Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства керамического кирпича, камней и плиток, сырьевая смесь для приготовления строительных изделий содержит компонент из группы: трепел, диатомит, опока 75-99% и щелочной сток производства капролактама ( на сухое) 1-25% Характеристики смеси - температура обжига в 80 1100°С, прочность при сжатии 55,4 91,7 МПа, при изгибе 30,1 56,8 МПа, плотность 1020-1460 кг/м³. 3 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства керамического кирпича, камней, блоков и плиток.

Известна сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий, включающая следующие компоненты, мас. глинистые сланцы от вскрыши фосфоритов 74-85; глина 10-25 и сульфатная смесь отход производства капролактама 1-5 [1] При обжиге кирпича из этой сырьевой смеси выделяются сернистый газ, хлор и пары соответствующих кислот, образующиеся в результате химических реакций Na₂SO₄ и NaCl, содержащихся в сульфатной смеси, с другими ее компонентами. Все эти вещества вредно действуют на организм человека, вызывают коррозию технологического оборудования, не позволяют утилизировать тепло отходящих газов, например на сушку кирпича-сырца, и загрязняют окружающую среду. Не разложившийся, а также образовавшийся при обжиге вторичный сульфат натрия является водорастворимой солью, образующей высолы на поверхности кирпича, снижающие его долговечность и декоративные свойства. Сульфат и карбонат натрия, содержащиеся в сульфатной смеси, разлагаются при температуре свыше 850^оС. Образующийся в результате этого разложения реакционноспособный оксид натрия, участвующий в формировании новообразований, вступает во взаимодействие с компонентами глины (SiO₂, Al₂O₃, FeO и др.) только после их аморфизации т. е. при температуре свыше 900^оС. Вследствие этого температура обжига кирпича составляет 1000-1050^оС.

Кроме того, кирпич из известной сырьевой смеси имеет повышенную плотность и пониженную прочность, обусловленную наличием инертного (нереакционноспособного), имеющего устойчивую кристаллическую решетку, оксида кремния (β-кварц), взаимодействующего с другими оксида-смеси при температуре выше 1050^оС, а при температуре 1000-1050^оС он остается, преимущественно, в виде инертных включений и не участвует в формировании прочного керамического черепка.

Известна сырьевая смесь для изготовления керамических изделий, содержащая активного кремнезема 72,4-74,7% золы ТЭС 7,7-11,0% щелочных мыловаренных отходов химических производств 15,3-17,6% [2] Данная смесь имеет существенные недостатки. Наличие в составе золы сернистых соединений, а в большинстве отходов мыловаренного производства, например подмыльных щелоков до 10% NaCl, вызывает негативные явления, описанные выше. Компоненты, входящие в состав щелочных мыловаренных отходов не обеспечивают образование полимеризованных частиц коллоидного состава мицелл, способствующих сближению твердых частиц породы на стадии сушки, увеличивая их поверхность реакционного взаимодействия в процессе обжига. Этот фактор, а также малое содержание в отходах активного NaOH (0,1%), способствующего образованию жидкой фазы, предопределяет протекание в основном твердофазных реакций при обжиге, что и объясняет в конечном счете сравнительно малую прочность на сжатие (268-305 кг/см²) обожженных при температуре ниже 1100^оС изделий из данной смеси. Необходимость вести обжиг при температуре выше 1100^оС требует повышенных затрат топлива, а также расходов на огнеупорные материалы для изготовления и частые ремонты печи и вагонеток.

Трехкомпонентный состав смеси, в сравнении с двухкомпонентным, значительно усложняет технологическую линию и увеличивает себестоимость продукции.

