Шихта для получения глинозольного кирпича

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов шихты и сырьевых смесей для изготовления кирпича и может быть использовано при изготовлении как лицевого, так и обычного кирпича, а также при производстве золокерамических камней.

Известна сырьевая смесь для изготовления золокерамических камней и кирпичей, содержащая отощающую добавку на основе зольного компонента и глину, отличающаяся тем, что в качестве зольного компонента отощающая добавка содержит золу от сжигания промышленных и бытовых сточных вод городского коммунального хозяйства с удельной поверхностью 100-600 м²/кг, насыпной плотностью 750-800 кг/м³ и содержанием SO₃ 1,5-2,0% или ее смесь с песком или ее смесь с опилками при их соотношении от 1:1 до 6:1 при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %: отощающая добавка - 2,0-80, глина - 20-98 (см. патент РФ №2148047, опубл. 27.04.2000).

Известное техническое решение связано, преимущественно, с утилизацией отходов городского коммунального хозяйства, что сужает область применения изобретения.

Известна сырьевая смесь на основе шихты, содержащая глину, топливную золу, щелочесодержащий компонент, воду, шамот, в качестве щелочесодержащего компонента использован алюмощелочной шлам, при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина 10-12; топливная зола 10-12; вода 10-12; алюмощелочной шлам 6-8; шамот - остальное (см. патент РФ №2329993, опубл. 27.07.2008).

К недостаткам известного технического решения следует отнести необходимость использования в качестве основных компонентов сырьевой смеси шамота и алюмощелочного шлама - продукта щелочного травления алюминия, при этом в смеси используется сравнительно малое количество топливной золы, запасы которой практически неограниченны.

Известна золокерамическая шихта, включающая, мас. %: глина 8-50, спекающая добавка 5-40, зола от сжигания углей 20-90 (см. патент РФ №2387617, опубл. 27.04.2010).

В одном из примеров реализации известной шихты раскрыт состав, включающий 50% глины, 45% золы и 5% добавки, при этом изделия, изготовленные из такой шихты, обладают сравнительно высокими пределом прочности при сжатии 45 МПа и водопоглощением до 10-12%, при этом зола от сжигания углей содержит 3-6 мас. % Fe₂O₃ и п.п.п. <5%.

К недостаткам известного технического решения следует отнести повышенное водопоглощение изделий, полученных из данной шихты, а также необходимость использования при их изготовлении до 40 мас. % спекающей добавки.

Наиболее близким техническим решением к предложенному по совокупности существенных признаков является шихта для изготовления стеновых изделий, содержащая до 60-85 мас. % топливной золы электрофильтра, до 15-40 мас. % бентонита или монтмориллонитовой глины и небольшого количества воды (см. патент DE 2114017, кл. С04В 31/10, опубл. 14.10.1971 - прототип).

Прочность на сжатие стеновых изделий, изготовленных с использованием известной шихты, достигает 20-26 МПа, однако водопоглощение получаемых изделий при этом достаточно велико 30-40%, что является существенным недостатком в условиях эксплуатации изделий в средах с повышенным содержанием влаги, а использование топливной золы электрофильтра ограничивает область использования известной шихты.

Ожидаемый технический результат от использования предложенного изобретения состоит, преимущественно, в снижении влагопроницаемости глинозольных кирпичей и упрощении состава двухкомпонентной шихты на основе дешевого сырья в виде монтмориллонитовой глины и рядовой топливной золы угольных электростанций, очищенной от примеси углерода и железа. Использование предлагаемой шихты с предварительной очисткой золы и последующей термообработкой сырого изделия обеспечивает решение актуальной задачи комплексного использования золы угольных ТЭС в строительной индустрии и получение сравнительно недорогих и высококачественных изделий в виде золокерамических камней и кирпича.

Указанный технический результат достигается тем, что шихта для получения глинозольного кирпича, содержащая глину и топливную золу, согласно изобретению, включает глину монтмориллонитовую и топливную золу угольных электростанций, очищенную от примеси углерода и оксидов железа, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

причем примеси углерода извлекают методом пенной флотации, а примеси оксидов железа в виде магнитной фракции - методом электродинамической сепарации.

