Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления керамических стеновых изделий и плитки

Изобретение относится к строительным материалам и, в частности, к изготовлению керамических стеновых изделий и плитки.

Известен способ изготовления облицовочной плитки из керамической массы, содержащей каолин, монтмориллонит, волластонит, пирофиллит, кварц, дополнительно включающий костяную золу и пегматит, при этом компоненты находятся в соотношении, мас. %: каолин 34,0-40,0; монтмориллонит 4,0-6,0; волластонит 26,0-28,0; пирофиллит 8,0-10,0; костяная зола 10,0-12,0; пегматит 10,0-12,0. Сформованную облицовочную плитку обжигают при температуре 1130-1150°С [Патент РФ №2510384, М. Кл. С04В 33/16, 15.01.2013].

Недостатком данного способа являются недостаточно высокая прочность при сжатии - 40 МПа, а также повышенная температура обжига - 1130-1150°С и узкий интервал спекания - 20°С.

Известна сырьевая смесь для изготовления керамических изделий, включающая глину монтмориллонитового типа и трепел при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина монтмориллонитового типа 30-50; трепел 50-70. При этом используют глину монтмориллонитового типа следующего состава, мас. %: монтмориллонит 44-46, гидрослюда 5-7, каолинит 5-7, кварц 43-45, кальцит 0,5-1,5, а в химический состав трепела входят оксиды SiO₂ 70,05-71,85%; Al₂O₃ 8,68-9,73%; Fe₂O₃ 3,62-3,91%; СаО 3,79-4,21%; MgO 1,28-1,29%; Na₂O 0,15-0,16%; K₂O 2,01-2,06% следующего минералогического состава, мас. %: цеолит 30-32; опал-кристобалит 29-31; гидрослюда 18-19; монтмориллонит 10-12; кальцит 1-2; кварц 7-8; кальцит 1-2. Удельное прессование образцов составляло 20-25 МПа, температура обжига - 1050-1150°С [Патент РФ №2515107, М. Кл. С04В 33/16, 23.05.2012].

Недостатками данного способа изготовления смеси для керамических изделий являются невысокая прочность при сжатии - 23,7-49,2 МПа и изгибе - 5,3-9,3 МПа, а также высокая температура обжига - 1050-1150°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения керамических строительных материалов из сапонитсодержащих хвостов обогащения, включающий сушку при температуре 150°С в течение 1-2 ч, дегидратацию при температуре 600°С в течение 1-2 ч, обжиг при температурах 800, 900 и 1000°С в течение 1 ч и остывание в печи в течение 2 ч [Облицов А.Ю. Утилизация отходов обогащения алмазоносной руды месторождения имени М.В. Ломоносова. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2012. 20 с. (прототип)].

Недостатком данного способа является низкая прочность при сжатии - 11,54-14,91 МПа.

Технической задачей изобретения является повышение прочности при сжатии и изгибе получаемых керамических строительных материалов, повышение эффективности извлечения сапонитсодержащего продукта и обесшламливания оборотных вод алмазодобывающих предприятий, расширение сырьевой базы и улучшение экологической обстановки за счет использования техногенных отходов.

Исходный сапонитовый продукт - глинистая суспензия (отходы, образующиеся в процессе переработки алмазоносных руд месторождения им. М.В. Ломоносова и складируемые в хвостохранилищах), не оседающая и не уплотняющаяся под действием естественных гравитационных сил.

Исходный сапонитовый продукт (хвосты обогащения алмазоносных руд месторождения им. М.В. Ломоносова, далее суспензия) характеризуется крупностью частиц 50-55% класса менее 10 мкм (средний геометрический диаметр частиц от 7,0 до 8 мкм), содержанием твердой фазы от 100 до 200 г на 1 дм³ суспензии (сапонитовый продукт и техническая вода хвостохранилища с минерализацией менее 1 г/дм³) и удельной поверхностью 40 м²/г.

Химический состав исходного сапонитового продукта, %: MgO 15,6-15,9; SiO₂ 48-50; Fe₂O₃ 6,5-7,3; Al₂O₃ 6,7-7,0; CaO 4,3-4,5; K₂O 1,6-1,7; TiO₂ 0,8-0,9; P₂O₅ 0,4-0,5; Na₂0 0,3-0,5; MnO 0,1-0,12; потери при прокаливании 13-14.

