способ изготовления строительной керамики светлых тонов

Формула изобретения

1. Способ изготовления строительной керамики светлых тонов на основе красножгущихся глин, включающий приготовление минеральной добавки, смешивание добавки с глиной, формование изделий и обжиг, отличающийся тем, что приготовление минеральной добавки осуществляют путем смешивания и совместного измельчения осветляющего компонента, песка и плавня, при этом в качестве осветляющего компонента используют мел, а в качестве плавня - кальцинированную соду, с обеспечением соотношения массовой доли компонентов в минеральной добавке, %:

мел	40-55
песок	40-57
кальцинированная сода	3-6,

измельчение минеральной добавки осуществляют до размера частиц осветляющего компонента не более 10 мкм, смешивание минеральной добавки с глиной осуществляют с обеспечением содержания массовой доли минеральной добавки в керамической массе 16,5-24,3%, обжиг изделий осуществляют при температуре 1010-1060°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приготовление минеральной добавки осуществляют путем смешивания и совместного измельчения осветляющего компонента, песка и плавня в стержневом смесителе.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обжиг изделий осуществляют в печах периодического или непрерывного действия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а более конкретно к способам получения керамических материалов на основе глинистого сырья, и может быть использовано для изготовления из красножгущихся легкоплавких глин, преимущественно, лицевого керамического кирпича, черепицы, облицовочной керамической плитки светлых тонов.

Из уровня техники известна керамическая масса для производства кирпича, при приготовлении которой компоненты дозируют в требуемых количествах. Молотые фосфогипс и/или гипс смешивают с кварцевым песком, мелом, поташом и/или кальцинированной содой. Смесь сплавляют при температуре 1350°С. Расплав гранулируют в воду, затем размалывают до порошкообразного состояния. Полученный порошок смешивают с топливной золой, глиной и готовят керамическую массу с влажностью 18-23%. Из керамической массы пластическим способом формуют кирпич, который сушат до влажности 1-3% и обжигают при температуре 900°С, см. пат. RU, кл. С04В 33/135, № 2393134, опубликован 26.07.2010 г. Кирпич, приготовленный из указанной керамической массы, характеризуется повышенной механической прочностью. Недостатком изобретения является невозможность изготовления с использованием описанной рецептуры светлого кирпича.

Известен способ изготовления облицовочного кирпича путем совместного мокрого помола стеклобоя и шлака электротермофосфорного производства, смешивания с низкосортной запесоченной глиной и пластичной качественной глиной, оформления заготовок и обжига при температуре 980°С, характеризующийся тем, что смешивают компоненты в следующем соотношении, в мас.%: стеклобой 20, шлак электротермофосфорного производства 15, низкосортная запесоченная глина 32,5, пластичная качественная глина 32,5, а затем измельчают смесь до тонкости помола, остаток на сите 0,355 не более 4% и обезвоживают в распылительной сушилке до влажности 4-8%, см. пат. RU, кл. С04В 33/02, № 2070177, опубликован 10.12.1996 г. Способ позволяет исключить операцию сушки, повысить физико-механические свойства кирпича, утилизировать большое количество стеклобоя и использовать для производства глины местного происхождения. Недостатком указанных способов является невысокая степень измельчения материалов, в результате чего наблюдаются неполнота связывания компонентов и ухудшение эксплуатационных свойствах изделия.

