Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки

Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки

Реферат

Изобретение относится к производству строительных материалов на основе природного минерального сырья, а именно к составам для изготовления керамических масс, которые могут быть использованы в производстве облицовочной и фасадной плитки, печных изразцов, изделий декоративно-художественного назначения.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки для внутренних и наружных отделочных работ, включающая следующие компоненты, мас.%: отходы обогащения медно-никелевых руд 44,6-50,4, флюсующую добавку - стеклобой 34,6-44,6 и мел 10,3-15,0. Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют состав, мас.%: хлорит, гидрохлорит 55,2-58,3, серпентиновые минералы 11,2-14,7, тальк 11,0-13,8, титаномагнетит, магнетит, хромит 7,2-8,0, гипс 2,0-2,1, альбит 2,0-2,3, кварц 2,0-2,2, пироксены 1,0-1,6, амфиболы 4,1-5,1, карбонаты кальция и магния 0,1-4,0 (патент №2557031 РФ, МПК С04В 35/16 (2006.01), 2015).

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении прочности получаемой керамической плитки на сжатие и обеспечении высокой прочности на изгиб при меньшем количестве компонентов керамической массы. Недостатком известного аналога является высокие показатели водопоглощения 9,8-10,3%.

Известна керамическая масса для изготовления фасадной плитки. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности плитки. Керамическая масса для изготовления фасадной плитки содержит следующие компоненты, мас.%: глину - 69,0-77,0; стеклобой - 8,0-12,0; кварцевый песок - 3,0-4,0; гранитные отсевы - 3,0-4,0; тальк - 8,0-12,0 (патент №2484047 РФ, МПК С04В 33/132 (2006.01), 2012).

Однако при достижении повышенной прочности масса имеет повышенную температуру обжига 1250-1280°С. Керамическая масса многокомпонентная, что усложняет процесс ее изготовления.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая в мас.%: диопсид 75,0-85,0 с дисперсностью - 150 микрон, глину 5,0-10,0 и жидкое стекло 10,0-15,0. При этом водопоглощение после обжига при 1000-1050°С не превышает 6%, прочность при изгибе составляет 17-18 МПа (патент 2504528 РФ, МПК С04В 33/16 (2006.01), 2012).

Однако в процессе спекания образуется недостаточное количество жидкой фазы за счет плавления минералов глины и жидкого стекла, что обеспечивает низкую прочность при изгибе.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочных плиток, принятая в качестве прототипа, включающая, мас.%: пироксенит-форстеритовые отходы обогащения железной руды 25-60; плиточный бой 3-5; глина легкоплавкая - остальное. Кроме того, масса может включать дополнительно 1-2% бентонитовой глины и 1-5% стеклобоя (а.с. №1384560, С04В 33/00, 28.07.86).

Недостатком прототипа является высокие показатели усадки 1,7-3,0% и водопоглощения 10-15,3%.

Задача изобретения заключается в создании керамической массы для облицовочной плитки с использованием доступного минерального сырья, находящегося в отвалах при комплексной разработке месторождений хромовых руд и платиновой минерализации, например Аганозерского месторождения в Республике Карелия. Отвалы требуют утилизации в целях снижения экологического ущерба окружающей среде.

Техническим результатом изобретения является получение керамических изделий (плитки) с пониженными показателями усадки и водопоглощения.

Заявленный технический результат достигается тем, что согласно изобретению в качестве пироксенита используют вмещающую породу месторождения хромовых руд и платиновой минерализации, содержащую, мас.%: авгит 57,7-67,2; энстатит 23,7-32,0; форстерит 4,3-5,8; серпентин 4,7-4,8, а в качестве стеклобоя используют бой щелочно-силикатных стекол при следующем соотношении компонентов, мас.%: вмещающая порода месторождения хромовых руд и платиновой минерализации 20-70, стеклобой - 20-30, легкоплавкая глина - остальное.

Также достижению технического результата способствует то, что вмещающая порода месторождения хромовых руд и платиновой минерализации имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 47,40-50,50; TiO₂ 0,26-0,27; Al₂O₃ 1,50-1,57; Fe₂O₃ 1,90-4,28; FeO 4,17-4,59; MnO 0,16-0,18; MgO 21,80-22,54; CaO 12,05-15,30; Na₂O 0,35-0,37; K₂O <0,01-0,02; H₂O 0,47-1,14; ппп. 2,51-5,06.

В керамических массах в качестве плавня применяется бой щелочно-силикатных стекол, которые при температуре 850-900°С образуют расплав, активно реагирующий с кристаллическими составляющими шихты. При этом присутствие в массе стеклобоя способствует интенсификации процесса спекания, снижая температуру образования первичной жидкой фазы. Введение стеклобоя в количестве 20-30 мас.% снижает водопоглощение, которое регламентировано ГОСТом 13996-93 и составляет не более 12% для фасадных плиток с применением полиминеральной глины и ГОСТом 6141-91 не более 16% для облицовочных плиток из керамических масс. Увеличение содержания стеклобоя выше 30 мас.% приводит к деформации плиток. При содержании стеклобоя ниже 20 мас.% ухудшается спекание плиток, что приводит к увеличению показателя водопоглощения и усадки и снижению механической прочности. В качестве стеклобоя использован бой щелочно-силикатных стекол (тарного, листового).

