Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий
Владельцы патента RU 2487844:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)
Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий. Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в технологии изделий стеновой керамики, в частности керамических кирпича и камней. Техническим результатом является замена дорогостоящего химически чистого оксида ванадия (V2O5) в составе сырьевой смеси на побочный продукт металлургии - ванадиевый шлак и уменьшение количества глинистого сырья в смеси, при этом снижается класс опасности ванадийсодержащего компонента. Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий содержит в качестве компонентов шламистую часть отходов обогащения железных руд 75-85, природное глинистое сырье 10-15 и ванадиевый шлак 5-15. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в технологии изделий стеновой керамики, в частности керамических кирпича и камней.
Известна сырьевая смесь для производства керамического кирпича [1], включающая, мас.%:
| глинистое сырье | 30-35; |
| отходы обогащения железных руд | 50-55; |
| стеклобой | 15-20. |
Недостатками указанной сырьевой смеси является относительно низкая прочность при сжатии изделий на ее основе, (8,5-15,1 МПа), а также большой расход природного глинистого сырья.
Наиболее близкой к изобретению является сырьевая смесь для изготовления керамических изделий [2], включающая, мас.%:
| шламистая часть отходов обогащения железных руд | 71-78; |
| глинистое сырье | 20-25; |
| оксид ванадия | 2-5. |
Недостатком указанной сырьевой смеси является применение дорогостоящей и высокоопасной (класс опасности - 2) добавки оксида ванадия (V2O5).
Техническим результатом изобретения является замена дорогостоящего, химически чистого оксида ванадия (V2O5) в составе сырьевой смеси на побочный продукт металлургии - ванадиевый шлак и уменьшение количества глинистого сырья в смеси, при этом снижается класс опасности ванадийсодержащего компонента.
Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий содержит в качестве компонентов шламистую часть отходов обогащения железных руд, природное глинистое сырье и ванадиевый шлак при следующем их соотношении, мас.%:
| шламистая часть отходов обогащения железных руд | 75-85; |
| глинистое сырье | 10-15; |
| ванадиевый шлак | 5-15. |
Замена оксида ванадия (V2O5) на ванадиевый шлак позволит уменьшить затраты при производстве стеновых керамических изделий. Ванадиевый шлак значительно дешевле оксида ванадия (V2O5) (стоимость 1200 и 14000 долларов/тонна соответственно). При этом ванадиевый шлак относится к умеренно опасным веществам (класс опасности - 3).
Преимущества предлагаемой смеси достигаются включением в ее состав ванадиевого шлака.
Ванадиевый шлак является побочным продуктом сталелитейного процесса. Химический состав, мас.%: V2O5 - 14,27-18,35; FeO - 18,96-20,11; SiO2 - 10,51-13,65; CaO - 1,98-2,83; MgO - 5,12-6,24; TiO2 - 8,95-10,21; MnO - 7,91-9,32. Минералогический состав представлен шпинелевой структурой вида (Fe, Mg, V)·Ti2O4 с примесями α-Fe. Ванадиевый шлак измельчался до класса - 80 мкм.
Ванадиевый шлак содержит оксиды V2O5, FeO, выполняющие функцию плавня в силикатных стеклообразующих системах, и в сочетании с шламистой частью отходов обогащения железных руд интенсифицирует процессы спекания керамического черепка. В частности, способствует снижению температуры размягчения щелочных силикатных стекол с повышенным содержанием оксида железа в закисной форме, что обеспечивает необходимые показатели предела прочности при сжатии и морозостойкости изделий при снижении содержания природного глинистого сырья в смеси.
Шламистая часть отходов обогащения железных руд является крупнотоннажным тонкодисперсным отходом основного производства железорудных обогатительных фабрик со средним размером частиц 15-18 мкм и насыпной плотностью 1,4-1,6 г/см3. Химический состав, мас.%: SiO2 - 33,23-34,99; CaO - 14,97-23,83; MgO - 5,59-11,88; Al2O3 - 8,99-9,80; Fe2O3 - 17,21-19,69; TiO2 - 0,34-0,36; MnO - 0,59-1,36; Na2O - 0,40-0,42; K2O - 0,75-0,86. Потери при прокаливании отходов - 10,26-10,90%. Минеральный состав шламистой части отходов обогащения железных руд представлен полевыми шпатами, кварцем, слюдой, пироксеном, амфиболами, хлоритами железистого типа, с небольшим содержанием смешанослойных образований. По гранулометрии железорудные шламы представляют собой тонкодисперсный материал со средним размером частиц 15-50 мкм.
Технологическим преимуществом использования шламистой части отходов обогащения железных руд в совокупности с тонкомолотым ванадиевым шлаком является комплексное воздействие на структурообразование материала в процессе термообработки при одновременном уменьшении содержания глинистого компонента в составе сырьевой смеси.
Пример
Для приготовления сырьевой смеси используют природное глинистое сырье, шламистую часть отходов обогащения железных руд и ванадиевый шлак. Компоненты смешивают в сухом состоянии, увлажняют до влажности 8-10% и гранулируют до получения пресс-порошка с преобладающим размером гранул 1-3 мм. Изделия стеновой керамики прессуют из полученного пресс-порошка при удельном давлении 15-25 МПа, сушат в течение 10-16 часов при максимальной температуре 100-110°C, а затем обжигают при максимальной температуре 1050°C. Выдержка при 1050°C должна быть не менее 1,5 часа.
В таблице 1 приведены составы сырьевых смесей, а в таблице 2 - физико-механические показатели изделий.
| Таблица 1 | ||||
| Компонент | Содержание компонентов, мас.% | |||
| Предлагаемый состав | Известный | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Отходы обогащения железных руд | 85 | 75 | 75 | 71-78 |
| Глинистое сырье | 10 | 15 | 10 | 20-25 |
| Ванадиевый шлак | 5 | 10 | 15 | - |
| Оксид ванадия | - | - | - | 2-5 |
| Таблица 2 | ||||
| Показатели для состава | ||||
| Свойства | Предлагаемый состав | Известный состав | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Прочность при сжатии, МПа | 15,1 | 32,5 | 57,9 | 21,7-127,6 |
| Водопоглощение, % | 16,03 | 13,58 | 10,21 | 7,59-15,07 |
| Средняя плотность, г/см3 | 1,625 | 1,802 | 1,986 | 1,927-2,259 |
| Коэффициент конструктивного качества | 9,29 | 18,04 | 29,15 | 11,26-56,49 |
| Морозостойкость, цикл | 50 | 63 | 75 | 50-125 |
Сырьевая смесь для изготовления стеновой керамики, включающая глинистое сырье, шламистую часть отходов обогащения железных руд, отличающаяся тем, что в качестве добавки содержит ванадиевый шлак состава, мас.%: V2O5 14,27-18,35; FeO 18,96-20,11; SiO2 10,51-13,65; CaO 1,98-2,83; MgO 5,12-6,24; TiO2 8,95-10,21; MnO 7,91-9,32, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| шламистая часть отходов обогащения железных руд | 75-85 |
| глинистое сырье | 10-15 |
| ванадиевый шлак | 5-15 |
