Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки

Авторы патента:

C04B35/16 - на основе силикатов, кроме глины

Владельцы патента RU 2557031:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) (RU)

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамической плитки для внутренних и наружных отделочных работ. Керамическая масса включает следующие компоненты, мас.%: отходы обогащения медно-никелевых руд 44,6-50,4, флюсующую добавку - стеклобой 34,6-44,6 и мел 10,3-15,0. Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют состав, мас.%: хлорит, гидрохлорит 55,2-58,3, серпентиновые минералы 11,2-14,7, тальк 11,0-13,8, титаномагнетит, магнетит, хромит 7,2-8,0, гипс 2,0-2,1, альбит 2,0-2,3, кварц 2,0-2,2, пироксены 1,0-1,6, амфиболы 4,1-5,1, карбонаты кальция и магния 0,1-4,0. Керамическая масса позволяет повысить прочность на сжатие и на изгиб облицовочной плитки, полученной из керамической массы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамической плитки для внутренних и наружных отделочных работ.

В связи с сокращением запасов традиционного керамического сырья в все большую актуальность в производстве строительных материалов приобретает использование промышленных отходов. В качестве сырья для производства керамических изделий строительного назначения могут быть использованы отходы горнопромышленных комплексов, а также вторичное сырье. Однако при производстве строительных изделий, таких как керамические плитки, возникает проблема выбора оптимального исходного состава компонентов керамической массы с точки зрения получения изделий с улучшенными прочностными свойствами и показателями водопоглощения без увеличения температуры обжига.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. пат. 2278089 РФ, МПК C04B 33/16, 33/00 (2006.01), 2006), включающая, мас.%: глину легкоплавкую 30-40, отходы обогащения медно-никелевых руд 50-55 и в качестве флюсующей добавки - нефелиновый концентрат 7-15. Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%: хлорит, гидрохлорит 55,8-58,32, серпентиновые минералы 11,3-14,65, тальк 11,2-13,8, титаномагнетит, магнетит, хромит 7,18-8,0, гипс 1,95-2,1, альбит 2,0-2,3, кварц 1,98-2,21, пироксены 1,0-1,56, амфиболы 4,0-5,05. Получаемая облицовочная плитка в интервале температур обжига 1050-1100°C имеет прочность при изгибе 17,6-25,9 МПа, кажущуюся плотность 2,38-2,48 г/см³, водопоглощение 8,3-12,8%.

Данная керамическая масса характеризуется недостаточно высокой прочностью на изгиб получаемой облицовочной плитки. Кроме того, керамическая масса содержит значительное количество (до 55%) первичного сырья в виде легкоплавкой глины и нефелинового концентрата.

Известна также принятая в качестве прототипа керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. пат.2520308 РФ, МПК C04B 35/16, 33/132 (2006.01), 2014), включающая, мас.%: отходы обогащения медно-никелевых руд 39,8-58,5, нефелиновую добавку в виде отходов обогащения апатит-нефелиновых руд 19,0-39,8, отходы обогащения железных руд 14,6-19,9 и связующее - сульфитно-спиртовую барду 0,5-5,0. Отходы обогащения медно-никелевых руд включают, мас.%: хлорит, гидрохлорит 50,6-65,7, серпентиновые минералы 10,2-15,0, тальк 10,0-14,0, магнетит 3,2-7,1, пироксены, амфиболы 5,0-6,7, альбит 2,0-2,3, кварц 1,9-2,2, гипс 1,9-2,1. Получаемая облицовочная плитка при температуре обжига 1100°C имеет прочность на изгиб 38,5-70,3 МПа, прочность на сжатие 142,5-187,6 МПа, кажущуюся плотность 2,4-2,56 г/см³ и водопоглощение 0,2-0,6%.

Известная керамическая масса характеризуется недостаточно высокой прочностью на сжатие получаемой облицовочной плитки. Кроме того, керамическая масса является многокомпонентной, что усложняет процесс ее изготовления.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении прочности получаемой керамической плитки на сжатие и обеспечении высокой прочности на изгиб при меньшем количестве компонентов керамической массы.

