Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЕЙНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО ШЛИКЕРА ИЗ ОТХОДОВ СТАНЦИИ ОСВЕТЛЕНИЯ ШЛАМОВЫХ СТОКОВ

Изобретение относится к керамической, фарфоро-фаянсовой, огнеупорной отраслям промышленности, а именно к керамическим массам для производства керамики технического, строительного и бытового назначения, а также к области использования промышленных отходов.

Керамика - один из самых перспективных материалов 21 века. По данным ЮНЕСКО по структуре производства материалов в мире основную часть составляет керамика (62%), древесина (23%) и черные металлы (12%). По темпам наращивания производства лидирует керамика (8,7%), полимеры (7,9%) и цветные металлы (5,9%). Масса ежегодно производимых в мире керамических материалов составляет более 4,2 млрд. тонн в год. Такие объемы будут сохраняться и в последующие годы. Керамика, обладающая функциональными свойствами, отсутствующими у металлов и пластмасс, таит в себе неограниченные потенциальные возможности применения во всех отраслях промышленности. Многообразие свойств и функций керамических материалов позволяет заменить ими дорогостоящие металлы, такие как хром, кобальт, вольфрам и др.

С распадом СССР Россия осталась без собственной сырьевой базы для тонкой керамики, за ее пределами оказалось производство синтетических алмазов и алмазных шлифивальных кругов, карбидкремниевых нагревателей, твердосплавных порошков и инструмента, режущего инструмента на основе новой керамики.

В то же время на предприятиях горнодобывающей, металлургической, химической, деревообрабатывающей, энергетической, строительных материалов и других отраслей промышленности РФ ежегодно образуется около 7 млрд. тонн отходов. Используется же лишь 2 млрд. тонн, или 28% от общего объема. В связи с этим в отвалах и шламохранилищах страны накоплено около 80 млрд. тонн только твердых отходов. Под полигоны ежегодно отчуждается около 10 тыс. га пригодных для сельского хозяйства земель. В целом по России под складирование горнопромышленных отходов занято свыше 500 тыс. га земель, а негативное воздействие отходов на окружающую среду проявляется на территории, превышающей эту площадь в 10-15 раз.

Среди многочисленных разновидностей вторичного минерального сырья имеются разнообразные неорганические материалы и вещества, которые могут быть использованы в керамической, огнеупорной и других отраслях промышленности.

На станции осветления шламовых стоков керамических, фарфоро-фаянсовых и огнеупорных производств поступают жидкие стоки, содержащие в своем составе керамическую, фарфоро-фаянсовую, огнеупорную массу, а также глазури и другие неорганические механические взвеси. Только в производстве фарфора в Челябинской области ежегодно накапливается около 500 тонн отходов станции осветления алюмосиликатных шламовых стоков, химический состав которых (масс.%): SiO₂ - 59,64-63,21; Al₂O₃ - 24,07-27,07; Fe₂O₃ - 0,30-0,56; TiO₂ - 0,28-0,46; CaO - 0,84-1,96; MgO - 0,3-1,0; K₂O - 1,40-2,27; Na₂O - 0,83-0,94; ППП - 6,31-8,95. Такие шламовые отходы быстро коагулируют, вследствие чего из них практически невозможно без дополнительной обработки приготовить литейный керамический шликер для вторичного использования.

Известны способы получения керамических масс, включающие использование отходов различных производств (пат. РФ №2431625 - отходы обогащения молибденовых руд и нефелиновый шлам; пат. РФ №2425815 - буровой шлам; пат. РФ №№2369583 и 2382748 - шлам огранки хрусталя; пат. РФ №2351568 - шлам производства серной кислоты; пат. РФ №2328474 - алюмокальциевый шлам; пат. РФ №2084424 - шлам сточных вод гальванического или травильного производства на основе оксидов железа).

Недостатком этих технических решений является сложность технологических процессов применения шламовых отходов производств, далеких от производства керамики и подобных материалов.

Известно также применение шламовых отходов фарфорового (керамического) производства для подготовки состава керамических масс, используемых при производстве майоликовых (керамических) изделий (з-ка на изобретение РФ №94006827, опубликованная 20.10.1995 г.).

Однако шламовые отходы керамических и/или огнеупорных производств быстро коагулируют, вследствие чего из них затруднительно без дополнительной обработки приготовить литейный керамический шликер для вторичного использования.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является техническое решение по а.с. СССР №1638131, опубликованному 30.03.1991 г., в соответствии с которым литейный керамический шликер получают отстаиванием (обезвоживанием) шламовых отходов от резки мрамора, гранита и базальта, смешивание их с другими компонентами и приготовление водного литейного шликера путем мокрого помола компонентов.

