Керамическая масса для получения стеновых изделий, преимущественно, кирпича керамического
Владельцы патента RU 2540705:
ФГУП Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых (RU)
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству кирпича и камней керамических. Технический результат - увеличение прочности на сжатие и снижение объемного веса готовых изделий, расширение минерально-сырьевой базы. Керамическая масса для изготовления стеновых изделий, преимущественно кирпича керамического, содержит глинистое сырье с содержанием оксида алюминия 7,8-9,9%, активированную карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу и дополнительно мелкоразмерный вспученный вермикулит, полученный из мелкоразмерных частиц отвалов месторождений вермикулита с соотношением диоксида кремния к оксиду алюминия 3,9:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
4 табл.
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству кирпича и камней керамических.
Известна керамическая масса для изготовления эффективного керамического кирпича низкой теплопроводности и плотности, содержащая 70-90% среднепластичной глины и 10-30% вспученного вермикулита Ковдорского месторождения [1].
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного вещества, относят то, что известная керамическая масса решает задачу только по улучшению теплоизоляционных свойств кирпича.
Известно использование мелкоразмерного вермикулита в качестве технологической добавки в глинистое сырье для получения керамического кирпича [2]. Установлено, что при добавке 10% мелкоразмерного вермикулита в хорошо спекающееся глинистое сырье прочность при сжатии керамических образцов увеличивается на 30-50%, а средняя плотность уменьшается на 05-0,09 г/см3. Однако добавка вермикулита в глинистое сырье низкого качества не приводит к увеличению прочностных характеристик керамики.
Наиболее близким к заявляемому изобретению составом того же назначения по совокупности признаков является состав керамической массы для изготовления стеновых изделий, преимущественно кирпича керамического, включающий, масс.%: глину легкоплавкую - 70-75% и 25-30% карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы [3].
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного вещества, принятого за прототип, относят то, что изделия из известной керамической массы известного состава обладают недостаточно высокими прочностными характеристиками и теплоизоляционными свойствами.
Задачей настоящего изобретения является получение керамических стеновых изделий на основе низкокачественного легкоплавкого глинистого сырья и отходов добычи нерудного сырья с улучшенными прочностными и теплоизоляционными свойствами.
Технический результат - увеличение прочности на сжатие и снижение объемного веса готовых изделий, расширение минерально-сырьевой базы.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная керамическая масса для изготовления стеновых изделий, преимущественно кирпича керамического, включает легкоплавкое глинистое сырье, карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу, согласно изобретению используют глинистое сырье с содержанием оксида алюминия 7,8-9,9%, а в качестве технологической минеральной добавки - активированную карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу и дополнительно мелкоразмерный вспученный вермикулит, полученный из мелкоразмерных частиц отвалов месторождений вермикулита с соотношением диоксида кремния к оксиду алюминия равным 3,9:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинистое сырье с содержанием оксида алюминия 7,8-9,9% - 43-51, активированная карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода - 42-50, мелкоразмерный вспученный вермикулит, полученный из мелкоразмерных частиц отвалов месторождений вермикулита с соотношением диоксида кремния к оксиду алюминия равным 3,9:1 - 7-9.
Использование указанных компонентов приводит к улучшению спекаемости трехкомпонентной сырьевой смеси за счет более оптимального соотношения между оксидами кальция и кремния и к уменьшению объемного веса керамики. Кроме того, вспученный мелкоразмерный вермикулит с определенным соотношением диоксида кремния и оксида алюминия (3,9:1) интенсифицирует процесс твердофазового спекания, что также сказывается на увеличении прочности при сжатии.
В результате обжига данной смеси получается более высокопрочная мелкопористая кристаллическая структура из силикатных соединений, что и приводит к повышению прочности при сжатии при достаточно низком объемном весе образцов, обеспечивающих хорошие теплоизоляционные свойства.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая керамическая масса отличается от известной новыми компонентами, а именно мелкоразмерным вспученным вермикулитом при определенном в нем соотношении между оксидами кремния и алюминия и глинистым сырьем с содержанием оксида алюминия меньше 10% и активированной карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породой.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "Изобретательский уровень" заявитель провел поиск по патентным и научно-техническим источникам информации известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного вещества.
Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Изобретательский уровень".
Вещества, используемые в керамической массе.
В табл.1 приведен химический состав глинистого сырья, активированной карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы и мелкоразмерного вспученного вермикулита.
Глинистое сырье Сахаровского месторождения (Республика Татарстан) легкоплавкое, умеренно пластичное, кислое, высокодисперсное, является низкокачественным (содержание Al2O3 составляет меньше 10%, свободного кварца - примерно 40%, монтмориллонитового компонента - 18%).
Карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода Татарско-Шатрашанского месторождения (Республика Татарстан) смешанного минерального состава, содержащая опал-кристобалита 37%, клиноптилолита 25%, кальцита 18%, глинистой составляющей 20%, является малопластичной и низкодисперсной.
Вспученный мелкоразмерный вермикулит, полученный из мелкоразмерных частиц отвалов Татарского месторождения Красноярского края, содержит 42-45% диоксида кремния в соотношении с оксидом алюминия 3,9:1. Насыпная масса вермикулита составляет 320 кг/м3, коэффициент теплопроводности при 25±5°С - 0,070 Вт/м·°С. К мелкоразмерному вермикулиту относится порода с размером частиц менее 0,63 мм, которая не является востребованным продуктом и выводится в отвалы.
Примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Пример 1.
Изделия из заявленной керамической массы изготовляются по общепринятой технологии керамического производства, способом полусухого прессования или пластического формования.
Подготовка глинистого сырья при пластическом способе включает в себя сушку сырья, дробление на щековой дробилке, замачивание водой из расчета получения нормальной формовочной влажности, вылеживание массы в течение суток. При полусухом способе прессования из увлажненной массы получают гранулы на шнековом смесителе диаметром 10 мм, сушат гранулы при 100-110°С до влажности 9-11%, измельчают гранулы и получают пресс-порошок, состоящий из двух примерно одинаковых в количественном отношении фракций с размером частиц от 2,5 до 1,25 мм и меньше 1,25 мм.
Исходную карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу сушат до влажности не больше 7%, измельчают до размеров частиц меньше 300 мкм и подвергают активации в электромассклассификаторе типа СМГ-ЭМК-005-1 с получением частиц размерами меньше 100 мкм.
Приготовление вспученного мелкоразмерного вермикулита включает в себя операции сушки вермикулитовой породы, ее обогащение по разработанной технологии [4, 5] с целью получения концентрата с определенным содержанием оксидов кремния и алюминия, вспучивания при температуре 900°С в течение 7 минут.
Вспученный мелкоразмерный вермикулит смешивают с глинистым сырьем и активированной карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породой (при пластическом способе) или пресс-порошком, полученным из вышеуказанных компонентов (при полусухом способе), и трехкомпонентную шихту выдерживают в течение 2 суток.
Формование образцов при полусухом прессовании проводят при давлении 30-35 МПа.
Сушат образцы в сушильной камере при 35-80°С, обжигают в печах при температуре 1020-1060°С.
В таблице 2 приведены составы сырьевых смесей для изготовления керамических изделий.
| Таблица 2 | |||||
| Составы сырьевых смесей | |||||
| Наименование исходных компонентов |
Содержание компонентов, масс.% | ||||
| № состава | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Глинистое сырье | 43 | 51 | 45 | 43 | 48 |
| Активированная карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода | 50 | 42 | 46 | 52 | 40 |
| Мелкоразмерный вспученный вермикулит | 7 | 7 | 9 | 5 | 12 |
В таблице 3 приведены физико-механические показатели изделий, полученных из заявленной керамической массы, в зависимости от содержания в сырьевой смеси исходных компонентов.