Технический результат достигается тем, что керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая отходы обогащения медно-никелевых руд и флюсующую добавку, согласно изобретению, дополнительно содержит мел, а в качестве флюсующей добавки - стеклобой, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отходы обогащения медно никелевых руд	44,6-50,4
Стеклобой	34,6-44,6
Мел	10,3-15,0

Достижению технического результата способствует то, что отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:

Хлорит, гидрохлорит	58,3-55,2
Серпентиновые минералы	14,7-11,2
Тальк	13,8-11,0
Титаномагнетит, магнетит, хромит	8,0-7,2
Гипс	2,1-2,0
Альбит	2,3-2,0
Кварц	2,2-2,0
Пироксены	1,6-1,0
Амфиболы	5,1-4,1
Карбонаты кальция и магния	4,0-0,1

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Использование мела в составе керамической массы обусловлено следующим. В керамическом производстве его применяют в качестве плавня второго рода при температуре обжига изделий выше 1000°C. При этом образуется алюмосиликатный расплав, который состоит из простых катионов и сложных анионных комплексов. Кремний и алюмокислородные анионы являются крупными агрегатами и образуют большие малоподвижные комплексы, что приводит к повышению вязкости алюмосиликатных расплавов. Катионы кальция Ca²⁺, образующиеся в результате термической диссоциации мела, способствуют частичному переходу (AlO₄) в (AlO₆) и ограничивают возникновение комплексов групп (AlO₄) и (SiO₄). Поскольку значительная часть CaO, введенная с мелом, переходит в расплав, то размер и сложность комплексных анионов уменьшается. При этом изменяется структура расплава и происходит интенсификация процесса спекания. Введение мела, преимущественно молотого, в количестве 10,3-15,0 мас.% приводит к разупрочнению образующихся сложных комплексов алюминия (AlO₄) и кремния (SiO₄), что улучшает спекание керамической массы и повышает прочностные характеристики получаемой плитки. Содержание мела в количестве менее 10,3 мас.% ведет к образованию сложных комплексов алюминия и кремния, что вызывает повышение вязкости расплава и ухудшение спекания, а содержание мела в количестве более 15,0 мас.% приводит к интенсивному образованию фазы анортита, что также препятствует процессу спекания.

Использование стеклобоя в составе керамической массы в качестве флюсующей добавки способствует увеличению количества жидкой фазы при обжиге. Введение стеклобоя в количестве 34,6-44,6 мас.% повышает механическую прочность готовых изделий и обусловливает снижение пористости и водопоглощения, которое регламентировано ГОСТом 13996-93 и составляет менее 12% для фасадных плиток из керамических масс, содержащих карбонаты. Увеличение содержания стеклобоя выше 44,6 мас.% приводит к деформации плиток. При содержании стеклобоя ниже 34,6 мас.% ухудшается спекание плиток, что приводит к увеличению показателя водопоглощения и снижению механической прочности.

Введение в керамическую массу отходов обогащения медно-никелевых руд обусловлено тем, что основными компонентами их минерального состава являются хлориты и гидрохлориты, имеющие каолинитоподобную структуру. Это позволяет улучшить формовочные свойства массы, интенсифицировать процесс спекания и формировать плотный черепок с повышенными физико-механическими характеристиками. Кроме того, используемые отходы имеют крупность менее 0,01 мм, что не требует их дополнительного измельчения, а также высокую удельную поверхность, что обеспечивает хорошую реакционную способность при обжиге. Введение отходов обогащения медно-никелевых руд в количестве 44,6-50,4 мас.% оптимизирует интервал спекания и интенсифицирует протекание твердофазных реакций, что способствует улучшению технических характеристик керамической плитки. Введение отходов в количестве более 50,4 мас.% вызывает интенсивную кристаллизацию в расплаве некоторых фаз, в частности анортита, что приводит к ухудшению спекаемости массы и, как следствие, увеличению водопоглощения и снижению прочности на изгиб готовых изделий. Введение отходов в количестве менее 44,6 мас.% увеличивает водопоглощение изделий в результате неполного связывания оксидов кальция и магния, содержащихся в отходах.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для увеличения прочности получаемой керамической плитки на сжатие и обеспечения высокой прочности на изгиб при меньшем количестве компонентов керамической массы, что упрощает процесс изготовления плитки.

В частном случае осуществления изобретения предпочтителен следующий состав отходов обогащения медно-никелевых руд.