Минеральный состав исходного сапонитового продукта содержит, %: сапонит (может быть с незначительной примесью монтмориллонита) 67-69; кварц 13,5-14,5; доломит 6,5-7,5; кальцит 1,9-2,1; гематит 2,4-2,6; апатит 1,9-2,1; иллит 1,9-2,1; рутил 1,5; анатаз 0,9-1,1.

Сапонитовый продукт после электрохимической сепарации характеризуется крупностью частиц 60-65% класса - 10 мкм (средний геометрический диаметр частиц от 6,0 до 6,7 мкм), содержанием твердой фазы от 580 до 620 г на 1 дм³ суспензии (сапонитовый продукт и техническая вода хвостохранилища с минерализацией менее 1 г/дм³) и удельной поверхностью 44 м²/г.

Химический состав сапонитового продукта после электрохимической сепарации, %: MgO 16-17; SiO₂ 45-47; Fe₂O₃ 7,5-8,5; Al₂O₃ 7-8; CaO 4-4,3; K₂O 1,7-1,8; TiO₂ 0,9-1,0; P₂O₅ 0,5-0,52; Na₂O 0,2-0,25; MnO 0,1-0,12; потери при прокаливании 14,6-15,0.

Минеральный состав сапонитового продукта после электрохимической сепарации содержит, %: сапонит (может быть с незначительной примесью монтмориллонита) 73-75; кварц 11,5-12,5; доломит 4,5-5,5; кальцит 1,9-2,1; апатит 2,4-2,6; гематит 0,9-1,1; иллит 0,9-1,1; рутил 0,9-1,1; анатаз 0,9-1,1.

Указанная цель достигается тем, что изготовление керамических стеновых изделий и плитки включает сушку сапонитового продукта - хвостов обогащения алмазоносных руд, полусухое прессование и обжиг, исходный сапонитовый продукт подвергают электрохимической сепарации с получением концентрата - сгущенного сапонитового продукта и обесшламленных техногенных вод, а также тем, что получаемый концентрат электрохимической сепарации - сгущенный сапонитовый продукт содержит 580-620 г/дм³ твердой фазы, а влажность сгущенного сапонитового продукта доводят до 7-9% путем сушки при 100-110°С в течение 7-8 ч, при этом полусухое прессование ведут при давлении 16-24 МПа, а обжиг проводят при температуре 800-900°С в течение 1,0-1,2 ч.

Способ реализуется следующим образом.

Для извлечения сапонитового продукта и осветления техногенных вод проводят электрохимическую сепарацию, в которой реализуют процессы электрофоретического извлечения сапонитового продукта на аноде и осмотического выделения воды на катоде. При этом сгущенный сапонитовый продукт получают содержанием твердой фазы от 580 до 620 г/дм³, а удельный расход электроэнергии составляет от 4 до 7 кВт/ч на 1 м³ исходной суспензии в зависимости от содержания твердой фазы.

На втором этапе процесса влажность сгущенного сапонитового продукта доводят путем сушки от 100 до 110°С в течение 7-8 ч до 7-9%.

На следующем этапе из полученного сгущенного сапонитового продукта формуют изделия полусухим прессованием при удельном давлении от 16 до 24 МПа, и подвергают спрессованное изделия обжигу при температуре от 800 до 900°С в течение от 1,0 до 1,2 ч.

Таким образом, в результате использования электрохимической сепарации получают концентрат сгущенного сапонитового продукта содержанием твердой фазы от 580 до 620 г/дм³ и влажностью сапонитового продукта, от 52 до 56%, а путем сушки от 100 до 110°C в течение 7-8 ч до 7-9%, прессованию изделия и обжигу при температуре от 800 до 900°C в течение от 1,0 до 1,2 ч повышают прочности при сжатии и изгибе получаемых керамических строительных материалов. Повышают эффективность извлечения сапонитового продукта и обесшламливания оборотных вод алмазодобывающих предприятий, расширяют сырьевую базу и улучшают экологическую обстановку за счет использования техногенных отходов.

Сущность и преимущества изобретения проиллюстрированы примерами, представленными в таблице.

1. Примеры 1-6 выполнены при граничных и промежуточных значениях параметров предлагаемого способа изготовления керамических стеновых изделий и плитки из сгущенного сапонитового продукта.

2. Примеры 7, 8 выполнены с использованием исходного сапонитового продукта при давлении прессования 20 МПа и температурах обжига 800 и 900°C.

Из таблицы видно, что прочность при сжатии керамических изделий в примерах 1-6 превышает показатели в примерах 7, 8 в 1,4-1,8 раз, прочность при изгибе - в 1,3-1,5 раз.