керамическая масса для изготовления строительных изделий

Формула изобретения

Керамическая масса для изготовления строительных изделий, включающая глину, отощитель, плавень и катализатор кристаллизации, отличающаяся тем, что содержит используемые в качестве отощителя, плавня и катализатора кристаллизации отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе СаСО₃ и CaSO ₄, которые при разложении в процессе нагревания обеспечивают содержание СаО в количестве 34,0-38,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глина	85-95
отходы обогащения цветных металлов	5-15

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к керамическим составам и может быть использовано в производстве строительной керамики, преимущественно облицовочных керамических плиток.

Известна керамическая масса, содержащая компоненты при следующем соотношении, вес.ч: глина пластичная 30-70; выгорающая добавка 2-3; отходы калийного производства - глинисто-карбонатный шлам 70-30 с содержанием хлоридов не более 32,2%, при этом полученная керамика характеризуется прочностью на сжатие, составляющей 100-150 кг/см² (авторское свидетельство СССР № 735582 А1, дата приоритета 07.01.1975, дата публикации 25.05.1980, авторы Долганов В.П. и др., SU).

Недостатком аналога является низкая прочность изделий, а также возможность образования на поверхности изделий высолов из-за наличия водорастворимых хлоридов в глинисто-карбонатном шламе.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочных плиток, включающая три легкоплавкие глины, одна из которых является основной, другая обогащена CaO, а третья - SiO₂, при следующем соотношении глин соответственно: (0,47-0,52):(0,29-0,32):(0,19-0,21), при этом содержание CaO в массе составляет 6,76-7,75%, а предел прочности плиток при изгибе соответствует 13,0-17,8 МПа (патент РФ № 2189953, С2, дата приоритета 01.11.2000, дата публикации 27.09.2002, авторы Афанасьев С.В. и др., RU).

Недостатком данного аналога является низкая прочность изделий, обусловленная тем, что содержащегося в массе оксида кальция CaO недостаточно для формирования необходимого количества кристаллической фазы, за счет которой определяются прочностные характеристики изделий.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочных плиток, принятая в качестве прототипа, содержащая следующие компоненты, мас.%: глина 64-75, песок кварцевый 10-12, плиточный бой 5-8, известняк 5-8, природный фосфорит 5-8, при этом механическая прочность изделий составляет 11,4-19,3 МПа, а водопоглощение - 17,1-25,6% (патент РФ № 2049754, С1, дата приоритета 11.06.1992, дата публикации 10.12.1995, авторы Бондаренко Я.Н. и др., RU, прототип).

Недостатками прототипа являются низкая прочность и высокое водопоглощение изделий, а также многокомпонентность состава и преимущественное использование в качестве компонентов природного сырья, доставляемого из разных мест, что повышает себестоимость готовой продукции.

Задачей изобретения является повышение механической прочности и уменьшение водопоглощения изделий, сокращение количества компонентов состава и расширение сырьевой базы за счет утилизации и использования отходов обогащения цветных металлов с высокой кальцийсодержащей составляющей.

Для решения поставленной задачи керамическая масса для изготовления строительных изделий, включающая глину, отощитель, плавень и катализатор кристаллизации, согласно изобретению содержит используемые в качестве отощителя, плавня и катализатора кристаллизации отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе CaCO₃ и CaSO ₄, которые при разложении в процессе нагревания обеспечивают содержание CaO в количестве 34,0-38,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина 85-95; отходы обогащения цветных металлов 5-15.

В качестве компонентов использовалась глина Компановского месторождения и отходы обогащения цветных металлов ОАО «Красцветмет», характеризуемые содержанием окиси кальция СаО 34,0-38,0% и их мелкодисперсной структурой. Химический состав компонентов, используемых для составления предлагаемых сырьевых смесей, приведен в таблице 1.