С целью улучшения спекания керамической массы в качестве пластичного компонента использована легкоплавкая глина гидрослюдистого типа.

Введение в керамическую массу пироксенитов обусловлено тем, что основным компонентом их минерального состава является авгит, имеющий структуру, схожую с диопсидом. Это позволяет интенсифицировать процесс спекания и формировать плотный малоусадочный черепок с повышенными физико-механическими характеристиками.

Пироксениты являются вмещающими породами Аганозерского месторождения хромовых руд и платиновой минерализации. При комплексной разработке месторождения они направляются в отвалы, загрязняя окружающую среду.

Введение пироксенита в количестве 20-70 мас.% оптимизирует интервал спекания и интенсифицирует протекание твердофазных реакций, что способствует улучшению технических характеристик керамической плитки. Введение пироксенита в количестве более 70 мас.% вызывает кристаллизацию в расплаве некоторых фаз, в частности энстатита, что приводит к ухудшению спекаемости массы и, как следствие, увеличению водопоглощения и снижению прочности на изгиб готовых изделий. Введение пироксенита в количестве менее 20 мас.% увеличивает усадку изделий в результате большого количества плавней (стеклобоя и глины) в керамической массе.

Совокупность вышеуказанных признаков используемых сырьевых компонентов для создания керамической массы необходима и достаточна для снижения усадки и водопоглощения, при этом прочность на изгиб полученной керамической плитки соответствует требованиям ГОСТ 6141-91 при меньшем количестве компонентов керамической массы, что упрощает процесс изготовления плитки.

Изобретение реализуют следующим образом.

Подготовку шихты для опытных керамических масс осуществляют по общепринятой технологии, которая включает: измельчение по отдельности всех компонентов в лабораторной шаровой мельнице до остатка на сите (размер ячейки) 0.063 мм - 1,5%, взвешивание в необходимых количествах и перемешивание пироксенита, глины, стеклобоя. Из полученной шихты с влажностью 7% на лабораторном прессе при давлении 4-5 МПа формуют образцы в виде плиток. Плитки подвергают сушке при 105°С, а затем обжигают в лабораторной силитовой печи КО-14 при 950-1050°С. Средняя скорость подъема температуры составляет 2-3 град./мин. Обжиг изделий производят путем подъема температуры до 650°С с выдержкой при этой температуре 40 минут и последующим подъемом температуры до 950-1050°С и выдерживают при конечной температуре 2 часа. Образцы охлаждают вместе с печью.

На образцах, отформованных методом прессования из предлагаемой массы, определяют их свойства в соответствии с действующими методиками. Огневую усадку - путем измерения образцов до и после термообработки при разных температурах. Водопоглощение и прочность при изгибе - по ГОСТ 27180-2001 «Плитки керамические. Методы испытаний».

В таблице представлены составы предлагаемой керамической массы и свойства изделий, изготовленных на ее основе (примеры 1, 2, 3). В качестве эталона сравнения использован прототип (пример 6).

Из таблицы следует, что изготовленные на основе предлагаемой керамической массы образцы позволяют по сравнению с прототипом снизить усадку в 20 раз и водопоглощение в 2,1 раза, при этом не снижая механическую прочность. Указанные свойства обеспечивают высокие эксплуатационные и технологические показатели полученных изделий.

Для доказательства того, что предлагаемый компонентный состав является наилучшим для достижения наиболее выраженных эффектов: снижения усадки и водопоглощения, в таблице также приведены варианты составов 4 и 5 с запредельными содержаниями компонентов массы.

Керамическая масса не содержит токсичных компонентов. Экономическая эффективность и технологичность заявляемой керамической массы для изготовления изделий обусловлена ее малокомпонентностью, использованием доступного природного сырья, упрощением технологии получения при обеспечении экологической безопасности.

Улучшенные показатели огневой усадки, водопоглощения и механической прочности позволяют использовать предлагаемую массу для изготовления керамических плиток, пригодных для внутренней и наружной облицовки стен, печных изразцов, изделий декоративно-художественного назначения.

1. Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая пироксенит, стеклобой и легкоплавкую глину, отличающаяся тем, что в качестве пироксенита используют вмещающую породу месторождения хромовых руд и платиновой минерализации, содержащую, мас.%: авгит 57,7-67,2; энстатит 23,7-32,0; форстерит 4,3-5,8; серпентин 4,7-4,8, а в качестве стеклобоя используют бой щелочно-силикатных стекол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

вмещающая порода месторождения хромовых руд и
платиновой минерализации	20–70
бой щелочно-силикатных стекол	20–30
легкоплавкая глина	остальное

2. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что вмещающая порода месторождения хромовых руд и платиновой минерализации имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 47,40-50,50; TiO₂ 0,26-0,27; Al₂O₃ 1,50-1,57; Fe₂O₃ 1,90-4,28; FeO 4,17-4,59; MnO 0,16-0,18; MgO 21,80-22,54; CaO 12,05-15,30; Na₂O 0,35-0,37; K₂O<0,01-0,02; H₂O 0,47-1,14; ппп. 2,51-5,06.