Результат интеллектуальной деятельности: КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ИЗ ОТХОДОВ СТАНЦИИ ОСВЕТЛЕНИЯ ШЛАМОВЫХ СТОКОВ КЕРАМИЧЕСКИХ И ОГНЕУПОРНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Изобретение относится к керамической, фарфорофаянсовой, 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 горно-добывающей, 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 горно-промышленных 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, фарфорофаянсовых и огнеупорных производств поступают жидкие стоки, содержащие в своем составе керамическую, фарфорофаянсовую, огнеупорную массу, а также глазури и другие неорганические механические взвеси. Только в производстве фарфора в ЗАО «Уральский фарфор» ежегодно накапливается около 500 тонн отходов станции осветления алюмосиликатных шламовых стоков, химический состав которых, масс.%: SiO₂ - 59,64-63,21; Аl₂O₃ - 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. Шламовые отходы быстро коагулируют, вследствие чего из них практически невозможно приготовить литейный керамический шликер для вторичного использования.

Известны составы керамических масс, включающие отходы 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, что также удорожает полученный таким образом вторичный материал.

Наиболее близким аналогом является состав керамических масс, используемых при производстве майоликовых изделий, включающий отходы фарфорового (керамического) производства, а именно шлама (з-ка на изобретение РФ №94006827, опубл. 20.10.1995 г.).

Однако шламовые отходы керамических производств быстро коагулируют, вследствие чего из них затруднительно приготовить литейный керамический шликер для вторичного использования.

Задачей настоящего изобретения является снижение стоимости изготовления керамических материалов различного назначения путем использования шламовых отходов керамических производств.

Техническим результатом предложенного технического решения является получение керамической массы из отходов станции осветления шламовых стоков керамических производств, снижение стоимости ее получения.

Социальным и экологическим эффектом от применения заявленного решения является расширение использования отходов керамического производства, улучшение экологической обстановки и возвращение площадей, занятых отходами, в хозяйственный оборот.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном составе керамической массы, включающем шламовые стоки керамических производств, в соответствии с предложенным техническим решением содержится смесь термоактивированных шламовых стоков керамических производств: алюмосиликатных шламов, химический состав которых, масс.%: SiO₂ - 59,64-63,21; Аl₂O₃ - 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, - с огнеупорной глиной в следующем соотношении, масс.%: термоактивированные шламовые стоки керамических производств - 60-85; огнеупорная глина - 15-40, также дополнительно содержатся электролиты, масс.% сверх 100%: сода - 0,08-0,25; жидкое стекло - 0,35-0,41; углекислый барий (ВаСO₃) - 0,45-2,0; таннат - 0,2-0,4.

Термоактивация шламовых алюмосиликатных отходов необходима для удаления из материала органических и других примесей (масла и т.п.).

При содержании шламовых алюмосиликатных отходов менее 60% не достигаются необходимые физико-химические характеристики керамической смеси.

При содержании шламовых алюмосиликатных отходов более 85% происходит повышение температуры спекания и увеличиваются энергозатраты.

Дополнительное введение электролитов сверх 100% от указанной керамической массы необходимо для придания текучести литейному шликеру указанного состава.

Учитывая, что стоимость термоактивированных шламовых стоков керамических производств в десятки раз ниже стоимости природных материалов, заявленная керамическая смесь имеет более низкую себестоимость при сохранении высоких качественных показателей полученной смеси.

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

Пример конкретного осуществления

Обезвоженная и измельченная масса шламовых алюмосиликатных отходов в виде коржей подвергается термической активации при свободном подъеме температуры и последующем повторном измельчении, затем смешивается с огнеупорной глиной для повышения свойств пластификации массы. Подготовку массы 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 35-37%.

Введение электролитов в составе, масс.% сверх 100%: сода - 0,08-0,25; жидкое стекло - 0,35-0,41; углекислый барий (ВаСO₃) - 0,45-2,0; таннат - 0,2-0,4, - повышает текучесть указанной смеси для последующего литья керамических изделий.