Керамическая масса
Владельцы патента RU 2566156:
Котляр Владимир Дмитриевич (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский государственный строительный университет" (РГСУ) (RU)
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 свойств. Техническим результатом изобретения является получение керамических изделий с повышенными прочностными показателями, улучшенными формовочными свойствами массы при меньших затратах на обжиг. Керамическая масса, включающая флотационные отходы углеобогащения, опал-кристобалитовую породу - опоку, используемые со степенью измельчения менее 1 мм, воду, дополнительно содержит в своем составе пыль газоочистки электрометаллургического производства в естественном тонкодисперсном состоянии при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная опока - 42-61; флотационные отходы углеобогащения - 2-32; пыль газоочистки - 1-7; вода - остальное. 5 табл., 1 пр.
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 свойств.
Известна керамическая масса на основе кремнистых пород (опок) с незначительным количеством легкоплавких примесей. (В.Н. Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород, Будевельник, Киев, 1978, стр. 10, 22-23).
Наиболее близким техническим решением является керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, воду, дополнительно содержащую в составе флотационные отходы углеобогащения, при этом опал-кристобалитовая порода - опока и флотационные отходы углеобогащения используются со степенью измельчения менее 1 мм, при следующем соотношении компонентов, масс.%: указанная опока - 45-60; флотационные отходы углеобогащения - 5-30; вода - 25-35 (патент RU 2488566, С04В 33/132, опубликован 27.07.2013).
Недостатком известной массы являются относительно невысокие показатели прочности, пониженная пластичность и связность формовочных масс.
Задачей настоящего изобретения является получение керамических изделий с повышенными прочностными показателями, улучшенными формовочными свойствами массы при меньших затратах на обжиг.
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 пыль газоочистки электрометаллургического производства в естественном тонкодисперсном состоянии при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Указанная опока - 42-61;
Флотационные отходы углеобогащения - 2-32;
Пыль газоочистки - 1-7;
Вода - остальное.
Технический результат заключается в следующем.
Введение пыли газоочистки электрометаллургического производства в естественном тонкодисперсном состоянии способствует улучшению формовочных свойств керамической массы и повышению пластичности, что позволяет производить формовку изделий по пластическому способу формования, снизить внутреннее и внешнее трение при формовании изделий и, как следствие, повысить прочность свежеотформованных изделий и прочность обожженных изделий. Повышению прочностных показателей обожженных изделий содействует содержание в составе пыли газоочистки электрометаллургического производства в естественном тонкодисперсном состоянии оксидов железа Fe2O3 и Fe3O4. За счет присутствия в керамической массе флотационных отходов углеобогащения, имеющих свободный углерод, при обжиге происходит окисление оксидов железа Fe2O3 и Fe3O4, создается слабо восстановительная и восстановительная среда, и оксиды железа Fe2O3 и Fe3O4 восстанавливаются до двухвалентного состояния - оксид железа FeO (закисное железо), который является более легкоплавким и более сильным плавнем, чем оксиды Fe2O3 и Fe3O4. Это увеличивает спекаемость черепка и, как следствие, повышается прочность, что в свою очередь позволяет снизить температуру обжига на 40-60°С и, соответственно, уменьшить расход газа на обжиг. Снижение температуры обжига на 50°С с 1000 до 950°С способствует уменьшению расхода газа на 8-10%. За счет микропористости содержащихся в составе керамической массы опал-кристобалитовых пород - опок достигается равномерное восстановление оксидов железа Fe2O3 и Fe3O4 до двухвалентного состояния по всему объему изделий, чем обеспечивается равноплотность черепка.
Использование в составе массы пыли газоочистки электрометаллургического производства в естественном тонкодисперсном состоянии производства способствует улучшению формуемости, спекаемости, образованию при обжиге новых кристаллических железистых фаз (фаялит, герцинит и др.), что повышает прочность изделий.
