Результат интеллектуальной деятельности: ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И КЕРАМИЧЕСКОГО УТЕПЛИТЕЛЯ

Изобретение относится к керамической промышленности, преимущественно к производству стеновых, теплоизоляционных и декоративно-теплоизоляционных керамических кирпича и блоков, в т.ч. крупнофоматных стеновых панелей (керамического утеплителя).

Известен способ изготовления теплоизоляционных изделий - кирпича, блоков, стеновых панелей в котором используется заявляемая шихта и заполнитель. Способ включает смешивание молотой глины в количестве 60-97 мас. % с заполнителем в виде гидрофобизированных гранул размером 0,1-2,0 мм, полученных из стеклобоя, молотого совместно с магматическими кислыми эффузивными стекловатыми породами - перлитом, обсидианом, витрофиром, либо смесью этих минералов в количестве 5,0-80% по отношению к массе гранул, и порообразователями - карбонатом кальция и карбидом кремния в количестве 1-6% от массы гранул, при этом количество гидрофобизатора составляет 1-10% от массы заполнителя с последующим увлажнением, формованием сырцовых изделий пластическим способом, либо способом полусухого прессования, сушкой и обжигом при температуре 950-1070°С. (РФ. Заявка на изобретение 2007100843/03, 09.01.2007, дата публикации: 20.05.2008, патент №2324669).

Недостатком данного способа является многостадийность производства, заключающаяся в предварительной, достаточно сложной, подготовке многокомпонентных гранул с последующим формованием сырца, а также ограниченностью распространения исходных компонентов гранул.

Известен способ изготовления керамических изделий плотностью менее 1000 кг/м³, включающий смешение шихты, содержащей кирпичную глину и обработанную натрийсодержащим компонентом выгорающую добавку, пластическое формование, сушку и обжиг. В качестве выгорающей добавки используют шелуху гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, в качестве натрийсодержащего компонента для обработки выгорающей добавки используют 10%-ный водный раствор подмыльного щелока (жидкий побочный продукт мыловаренного производства), кроме того, в шихту дополнительно вводят подмыльный щелок в количестве 1,3-1,7% от массы глины в перерасчете на сухое вещество. (РФ. Заявка на изобретение 2003104540/03, дата публикации заявки: 27.08.2004).

Недостатком этого способа является сильная зависимость содержания в шихте выгорающей добавки и плотности черепка от числа пластичности исходного глинистого сырья.

Известна шихта, относящаяся к составам для производства строительного полнотелого кирпича. Техническим результатом изобретения является создание легких керамических изделий - снижение средней плотности и теплопроводности изделий при сохранении прочностных свойств, расширение минерально-сырьевой базы для производства керамического кирпича. Указанный технический результат достигается тем, что керамическая масса содержит глинистое сырье и термически обработанный мергель, являющийся отходом добычи цеолитов, с содержанием цеолита до 5%, при следующем соотношении компонентов в мас. %: глинистое сырье - 40-70; мергель - 30-60. (РФ. Заявка на изобретение 2006103426/03, дата публикации заявки: 06.02.2006, патент №2308434).

Недостатком способа является зависимость от химического и минерального состава сырья, содержащего цеолитсодержащие породы, а так же необходимости предварительной термической обработки самого мергеля.

Наиболее близким аналогом является керамическая масса на основе бентонитовых глин, содержащая, в качестве поризующего и осветляющего компонента продукт утилизации нефтешлама (ПУН) в количестве до 30%. Цель исследований состоит в расширении сырьевой базы и вовлечении в оборот крупнотоннажного техногенного отхода - продукта утилизации нефтешламов (ПУН), выпуск которого налажен в промышленных масштабах для получения черепка светлых тонов из красножгущихся глин. (Богданов А.Н., Абдрахманова Л.А., Гордеев А.С. Оценка эффективности карбонатсодержащей добавки в глинистое сырье для создания лицевой керамики // Известия КазГАСУ, 2013, №2. - С. 215-220).

Недостатком данного способа являются невысокие прочностные свойства черепка, необходимость высокой температуры обжига до 1100°С и невозможность создания высококонцентрированной глинистой шихты с ПУН, достаточного для обеспечения осветления керамического черепка.

Цель изобретения заключается в увеличении содержания ПУН в глинистой шихте с сохранением теплотехнических и прочностных характеристик черепка керамики при понижении температуры обжига.