Главными компонентами отходов обогащения медно-никелевых руд являются хлориты и гидрохлориты, серпентиновые минералы и тальк, содержание которых составляет соответственно, мас.%: 55,2-58,3, 11,2-14,7, 11,0-13,8. Второстепенные минералы представлены, в мас.%: титаномагнетитом, магнетитом, хромитом 7,2-8,0, гипсом 2,0-2,1, альбитом 2,0-2,3, кварцем 2,0-2,2, пироксенами 1,0-1,6, амфиболами 4,1-5,1 и карбонатами кальция и магния 0,1-4,0. Кроме того, как было сказано выше, используемые отходы имеют крупность менее 0,01 мм, что характеризует их высокую удельную поверхность и не требует дополнительного измельчения.

Использование отходов обогащения медно-никелевых руд вышеуказанного состава в сочетании с другими компонентами керамической массы позволяет увеличить прочность получаемой керамической плитки на сжатие и обеспечить высокую прочность на изгиб при меньшем количестве компонентов керамической массы.

Керамическую массу согласно изобретению готовят следующим образом. Для приготовления массы используют отходы обогащения медно-никелевых руд крупностью менее 0,01 мм, стеклобой и молотый мел. Стеклобой предварительно измельчают до крупности 0,140-0,315 мм. Компоненты керамической массы смешивают в заявленных соотношениях. Полученную смесь тщательно гомогенизируют и увлажняют водой до влажности 6-8%. Далее прессованием формуют образцы при удельном давлении 26 МПа, сушат при 105-110°C и обжигают при температуре 1100°C с изотермической выдержкой в течение 1 часа. Охлаждение образцов производят в печи до ее остывания.

Примеры составов керамической массы согласно изобретению приведены в Таблице 1, а основные свойства получаемой облицовочной плитки - в Таблице 2.

Таблица 1
Компоненты керамической массы	Содержание, мас.%
Пример 1	Пример 2	Пример 3
Отходы обогащения медно-никелевых руд	44,6	45,1	50,4
Стеклобой	42,6	44,6	34,6
Мел	12,8	10,3	15,0

Таблица 2
Показатель	Примеры	Прототип
1	2	3
Температура обжига, °C	1100	1100	1100	1100
Прочность на сжатие, МПа	196,3	247,4	159,6	142,5-187,6
Прочность на изгиб, МПа	64,5	71,4	38,9	38,5-70,3
Кажущаяся плотность, г/см³	2,36	2,40	2,34	2,40-2,56
Водопоглощение, %	9,8	7,5	10,3	0,2-0,6
Температурный коэффициент линейного расширения α·10^-6, °C^-1	5,40	5,34	5,45	-

Из данных, приведенных в Таблицах 1 и 2, видно, что предлагаемая керамическая масса по сравнению с прототипом позволяет получить при меньшем количестве компонентов облицовочную плитку с повышенной прочностью на сжатие (до 247,4 МПа), высокой прочностью на изгиб (до 71,4 МПа) и регламентированным водопоглощением. Низкий температурный коэффициент линейного расширения (5,45·10^-6°С^-1] и менее) позволяет расширить область использования получаемой облицовочной плитки с учетом нанесения различных глазурных покрытий.

1. Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая отходы обогащения медно-никелевых руд и флюсующую добавку, отличающаяся тем, что масса дополнительно содержит мел, а в качестве флюсующей добавки - стеклобой при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отходы обогащения медно-никелевых руд	44,6-50,4
Стеклобой	34,6-44,6
Мел	10,3-15,0

2. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:

Хлорит, гидрохлорит	55,2-58,3
Серпентиновые минералы	11,2-14,7
Тальк	11,0-13,8
Титаномагнетит, магнетит, хромит	7,2-8,0
Гипс	2,0-2,1
Альбит	2,0-2,3
Кварц	2,0-2,2
Пироксены	1,0-1,6
Амфиболы	4,1-5,1
Карбонаты кальция и магния	0,1-4,0

Изобретение предназначено для производства стеновых керамических изделий. Технический результат - повышение прочности при сжатии и морозостойки изделий.

Керамическая масса для производства кирпича // 2552424

Изобретение относится к составам керамических масс для производства кирпича. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности кирпича.

Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки // 2534314

Изобретение относится к составам керамических масс, которые могут быть использованы, преимущественно, для изготовления облицовочной плитки. Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки включает следующие компоненты, мас.%: каолин 2,0-4,0; бентонит 2,0-4,0; лесс 67,5-75,5; плиточный бой 0,1-0,5; фосфорит 8,0-12,0; кварцевый песок 10,0-14,0.

Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий // 2524733

Изобретение предназначено для производства стеновых керамических изделий. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости и снижение температуры обжига.

Способ получения керамических изделий на основе волластонита // 2524724

Изобретение относится к технологии производства футеровочных и функциональных конструкционных керамических элементов оснастки металлопроводов литейных установок алюминиевой промышленности.

Способ получения композиционных керамических изделий // 2524095

Изобретение относится к технологии получения композиционных керамических изделий из горных пород с использованием связующего. Способ получения композиционных керамических изделий, включающий приготовление формовочной массы в качестве наполнителя из горных пород и связующего в виде фосфорной кислоты, выдержку полученной смеси, формование из полученной массы изделий и последующую термообработку, приготовление формовочной массы осуществляют путем классификации по крупности, с выделением фракций наполнителя -1,0+0,315, -0,315+0,08 и -0,08+0,042, при соотношении фракций 6:3:1 в виде кварцевого порфира или гранита или липарита в количестве 65-72 мас.%, который смешивают с фосфорной кислотой в количестве 25-30 мас.% и стекловолокном при отношении длины волокна к его диаметру от 5000 до 6000 в количестве 3-5 мас.%, выдерживают при температуре 20-30°C в течение 25-40 часов, подвергают формованию при давлении 35-45 МПа и последующей термообработке при температуре 350-380°C в течение 1,5 часов.

Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий // 2521994

Изобретение предназначено для производства стеновых керамических изделий. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и морозостойки изделий.

Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий // 2520321

Изобретение предназначено для производства стеновых керамических изделий. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости при снижении средней плотности и теплопроводности.

Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки // 2520308

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении облицовочной керамической плитки для внутренних и наружных отделочных работ, а также облицовочного кирпича.

Керамическая масса // 2517403

Изобретение относится к области технологии силикатов и касается составов керамических масс для производства керамического кирпича. Технический результат заключается в повышении прочности кирпича, полученного из керамической массы.

Керамическая масса // 2560014

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней широкой номенклатуры. Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая флотационные отходы углеобогащения, опал-кристобалитовую породу - опоку, используемые со степенью измельчения менее 1 мм, воду дополнительно содержит в своем составе карбонатный шлам химводоочистки ТЭС в естественном тонкодисперсном состоянии при следующем соотношении компонентов, мас.%: опока - 40-65, флотационные отходы углеобогащения - 2-32, шлам химводоочистки - 4-14, вода - 19-24. Технический результат изобретения - получение керамических изделий с пониженной плотностью, с повышенными прочностными показателями, улучшенными формовочными свойствами массы. 5 табл.

Способ изготовления формованных керамических мембран // 2561638

Изобретение относится к технологии получения композитных формованных мембран. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности и разделяющей способности по отношению к веществам с высоким молекулярным весом. В качестве исходных компонентов используют, мас.%: цеолит - 20-25; акрило-силиконовая эмульсия 0.5%-ная или 1.5%-ный раствор хитозана - 1-3; SiO2 - 20-25; раствор Na2SiO3 64%-ный - 40-50; ZrOCl2 - 3-9. Из исходных компонентов готовят суспензию и высушивают ее. Высушенную суспензию размалывают, затем просеивают и отбирают фракцию с размером частиц не более 0,1 мм, которую подвергают формованию прессованием при давлении 1,0-3,0 т/см2. Обжиг осуществляют при температуре 500-600°C. 2 табл., 2 ил.

Экструдированный scr-фильтр // 2570454

Изобретение относится к фильтрам с протеканием через стенки, содержащим экструдированную твердую массу, и может быть использовано для обработки оксидов азота в выбросах отработанных газов из двигателей внутреннего сгорания. Фильтр с протеканием через стенки содержит катализатор для преобразования оксидов азота в присутствии восстанавливающего агента, содержит экструдированную твердую массу, содержащую: 10-100% масс. по меньшей мере одного компонента связующего вещества/матрицы; 5-90% масс. цеолитного молекулярного сита, нецеолитного молекулярного сита или смеси любых двух или более из них и 0-80% масс. необязательно стабилизированного оксида церия. Катализатор содержит по меньшей мере один металл, который присутствует в экструдированной твердой массе. Изобретение позволяет обрабатывать отработанные газы двигателей внутреннего сгорания стационарных и мобильных источников выбросов, уменьшить обратное давление в выхлопной системе, повышая эффективность двигателя, и увеличить массоперенос. 5 н. и 34 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 4 пр.