В качестве сырьевых компонентов шихты для получения глинозольного кирпича используют глину и топливную золу угольных электростанций, очищенную от примесей углерода (недожог угля) и оксидов железа (магнетита). Глина используется местная, монтмориллонитовая, содержащая мас. %: SiO₂ 55-80, Al₂O₃ 7-21, Fe₂O₃ 3-12, СаО 0,5-10, MgO 0,5-3, Na₂O+K₂O 0,3-2, п.п.п. 3-15. Используются золы угольных электростанций, содержащие, мас. %: SiO₂ 45-55, Al₂O₃ 18-24, Fe₂O₃ 6-12, СаО 2-5, MgO 1-3, Na₂O+K₂O 0,3-2,0, С (недожог угля) 8-20, прочие 2-5. Золы, имеющие, преимущественно, гранулометрический состав: классы +160 мкм 8-10%, -160+125 мкм 5-8%, -125+100 мкм 42-45%, -100+80 мкм 21-25%, -80+56 мкм 5-10%, -56+45 мкм 7-8%, меньше 45 мкм 5-10%, подвергают следующей предварительной подготовке. Вначале методом пенной флотации из топливной золы угольных электростанций извлекают углерод (недожог угля), затем методом электродинамической сепарации извлекают магнитную фракцию. Углеродный флотационный концентрат, содержащий 65-70% углерода, направляют в качестве топлива на электростанцию, а магнитную фракцию, содержащую 60-72% Fe₂O₃, направляют для переработки на предприятие черной металлургию.

Очищенная таким способом от примеси углерода и железа топливная зола угольных электростанций, которую направляют на приготовление шихты, содержит 2-4 мас. % Fe₂O₃ и 2-4 мас. % С (недожог угля) и имеет следующий химический состав (среднее содержание по 74 испытаниям), мас. %: SiO₂ 60,2; Al₂O₃ 25,3; Fe₂O₃ 3,6; СаО 4,2; MgO 2; Na₂O+K₂O 0,36; С (недожог угля) 3,6; прочие 0,20 (сумма компонентов = 100%).

Ограничения по содержанию углерода в топливной золе угольных электростанций связано с тем, что при содержании углерода больше 5% получают кирпичи с неоднородной структурой и увеличенным содержанием открытых пор, что вызывает повышенное водопоглощение кирпичной продукции. При содержании Fe₂O₃ выше 5% в процессе термической обработки шихты в условиях, существующих в печи температурных градиентов, образуются легкоплавкие эвтектики, которые вызывают деформацию кирпича и образование пятнистой неоднородной окраски, что связано с неоднородным распределением оксидов железа в заготовке при ее формовании.

В предложенной шихте, составными частями которой являются глина монтмориллонитовая и топливная зола угольных электростанций, очищенная от примеси углерода и оксидов железа, указанные компоненты необходимо равномерно распределить по всему объему шихты. При упомянутом содержании глины монтмориллонитовой и золы, очищенной от С и Fe₂O₃, получаемые глинозольные кирпичи имеют сравнительно высокие прочностные характеристики и низкое водопоглощение.

При содержании в шихте золы больше 55% обожженные кирпичи содержат поперечные трещины; при содержании в шихте золы меньше 45% обожженные кирпичи деформируются. При содержании в шихте топливной золы угольных электростанций, очищенной от С и Fe₂O₃ в количестве 45-55 мас. % и глины монтмориллонитовой (остальное) получают полуфабрикаты кирпичей, которые после обжига полностью сохраняют форму и геометрические размеры. При соблюдении указанных условий в получаемых кирпичах отсутствуют трещины, деформированные участки и неоднородная окраска.

Шихту, содержащую топливную золу угольных электростанций и глину монтмориллонитовую в указанном соотношении, увлажняют до влажности 8-11%, перемешивают в шнековом смесителе, заполняют шихтой пресс-формы под давлением, высушивают заготовки при температуре от 20 до 300°С в течение 5 часов со скоростью 60 градусов в час, нагревают от 300 до 1100°С в течение 2 часов со скоростью 400 градусов в час и затем выдерживают при температуре 1100°С в течение 1 часа, охлаждая до температуры 20°С в течение 18-20 часов. Полученные кирпичи имеют плотность 1,25-1,55 кг/м³, водопоглощение 9,6% (среднее по 30-ти измерениям), предел прочности на сжатие 16 МПа, теплопроводность образцов находится в пределах 0,7-0,8 Вт/м °С, морозостойкость 35 циклов, изменения геометрических размеров кирпичей после 35 циклов замораживания не происходит. Кирпичи, выдержанные в воде в течение 900 суток, не деформируются и сохраняют исходные геометрические размеры.