способ изготовления керамических изделий

Формула изобретения

1. Способ изготовления керамических изделий, в частности кирпича, включающий в себя приготовление шихты на основе глины, формование сырого изделия с введением в шихту в качестве добавки на основе солей натрия натрийкарбоксиметилцеллюлозы, сушку и обжиг изделия, отличающийся тем, что в добавку наряду с натрийкарбоксиметилцеллюлозой вводят одно или несколько водорастворимых соединений натрия, а добавку вводят в шихту путем пропитки поверхностного слоя сырого отформованного изделия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого соединения натрия используют углекислый натрий, и/или хлористый натрий, и/или полифосфат натрия при следующем соотношении компонентов добавки, мас.

Натрийкарбоксиметилцеллюлоза 1 3

Указанное водорастворимое соединение натрия 0,5 3,5

Вода Остальноем

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области изготовления керамических изделий и предназначено преимущественно для предотвращения образования высолов на толстостенных керамических изделиях типа кирпича.

Известны различные способы изготовления керамических изделий, при которых предотвращается образование или обеспечивается устранение высолов, образующихся на поверхности изделий, которые являются следствием содержащихся в глинной массе водорастворимых сульфатных солей, диффундирующих в процессе сушки к поверхности сырца и после обжига образующих на поверхности изделий высолы, которые ухудшают внешний вид и снижают долговечность изделий из-за проникновения имеющихся в высолах солей в изделие в процессе эксплуатации при увлажнении и образовании кристаллогидратов, разрушающих черепок при их увеличении в объеме.

Известен способ введения в шихту в виде добавок соединений бария, в частности BaCO₃ или Ba/OH/₂, переводящих растворимые соли щелочных или щелочноземельных металлов в нерастворимое состояние и предотвращающих образование высолов [1]

Недостатками известного способа являются:

высокая стоимость компонентов добавки и удорожание процесса производства изделий;

токсичность баритов, вредное воздействие их на здоровье людей, в частности, в процессе производства;

усложненный технологический процесс, связанный с необходимостью равномерного распределения соединений бария или из раствора в глиномассе, в ряде случаев необходимость вылеживания глиномассы.

Известен способ изготовления кирпича с введением в шихту добавок, реагирующих в процессе обжига с катионами сернокислых солей с образованием легкоплавких нерастворимых новообразований, в частности, ленгкоплавких флюсов, связывающих катионы сернокислых солей Na⁺, K⁺, Mg⁺⁺, Ca⁺⁺ [2] В качестве добавки в шихту может быть использован тонкомолотый флюс, компонентами которого являются песок, мел, известняк, природный сульфат натрия или сода, железный купорос или пиритовые огарки.

Недостатками известного способа являются:

низкая эффективность. Известный способ позволяет лишь уменьшить содержание растворимых солей и улучшить внешний вид кирпича, но не предотвращает образование высолов;

значительное удорожание производства, связанное с введением добавок до 15% от массы шихты, а также усложнение технологического процесса, связанное с приготовлением флюса и равномерным его распределением в шихте.

Известен способ борьбы с высолами при изготовлении кирпича путем нанесения на лицевую поверхность свежеотформованного изделия пленок или защитных покрытий, которые защищают лицевую поверхность кирпича прежде всего от высолов, образующихся в результате агрессивного воздействия дымовых газов, содержащих сернокислый ангидрид SO₃, образующий на поверхности сульфатные соли при сушке сырца в печах.

В качестве пленкообразующих покрытий используют растворы твердой синтетической смолы, битума в легколетучем растворителе, или образующие при обжиге твердые пленки отходы производства, например, кислую смолку и кубовый остаток ректификации бензола [3]

Недостатками известного способа являются:

низкая эффективность, т.к. не происходит разрушения растворимых солей внутри изделия и они будут мигрировать к поверхности в процессе эксплуатации кладки;

токсичность компонентов, вредное воздействие на людей в процессе производства;

пожароопасность;

усложнение производства.

Известен способ механической обработки лицевой поверхности свежеотформованного бруса щетками, суконкой и т.п. сглаживающими лицевую поверхность, в результате чего выход капилляров закрывается, и капиллярная влага перемещается к нелицевым поверхностям, где и выделяются высолы [4]

Недостатками известного способа являются:

низкая эффективность;

отсутствие защиты от дымовых газов, содержащих SO₃;

вероятность разрушения кирпича при эксплуатации из-за увлажнения высолов на нелицевых поверхностях.