Известен способ изготовления строительной керамики светло-желтого цвета на основе легкоплавкой красножгущейся глины, включающий приготовление минеральной добавки, смешивание добавки с глиной, пластичное формование изделий и обжиг, характеризующийся тем, что добавку приготавливают по шликерному методу путем измельчения осветляющего компонента добавки совместно с 8-10% глины от массы осветляющего компонента в шаровой мельнице до остатка на сите 0088 не более 2-3% с последующим введением в суспензию упрочняющего тонкодисперсного компонента добавки, затем полученный шликер плотностью 1,70-1,72 г/см³ смешивают с глиной, часть которой предварительно высушивают до влажности 6-8%, полученную керамическую массу гомогенизируют и вылеживают в течение не менее 24 ч, а обжиг ведут при температуре 1020-1030°С, при этом в качестве осветляющего компонента используют мергель с размером частиц менее 2 мм с содержанием известняка не менее 75 мас.%, а в качестве упрочняющего тонкодисперсного компонента - волластонитовый концентрат с размером частиц менее 0,063 мм с содержанием волластонита не менее 80 мас.%, при их содержании в керамической массе (мас.%): легкоплавкая глина 50-60, мергель 30-35, волластонитовый концентрат 10-15, см. пат. RU, кл. С04В 33/02, № 2266878, опубликован 27.12.2005 г. Способ характеризуется улучшением механической прочности, морозостойкости и декоративных свойств получаемого кирпича. Данное известное техническое решение принято в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.

Недостатком прототипа является необходимость подсушки части глинистого сырья до остаточной влажности 6-8%, что является источником повышенной запыленности кирпичного производства, а также необходимость использования мало распространенного компонента - волластонитовый концентрат, который в изобретении выполняет роль упрочняющего компонента керамического кирпича при его обжиге. Указанные недостатки прототипа существенно усложняют технологический процесс и санитарно-гигиенические условия изготовления лицевого кирпича светлых тонов из красножгущихся глин, следствием чего является высокая себестоимость готовой продукции.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в упрощении технологического процесса и в обеспечении возможности производства лицевого кирпича светлых тонов из красножгущихся глин практически на любом кирпичном заводе. В конечном итоге указанный технический результат позволяет повысить качество готовой продукции, снизить расход топливно-энергетических ресурсов и себестоимость готовой продукции, улучшить санитарно-гигиенические условия производства. В разработанном способе изготовления строительной керамики светлых тонов на основе красножгущихся глин максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важным из которых является улучшением механической прочности керамики.

Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления строительной керамики светлых тонов на основе красножгущихся глин, включающий приготовление минеральной добавки, смешивание добавки с глиной, формование изделий и обжиг, отличается от прототипа тем, что приготовление минеральной добавки осуществляют путем смешивания и совместного измельчения осветляющего компонента, песка и плавня, при этом в качестве осветляющего компонента используют мел, а в качестве плавня - кальцинированную соду, с обеспечением соотношения массовой доли компонентов в минеральной добавке:

мел 40-55%

песок 40-57%

кальцинированная сода 3-6%,

измельчение минеральной добавки осуществляют до размера частиц осветляющего компонента не более 10 мкм, а смешивание минеральной добавки с глиной осуществляют с обеспечением содержания массовой доли минеральной добавки в керамической массе 16,5-24,3%, обжиг изделий осуществляют при температуре 1010-1060°С.

Согласно способу, преимущественно, приготовление минеральной добавки осуществляют путем смешивания и совместного измельчения осветляющего компонента, песка и плавня в стержневом смесителе. Оптимальным с точки зрения достижения указанного технического результата является обжиг изделий в печах периодического или непрерывного действия.

Техническое решение, характеризующееся описанной совокупностью существенных признаков, является новым, промышленно применимым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность технологии объемного окрашивания керамической массы за счет введения мела заключается в тонком измельчении осветляющей добавки в стержневом смесителе сухим способом до минимально возможной и тщательном смешении компонентов.

Разработанный способ получения строительной керамики светлых тонов основан на уникальной технологии приготовления минеральной добавки, осуществляемой путем смешивания и совместного измельчения осветляющего компонента (мела), песка и плавня, где каждый компонент в заданном соотношении выполняет определенную функцию. При этом мел должен отвечать требованиям ГОСТ 174498, а песок - требованиям ГОСТ 8736 при модуле крупности 1,5-2,5. Конкретно, песок выполняет роль мелющего материала для диспергирования и помола мела, а также уплотняющего компонента в сырьевой смеси, позволяющего повысить плотность обожженных изделий, а следовательно, и существенно снизить водопоглощение обожженного керамического черепка. Плавень (кальцинированная сода, Na₂CO₃) позволяет снизить температуру обжига керамических изделий на 50-80°С. В результате тщательного смешивания и измельчения мела, песка и плавня в стержневом смесителе достигается измельчение осветляющего компонента до размера частиц, не превышающего 10 мкм, что практически недостижимо на типовом оборудовании другого типа.

