сырьевая смесь для изготовления керамических изделий

Формула изобретения

Сырьевая смесь, включающая глинистое сырье и минеральную добавку, отличающаяся тем, что в качестве глинистого сырья она содержит глину монтмориллонитового типа следующего состава, мас. %: монтмориллонит - 44-46, гидрослюда - 5-7, каолинит - 5-7, кварц - 43-45, кальцит - 0,5-1,5, а в качестве минеральной добавки - трепел, в химический состав которого входят оксиды SiO₂ - 70,05-71,85 %; Al₂O₃ - 8,68-9,73 %; Fe₂O ₃ - 3,62-3,91 %; СаО - 3,79-4,21 %; МgО - 1,28-1,29 %; Na₂О - 0,15-0,16 %; К₂О - 2,01-2,06 % следующего минералогического состава, мас. %: цеолит - 30-32; опал-кристобалит - 29-31; гидрослюда - 18-19; монтмориллонит - 10-12; кальцит - 1-2; кварц - 7-8; кальцит - 1-2, указанного ниже зернового состава: размер частиц 1,0-0,063 мм - 10-30 %; 0,063-0,005 мм - 31-38 %; менее 0,005 - 40-52 %, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Глина монтмориллонитового типа - 30-50;

Трепел - 50-70.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамических изделий различного назначения, преимущественно лицевых и клинкерных кирпичей.

Известна керамическая масса для изготовления строительных изделий, включающая 70-95% глины и 5-30% анортозит-гранатитовой породы (полевошпатовой породы) (1).

Известна керамическая масса для изготовления клинкера, включающая глину 20-30 вес.%, кварцевый песок 10-15 вес.%, стеклобой 10-20 вес.%, риолитовую породу 40-55 вес.% / (2)

Известна сырьевая смесь для изготовления керамических изделий различного назначения, в том числе клинкерного кирпича, включающая глинистый компонент 15-50 мас.%, фельзит (полевошпатовой породы) 35-80 мас.%, обогащенный каолин 0-20 мас.%, шамот 0-15 мас.%. (3)

Известна керамическая масса для изготовления преимущественно плиток для пола, включающая глину легкоплавкую 50-70 мас.%, цеолитсодержащий песчаник 30-50 мас.%, при этом песчаник имеет объемную массу 1680 кг/м³, плотность 2700 кг/м³ и химический состав в мac.%: SlO₂ - 57,94; Al₂O ₃ - 12,07; Fe₂O₃ - 6,05; СаО - 4,13; MgO - 2,04; К₂O - 2,18; Na₂O - 3,72; SO ₃ - 0,23; п.п.п. - 11,64, минералогический состав, включает полевых шпатов - 43-47% и цеолита 32-36% (4).

Наиболее близкой к предлагаемому решению является сырьевая смесь для изготовления керамических изделий различного назначения, в том числе клинкерного кирпича, керамической плитки для полов, включающая глинистый компонент 40-95 вес.% и гранодиорита (полевошпатовой породы) 5-60 вес.%, в химический состав которого входят оксиды SlO ₂ 63,37-67,98%; AL₂O₃ 13,5-17,99%; Fe₂O₃ 0,40-2,28%; FeO 1,87-4,08%; Na ₂O 2,20-4,42%; К₂O 1,74-4,97% (5).

Недостатком известных керамических масс является использование в их составах в качестве минеральной добавки для изготовления клинкерного кирпича полевошпатовые породы, которые характеризуются высокой твердостью 6-6,5 по шкале Мооса, а при измельчении материалов высокой плотности используют более сложные схемы помола. Излишнее повышение степени измельчения материала приводит к увеличению расхода энергии и других затрат, связанных с его помолом. При этом наличие в химическом составе полевых шпатов 3-6% оксидов железа не позволит изготавливать из известных смесей лицевой кирпич светлых тонов. Кроме того, полевошпатные породы не являются повсеместно распространенным сырьем в России, что будет сдерживать развитие производства изделий. Прессование толстостенных изделий из керамических масс, в состав которых входят полевые шпаты, очень проблематично, так как после окончания процесса сжатия происходит ее «упругое расширение» вдоль направления сжатия, одной из причин этого являются упругие напряжения, накопленные деформированными минеральными частицами (причем особенно существенно деформации изгиба не изометрических частиц). Для предотвращения трещин расслаивания необходимо применять порошки с возможно большей однородностью зерен по их крупности, с удалением из порошка более крупных зерен, оказывающих наибольшее сопротивление сжатию.

Задача предлагаемого решения - разработка керамической массы для изготовления кирпича различного назначения (в том числе лицевого и клинкерного) из широко распространенного и недефицитного сырья.

Техническим результатом является изготовление керамических изделий с высокими прочностью, плотностью, морозостойкостью и с низким водопоглощением без увеличения расхода электроэнергии и других затрат.