Известна сырьевая смесь для изготовления мелкоштучных строительных изделий, включающая, мас. диатомовый материал 64-70; известняк 10-16; подмыльный щелок 16-25 [3] Недостатками данной сырьевой смеси являются: повышенные расходы на оборудование и энергозатраты, связанные с необходимостью тонкого измельчения диатомового материала и известняка (до прохождения через сито 1 мм) и усложнением получения однородной смеси из трех компонентов (необходимость пропускания смеси через сито 1,5 мм); высокая температура обжига изделий (1100^оС) и сравнительно невысокая их прочность на сжатие (412-466 кг/см²) вследствие разрыхления структуры полуфабриката выделяющимся диоксидом углерода и протеканием реакций в твердой фазе; образование "дутиков" и отколов в изделиях от соприкосновения активного CaO размером более 0,5 мм с атмосферной влагой (так как помол известняка осуществляют до 1 мм, то естественно в смеси имеются частицы более 0,5 мм, которые при обжиге переходят в изделии); выделение хлора при обжиге изделий, вредное действие которого уже отмечено выше.

Наиболее близкой к рекомендуемой является сырьевая смесь для изготовления строительных изделий, включающая, мас. компонент из группы: трепел, диатомит, опока 66-72; отходы производства хлористого кальция 6-12; подмыльный щелок 20-24 [4] Высокое содержание хлоридов и сульфатов, входящих в состав подмыльного щелока и отхода производства хлористого кальция, оказывает вредное воздействие на человека, оборудование и качество продукции, что было отмечено выше. Выделение значительного количества газов (SO₂, Cl, CO₂, углеводородов) при обжиге изделий приводит к разрушению сплошности изделия, смещению процесса спекания в зону температур выше 1000 (1120^оС) и снижению прочности. Содержание в смеси сульфатов не позволяет получить из нее лицевых керамических изделий из-за выцветов и выколов на их поверхности. Кроме того, повышенное содержание в смеси карбонатов и сульфатов обусловливает образование в изделиях геленита и ангидрида, также снижающих прочность изделий. Малое (0,1% ) содержание свободной щелочи в подмыльном щелоке, высокое содержание оксида кальция в смеси и выделение большого количества газов из изделий при обжиге предопределяет протекание в основном реакций в твердой фазе. Спекание материала происходит при высокой температуре, что требует больших расходов топлива и увеличивает расходы на огнеупорные материалы для печей и вагонеток. Прочность изделий из смесей, указанных в прототипе, также не очень высокая на сжатие 498-510 кг/см², а на изгиб 15,9-29,6 кг/см².

Целью изобретения является снижение температуры обжига керамических стеновых изделий, повышение их прочностных характеристик, утилизация отходов химического производства, исключение вредных выбросов в атмосферу.

Поставленная задача достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления строительного кирпича, включающая кремнеземсодержащее сырье и отходы производства капролактама, в качестве кремнеземсодержащего сырья она содержит аморфно-кремнистую породу (опоку, диатомит, трепел), а в качестве щелочных отходов щелочной сток производства капролактама при следующем соотношении компонентов: мас.

Аморфно-кремнистая порода (диатомит, опока, трепел) 75-99 Щелочные стоки произ- водства капролактама (в пересчете на сухое вещество) 1-25 Использование аморфно-кремнистой породы в количестве 75-99 мас. совместно с щелочным стоком производства капролактама (ЩСПК) в количестве 1-25 мас. обеспечивает получение плотной и прочной структуры кирпича-сырца в результате взаимодействия аморфного кремнезема, входящего в состав аморфно-кремнистой породы, с натриевыми солями монодикарбоновых кислот ЩСПК еще в процессе сушки кирпича (100^оС) и образования полимеризованных частиц коллоидного кремнезема мицелл, обволакивающих твердые частицы, содержащиеся в породе, сближая их и увеличивая поверхность реакционного взаимодействия в процессе обжига. Повышенная плотность кирпича-сырца способствует продлению процесса выгорания органических веществ ЩСПК и завершению его в области повышенных температур. При сгорании органические вещества создают восстановительную среду и поризуют материал (изделие). Активный NaOH, которого в ЩСПК в 20 раз (2,0% против 0,1%) больше, чем в подмыльном щелоке, и Na₂O продукт термодиссоциации моно-и дикарбоновых кислот ЩСПК, взаимодействует с аморфным кремнеземом с образованием щелочных силикатов: 2Na₂O ˙ SiO₂ ˙ Na₂ ˙ SiO₂ и Na₂O ˙ 2SiO₂. Восстановительная среда и близость частиц аморфного кремнезема, обусловленная образованием мицелл, а также наличие в составе смеси других оксидов (FeO, Al₂O₃) способствует образованию высокоактивного силикатно-натриевого расплава при температуре около 600^оС, который взаимодействует с твердой фазой, активизируя процесс спекания частиц. В результате кристаллизации расплава образуются прочные минералы (альбит, олигоклаз, ферросиликат натрия), обусловливающие высокие прочностные свойства изделий. При содержании в смеси менее 1% ЩСПК образование расплава сдвигается в область высоких температур (>800^оС). При содержании в смеси ЩСПК более 25% образуется излишнее количество высокоподвижного (с малой вязкостью) расплава, обогащенного Na₂O, который активно реагируя с кристаллическими силикатами, разрушает структурный каркас керамического черепка, снижая его прочность.