Техническим результатом изобретения является увеличение прочностных свойств черепка при снижении температуры обжига с 1100°С до 1050°С с сохранением теплотехнических характеристик керамики.

Технический результат изобретения достигается тем, что легкоплавкая глинистая масса, включающая бентонитовый суглинок и ПУН, модифицируется комплексной добавкой, согласно изобретению, содержащей суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира Макромер П 13-К (ПАВ), обеспечивающий формуемость глинистой массы, и кремнезоль Лэйксил 30 (гидрозоль оксида кремния с массовой концентрацией диоксида кремния 29-31%), улучшающий спекание, что приводит к увеличению прочностных характеристик керамики, полученной при более низких температурах обжига, при следующем распределении компонентов:

- суглинок бентонитовый легкоплавкий - 30-40%;

- ПУН - 60-70%;

- суперпластификатор Макромер П 13-К - 0,02-0,03% сверх 100%;

- кремнезоль Лэйксил 30 - 0,18-0,27% сверх 100%.

Для приготовления модифицированной легкоплавкой глинистой массы использовали следующие компоненты:

- бентонитовый легкоплавкий суглинок, с содержанием смектита 26-30%

- продукт утилизации нефтешлама (ТУ 5716-004-11085815-2000);

- эфир поликарбоксилатный Макромер П-13К (плотность 1,090-1,097 г/см³, рН 6.0-8.5);

- Лэйксил 30 - устойчивый коллоидный раствор наночастиц двуокиси аморфного кремнезема (SiO₂) в водной среде (гидрозоль оксида кремния, рН 9,0-10,5, плотность 1,196-1,210 г/см³).

Несмотря на то, что ПУН является отходом сравнительный анализ органо-минеральной добавки, отобранной в 2007 и 2012 годах, показал достаточно высокую стабильность химического и минералогического составов (табл. 1 и 2).

Результат экстрагирования ПУНа с целью удаления органической компоненты представлен в табл. 3. Исследования продуктов (ПУН-исходный, ПУН после экстрагирования, экстракт) проведены методом термического анализа в интервале температур 20-1000°С при скорости нагрева печи 10°С/мин.

Данные по содержанию воды, органического вещества (ОВ) и показателю фракционного состава FOB приведены в табл. 3.

Легкоплавкий красножгущийся суглинок Ключищенского месторождения предварительно подвергался помолу до удельной поверхности 2400 см²/г, затем увлажнялся водным раствором смеси ПАВ и кремнезоля в заданных пропорциях до влажности 20%, с последующим добавлением в полученную массу ПУН (размолотого до удельной поверхности 4700 см²/г) в количестве 60-70% по массе суглинка с перемешиванием и доведением шихты до формовочной влажности 25-28%. Полученная глинистая шихта тщательно перемешивалась с последующим вылеживанием в течение 24 часов и формованием образцов методом пластического формования. Не модифицированная шихта, содержащая ПУН, без добавления суперпластификатора формованию не поддавалась.

Высушенные образцы керамического утеплителя обжигались при температуре 1050°С, при которой были получены максимальные результаты по прочности на осевое сжатие (скорость подъема температуры 3-5°С/мин. с выдержкой в течение 1,0-1,5 часов при 600°С). Результатом обжига был черепок светло-бежевого цвета. При более высоких температурах от 1100°С и выше на черепке наблюдались следы оплавления и деформации образцов с ухудшением теплотехнических характеристик. Образцы из глинистой массы прототипа с содержанием ПУН до 50%, как и сам ПУН в виде порошка, обжигались до температуры 1150°С без признаков оплавления.

Проведенный рентгено-фазовый анализ исходного и модифицированного образцов черепка керамики показал количественное увеличение аморфной фазы до 10% в модифицированном образце, наблюдаемое при модификации шихты кремнезолем Лэйксил 30, и как следствие формирование более плотной структуры.

Испытания на осевое сжатие проведены в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 8462-85 Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. Теплопроводность материала определялась на пластинках 100×100×10 мм измерителем теплопроводности ИТП МГ-4 «100».

Физико-механические характеристики черепка лабораторных образцов из легкоплавкого суглинка (контрольные образцы) и смеси суглинка и высококальциевого отхода ПУН (60-70%) модифицированного водным раствором добавок 0,02-0,03% суперпластификатор Макромер П-13К и 0,18-0,27% Лэйксил 30) приведены в табл.4.