Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича

Керамическая масса относится к промышленности строительной керамики, преимущественно к составам для получения клинкерного кирпича. Техническим результатом изобретения является уменьшение водопоглощения и повышение прочности изделий. Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича включает следующие компоненты, мас. %: цеолитсодержащую породу 60-80; хвосты извлечения кобальтового концентрата 20-40. Используют хвосты измельчения кобальтового концентрата, характеризующиеся объемной насыпной массой 920 кг/м³, плотностью 2720 кг/м³, огнеупорностью 1200°C, минералогическим составом, включающим ортоклаз, кварц, глинистые минералы, железистые соединения и карбонаты, химическим составом, включающим, мас.%: SiO₂ - 32,72; Al₂O₃ - 9,33; Fe₂O₃ - 10,00; CaO - 15,47; MgO - 12,01; R₂O - 2,30; п.п.п. - 17,80. 3 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к составам масс для получения клинкерного кирпича.

Известна керамическая масса для изготовления керамических изделий, включающая глинистую мергель (в мас.%) - 75-85, цеолитсодержащую глину - 5-15 и стеклобой - 3-10 (Патент РФ №2210554). Недостатком данной глины является то, что изделия на ее основе имеют высокое водопоглощение и обладают незначительной прочностью на изгиб. Несмотря на присутствие плавня (стеклобоя) до 10%, изделия отличаются повышенным водопоглощением.

Другая керамическая масса (патент РФ №2176223), содержащая 25-60% легкоплавкой глины и 40-75% цеолитсодержащей глины смешанного минерального состава с размером частиц менее 1 мм, после обжига при температуре 1050°C не позволяет получить керамические изделия с водопоглощением менее 1%, удовлетворяющие требованиям ГОСТа.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления керамических материалов, включающая глину - 70-90% и хвосты извлечения кобальтового концентрата - 10-30% (Патент РФ №2250205). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе после обжига имеют высокое водопоглощение (8,2-10,0%).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение водопоглощения и повышение прочности.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая цеолитсодержащую породу и наполни гели, отличается тем, что в качестве наполнителя она содержит хвосты извлечения кобальтового концентрата при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: цеолитсодержащая порода - 80-60, хвосты извлечения кобальтового концентрата - 20-40.

Цеолитсодержащая порода имеет красно-коричневый цвет, объемная масса - 1680 кг/м³, плотность - 2700 кг/м³, огнеупорность - 1160°C. В минералогический состав входят клиноптилолит (30-34%), монтмориллонит (8-10%), кварц (12-18%), ортоклаз (28-32%), гетит (6-8%), кальцит (4-6%) и вулканическое стекло (7-9%). Химический состав цеолитсодержащей породы приведен в таблице 1.

Таблица 1
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O3	SO3	п.п.п.
57,94	12,07	6,05	4,13	2,04	2,18	3,72	0,23	11,64

В качестве наполнителя приняты попутные продукты извлечения кобальтового концентрата, представляющие собой тонкоизмельченный порошок серого цвета. Объемная насыпная масса - 920 кг/м³, плотность - 2720 кг/м³. Огнеупорность - 1200°C. В минералогический состав входят ортоклаз, кварц, глинистые минералы, железистые соединения и карбонаты. Химический состав включает следующие оксиды, мас.%: SiO₂ - 32,79; Al₂O₃ - 9,33; Fe₂O₃ - 10,00; CaO - 15,47; MgO - 12,01; K₂O - 0,90; Na₂O - 1,40; п.п.п. - 17,80.

Из научной и технической литературы, а также из известного перечня информации заявителем не обнаружены технические решения с применением цеолитсодержащей породы и хвостов извлечения кобальтового концентрата или с аналогичными наполнителями подобного химического состава.

В рассматриваемой керамической массе измельченные и увлажненные частицы клиноптилолита и монтмориллонита выступают в качестве пластической составляющей между твердыми частицами, обеспечивая плотную упаковку последних при формовании путем прессования.