Известен также способ удаления высолов путем нанесения на поверхность свежеотформованного изделия мучного клейстера, органического клея, порошкового материала и т.п. которые впитывают выступающие соли и при сушке и обжиге осыпаются, выгорают или удаляются механически вместе с налетом соли [5, 6]

Недостатками известного способа являются:

низкая технологичность и высокая стоимость;

отсутствие воздействия на растворимые соли с целью их разрушения или связывания внутри массы, что создает образование высолов в процессе эксплуатации.

Известен способ изготовления кирпича с введением в шихту солей щелочных и щелочноземельных металлов. Как показали исследования введение в шихту, например, хлоридов натрия NaCl и кальция CaCl₂ в количестве 0,2 0,4% к весу массы заметно уменьшает высолы и содержание растворимых солей в черепке [2] При этом в качестве содержащих соли щелочных металлов добавок используют отходы производства.

Известен способ изготовления кирпича с введением в шихту дистиллярной жидкости, представляющей собой раствор после отделения кристаллической соды в количестве мас. 1,2 3,6 и содержащей в мас.

NaCl 4,73 5,58

CaCl 10,18 10,71

CaO 0,26 0,75

CaCO₃ 0,26 0,31

CaSO₄ 0,06 0,36

N₂O остальное [7]

При этом глину сушат при температуре 100 105^oC, измельчают до прохождения через сито с отверстиями 2 мм, в измельченную глину вводят дистиллярную жидкость с водой затвердения, тщательно перемешивают и методом пластического формования изготавливают кирпичи, которые сушат при температуре 100-105^oC и обжигают при температуре 1050^oC.

Имеющиеся в растворе соли щелочных и щелочноземельных металлов, в частности хлориды, окись кальция, углекислый кальций, связывают сульфатные соли и способствуют из разрушению при обжиге. Например, воздействие CaCl₂ на Na₂SO₄ дает 2NaCl + CaSO₄, из которых NaCl является катализатором, а CaSO₄ разлагается при обжиге.

Способ не является токсичным и воздействует непосредственно на причину образования высолов.

Недостатками способа являются:

-трудоемкость технического процесса, связанная с сушкой и измельчением глины, а также приготовлением из нее шахты;

-значительное удорожание изготовления;

-низкая эффективность, позволяющая лишь уменьшить, но не устранить высолы, связанная с малым содержанием вводимых солей при их распределении в массе шахты.

Известен наиболее близкий к заявляемому техническому решению по основным существенным признакам, выбранный в качестве ближайшего аналога способ изготовления стеновых изделий из шихты, включающей в себя высококарбонатный суглинок и добавку на основе солей натрия [8] При это в качестве натриевой основы используют кубовую жидкость производства yатрийкарбоксиметилцеллюлозы, содержащей в мас.

хлористый натрий 9 13,

глюконат натрия 7 10,

карбонат натрия 0,8, 2,8

воду остальное

Кубовую жидкость натрийкарбоксиметилцеллюлозы вводят в количестве 2,0 - 3,0 мас.

Кубовая жидкость производства карбоксиметилцеллюлозы выступает в качестве эффективного пластификатора, обеспечивает расширение интервала спекания, увеличивает прочность и морозостойкость изделий.

Недостатком известного способа является низкое каталитическое воздействие солей натрия на разложение сульфатных солей глинной массы из-за незначительного их содержания при распределении добавки в общей массе и слабое влияние их на предотвращение образования высолов.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления керамических изделий типа кирпича, обеспечивающего эффективного предотвращение образования высолов на лицевой поверхности в процессе обжига и при эксплуатации.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании признаков известного способа изготовления керамических изделий типа кирпича, включающего в себя приготовление шихты на основе глины, формование сырого изделия с введением в шихты в качестве добавки на основе солей натрия натрийкарбоксиметилцеллюлозы, сушку и обжиг изделия, в соответствии с изобретением в добавку наряду с натрийкарбоксиметилцеллюлозой вводят чистую соль или соли натрия, а добавку вводят в шихту путем пропитки поверхностного слоя сырого отформованного продукта.

