Сырьевая смесь для изготовления керамического кирпича методом полусухого формования

Сырьевая смесь для изготовления керамического кирпича методом полусухого формования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к производству керамических материалов и может быть использовано для получения керамического кирпича.

Известны сырьевые смеси, состоящие из отходов промышленных производств (техногенного сырья) и глины, из которых получают кирпич и камни керамические методом полусухого прессования.

Техническими задачами, на решение которых направлено использование в составе сырьевых смесей техногенного сырья, являются улучшение свойств кирпича, а также утилизация отходов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду. При сравнении технических решений учитывались не только свойства получаемого материала, но и эффективность решения экологической задачи, а именно количество перерабатываемого техногенного сырья.

Известна керамическая масса для изготовления кирпича, включающая следующие компоненты, мас. %: легкоплавкая глина - 70-90, алюмощелочной шлам, полученный при очистке стоков производств этил- и изопропилбензола - 10-30 (патент RU №2388722 от 10.05.2010 г. ).

Недостатками указанного состава керамической массы являются относительно низкая прочность при сжатии, а также использование небольшого количества отхода - алюмокальциевого шлама в составе смеси.

Известна керамическая масса для изготовления кирпича, включающая следующие компоненты, мас. %: среднепластичная легкоплавкая глина - 85-95, отходы переработки твердых солевых алюмосодержащих шлаков - 5-15 (патент RU №2333898 от 20.09.2008 г.).

Недостатком указанного состава керамической массы является использование небольшого количества отхода переработки твердых солевых алюмосодержащих шлаков в составе смеси и относительно низкая морозостойкость.

Известна сырьевая смесь для производства керамических изделий, включающая шламистую часть отходов обогащения железных руд, глинистое сырье и оксид ванадия при следующем соотношении компонентов, мас. %: шламистая часть отходов обогащения железных руд - 71-78; глинистое сырье - 20-25; оксид ванадия - 2-5 (патент RU №2415103 от 27.03.2011 г.).

Недостатком указанной сырьевой смеси является применение дорогостоящей и высокоопасной (класс опасности - 2) добавки оксида ванадия (V₂O₅).

Известна керамическая масса для получения кирпича следующего состава, мас. %: глинистая часть «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд - 20-70, зола ТЭС - 30-80 / Абдрахимов Д.В. Керамический кирпич из отходов производств / Д.В. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова, В.З. Абдрахимов. // Строительные материалы. - 1999. - №9. - С 34-35.

Недостатком указанного состава является относительно высокая плотность (до 1900 кг/см³) и низкая морозостойкость (14-30 циклов).

Известна керамическая масса для изготовления кирпича по технологии полусухого прессования, включающая следующие компоненты, мас. %: глина 92-98; отходы обогащения медных руд - медно-борные хвосты 2-8 (патент RU №2099306 от 20.12.1997 г.).

Недостатком указанного состава является использование небольшого количества отхода обогащения медных руд в составе смеси.

Наиболее близкой смесью того же назначения к заявляемой смеси по совокупности признаков является керамическая масса полусухого прессования для изготовления кирпича, включающая легкоплавкую глину и горелые породы, образовавшиеся после самовозгорания горючих сланцев, при следующем соотношении компонентов, мас. %: легкоплавкая глина - 50-80; горелые породы, образовавшиеся после самовозгорания горючих сланцев - 20-50 (патент RU №2440950 от 27.01.2012 г.). Данный состав принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой смеси - молотая глина до фракции не более 0,63 мм; молотый терриконик «красный» (горелые породы, образовавшиеся после самовозгорания горючих сланцев); вода.

Недостатком известного состава, принятого за прототип, является высокая плотность и небольшое количество утилизируемого терриконика одного типа, а именно «красного».

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является частичная замена первичного компонента (глины) в керамической массе техногенным сырьем в значительном объеме, снижение плотности кирпичей и камней керамических при сохранении прочности в рамках значений, допустимых ГОСТ 530-2012.

