Результат интеллектуальной деятельности: Керамическая масса для изготовления облицовочных керамических изделий

Изобретение относится к области производства строительных керамических материалов и может быть использовано при изготовлении облицовочных фасадных керамических панелей и керамической плитки для наружной и внутренней отделки.

Известна сырьевая масса для производства строительной керамики [1], преимущественно кирпича и облицовочных керамических камней. Сырьевая масса содержит в качестве технологической минеральной добавки глауконитсодержащие пески минерального состава, мас. %: глауконитсодержащий глинистый минерал 28-33; полевой шпат 2-5; кальцит 1-5; апатит 3-6; кварц остальное, при следующем соотношении компонентов, мас. %: легкоплавкая глина 90-95; глауконитсодержащие пески 5-10. Данный состав позволяет при низкой температуре обжига (900-1000°С) получать изделия с достаточно высокой прочностью при сжатии (25-36 МПа). Недостатками известной сырьевой массы являются высокое водопоглощение материала (13-14,5%) и высокое давление формования изделий (20-25 МПа). Необходимость выдерживания сырьевой смеси в течение двух суток и сушка при температуре 35-80°С в течение 6-12 ч повышают длительность и энергоемкость производства.

Известна керамическая масса для изготовления строительных изделий [2], преимущественно кирпича и облицовочных керамических камней, включающая следующие компоненты, мас. %: глина легкоплавкая 25-60, глина цеолитсодержащая смешанного минерального состава, содержащая, мас. %: цеолит 26-36, опал-кристобалит 3-27, кальцит 0-5, кварц 1-10, глауконит 0-4, глинистые минералы 20-65 с размером частиц менее 1 мм, 40-75. Данный состав позволяет получать при температуре обжига 1000-1050°С изделия с достаточно высокой прочностью при сжатии (38,5-59,6 МПа). Недостатками данного состава являются невысокая прочность на изгиб (5,6-8,5 МПа) и высокое водопоглощение изделий (8,2-12,1%). Недостатками технологии получения изделий по данному составу являются необходимость выдерживания смеси в течение двух суток, высокое давление формования изделий (20-25 МПа) и необходимость проведения сушки.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является керамическая масса для изготовления строительных изделий [3], преимущественно керамических плиток. Керамическая масса для изготовления строительных изделий включает глину и отходы обогащения цветных металлов с содержанием в их составе СаСО₃ и CaSO₄, 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.

Данный состав позволяет получать изделия без проведения сушки с достаточно высокой прочностью при сжатии: 25-36 МПа при температуре обжига 1050°С и 26,2-38,2 МПа при температуре обжига 1150°С. Недостатками данного состава являются высокое водопоглощение (8,2-12,3% при температуре обжига 1050°С и 6,8-9,6% при температуре обжига 1150°С) и давление прессования изделий, равное 25-27 МПа.

Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение являются повышение прочности на сжатие и снижение водопоглощения изделий, а также снижение энергоемкости производства за счет уменьшения давления прессования до 15 МПа и проведении обжига при 1050°С, что снизит себестоимость керамических изделий. Наиболее эффективно поставленные задачи решаются за счет применения состава, включающего малопластичную глину с добавлением борной кислоты и триоксида молибдена при следующем соотношении компонентов, масс. %:

В данном составе предусматривается применение глины Суворотского месторождения Владимирской области, содержащей в своем составе следующие соединения (в масс. %): SiO₂ - 77,2; CaO⋅Al₂O₃⋅2SiO₂ - 5,3; Al₂O₃⋅2SiO₂⋅H₂O - 7,0; K₂O⋅Al₂O₃⋅6SiO₂ - 5,9; Na₂O⋅Al₂O₃⋅SiO₂ - 4,6. Данная глина обладает числом пластичности 5,2 и относится к малопластичным (по ГОСТ 9169-75). Перед использованием глина высушивается при температуре 130°С, измельчается в шаровой мельнице с отбором фракции менее 0,63 мм.