Экспериментально установленные предельные значения соотношения массовой доли компонентов в минеральной добавке и массовой доли самой минеральной добавки в керамической массе являются оптимальными и достаточными для получения необходимых характеристик изделий строительной керамики, включая их цветовую насыщенность и прочность.

Таким образом, все отличительные от прототипа признаки способа получения лицевого кирпича светлых тонов из красножгущихся глин как общие, так и частные направлены на получение технического результата, а именно упрощение технологического процесса, повышение качества готовой продукции, снижение расхода топливно-энергетических ресурсов и себестоимости готовой продукции, улучшение санитарно-гигиенических условий производства.

Техническое решение иллюстрировано схемой.

На фигуре представлена примерная принципиальная технологическая схема производства лицевого керамического кирпича светлых тонов из красножгущихся глин по пластическому способу формования сырца.

В соответствии с представленной технологической схемой производство керамического теплоизоляционного и конструкционного материала осуществляется следующим образом.

Исходные компоненты для приготовления минеральной добавки, а именно мел 40-55%, песок 40-57% и кальцинированную соду 3-6%, отдозированные шнековыми или ленточными питателями в необходимых соотношениях, подаются для предварительного смешивания в смеситель периодического или непрерывного действия. При смешении мела, песка и кальцинированной соды влажность мела составляет преимущественно 1-10%, влажность песка 4-7%, а влажность соды 1-10%. Из смесителя для предварительного смешивания (на схеме представлен шнековый смеситель непрерывного действия) смесь трех компонент подают в стержневой смеситель непрерывного действия, в котором происходит тщательное перемешивание компонентов минеральной добавки и диспергация частиц мела до степени измельчения не более 10 мкм. При указанных влажностях компонентов не наблюдается пыления при обработке в стержневом смесите, а сам смеситель, представляющий собой вращающуюся емкость со свободно перемещающимися в ней металлическими стержнями, работает стабильно. Описание технологии получения указанной степени измельчения, соответствующего оборудования, технологические режимы, а также методы контроля готовой смеси по составу, влажности, степени измельчения и т.д. подробно изложены в книге «Керамические стеновые материалы: оптимизация их физико-технических свойств и технологических параметров производства». В.А.Кондратенко. Москва, Композит, 2005 г., стр.120, 356-357). Размолотую таким образом минеральную добавку подают в двухвальный глиносмеситель, где ее смешивают с красножгущейся глиной, прошедшей предварительную обработку на глиноперерабатывающем оборудовании, с обеспечением содержания массовой доли минеральной добавки в керамической массе 16,5-36,5%, остальное глина. Перемешанную сырьевую смесь обрабатывают по принятой на конкретном кирпичном заводе схеме на глиноперерабатывающих машинах. Из обработанной шихты пластическим или полусухим способом формуют сырец. Сырец высушивают в сушилках и обжигают в печах периодического или непрерывного действия при температуре 1010-1060°С.

Возможность реализации способа изготовления строительной керамики светлых тонов на основе красножгущихся глин подтверждается следующими примерами.

Пример 1

В качестве глинистого компонента взята глина Морского месторождения Ярославской области, химический состав которой представлен в таблице 1.