Химическое взаимодействие основных составляющих (клиноптилолита, монтмориллонита и ортоклаза) цеолитсодержащей породы при термической обработке, при указанной совокупности оксидов с продуктами разложения глинистых минералов и других компонентов, присутствующих в «хвостах», обуславливает более раннее протекание реакций в твердой фазе с образованием новых соединений типа морденита, железистых шпинелей, кристобалита, анортита, герценита, волластонита и муллитонодобной фазы, а также образованием большого количества жидкой железосодержащей фазы за счет взаимодействия оксидов щелочных и щелочноземельных элементов с оксидами кремнезема, алюминия, железа и вулканического стекла. Поскольку жидкая фаза практически является связующим и цементирующим веществом между твердыми частицами, заполняющим межзерновые пустоты, снижая пористость черепка, то образование ее в большом количестве (более 50%), чем в известных составах при конечной рабочей температуре обжига, обуславливает получение керамическою материала более плотной структуры, что снижает водопоглощение и повышает прочность изделий.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, по мнению заявителя, отвечает критерию «существенных отличий», приобретает новые свойства, заключающиеся в получении керамического материала более плотной структуры, обуславливающей высокую прочность и низкое водопоглощение изделий.

Пример конкретного выполнения

Приготовление массы осуществляют шликерным способом при одновременном помоле сырьевых материалов в шаровых мельницах до конечного остатка на сите №0063 не более 3%. Обезвоживание шликера производят в башенной распылительной сушилке и получают пресс-порошок с влажностью 6-8%. Прессование изделий размерами 200×100×50 мм (образцы-ромбики) производится при удельном давлении 40 МПа. Опрессованные и высушенные изделия сушат и обжигают однократным способом при температуре 1100°C.

Шихтовый состав масс и свойства обожженных изделий приведены в таблицах 2 и 3.

Результаты испытаний показали эффективность введения тонкоизмельченных хвостов извлечения кобальтового концентрата в количестве 20-40%. При добавке 10% предлагаемых хвостов в состав №1 водопоглощение изделий не удовлетворяет требованиям. При увеличении содержания цеолитсодержащей породы более 40% (состав V), наблюдается деформация изделий с расплавлением острых углов и граней. По сравнению с прототипом водопоглощение полученных изделий из предлагаемой массы - менее чем в 10-12 раз.

Таблица 2
	Составы
I	II	III	IV	V
Цеолитсодержащая порода	90	80	70	60	50
Хвосты извлечения кобальтового концентрата	10	20	30	40	50

Таблица 3
Номера составов	Водопоглощение	Предел прочности при сжатии, МПа
I	1,7	51,8
II	0,8	71,0
III	0,5	79,1
IV	0,1	87,4
V	0,03	деформация изделий
Прототип	8,2-10	39,5-48,6

В результате интенсивного спекания указанной массы образованная жидкая фаза заполняет все межзерновые пустоты черепка и способствует значительному уплотнению материала с уменьшением водопоглощения, а кристаллические новообразования, такие как кристобалит, анортит, герценит, железистые шпинели и муллитоподобная фаза, обеспечивают высокую механическую прочность изделий.

Применение предлагаемой керамической массы позволяет получить керамический клинкерный кирпич с малым водопоглощением и высокой прочностью с расширением сырьевой базы.

Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая цеолитсодержащую породу и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит хвосты извлечения кобальтового концентрата, характеризующиеся объемной массой 920 кг/м³, плотностью 2720 кг/м³, огнеупорностью 1200°C, минералогическим составом, включающим ортоклаз, кварц, глинистые минералы, железистые соединения и карбонаты, химическим составом, включающим, мас.%: SiO₂ - 32,72; Al₂O₃ - 9,33; Fe₂O₃ - 10,00; CaO - 15,47; MgO - 12,01; R₂O - 2,30; п.п.п. - 17,80, при следующем соотношении компонентов массы, мас.%:

Цеолитсодержащая порода	60-80
Хвосты извлечения кобальтового концентрата	20-40