Способ изготовления керамических изделий

 

Использование: производство строительных материалов, в частности керамического кирпича. Сущность изобретения: способ изготовления заключается в сушке глинистого сырья, его измельчении и гомогенизации, полусухом прессовании полуфабриката и обжиге. В состав шихты вводят 75 - 85 мас. % тонкой фракции отходов обогащения железных руд, которую в процессе увлажнения (до влажности 9 - 12 мас. % ) гранулируют до крупности гранул до 15 мм, а гранулы опудривают 15 - 25 мас. % сухой измельченной глины, прессуют изделия при удельном давлении 10 - 30 МПа и обжигают при 950 - 1050С. Физико-механические показатели следующие: предел прочности при изгибе 6,7 - 8,3 МПа, морозостойкость 35 циклов, средняя плотность 1.78-1.81 г/см³. 4 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в технологии получения строительной керамики, в частности керамического кирпича.

Известен способ изготовления стеновых керамических изделий путем дробления шихты, включающей, мас. % : Хвосты обогащения железистых кварцитов 72. . . 85 Волластонит 12. . . 20 Уголь 3. . . 8 увлажнения смеси, полусухого прессования образцов из масс с влажностью 10% при давлении 20 МПа и обжига при 950-1050^оС в течение 2-3 ч.

В известной технологии используют хвосты обогащения железистых кварцитов с химическим составом, мас. % : Fe(общ. ) 10,21; FeO 12,88; SiO₂ 75,06; P₂O₅ 0,082; CaO 2,82; MgO ₃, 90; R₂O 2,54; Al₂O₃ 0,002; MnO 0,047.

Основным недостатком изделий, изготовленных из известной смеси описанным способом, являются низкая прочность на изгиб и морозостойкость и высокое значение средней плотности.

Все эти недостатки связаны в первую очередь с особенностями формирования структуры черепка при полусухой технологии и использованием в качестве основного сырья железосодержащих отходов, не прошедших магнитную сепарацию.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ изготовления керамических изделий, включающий смешивание 67-85% мас. % глины, 8-18 мас. % отходов обогащения железосодержащих руд и 7-15 мас. % отходов обогащения молибденовых руд, формование, сушку и обжиг при 1000^оС.

Недостатками указанного способа являются относительно низкие показатели прочности и морозостойкости.

Целью изобретения является повышение прочности на изгиб, морозостойкости, снижение средней плотности изделий и увеличение объема утилизации отходов.

Это достигается тем, что в способе изготовления керамических изделий, включающем измельчение глины и отходов обогащения железных руд после магнитной сепарации, последующее смешивание, формование, сушку и обжиг, перед формованием предварительно тонкомолотые отходы обогащения железных руд увлажняют до влажности 9-12% , гранулируют до образования гранул с диаметром до 15 мм, а затем опудривают их сухой глиной до получения состава, мас. % : Отходы обогащения железных руд 75-85 Глина 15-25 В способе используется тонкая фракция отходов обогащения железных руд, полученная после разделения отходов по крупности и магнитной сепарации, представляет собой сухой порошок, средний размер частиц которого составляет 14-16 мкм. Химический состав отходов обогащения железных руд следующий, мас. % : SiO₂ 34,03-46,17; Al₂O₃ 7,80-12,95; FeO+Fe₂O₃ 8,65-10,30; CaO 12,5-16,5; MgO 7,62-11,84; SO₃ 0,6-1,2; MnO 0,36-0,6; R₂O 2,6-4,8; п. п. п. 8,16-10,2.

Отходы имеют средний размер частиц 18 мкм и в минералогическом отношении представлены хлоритом, биотитом, кварцем, смешанослойными глинистыми минералами типа иллит-монтмориллонит, кальцитом, магнезитом, минералами гидратных и безводных форм оксидов железа и полевыми шпатами.

Глина используется умеренно-пластичная, соответствующая группе полиминеральных глин каолинит-монтмориллонит-гидрослюдистого типа.

Изделия изготавливают по следующей технологии.

