Сырьевая смесь для производства грубой строительной керамики
Владельцы патента RU 2536592:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный архитектурно-строительный университет" (ФГБОУ ВПО "ТюмГАСУ") (RU)
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности грубой строительной керамики, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней. Техническим результатом изобретения является получение стеновых керамических изделий с пониженной плотностью и высокой прочностью. Сырьевая смесь для производства грубой строительной керамики включает в себя следующие компоненты, мас.%: глина Кыштырлинская - 70,0-76,0; диатомит Камышловский - 20,0-25,0; графит - 4,0-5,0. 5 табл.
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности керамических стеновых материалов, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней.
Производство керамических стеновых материалов в г. Тюмени обеспечивается запасами глин крупного Кыштырлинского месторождения. Химический и минеральный состав глин определяет такие показатели качества продукции, как прочность 10-12,5 МПа и плотность 1700-1800 кг/м3. На изделиях отмечаются трещины, искривления ребер и граней, высолы на поверхности при эксплуатации, что исключает применение изделий при лицевой кладке.
Для улучшения прочностных, теплотехнических параметров и выполнения требований, предъявляемых к лицевой керамике, в состав сырьевой смеси вводятся модифицирующие добавки - диатомитовая порода и графит искусственный измельченный. Успешное решение реализуется в снижении температуры обжига изделий; уменьшении величины воздушной и огневой усадки; уменьшении плотности керамического изделия; увеличении прочности структуры; изменении декоративных характеристик (осветление черепка).
Известна керамическая масса (пат. №2233815) - закарбонизированный суглинок 84-89,3%; гранулированный кремнезем 10-14,8%; сульфатное мыло 0,7-1,2%. Недостатком композиции является усложнение технологической линии.
Близким технологическим решением является керамическая масса для изготовления керамического кирпича (пат. №2445286), включающая закарбонизованный суглинок - 93,0-97,0%; микрокремнезем (оболочка гранулированной добавки) - 1,5-3,5%; уголь (ядро гранулированной добавки) - 1,5-3,5%. Недостатком такого решения является высокая зольность угля и необходимость в дополнительных защитных мероприятиях при его помоле и хранении.
Задачей настоящего изобретения является получение керамического стенового материала с пониженной плотностью, высокой прочностью и с высокими эстетическими показателями, на основе многокомпонентной сырьевой массы.
При введении в состав керамической массы кремнеземистого сырья (диатомита) достигается уменьшение плотности и снижение усадки. Но прочность остается неизменной либо уменьшается, что является недостаточным для получения современных керамических стеновых материалов.
В результате анализа технической литературы и патентной документации было принято решение провести дополнительное исследование влияния углеродсодержащей добавки в глину. В результате была обнаружена тенденция к увеличению прочности и снижению плотности изделий, а также снижение температуры обжига на 150-200°С без ущерба для свойств готовой продукции.
Совместное введение диатомита и графита позволяет значительно снизить воздушную и огневую усадку, снизить плотность, формовочную влажность, изменить цвет черепка и уменьшить температуру обжига. Мокрый помол компонентов исключает необходимость фракционирования компонентов.
Сущность изобретения заключается в том, что сырьевая смесь содержит следующие компоненты:
- глина Кыштырлинская - 70,0-76,0%;
- диатомит Камышловский - 20,0-25,0%;
- графит - 4,0-5,0%.