Таблица 1
Сырье	Составы, мас.%
SiO2	Al2O3	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	K2O	Na 2O	SO 3	п.п.п.
Глина Компановского месторождения	67,4	18,5	3,08	0,82	1,63	1,89	1,06	0,12	-	5,5
Отходы обогащения цветных металлов ОАО «Красцветмет»	2,14	1,32	0,21	-	36,8	4,08	-	-	1,5	53,95

Технология изготовления изделий из заявленной керамической массы заключается в следующем. Высушенную глину размалывают в шаровой мельнице, отходы обогащения цветных металлов высушивают в сушильном шкафу до влажности 4-6%. Состав приготавливают смешиванием глины с отходами до однородного состояния, затем добавляют воду до формовочной влажности 10-12%. Из подготовленной массы полусухим прессованием при удельном давлении 25-27 МПа формуют образцы цилиндрической формы высотой и диаметром 25 мм и плитки 100×100×6 мм³. Поскольку отходы не нуждаются в дополнительном измельчении и образцы формуют полусухим способом, при изготовлении масс экономится значительная часть электроэнергии на помол компонентов и сушку изделий, что делает процесс экономически выгодным и технически целесообразным.

Составы предлагаемой керамической массы приведены в таблице 2.

Таблица 2
Наименование компонентов	Содержание компонентов в составах, мас.%
1	2	3
Глина Компановского месторождения	95	90	85
Отходы обогащения цветных металлов	5	10	15

После формования образцы и плитки подвергают сушке в сушильном шкафу при 110°C. Обжиг производят в камерной высокотемпературной электропечи (ПВК-1,4-17) при температурах 1050, 1100 и 1150°C. Выдержка при конечной температуре составляет 30 мин. Скорость нагрева печи - 10°C/мин, охлаждение в печи.

Физико-механические свойства плиток приведены в таблице 3.

Из приведенных таблиц следует, что использование изобретения позволяет получать керамические изделия с высокими физико-механическими свойствами из малокомпонентных масс с использованием отходов обогащения цветных металлов. При этом технический результат заключается в повышении прочности, снижении водопоглощения и обеспечении низкой огневой усадки. Получение указанного технического результата достигается тем, что керамическая масса, включающая глину, содержит в качестве отощителя, плавня и катализатора кристаллизации отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе CaCO₃ и CaSO₄, которые при нагревании свыше 850°C разлагаются и обеспечивают содержание окиси кальция CaO 34,0-38,0%, являющееся оптимальным. При этом указанные отходы влияют на физико-химические процессы, происходящие в керамических массах при обжиге, и обеспечивают интенсификацию твердофазового процесса спекания за счет высокой дисперсности отходов и активной формы оксида кальция.

Таблица 3
№ состава	Температура обжига, °C	Огневая усадка, %	Водопоглощение, %	Прочность при сжатии, МПа
	1050	2,8	12,3	25,5
1	1100	3,4	11,5	26,5
	1150	5,4	9,6	30,0
	1050	3,25	8,4	20,5
2	1100	3,96	8Д	21,0
	1150	6,4	7,3	26,2
	1050	4,0	8,2	19,0
3	1100	4,5	7,7	22,6
	1150	8,5	6,8	38,2
Прототип	1050	0,8-1,8	17,1-25,6	11,4-19,3

Рентгенограммы, снятые с образцов, обожженных при разных температурах, показали, что начиная с 850°C идут твердофазовые реакции с образованием новых кристаллических соединений - анортита (CaO·Al ₂O₃·2SiO₂), а также волластонита (CaO-SiO₂) с введением более 10% отходов. При обжиге свыше 1050°C формируется и муллит (3Al₂O ₃·2SiO₂). Образование кальциевых соединений обуславливает снижение усадки, а сочетание кристаллической фазы с жидкой, которая появляется за счет плавления легкоплавких эвтетик, приводит к обеспечению высоких прочностных свойств. Введение в состав керамической массы отходов в количестве менее 5% приводит к высокому водопоглощению за счет недостаточной температуры обжига, обеспечивающей спекание керамического черепка, а свыше 15% - к снижению прочностных характеристик за счет начала процесса вспучивания керамической массы и ухудшению внешнего вида.

Преимущество предлагаемой керамической массы для изготовления строительных изделий заключается в повышении прочности изделий, снижении водопоглощения, сокращении количества компонентов состава, расширении сырьевой базы и утилизации отходов обогащения цветных металлов.