Недостатком данного решения является невозможность его непосредственного переноса для использования шламовых отходов керамических или огнеупорных производств, вследствие быстрой коагуляции этих отходов, которая затрудняет приготовление водного керамического шликера вследствие низких качеств пластичности и текучести.

Задачей настоящего изобретения является снижение стоимости изготовления керамических материалов различного назначения путем использования шламовых отходов керамических и/или огнеупорных производств, которые по своему составу наиболее близки к керамическим смесям.

Техническим результатом предложенного технического решения является создание простого и дешевого способа получения литейного керамического шликера из отходов станции осветления шламовых стоков керамических и/или огнеупорных производств, путем повышение качеств пластичности и текучести литейного шликера.

Социальный и экологический эффекты - расширение использования отходов керамического производства, улучшение экологической обстановки и возвращение площадей, занятых отходами, в хозяйственный оборот.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном способе получения керамического материала из отходов станции осветления шламовых стоков, включающем обезвоживание шламовых стоков, смешивание компонентов и приготовление водного литейного шликера, в соответствии с настоящим изобретением используются обезвоженные и измельченные шламовые стоки керамических и/или огнеупорных производств, которые подвергаются термоактивации в окислительной среде путем свободного подъема температуры до 450-650^оC и последующего охлаждения, последующего повторного их измельчения, введения в водный шликер глинистых материалов для повышения пластификации, а также электролитов для повышения текучести.

Указанный технический эффект достигается также тем, что в качестве глинистых материалов, в частности, используют огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов в масс.%: термоактивированные шламовые стоки керамических и/или огнеупорных производств - 60-85; огнеупорная глина - 15-40.

Указанный технический эффект достигается также тем, что в качестве электролитов вводят следующие компоненты в масс.% свыше 100% массы указанной выше смеси: сода - 0,08-0,25; жидкое стекло - 0,35-0,41; углекислый барий - 0,45-2,0; таннат - 0,2-0,4.

Термоактивация шламовых отходов путем свободного повышения температуры до 450-650 град.C в окислительной среде необходима для удаления из материала органических и других примесей (масла и т.п.). При таком сравнительно легком нагревании до указанной температуры с последующим охлаждением без дополнительной выдержки происходит разложение и удаление указанных примесей. Температурный интервал был подобран экспериментальным путем, при этом, при температуре ниже 450^оC не происходит полного удаления органических примесей, а при температуре выше 650^оC происходит снижение пластичности материала, что не позволяет его применение для изготовления литейного керамического шликера.

Дополнительное введение в водный шликер пластификатора позволяет достигать необходимой величины пластичности шликера. Соотношение компонентов было определено опытным путем.

Дополнительное введение в водный шликер электролитов сверх 100% от указанной керамической массы необходимо для придания текучести литейному шликеру указанного состава. Соотношение компонентов было определено опытным путем.

Учитывая, что стоимость термоактивированных шламовых стоков керамических и/или огнеупорных производств в десятки раз ниже стоимости природных материалов, а также простоту и низкую энергопотребность, предложенный способ имеет более низкие затраты, обеспечивая при этом получение литейного шликера с высокими качественными показателями.

Кроме того, применение данного технического решения позволит улучшить экологическую обстановку и возвратить площади, занятые отходами, в хозяйственный оборот.

Пример конкретного осуществления.

Обезвоженная на фильтр-прессах до полного удаления фильтрата шламовая алюмосиликатная масса в виде коржей измельчается и подвергается термической активации в туннельной, электрической, газовой или иной печи в кислородосодержащей среде, например воздушной. Термоактивация осуществляется путем размещения измельченной массы шлама на металлических противнях, загрузке их в нагревательную проходную печь с заданным температурным режимом, постепенному свободному нагреванию массы вместе с печью и постепенному охлаждению на выходе из печи.

После термоактивации шламовая масса подвергается последующему повторному измельчению, затем смешивается с огнеупорной глиной для повышения свойств пластификации массы и электролитами для повышения текучести. Подготовку массы для литейного керамического шликера производят совместным тонким мокрым помолом указанных сырьевых компонентов в указанном составе в шаровой мельнице до остатка 0,95-1,0% на сите №0063. Из полученной массы приготавливают водный литейный раствор по традиционной технологии до влажности 30-38%.

Полученный литейный шликер имеет высокие качественные показатели. Применение данного способа позволит освободить огромные полигоны, занятые отходами керамического и/или огнеупорного производств.