Поставленная задача была решена за счет того, что известная сырьевая смесь для изготовления керамического кирпича методом полусухого формования, включающая молотую до фракции не более 0,63 мм глину, молотый терриконик «красный» и воду, содержит терриконик «красный», измельченный до фракции не более 0,63 мм и дополнительно измельченный до фракции не более 0,63 мм терриконик «черный» при следующем соотношении ингредиентов (мас. %):

указанный терриконик «красный»	10-64
указанный терриконик «черный»	10-64
глина	20-60
вода	6-10

Отличительными признаками заявляемой смеси от керамической массы по прототипу являются измельченный до фракции не более 0,63 мм терриконик «красный»; введение в состав смеси измельченного до фракции не более 0,63 мм терриконика «черного»; иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас. %: указанный терриконик «красный» - 10-64; указанный терриконик «черный» - 10-64; глина - 20-60; вода - 6-10.

Используемая в сырьевой смеси глина имеет следующее содержание химических элементов, мас. %: SiO₂ 60,3-66,65; TiO₂ 0,7-0,78; Al₂O₃ 12,22-13,51; Fe₂O₃ 4,51-4,99; MgO 1,76-1,95; CaO 5,3-5,84; Na₂O 1,65-1,85; K₂O 1,9-2,15.

Терриконики представляют собой смесь песка и щебня, состоящую из алевритов, алевролитов и углистых сланцев. После термического воздействия самовозгорания смесь представляет собой продукты обжига и по составу соответствует метакаолиниту в виде сланцеватого материала.

Содержание химических элементов в использованных террикониках, мас. %: SiO₂ 45,15-58,67; TiO₂ 1,032-1,449; Al₂O₃ 15,18-21,75; MnO 0,007-0,02; MgO 0-0,24; CaO 0,13-1,92; Na₂0 0,21-0,45; K₂O 1,88-2,55; P₂O₅ 0,056-0,114; S 0,82-1,96.

При хранении в отвалах часть отходов угольного производства подвергаются самовозгоранию, а часть - нет. Существуют и такие отвалы, которые практически полностью состоят из не горелых террикоников - так называемых «черных» террикоников, в силу их цвета. Горелые терриконики называют «красными» также из-за кирпично-красного цвета. Как правило, горелые и не горелые породы присутствуют в разных терриконах в примерно одинаковых соотношениях. Из практики эксплуатации террикоников известно, что под воздействием хозяйственной деятельности человека горелые и не горелые породы оказываются перемешанными друг с другом в различных соотношениях.

При увеличении содержания «черного» терриконика в составе сырьевой смеси свыше 64% значительно ухудшаются такие характеристики кирпичей и камней керамических, как водопоглощение и коэффициент размягчения. Водопоглощение увеличивается до значений, равных 20-24%, а коэффициент размягчения уменьшается до значений менее 0,8, что негативно отображается на эксплуатационных свойствах кирпича и камней керамических.

При увеличении содержания «красного» терриконика в составе сырьевой смеси свыше 64% прочность кирпичей и камней керамических уменьшается до значений менее 5 МПа, а плотность увеличивается до значений свыше 1780 кг/м³.

При обжиге «черный» терриконик выгорает и создает тем самым дополнительную закрытую пористость, которая способствует снижению плотности керамического черепка.

Предлагаемое решение позволяет использовать образовавшиеся смеси горелых и не горелых пород при заявленном соотношении для производства методом полусухого прессования керамического кирпича и камней керамических, а также снизить их плотность.

Для получения кирпича и камней керамических измельчают сырьевую смесь террикоников до фракции не более 0,63 мм. Высушенную до воздушно сухого состояния глину также измельчают до фракции не более 0,63 мм. Все сухие компоненты смешивают с заданным количеством воды. Из полученной смеси прессуют кирпич и камни керамические при давлении 20-40 МПа и обжигают при температуре 1000-1100°C в течение 10-8 часов.

В таблице 1 приведены составы сырьевых смесей.

Как видно из таблицы 2, кирпичи из заявленных составов имеют аналогичные прототипу показатели по прочности и морозостойкости, а в ряде случаев и превышают их. Плотность кирпичей из предлагаемых составов ниже, чем у прототипа. Кроме того, их водопоглощение соответствует требованиям ГОСТ 530-2012.

Преимущество предлагаемого технического решения состоит в том, что оно способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для керамических материалов.

Сырьевая смесь для изготовления керамического кирпича методом полусухого формования, включающая молотую до фракции не более 0,63 мм глину, молотый терриконик «красный» и воду, отличающаяся тем, что она содержит терриконик «красный», измельченный до фракции не более 0,63 мм, и дополнительно измельченный до фракции не более 0,63 мм терриконик «черный» при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

терриконик «красный»	10-64
терриконик «черный»	10-64
глина	20-60
вода	6-10