Глинистое сырье сушат и мелют в молотковой мельнице до полного прохождения через сито 1,25 мм, отходы обогащения железных руд представляют собой тонкодисперсный материал со средним размером частиц 18, 16 мкм и дополнительного измельчения не требуют. Предварительная обработка заключается в сушке отходов до остаточной влажности 2. . . 3% .

Керамическая шихта готовилась следующим образом. Отходы гранулируют на тарельчатом грануляторе с углом наклона тарели 40. . . 50^о, частотой вращения 10,5 об/мин и диаметром 600 мм до крупности гранул до 15 мм. Подача воды осуществляется разбрызгиванием из расчета формовочной влажности шихты 10. . . 12% . После завершения процесса формирования гранул в гранулятор подавалась глинистая составляющая шихты. В результате происходит опудривание гранул, состоящих из отходов обогащения железных руд, глинистым веществом.

Гранулометрический состав приготовленной керамической шихты представлен в табл. 1.

Формование кирпича осуществляют на прессе при удельном давлении прессования 18. . . 20 МПа, влажность пресс-массы 9,8. . . 10,5% . Отпрессованные кирпичи имеют нормальный внешний вид без трещин перепрессовки и расслаивания. В отдельных случаях наблюдаются небольшие притупленности ребер глубиной менее 5 мм, обусловленные эксплуатационным состоянием пресс-форм.

Сушку сырца проводят при максимальной температуре 90. . . 100^оС в течение 10 ч. Остаточная влажность изделий составляет 5. . . 6% . Сушильных дефектов не обнаружено.

Обжиг кирпича осуществляют в опытно-экспериментальной печи лаборатории керамических материалов и туннельной печи. Режим подъема температуры представлен в табл. 2. Максимальная температура обжига 1050. . . 1080^оС, выдержка при максимальной температуре 1 ч, продолжительность обжига без учета времени охлаждения 17 ч.

В табл. 3 приведены составы сырьевых смесей, а в табл. 4 - физико-механические показатели изделий.

На основании рентгенофазового, петрографического, электронномикроскопического и термического методов анализа установлено, что повышение прочности на изгиб и морозостойкости изделий обусловлено особенностями структуро- и фазообразования керамического композиционного материала, получаемого предлагаемым способом.

Пространственный ячеистый каркас полученного керамического композита формируется из глинистой составляющей шихты, играющей роль дисперсионной среды после прессования изделий. При обжиге дисперсионная среда продуцирует жидкую фазу, которая внедряется в периферийную зону дисперсной фазы и после кристаллизации образует прочную сотообразную структуру.

Исследование фазовых и химических превращений в процессе обжига показало, что в дисперсной фазе, сформированной из отходов, происходят фазовые изменения оксидов и гидрооксидов железа Fe²⁺, которые образуют дисперсные (менее 1 мкм) включения и аморфные пленки на поверхности кварца, юиотита и других минералов. Наряду с увеличением количества гематита в виде агрегатов и зерен размером до 20 мкм образуются сложный пироксен типа авгита (Ca, Mg, Fe)SiO₃ преимущественно в виде сферолитоподобных изометрических зерен и отдельных короткопризматических кристалликов и волластонит CaSiO₃ в виде таблитчатых, призматических и игольчатых включений. Промежутки между зернами кристаллических фаз заполнены микронными каемками аморфизованного вещества, образующегося за счет легкоплавких примесей.

Дисперсионная среда представляет перекристаллизованную в результате обжига связку из муллита 3Al₂O₃ 2SiO₂, кристобалита и аморфизованной анортитовой фазы. (56) Авторское свидетельство СССР N 771065, кл. С 04 В 35/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР N 1073218, кл. С 04 В 33/00, 1982.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий измельчение глины и отходов обогащения железных руд после магнитной сепарации, последующее смешивание, формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности на изгиб, морозостойкости, снижения средней плотности изделий и увеличения объема утилизации отходов, перед формованием предварительно тонкомолотые отходы обогащения железных руд увлажняют до влажности 9 - 12% , гранулируют до образования гранул с диаметром до 15 мм, а затем опудривают их сухой глиной до получения состава, мас. % :
Отходы обогащения железных руд 75 - 85
Глина 15 - 25

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2