Технический результат достигается тем, что известная сырьевая смесь, включающая глинистое сырье и минеральную добавку, содержит в качестве глинистого сырья глину монтмориллонитового типа следующего состава, мас.%: монтмориллонит 44-46, гидрослюда 5-7, каолинит 5-7, кварц 43-45, кальцит 0,5-1,5, а в качестве минеральной добавки используют трепел с кремнеземистым модулем 3,5, в химический состав которого входят оксиды: SiO ₂ 70,05-71,85%; AL₂O₃ 8,68-9,73%; Fe₂O₃ 3,62-3,91%; CaO 3,79-4,21%; MgO 1,28-1,29%; Na₂O 0,15-0,16%; K₂O 2,01-2,06% следующего минералогического состава, мас %: цеолит 30-32, опал-кристобалит 29-31, гидрослюда 18-19, монтмориллонит 10-12, кальцит 1-2, кварц 7-8, кальцит 1-2, указанного ниже зернового состава: размер частиц 1,0-0,063 мм - 10-30%; 0,063-0,005 мм - 31-38%; менее 0,005 - 40-52%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина монтмориллонитового типа	30-50
Трепел	50-70

Для производства клинкерного кирпича высокого качества одним из важнейших требований к сырью является значение кремнеземистого модуля - SiO₂%/(R ₂O₃+RO+RO₂)%, которое должно быть в пределах 3-4,5. Кремнеземистый модуль применяемого трепела составляет 3,5.

Использование глины монтмориллонитового типа в сочетании с трепелом указанного ниже зернового состава: размер частиц 1,0-0,63 мм 10-30%; 0,063-0,005 мм 31-38%; менее 0,005 мм 40-52% позволяет сформовать методом компрессионного формования кирпич-сырец с высокой плотностью упаковки без трещин расслоения и высушить сырец без сушильных трещин за укороченный срок.

Применение трепела, в химический состав которого входят оксиды: SiO₂ 70,05-71,85%; AL ₂O₃ 8,68-9,73%; Fe₂O₃ 3,62-3,91%; CaO 3,79-4,21%; MgO 1,28-1% состава, мас.%: цеолит 30-32, опал-кристобалит 29-31, гидрослюда 18-19, монтмориллонит 10-12, кальцит 1-2, кварц 7-8, кальцит 1-2, в сочетании с высокопластичной глиной монтмориллонитового типа следующего состава, мас.%: монтмориллонит 44-46, гидрослюда 5-7, каолинит 5-7, кварц 43-45, кальцит 0,5-1,5, при указанном выше количественном соотношении обеспечивает в процессе обжига получение керамического кирпича повышенной плотности с низким водопоглощением, высокой морозостойкостью. Модификация различных глин кремнистыми породами, в том числе и трепелами с высоким содержанием опал-кристобалита (29-31%), расширяет интервал спекания легкоплавкой полиминеральной глины, снижает водопоглощение изделий при обжиге 1050-1150°С.

Керамический кирпич, в том числе лицевой и клинкерный, изготавливали по известной технологии компрессионного формования.

Обжиг вели при температурах - 1050°С и 1150°C

Конкретные примеры составов сырьевой смеси для изготовления керамических изделий и физико-механические показатели представлены в таблице.

Примеры 1 - выполнен при граничных значениях параметров предлагаемого решения изготовления лицевого кирпича методом компрессионного формования.

Примеры 2 - выполнен при граничных значениях параметров предлагаемого решения изготовления клинкерного кирпича методом компрессионного формования

Примеры 3, 4 - выполнены с запредельными параметрами предлагаемого решения методом компрессионного формования.

Пример 5 - выполнен по прототипу методом компрессионного формования.

Из таблицы видно, что только использование приведенных в составе сочетаний компонентов и зернового состава трепела позволяют без дополнительных материальных и других затрат на измельчение компонентов из твердых пород изготавливать керамические изделия различного назначения, в том числе лицевые и клинкерные кирпичи, повышенной прочности, высокой плотности и с низким водопоглощением.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо и может быть использовано при производстве керамических изделий различного назначения без каких-либо особых условий.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявочных материалов:

1. А.С. № 775087 С04В 33/00, опубл. 1980 г.

2 SU. № 1534034 С04В 33/00, опубл. 1990 г.

3. RU. № 2310624 С04В 33/13, опубл.2007 г.

4. RU. № 2430900 С04В 33/13, опубл.2010 г

5. RU. № 2137731 С04В 33/00, опубл. 1999 г

Физико-механческие показатели обожженных изделий
№ № п/п	Состав смеси			Удельное давление прессова ния, МПа	Темпе ратураобжига °С	Усадка общая, %	Водо погло щение, %	Плот ность, г/см3	Прочность, МПа		Морозо стой кость циклов	Соответствие требованиям ГОСТ 530-2007
	глина	трепел	граноди орит						на сжатие	на изгиб
1	30	70	-	20,0	1050	4,4	1,38	13,4	23,7	5,3	50	Соответствует требованиям ГОСТ на лицевой кирпич
	50	50		20,0	1050	5,1	1,45	12,1	27,1	7,2	50
2	30	70	-	25,0	1150	5,29	2,00	2,57	45,0	7,7	100	Соответствует требованиям европейского стандарта на клинкерные изделия
	50	50		25,0	1150	6,30	2,24	2,12	49,2	9,3	100
3	25	75	-	20,0	1050	4,20	1,30	26,3	17,1	2,1	21	Не соответствует требованиям ГОСТ на лицевой кирпич по морозостойкости
	55	45		20,0	1050	5,70	1,57	16,5	21,4	3,3	24
4	25	75	-	25,0	1150	5,10	1,90	2,83	35,4	3,4	75	Не соответствует требованиям европейского стандарта на клинкерные изделия по морозостойкости
	55	45		25,0	1150	6,70	2,30	2,00	53,1	6,5	83
5	60	-	40		1210	15	1,4		105		60	Не соответствует требованиям европейского стандарта на клинкерные изделия по морозостойкости
	50		50		1210	14	1,3		107		60
	40		60		1210	13	1,2		110		60