Отдозированные компоненты минеральной добавки смешивали в смесителе и обрабатывали в стержневом смесителе до дисперсности мела менее 10 мкм. Размолотую минеральную добавку смешивали с глиной карьерной влажности 19-22%. Сырьевую шихту обрабатывали на глиноперерабатывающем оборудовании и формовали образцы балочки размерами 140×40×25 мм и кубики размерами 50х50х50 мм. Образцы высушивали до остаточной влажности 2-2,5% и обжигали в лабораторной печи по следующему режиму: подъем температуры в печи до 900°С - 8 часов, подъем температуры от 900 до 1020-1060°С - 4 часа, изотермическая выдержка при максимальной температуре - 2 часа. Охлаждение от максимальной температуры до 50°С - 10-12 часов. После охлаждения образцы извлекали из печи и изучали физико-технические свойства обожженных образцов. Составы минеральной добавки и сырьевых шихт, а также параметры обжига и физико-технические свойства обожженных образцов приведены в таблице 2.

Все образцы выдержали 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Пример 2

В качестве глинистого компонента взята глина Никольского месторождения Ленинградской области, химический состав которой представлен в таблице 3.

Отдозированные компоненты минеральной добавки смешивали в смесителе и обрабатывали в стержневом смесителе до дисперсности мела менее 10 мкм. Размолотую минеральную добавку смешивали с глиной карьерной влажности 18-21%. Сырьевую шихту обрабатывали на глиноперерабатывающем оборудовании и формовали образцы балочки размерами 140×40×25 мм и кубики размерами 50×50×50 мм. Образцы высушивали до остаточной влажности 2-2,5% и обжигали в лабораторной печи по следующему режиму: подъем температуры в печи до 900°С - 8 часов, подъем температуры от 900 до 1010-1030°С - 4 часа, изотермическая выдержка при максимальной температуре - 2 часа. Охлаждение от максимальной температуры до 50°С - 10-12 часов. После охлаждения образцы извлекали из печи и изучали физико-технические свойства обожженных образцов. Составы минеральной добавки и сырьевых шихт, а также параметры обжига и физико-технические свойства обожженных образцов приведены в таблице 4.

Все образцы выдержали 75 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Пример 3

В качестве глинистого компонента взята глина Себровского месторождения Волгоградской области, химический состав которой представлен в таблице 5.

Отдозированные компоненты минеральной добавки смешивали в смесителе и обрабатывали в стержневом смесителе до дисперсности мела менее 10 мкм. Размолотую минеральную добавку смешивали с глиной карьерной влажности 21%. Сырьевую шихту обрабатывали на камневыделительных вальцах, затем в шнековом прессе с фильтрующей решеткой. Гранулы высушивали до остаточной влажности 7%. Высушенные гранулы обрабатывали в стержневом смесителе с доведением формовочной влажности пресс-порошка до 7,5%. Из пресс-порошка способом полусухого прессования формовали образцы-цилиндры диаметром 50 мм, высотой 52 мм при удельном давлении прессования 200 кгс/см² . Образцы высушивали до остаточной влажности 3-3,5% и обжигали в лабораторной печи по следующему режиму: подъем температуры в печи до 900°С - 8 часов, подъем температуры от 900 до 1020-1050°С - 4 часа, изотермическая выдержка при максимальной температуре - 2 часа. Охлаждение от максимальной температуры до 50°С - 10 часов. После охлаждения образцы извлекали из печи и изучали физико-технические свойства обожженных образцов. Составы минеральной добавки и сырьевых шихт, а также параметры обжига и физико-технические свойства обожженных образцов приведены в таблице 6.

Все образцы выдержали 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Описанные выше примеры осуществления способа наглядно подтверждают возможность реализации способа в пределах граничных значений массовой доли компонентов и технологических режимов. Вместе с тем приведенные примеры не являются исчерпывающими и представлены только с целью пояснения изобретения и подтверждения его промышленной применимости. Специалисты в данной области могут улучшить его и (или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данного изобретения, отраженной в описании и на схеме.

Достоинством изобретения является возможность изготовления с использованием описанного способа практически на любом кирпичном заводе из доступного сырья лицевых керамических изделий светлых тонов из красножгущихся глин, обеспечивающих высокую прочность при сжатии, а также низкую себестоимость с достижением хороших санитарно-гигиенических условий производства.