Преимущественный вариант выполнения способа предлагает использование в качестве солей натрия углекислого натрия и/или хлористого натрия и/или полифосфата натрия при следующем соотношении компонентов добавки в мас.

натрийкарбоксиметилцеллюлоза 1,0 3,0

соль натрия 0,5 3,5

вода остальное

В отличие от известного способа, в заявляемом техническом решении натрийкарбоксиметилцеллюлоза выполняет не функцию пластификатора, а функцию поверхностно-активного вещества /ПАВ/, обеспечивающего быстрое и эффективное впитывание добавки вместе с содержащимися в ней солями натрия в поверхностный слой сырого продукта. При этом при небольшом дополнительном количестве чистых солей натрия и содержащихся в натрийкарбоксиметилцеллюлозе солей натрия достигается высокая их концентрация в поверхностном слое и, за счет каталитического их воздействия на сульфатные соли глинной массы, происходит разложение последних при обжиге и предотвращается их высол на поверхности, в частности на лицевой части.

Механизм действия солей натрия при использовании заявляемого способа следующий.

Пропитка с помощью карбоксиметилцеллюлозы поверхностного слоя свежеотформованного продукта солями натрия способствует хемосорбции и концентрации в нем катионов Na⁺. при этом катионы Na⁺ не участвуют в реакциях ионного обмена с частицами глины, соединены с ними через звенья карбоксиметилцеллюлозы и сохраняют свою активность. В процессе сушки и обжига они способствуют разложению и частичному спеканию сульфатных солей, что предотвращает образование высолов на поверхности черепка.

Способ изготовления кирпича включая в себя:

приготовление шихты из глины известным способом с использованием известных технических средств;

приготовление добавки путем введения натрийкарбоксиметилцеллюлозы и солей натрия в воду и их перемешивания;

формование глинного бруска на вакуумном прессе;

нанесение раствора добавки на глинный брусок путем облива его с помощью насосного аппарата;

резку бруска на куски с помощью струнного аппарата;

сушку отформованного кирпича в туннельных сушилах при температуре до 105^oC;

oбжиг кирпича в туннельной печи при температуре 950 970^oC.

Оптимизация параметров технологического процесса рассматривается на примерах практического выполнения способа с различным содержанием натрийметилцеллюлозы и солей натрия в добавке.

Пример 1. Поверхность свежеотформованного бруска обливали раствором добавки, включающей в себя в мас.

натрийкарбоксиметилцеллюлозу 0,5

соли натрия 0,5

воду остальное

На поверхности кирпича после обжига имелись незначительные высолы грязно-серого цвета.

Пример 2. Поверхность свежеотформованного бруска обливали раствором добавки, включающей в себя в мас.

натрийкарбоксиметилцеллюлозу 2,0

соли натрия 2,0

воду остальное

После обжига высолы на поверхности кирпича отсутствовали. Кирпич имел ровную окраску ярко-красного цвета.

Пример 3. Поверхность свежеотформованного бруска обливали раствором добавки, включающей в себя в мас.

натрийкарбоксиметилцеллюлозу 3,5

соли натрия 2,0

воду остальное

На поверхности кирпича после обжига имелись незначительные вторичные высолы в виде белых полос вследствие нанесения избыточного количества солей /густого раствора/.

Пример 4. Поверхность свежеотформованного бруска обливали раствором добавки, включающей в себя в мас.

натрийкарбоксиметилцеллюлозу 2,0

соли натрия 4,0

воду остальное

На поверхности кирпича после обжига имелись незначительные высолы в виде полос желтого цвета вследствие избытка электролита.

Примеры показывают, что, как при занижении установленного количества компонентов добавки, так и при его превышении, эффект воздействия солей натрия на образование высолов пропадает. Максимальный эффект достигается при средних значениях установленных количеств компонентов добавки.

Заявляемое техническое решение полностью решает поставленную задачу.

Техническое решение с заявляемыми отличительными признаками на настоящее время в Российской Федерации и за границей не известно и отвечает требованиям критерия "новизна".

Заявляемое техническое решение является оригинальным, отличается нетрадиционным, дающим неожиданный результат решением проблем, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологией и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".