В качестве первой добавки в шихту на основе указанной малопластичной глины предлагается использовать борную кислоту марки В 2-го сорта (ГОСТ 18704-78), которая является флюсующе-упрочняющей добавкой, взаимодействующей при обжиге с глинистыми минералами с образованием стекловидной аморфной фазы, что улучшает степень спекания и снижает температуру обжига материала. Стекловидная фаза при этом выступает в роли связующего между частицами керамики, повышая прочность материала, а также заполняет поры и пустоты в объеме изделия.

В качестве второй добавки в шихту на основе указанной малопластичной глины предлагается использовать триоксид молибдена (ТУ 6-09-4471-77). Во время обжига при нагреве до 795°С триоксид молибдена плавится с образованием жидкой фазы, которая является для частиц керамики смачивающим веществом и смешивается с образующейся стекловидной фазой, а, следовательно, способствует распространению стекловидной фазы в объеме материала, что повышает площадь контакта между частицами керамики и стекловидной фазой и как следствие приводит к дополнительному упрочнению материала и повышению однородности его структуры.

При введении указанных добавок в количестве менее 5 масс. % физико-механические свойства керамического материала меняются незначительно. Добавление борной кислоты и триоксида молибдена в количестве более 5 масс. % также нежелательно, так как с одной стороны это повышает себестоимость производства, а с другой стороны снижает экологическую безопасность получаемого керамического материала, так как данные вещества относятся к 3 классу опасности. Кроме того, введение в состав шихты более 5 масс. % борной кислоты приводит к избытку стекловидной фазы и как следствие к потере формы изделиями, а при введении триоксида молибдена свыше 5 масс. % на поверхности материала образуется большое количество возгона в результате частичного улетучивания данного вещества при плавлении.

Обоснованность и преимущества заявляемого изобретения основаны на измерении физико-механических и эксплуатационных показателей керамики на основе шихты с различным содержанием борной кислоты (от 1 до 10 масс. %) и триоксида молибдена (от 1 до 10 масс. %).

Предпочтительна реализация заявляемого изобретения по следующей технологии: предварительно измельченная до фракции 0,63 мм и высушенная малопластичная глина тщательно перемешивается с борной кислотой и триоксидом молибдена стандартной тонкости помола соответствии с заданной рецептурой в сухом состоянии. Полученная смесь дополнительно перемешивается с добавлением 8 масс. % воды и из готовой шихты получают сырец при давлении прессования 15 МПа. Затем, минуя стадию сушки, сырец нагревается до 1050°С при скорости нагрева 5°С/мин и выдерживается при максимальной температуре в течение получаса.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами:

1. К 96 масс. % глины добавляют 3 масс. % борной кислоты и 1 масс. % триоксида молибдена, перемешивают и получают материал по указанной технологии;

2. К 94 масс. % глины добавляют 1 масс. % борной кислоты и 5 масс. % триоксида молибдена, перемешивают и получают материал по указанной технологии;

3. К 90 масс. % глины добавляют 5 масс. % борной кислоты и 5 масс. % триоксида молибдена, перемешивают и получают материал по указанной технологии;

4. К 89 масс. % глины добавляют 1 масс. % борной кислоты и 10 масс. % триоксида молибдена, перемешивают и получают материал по указанной технологии;

5. К 87 масс. % глины добавляют 10 масс. % борной кислоты и 3 масс. % триоксида молибдена, перемешивают и получают материал по указанной технологии;

Характеристика и свойства материалов, полученных с использованием известного и предлагаемого составов, приведены в таблице 1.

Источники информации:

1. Патент на изобретение №2160240, кл. С04В 33/00, С04В 33/13, 2000

2. Патент на изобретение №2176223, кл. С04В 33/00, 2001

3. Патент на изобретение №2483040, кл. С04В 33/132, 2013.