Таким образом, использование предлагаемой смеси позволяет получать при пониженных температурах обжига высокопрочные изделия с пониженной плотностью, а отсутствие в компонентах смеси вредных веществ делает экологически безопасным процесс получения изделий из предлагаемой смеси и исключает коррозию оборудования.

Для изготовления изделий в качестве сырьевых компонентов смеси использованы камышловский диатомит, балашейкинская опока, трепел и ЩСПК, содержащий, натриевые соли органических кислот 26,48; смолы 6,80; циклогексанол 0,009; циклогексанон 0,008; гидроксид натрия 2,0, вода 64,703.

Химические составы диатомита, опоки и трепела приведены в табл. 1. Изготовление образцов осуществляют следующим образом. Аморфно-кремнистую породу (диатомит, опоку, трепел) измельчали до прохождения через сито с размером отверстий 3 мм, а затем смешивали с ЩСПК, который может быть использован в жидком виде, в виде пасты или сухом виде после обезвоживания при 100^оС, а также после предварительного обжига при 200-700^оС. Высушенные ЩСПК измельчали также до размера частиц менее 3 мм. После перемешивания компонентов смесь увлажняли до 15%-ной влажности и формовали полусухим прессованием при давлении 130 кг/см² образцы-цилиндры диаметром и высотой 50 мм и пластинки 150 x 20 x 10 мм. Формование может быть осуществлено также и пластическим способом, в этом случае формовочная влажность будет составлять 30%
Образцы сушили при 100^оС в течение 2 ч, а затем обжигали при 680-1000^оС (в зависимости от содержания в смеси ЩСПК) с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин. Скорость подъема температуры обжига до максимальной составляла 10 град/мин. Охлаждали образцы в течение 2-3 ч. В зависимости от соотношения компонентов в смеси и температуры обжига образцы имеют цвет от молочно-белого до ярко-красного.

Составы сырьевой смеси приведены в табл. 2, а показатели полученных образцов в табл. 3.

Наибольшая температура обжига, указанная в табл. 3, является максимальной для каждого состава. При повышении температуры обжига выше максимальной наблюдается деформация или вспучивание образцов, а при температуре ниже минимальной резко падают их качественные показатели.

Таким образом, преимущества предлагаемой смеси перед смесями, приведенными в прототипе (NN 10, 11, 12) и в аналогах следующие: температура обжига изделий из предлагаемой смеси на 300-400^оС ниже, что гарантирует значительное сокращение энергозатрат на производство продукции, увеличение срока службы печей и вагонеток, а также снижение затрат на материалы для их изготовления, так как уменьшается потребность в огнеупорах: при меньшей плотности, а следовательно, и массы прочность изделий из предлагаемой смеси выше чем у изделий из смесей, указанных в прототипе и аналогах; при обжиге изделий не выделяются вредные вещества.

Формула изобретения

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающая компонент из группы трепел, диатомит, опока и щелочной отход производства, отличающаяся тем, что в качестве щелочного отхода она содержит щелочной сток производства капролаклама при следующем соотношении компонентов, мас.

Компонент из группы трепел, диатомит, опока 75 99
Щелочной сток производства капролактама (на сухое) 1 25

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3