| Таблица 3 | ||||||
| Физико-механические показатели | ||||||
| Физико-механические показатели изделий | № состава | Прототип | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Прочность при сжатии, МПа | 33,4-35,6 | 32,1-33,7 | 32,7-34,1 | 25,4-27,6 | 17,4-19,6 | 19,5-29,4 |
| Пористость, % | 33,1-33,7 | 32,2-32,9 | 32,5-33,2 | 33,3-34,0 | 33,5-34,2 | 32,1-33,9 |
| Объемный вес полнотелого изделия, г/см3 |
1,65-1,68 | 1,59-1,64 | 1,58-1,61 | 1,63-1,65 | 1,61-1,64 | 1,67-1,71 |
| Объемный вес изделия с пустотностью 22%, г/см3 |
1,29-1,31 | 1,24-1,28 | 1,23-1,26 | 1,27-1,29 | 1,26-1,28 | 1,30-1,33 |
Из приведенных данных следует, что оптимальные значения прочности при сжатии и объемного веса изделий из заявляемой керамической массы достигаются при соотношении компонентов, указанных в составах №1, №2 и №3.
В табл.4 представлены результаты исследований по влиянию на физико-механические показатели изделий, полученных из заявленной керамической массы для состава №1, в зависимости от введения в массу активированной или неактивированной карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы.
| Таблица 4 | ||
| Карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода | Прочность при сжатии, МПа | Объемный вес полнотелого изделия, г/см3 |
| Активированная | 33,4-35,6 | 1,65-1,68 |
| Неактивированная | 28,5-30,1 | 1,64-1,66 |
Как видно из данных табл.4, введение в состав заявленной смеси активированной карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы приводит к увеличению прочности при сжатии при практически неизменной средней плотности.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную керамическую массу при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в производстве строительных материалов;
- заявленная керамическая масса обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно - увеличение прочности изделий при сжатии и снижение объемной массы;
- для заявленной керамической массы в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее получения с помощью описанных в заявке примеров.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Промышленная применимость".
Использование заявляемого изобретения позволит производить кирпич с высокими прочностными характеристиками. Прочность на сжатие у кирпича из заявляемой керамической массы на 9-21% выше относительно максимального значения в прототипе, объемный вес полнотелых изделий меньше на 0,03-0,13 г/см3.
Источники информации
1. Патент 2462433 РФ. Керамическая масса для изготовления кирпича. МПК 6 С04В 33/00,. 2012.
2. Нетрадиционные виды нерудного сырья для производства строительной керамики / А.В. Корнилов // Строительные материалы. М. 2005. №2. С.1-2.
3. Патент 2140888. РФ. Керамическая масса для изготовления стеновых изделий, преимущественно кирпича керамического. МПК 6 С04В 33/00, 1999 г. (прототип).
4. Патент 2000845. Способ обогащения вермикулита / В.П. Лузин, Л.П. Лузина. 5 B03D 1/02. 1993 (Россия).
5. Патент 2080938. Способ обогащения вермикулита / В.П. Лузин, Л.П. Лузина. 6 B03D 1/008. 1997 (Россия).
Керамическая масса для изготовления стеновых изделий, преимущественно кирпича керамического, содержащая глинистое сырье и минеральную добавку - карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу, отличающаяся тем, что используют глинистое сырье с содержанием оксида алюминия 7,8-9,9%, активированную карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу и дополнительно мелкоразмерный вспученный вермикулит, полученный из мелкоразмерных частиц отвалов месторождений вермикулита с соотношением диоксида кремния к оксиду алюминия равным 3,9:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Глинистое сырье с содержанием | |
| оксида алюминия 7,8-9,9% | 43-51 |
| Активированная карбонатно-кремнистая | |
| цеолитсодержащая порода | 42-50 |
| Мелкоразмерный вспученный вермикулит, | |
| полученный из мелкоразмерных частиц отвалов | |
| месторождений вермикулита с соотношением | |
| диоксида кремния к оксиду алюминия равным 3,9:1 | 7-9 |