Керамический материал с низкой диэлектрической проницаемостью // 2581860

Изобретение относится к радиоэлектронной технике. Технический результат изобретения заключается в получении плотного керамического материала с низкой диэлектрической проницаемостью ε′=4,2±0,2, сравнимой с органическими диэлектриками, с малыми диэлектрическими потерями tgδε≤7·10-4 и влагопоглощением менее 0,1%. Керамический материал с низкой диэлектрической проницаемостью содержит, вес. %: MgO 13,8-6,40; Al2O3 32,0-35,6; ZnO 0,2-13,5; SiO2 - остальное. 2 табл.

Шихта для получения высокоосновных окатышей // 2595029

Изобретение относится к технологии строительных материалов, более конкретно к подготовке шихты для получения алюмосиликатных окатышей для промышленной и строительной индустрии. Технический результат заключается в повышении прочности высокоосновных окатышей при одновременном снижении влагопроницаемости материала. Шихта для получения высокоосновных окатышей включает алюмосиликатную золу угольных ТЭС и белитовый шлам при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюмосиликатная зола угольных ТЭС 62 - 80, белитовый шлам - остальное. 1 табл.

Состав керамического слоя для изготовления литейных форм и других изделий // 2603402

Изобретение может быть использовано для изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. Состав содержит жидкую керамическую массу и керамический материал для обсыпки. Жидкая керамическая масса содержит, мас. %: 50-75% - керамический материал, представляющий собой смесь с распределением частиц по размеру, содержащую минимум 90% частиц размером менее 0,04 мм, имеющую следующий фазовый состав: 30-90% форстерита Mg2SiO4, 5-15% фаялита Fe2SiO4 и 5-65% смеси компонентов фазы, таких как хризолит 2(Mg0,88Fe0,12)SiO2, энстатит MgSiO3, тремолит Ca2Mg5Si8O22(OH)2, рингвудит (Mg,Fe)2, диопсид Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6 и другие, и 25-50% связующего, содержащего водный или водно-органический коллоидный раствор оксида металла и модификаторов. Керамический материал для обсыпки представляет собой смесь, имеющую следующий фазовый состав, в мас.%: 30-90% форстерита Mg2SiO4, 5-15% фаялита Fe2SiO4 и 5-65% смеси компонентов фазы, таких как хризолит 2(Mg0,88Fe0,12)SiO2, энстатит MgSiO3, тремолит Ca2Mg5Si8O22(OH)2, рингвудит (Mg,Fe)2, диопсид Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6 и другие. Предотвращается разрушение литейных форм в процессе заполнения металлом и обеспечивается возможность направленного затвердевания отливок. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Обработка зольного уноса и изготовление изделий, содержащих составы на основе зольного уноса // 2640684

Изобретение относится к составам на основе зольного уноса и может быть использовано для изготовления сравнительно тонких керамических изделий. Состав на основе зольного уноса формируют из смеси на основе зольного уноса, содержащей более 70% зольного уноса по сухому весу состава, пластификатор, служащий для связки частиц зольного уноса в составе, и, по желанию, одну или более керамических добавок. Смесь размалывают так, что средний размер частиц состава меньше 35 микрон. Сырое изделие желаемой формы, имеющее толщину меньше 40 мм, формуют из смеси воды и указанного порошкообразного состава на основе зольного уноса и пластификатора посредством прессования смеси при давлении больше 200 кг/см2, после чего содержание воды в сыром изделии составляет меньше 12% общего веса смеси, а предел прочности при изгибе сырого изделия больше 1,5 кг/см2. Способ может дополнительно содержать операцию предварительного просеивания зольного уноса или операцию декарбонизации зольного уноса, чтобы зольный унос имел величину ППП меньше 2%. Изделия имеют низкое содержание воды и имеют достаточную прочность в сыром состоянии, чтобы их можно было транспортировать и обрабатывать на промышленном оборудовании. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл., 5 ил.