При степени измельчения менее 1 мм опал-кристобалитовая порода - опока приобретает формовочные свойства и способность к спеканию при обжиге, а также способность к активному взаимодействию с частицами угольных шламов и пыли газоочистки. Как следствие, повышаются прочностные показатели готовых изделий. Повышенная природная микропористость опок, а также межзерновая пористость обеспечивают пониженную среднюю плотность и теплопроводность изделий.
Использование флотационных отходов углеобогащения предопределяет снижение плотности керамического черепка, формирование тонкодисперсной пористой равномерной структуры, способствует изотропности свойств изделий за счет достижения равномерности обжига как по всему объему изделий, так и объему всей садки. Связано это с тем, что с температуры 700-800°С обжиг в основном идет за счет выгорания угольной составляющей флотационных отходов углеобогащения, равномерно распределенных по объему изделий, и соответственно достигается равномерная температура обжига.
Гранулометрический состав измельченной опоки и шламов углеобогащения представлены в таблице 1.
Характеристика исходных материалов
1. Опал-кристобалитовые породы - опоки.
Легкие плотные тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1100-1600 кг/м3, пористость достигает 55% (обычно 30-40%).
Это не чистые силициты, а многокомпонентные системы. Постоянной составляющей их наряду с аморфным кремнеземом являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают 0,1 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород - глинистые, песчанистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обуславливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав классических опок приведен в таблице 2.
Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород. На территории России широко встречаются в районах Поволжья и Дона, Западной Сибири, на юге России, в центральных и западных областях Европейской части России, Ленинградской области, Дольнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке.
2. Флотационные отходы углеобогащения.
Флотационные отходы углеобогащения представляют собой тонкодисперсный порошок черного цвета. Их минеральный состав обусловлен составом исходных угольных пород и последующим воздействием процессов обогащения угля. Минеральный состав представлен глинистыми минералами, хлоритом, слюдами, полевыми шпатами, тонкодисперсными карбонатами, кварцем и угольным веществом в количестве 10-30%. Усредненный химический состав представлен в таблице 3.
3. Пыль газоочистки электрометаллургического производства.
Пыль газоочистки электрометаллургического производства является крупнотоннажным отходом производства и при ее использовании для изготовления изделий стеновой керамики решается важная задача ее утилизации. Пыль газоочистки является тонкодисперсным материалом коричневого цвета с размером частиц менее 1 мкм, фазовый состав которой представлен стекловидной и кристаллической фазами. Основные кристаллические фазы - магнетит, магнезиоферрит, железистые пироксены типа форстерита и авгита. Усредненный химический состав представлен в таблице 4.
Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250×120×65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов. В качестве сырья была использована опал-кристобалитовая порода - опока Шевченковского месторождения Ростовской области.
Образцы изготовлялись следующим образом.
Предварительно опал-кристобалитовая порода подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке и дезинтеграторе (молотковой дробилке), после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек до максимальной крупности частиц менее 1 мм. Затем измельченная опал-кристобаллитовая порода тщательно перемешивалась с подсушенным угольным шламом Обуховской обогатительной фабрики и пылью газоочистки Ростовского электрометаллургического завода при необходимом соотношении компонентов и равномерно увлажнялась. Приготовленная масса вылеживалась в герметичных емкостях 6-12 часов и затем из нее формовались изделия. После сушки в течение 48 часов изделия обжигались с выдержкой при максимальной температуре 950°С 2 часа.
Физико-механические показатели, подтверждающие свойства изделий, полученных на основе керамических масс, включающих опоки, флотационные отходы углеобогащения и пыль газоочистки электрометаллургического производства, представлены в таблице 5.
Керамическая масса, включающая флотационные отходы углеобогащения, опал-кристобалитовую породу - опоку, используемые со степенью измельчения менее 1 мм, воду, отличающаяся тем, что содержит в своем составе пыль газоочистки электрометаллургического производства в естественном тонкодисперсном состоянии при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанная опока - 42-61;
Флотационные отходы углеобогащения - 2-32;
Пыль газоочистки - 1-7;
Вода - остальное.