Характеристики исходных материалов
1. Глина Кыштырлинская
Сырьем, свойства которого подлежали корректировке, являлись глины Кыштырлинского месторождения. Химический состав глин представлен в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||
| Химический состав Кыштырлинских глин | |||||||||
| Содержание, % | |||||||||
| SiO2 | Al2O3 | TiO2 | Na2O | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | п.п.п |
| 55,37-62,67 | 15,58-18,63 | 0,77-1,00 | 0,6-0,7 | 7,76-8,8 | 1,37-1,77 | 1,62-1,92 | 1,0-2,01 | 1,11-2,19 | 6,4-7,64 |
В таблице 2 приведены данные по гранулометрическому составу глин.
| Таблица 2 | ||
| Гранулометрический состав глины | ||
| Песчаные частицы 1-0,05 мм | Пылеватые частицы 0,05-0,005 мм | Глинистые частицы менее 0,005 мм |
| 15,2% | 19,2% | 65,6% |
Показатели, отражающие керамические свойства Кыштырлинской глины, приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||||
| Керамические свойства глины | |||||||
| Число пластичности | Огнеупорность | Воздуш. усадка, % | Температура обжига, °C | Общая усадка, % | Водопоглощение % | Плотность, кг/м3 | Цвет черепка |
| Более 25 | Более 1580°C | 10-13 | 1100-1300 | До 15 | 25-30 | 1,8 | Темно-красный |
2. Диатомит Камышловский
Диатомиты - это органогенная порода, образовавшаяся из панцирей микроорганизмов, между которыми осаждались тончайший ил и глина. Состоит из аморфного кремнезема в виде опала. Химический состав диатомитов приведен в таблице 4.
| Таблица 4 | ||||||||||||
| Химический состав Камышловского диатомита | ||||||||||||
| Компонент | SiO2 | CaO | MgO | Fe2O3 | FeO | Al2O3 | TiO2 | MnO | P2O5 | Na2O | K2O | SO3 |
| Содержание, % | 75,12 | 0,46 | 0,35 | 3,23 | 0,27 | 8,86 | 0,43 | 0,02 | 0,11 | 0,74 | 1,20 | 1,20 |
Твердость диатомита равна 2 по шкале Мооса, следовательно, для его переработки требуется минимум технологического оборудования и энергозатрат; большая удельная поверхность и высокая реакционная способность этой горной породы обуславливают его благоприятное влияние на керамическую массу при активации сырья и обжиге черепка. За счет своей минимальной усадки при температурах обжига, принятых в промышленности, диатомит является отощителем. Кроме этого, при дегидратации в интервале температур 300-500°С, он существенно уменьшит плотность черепка и его теплопроводность. К тому же, применение диатомита целесообразно экономически за счет его невысокой стоимости и обширности запасов.
3. Графит
Для решения задачи понижения температуры обжига и увеличения прочности изделий и на основании предыдущих исследований в качестве добавки целесообразно применение углеродсодержащего сырья. Такой добавкой может служить тонкодисперсный уголь или графит, применяемый в пресс-порошках (например, металлокерамике). Однако применение угля предусматривает его тонкодисперсную переработку, то есть дополнительную технологическую линию, включающую в себя дробильно-помольное оборудование и сложную воздухоочистительную систему; дозировки угля значительно превышают дозировки графита для получения такого же эффекта; и наконец, повышается риск локальных перегревов внутри изделия. Эти обстоятельства предопределяют применение графита в керамической массе. При горении он поднимает температуру внутри изделия и тем самым ускоряет процессы муллитообразования, отвечающего за долговечность и прочность керамики.
Изобретение применимо для производства стеновой керамики. Средняя плотность пустотелых изделий при сохранении требований ГОСТ 530-2007 составляет 1200-1260 кг/м3. Характеристики изделий приведены в таблице 5.
| Таблица 5 | ||||
| Свойства полученных изделий | ||||
| Показатель | Прочность при сжатии, МПа | Средняя плотность, кг/м3 | Водопоглощение, % | Цвет черепка |
| Значение | 20,5-22,0 | 1200-1260 | 13-14 | «Абрикос» |
Сырьевая смесь для производства грубой строительной керамики, включающая глину Кыштырлинского месторождения, Камышловский диатомит, отличающаяся тем, что содержит добавку - графит искусственный измельченный, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- глина Кыштырлинская - 70,0-76,0;
- диатомит Камышловский - 20,0-25,0;
- графит - 4,0-5,0.
