Результат интеллектуальной деятельности: Керамическая масса

Изобретение относится к производству керамики строительного назначения, в частности рядового керамического кирпича.

Известна сырьевая смесь для получения керамического кирпича Патент РФ №2210554, опубл. 20.08.2003, МПК 7 С04В 33/00, содержащая глинистый мергель с содержанием СаО 20,1-24,0%, цеолитсодержащую глину, стеклобой в следующем соотношении, масс. %: глинистый мергель - 75-85; цеолитсодержащая глина 5-15; стеклобой 3-10.

Подготовка глинистого сырья -глинистого мергеля (сырьевой смеси) -при пластическом способе включает в себя сушку сырья, дробление на щековой дробилке, замачивание водой из расчета получения нормальной формовочной влажности, вылеживание массы в течение суток. При полусухом способе прессования из увлажненной сырьевой смеси получают гранулы на шнековом смесителе диаметром 10 мм, сушат гранулы при 100-110°С до влажности 9-11%, измельчают гранулы и получают пресс-порошок, состоящий из двух примерно одинаковых в количественном соотношении фракций с размером частиц от 2,5 до 1,25 мм и менее 1,25 мм. Приготовление минеральной добавки заключается в сушке и дроблении цеолитсодержащей глины до диаметров частиц менее 1 мм. Стеклобой, представляющий собой бой стекла типа пирекс, измельчается на истирателе до размеров частиц менее 70 мкм. Сырьевую смесь получают путем смешивания приготовленных минеральной технологической добавки и стеклобоя с глинистым мергелем, подвергают ее переработке пластическим или полусухим способами. Формование образцов при полусухом прессовании проводят при давлении 20-25 МПа. Сушат образцы в сушильной камере при 35-80°С, обжигают в печах при температуре 1050-1070°С.

Недостатком этого решения является сложный цикл подготовки пресс-порошка, а также низкие физико-механические характеристики получаемого изделия (прочность, водопоглощение).

Наиболее близкой по технической сущности, взятая за прототип, является сырьевая смесь для получения керамического кирпича Патент РФ №2646292, опубл. 02.03.2018, МПК 7 С04В 33/00, содержащая глину, буровой шлам и стеклобой, крупностью компонентов не более 0,32 мм, буровой шлам в качестве основного компонента содержит попутные продукты добычи нефти и газа с содержанием оксида кальция СаО 21,28% при следующем соотношении компонентов, масс. %:

-глина легкоплавкая 67-50;

-буровой шлам с содержанием СаО 21,28% - 30-45;

-стеклобой - 3-5.

Достижение улучшенных физико-механических показателей с повышением механической прочности при вводе модифицирующей щелочной добавки обеспечивается формированием низкотемпературных аморфнокристаллических фаз типа: метакаолинит Al₂O₃⋅2SiO₂, гематит α-Fe₂O₃, анортит CaO-Al₂O₃-2SiO₂, стеклофаза, формирующихся за счет оксидов СаО, Fe₂O₃, R₂O.

Изделия из заявляемой керамической массы можно изготавливать по общепринятым технологиям производства стеновых керамических изделий, как способом пластического формования, так и способом полусухого прессования при температуре обжига 900-1000°С.

Недостатком данного решения является использование стеклобоя, который при наличии легкоплавкой глины и бурового шлама, содержащего большое количество СаО снижает интервал спекания керамической массы, что значительно увеличивает количество брака из-за перепада температур по высоте печи. Кроме того необходима установка дополнительного оборудования для измельчения стеклобоя до крупности не более 0,32 мм, что приводит к повышению себестоимости продукции.

Задачей изобретения является получение строительного кирпича с хорошими теплоизоляционными свойствами с вовлечением в процесс производства местного техногенного сырья.

Техническим результатом данного изобретения является получение эффективной керамики с плотностью не более 1,2 г/см³, с развитой закрытой пористостью, повышенной прочностью и низкой себестоимостью за счет использования в составе массы до 50% отходов Новочеркасской ГРЭС.

Технический результат достигается тем, что керамическая масса, включает глину и шлам, в качестве глины используют тугоплавкую глину, в качестве шлама - известковый шлам ГРЭС с высоким содержанием оксида кальция СаО до 45% и шлак ГРЭС при следующем соотношении компонентов, масс. %:

тугоплавкая глина 45-55%;

известковый шлам ГРЭС 30-40%;

шлак ГРЭС 15-20%.

В качестве шлама используют известковый шлам с Новочеркасской ГРЭС с высоким содержанием оксида кальция СаО 45,10%, имеющий следующий усредненный химический состав, масс. %: SiO₂ - 5,10; Al₂O₃-2,60; СаО - 45,10; Fe₂O₃+FeO - 1,70; MgO - 7,42; R₂O - 0,15; п.п.п.- 40,30;

В качестве шлака используют шлак Новочеркасской ГРЭС, который имеет следующий усредненный химический состав, масс. %: SiO₂ - 54,56; Al₂O₃ - 20,19; СаО - 3,72; Fe₂O₃+FeO - 11,92; MgO - 1,64; K₂O-3,35; Na₂O-0,98; SO₃-0,08 п.п.п. - 3,44.

В качестве глинистого сырья используется тугоплавкая глина обладающая высокой пластичностью и хорошей связующей способностью, обеспечивает хорошие формовочные свойства и преимущественное протекание физико-химических процессов при обжиге в твердой фазе, что приводит к образованию хорошо развитой закрытой пористости. Формирование пористой структуры материала происходит в результате процессов декарбонизации при спекании за счет СаСО₃, который присутствует в значительном количестве в шламе Новочеркасской ГРЭС в активном состоянии, и способствует формированию геленита при температурах твердофазового взаимодействия, а при наличии щелочного компонента, вводимого шлаком ГРЭС, образованию геденбергита, повышающего прочность черепка.

Изделия из заявляемой керамической массы изготавливают по общепринятым технологиям производства стеновых керамических изделий, как способом пластического формования. Так и способом полусухого прессования.

Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены образцы полнотелого кирпича размером 60×25×10 мм и кубики 35×35×35 мм и 50×50×50 мм с соотношением соотношением вышеперечисленных компонентов, представленных в Таблице 1.

Образцы изготавливали следующими способами.

По пластическому способу глинистое сырье подвергали измельчению до прохода через сито №01, увлажняли до формовочной влажности, подвергали вылеживанию в течение 24 часов, формовали полнотелые образцы. Сушку образцов осуществляли на воздухе в течение суток и в сушильном шкафу при температуре 105…110°С до относительной влажности не более 2%.

Массу для полусухого формования готовили путем смешивания предварительно высушенных и измельченных компонентов до прохода через сито №01 и добавлением воды до влажности 6…8%. Формование образцов размером 50×50×50 мм осуществляли под давлением 20 МПа с помощью гидравлического пресса. Обжиг проводили при температуре 1000°С.

Достижение эксплуатационных свойств керамического кирпича с заданной пористостью и прочностью обеспечивается оптимальным соотношением компонентов в системе глина-карбонатный материал-минерализатор. Применение предлагаемой керамической массы решает экологическую проблему утилизации шлама и шлака на Новочеркасской ГРЭС.