2,10
Альбит	2,0-2,3
Кварц	1,98-2,21
Пироксены	1,0-1,56
Амфиболы	4,0-5,05

Технический результат достигается и тем, что нефелиновый концентрат содержит 81-85 мас.% нефелина и 5-10 мас.% полевых шпатов.

Введение нефелинового концентрата указанного состава в сочетании с другими компонентами керамической массы обеспечивает образование стекловидных расплавов, которые разрушают частицы тугоплавких окислов, вовлекая в расплав новые окислы с образованием единого монолита. Это улучшает процесс спекания и обеспечивает снижение водопоглощения при пониженных температурах обжига.

Используемая легкоплавкая глина относится к каолинито-гидрослюдистым. Введение в состав керамической массы глины в количестве 30-40 мас.% позволяет получить необходимое количество алюмосиликатного расплава, обеспечивающего спекание массы, что повышает прочностные характеристики и снижает водопоглощение получаемых изделий.

Основными компонентами отходов обогащения медно-никелевых руд являются хлориты и гидрохлориты, имеющие каолинитоподобную структуру. Это позволяет улучшить формовочные свойства массы, интенсифицировать процесс спекания за счет более раннего появления расплава пониженной вязкости и, как следствие, формирование плотного черепка с повышенными физико-механическими характеристиками: прочностью и водопоглощением. Кроме того, используемые отходы имеют крупность менее 0,01 мм, что не требует их дополнительного измельчения, а также высокую удельную поверхность, что обеспечивает хорошую реакционную способность при обжиге.

Введение в керамическую массу отходов обогащения медно-никелевых руд в количестве менее 50 мас.% и глины в количестве более 40 мас.% вызывает в расплаве интенсивную кристаллизацию определенных фаз, в частности анортита, что приводит к ухудшению спекаемости массы и, как следствие, увеличению водопоглощения и снижению прочности при изгибе готовых изделий.

Содержание в керамической массе отходов более 55 мас.% при содержании нефелинового концентрата менее 7 мас.% увеличивает водопоглощение изделий в результате неполного связывания оксидов кальция и магния, содержащихся в отходах.

При содержании нефелинового концентрата менее 7 мас.% и содержании глины менее 30 мас.% происходит образование недостаточного количества жидкой фазы, что приводит к понижению прочности при изгибе изделий и требует повышенной температуры обжига.

Содержание нефелинового концентрата более 15 мас.% при повышенном (более 40 мас.%) содержании глины приводит к образованию стеклофазы с микротрещиноватой структурой, в результате чего снижается прочность и увеличивается линейная огневая усадка керамической плитки.

Керамическую массу предлагаемого состава готовят по следующей технологии. Глину легкоплавкую смешивают с нефелиновым концентратом в заявленных соотношениях и подвергают предварительному помолу в течение 3 ч до обеспечения крупности менее 0,05 мм. Затем добавляют отходы обогащения медно-никелевых руд в количестве 50-55 мас.% и перемешивают в течение 1 ч. Полученную смесь увлажняют водой до влажности 7-9% и формуют изделия прессованием в два этапа. Первоначально для удаления воздуха образцы прессуют при удельном давлении 5 МПа, а затем при давлении 21 МПа. Для исключения деформации при обжиге сушку отформованных изделий проводят в течение 20 мин при температуре 240°С. Обжиг изделий ведут при температуре 1050-1100°С.

Примеры составов керамической массы приведены в Таблице 1. Основные характеристики полученных керамических плиток приведены в Таблице 2.

Таблица 1
Компоненты керамической массы	Содержание компонентов в составах массы, мас.%
	Пример 1	Пример 2	Пример 3
Глина легкоплавкая	30	38	40
Отходы обогащения	55	50	53
Нефелиновый концентрат	15	12	7

Из данных Таблиц 1 и 2 видно, что керамическая масса согласно заявляемому изобретению по сравнению с прототипом позволяет получать облицовочные плитки, имеющие пониженное (8,3-12,8%) водопоглощение, более высокую (до 25,9 МПа) прочность при изгибе при температуре обжига 1050-1100°С и пониженной (0,1-1,4%) линейной огневой усадке.

Таблица 2
Показатель	Составы керамической массы	Составы по прототипу
	Пример 1	Пример 2	Пример 3	1	2	3
Температура обжига, °С	1050	1100	1050	1100	1050	1100	1080	1120	1170	1100
Прочность при изгибе, МПа	17,6	22,1	20,5	25,9	18,1	24,2	15,0	24,0	29,0	15,7
Водопоглощение,%	12,8	9,5	11,0	8,3	11,8	9,0	17,0	12,0	11,0	14,0
Кажущаяся плотность, г/см3	2,41	2,44	2,43	2,48	2,38	2,46	2,45	2,60	2,60	2,50
Температурный коэффициент линейного расширения, α· 10-6°C-1	5,45	5,90	5,35	5,85	5,40	5,88	-	-	-	-
Линейная огневая усадка,%	0,2	1,4	0,1	1,0	0,2	1,3	-	-	-	-

1. Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, отличающаяся тем, что масса дополнительно содержит нефелиновый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина легкоплавкая	30-40
Отходы обогащения медно-никелевых руд	50-55
Нефелиновый концентрат	7-15

2. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:

Хлорит, гидрохлорит	55,8-58,32
Серпентиновые минералы	11,3-14,65
Тальк	11,15-13,8
Титаномагнетит, магнетит, хромит	7,18-8,0
Гипс	1,95-2,10
Альбит	2,0-2,3
Кварц	1,98-2,21
Пироксены	1,0-1,56
Амфиболы	4,0-5,05

3. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что нефелиновый концентрат содержит 81-85 мас.% нефелина и 5-10 мас.% полевых шпатов.