Способ получения изделий строительной керамики

Авторы патента:

Y02P40/60 -

C04B33/132 - Изделия из глины (монолитные огнеупоры или огнеупорные строительные растворы C04B 35/66; пористые изделия C04B 38/00)

C04B33/04 - глина; каолин

Владельцы патента RU 2750796:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» (RU)

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к строительной керамике, и может быть использовано в производстве изделий широкой номенклатуры (кирпич, черепица, изразцы и другие) методом полусухого прессования. Технический результат заключается в повышении прочности, снижении усадки в процессе сушки и обжига, снижении склонности к трещинообразованию при сушке и улучшенных показателях водопоглощения, средней плотности, морозостойкости. Способ получения изделий строительной керамики включает помол сырьевых материалов: умеренно-пластичный легкоплавкий суглинок 55 – 70 % и карбонатсодержащий отход бурения 45 – 30 %, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку, обжиг, причем минеральный карбонатсодержащий продукт отхода бурения предварительно проходит химическую обработку 6 %-ным раствором соляной кислоты на амбаровых площадках, при этом расход составляет от 18 до 20 литров на 1 м³карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя толщиной от 0,15 до 0,2 м, температуры окружающей среды не ниже от +3 до +5 °С, прогрева в интервале температур от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и последующей выдержки в течение от 1 до 2 суток. 4 табл., 1 ил.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к строительной керамике, и может быть использовано в производстве изделий широкой номенклатуры (кирпич, черепица, изразцы и другие) методом полусухого прессования при применении сырьевой смеси, включающей карбонатсодержащий отход бурения (КОБ) и умеренно-пластичный легкоплавкий суглинок различного химико-минералогического состава.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения изделий строительной керамики (заявка №2019107832/015160), МКИ С04В 33/132, С04В 33/04 (2006.01), 19.03.2019) включающий подготовку сырьевых материалов и легкоплавкого суглинка, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве сырьевых материалов используют карбонатсодержащий отход бурения, предварительно обработанный 3%-ным раствором соляной кислоты в количестве 80-90 л на 1 м³ карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя толщиной 200-300 мм, сущку ведут при температуре 90-100 °С в течение 3,5 ч, а обжиг при температуре 1000-1050 °С в течение 6 ч, причем смешивание проводят при следующем соотношении, масс. %:

карбонатсодержащий отход бурения – 45 - 30

легкоплавкий суглинок - 55 – 70.

Недостатком этого решения является то, что химическая обработка карбонатсодержащего отхода бурения в условиях его хранения в шламовых амбарах предложено осуществлять водным раствором соляной кислоты, температура которого соответствует температуре окружающего воздуха. Однако, известно, что скорость взаимодействия различных карбонатных минералов с кислотами различна. При прочих равных условиях она возрастает в ряду магнезит-доломит-кальцит. В связи с этим обработка водным раствором соляной кислоты в естественных условиях обеспечивает полное разрушение только арагонита, содержащегося в отходах бурения, в то время как доломит реагирует слабо. Разрушение структуры доломита химическим способом происходит только при нагревании., что в описании заявки авторами не указано. Поэтому при производстве кирпича по предложенной технологии полное разрушение структуры доломита, присутствующего в буровом шламе, достигается только на этапе обжига при температуре в интервале от 720 до 870 °С. Выделение углекислого газа приводит к усилению поризации структуры кирпича и вызывает появление микротрещин, раскрытию которых способствуют усадочные деформации, сопровождающие процесс спекания изделия. Данные явления не позволяют получить искусственный керамический камень заявленной прочности и морозостойкости.

Технической задачей является получение изделий строительной керамики с использованием карбонатсодержащего отхода бурения (химический состав КОБ представлен в таблице 1, минералогический состав - таблица 2), обладающих высокой прочностью, улучшенными показателями морозостойкости и плотности.

Таблица 1 - Химический состав КОБ

Содержание оксидов, масс. %
SiO₂	Аl₂O₃	СаО	MgO	Fe₂O₃	Nа₂O	K₂O	MnO	SO₃	SrO	TiO₂
28,45	4,06	43,6	4,96	3,56	0,68	4,50	0,05	9,22	0,28	0,64

Таблица 2 - Минералогический состав КОБ

Содержание минералов, масс %
кварц	кальцит, доломит	полевой шпат	слюда и гидрослюда	каолинит –
21,13	41,05	16,25	7,32	14,25

Задача решается тем, что в способе получения изделий строительной керамики, включающем подготовку сырьевых материалов, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку и обжиг, в качестве сырьевых материалов используют легкоплавкий суглинок и карбонатсодержащий отход бурения, включающий арагонит, доломит в соотношении 2:1, предварительно обработанный 6,0 % раствором соляной кислоты в количестве от 18 до 20 литров на 1м³ карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя на площади 2х2,5 м² толщиной от 0,15 до 0,2 м, обогрева массива в течение первых 12 часов до температуры от 20 до 30 °С и выдержки материала течение от 1 до 2 суток для полного разрушения структуры карбонатных пород, причем смешивание проводят при следующем соотношении, масс. %:

карбонатсодержащий отход бурения – 45 - 30

легкоплавкий суглинок - 55 – 70.

Способ отличается тем, что карбонатсодержащий отхода бурения на стадии хранения в шламовых амбарах - площадках после обработки 6,0 % раствором соляной кислоты в количестве от 18 до 20 литров на 1 м³ карбонатсодержащего отхода бурения, подвергается прогреву в интервале температур от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и последующей выдержке в течение от 1 до 2 суток для полного разрушения структуры арагонита, доломита, что обеспечивает безопасное выделение углекислого газа, образование в твердом виде СаСl₂ MgCl₂ с плотностью 2,51 г/см³ и небольшого количества раствора СаСl₂[OH₂] и MgСl₂[OH₂].

По окончании химической обработки карбонатсодержащего отхода бурения образовавшийся продукт просеивается через вибросито с отверстиями от 0,63 до 1 мм и поступает на сырьевой склад керамического завода. В процессе обжига кирпича при температуре 260 °С растворы СаСl₂[OH₂] и MgСl₂[OH₂].обезвоживаются, и в интервалах от 500 до 580 °С и от 772 до 782 °С соответственно MgСl₂и СаСl₂ переходят в расплав, что обеспечивает: увеличение количества жидкой фазы в структуре керамического изделия, интенсивность пирогенного спекания керамического кирпича, снижение температуры обжига на 50 °С.

Достижение улучшенных физико-механических показателей объясняется тем, что в результате ввода в керамическую шихту предварительно химически обработанного карбонатсодержащего отхода бурения (ОКОБ) в процессе обжига отпрессованного изделия-сырца при температуре 260 °С растворы MgСl₂[OH₂] и СаСl₂[OH₂] обезвоживаются, и на первом этапе при температуре от 500 до 580 °С MgСl_{2 ,}и далее в интервале от 772 до 782 °С СаСl₂ вовлекаются в ранее образованный за счет легкоплавких эвтектик щелочных металлов расплав, увеличивая объем жидкой фазы, что приводит к снижению температуры процесса декарбонизации кальцита, содержащегося в легкоплавком суглинке с 870 до 820 °С, при одновременном распаде метакаолинита из ОКОБ с образованием γ-Al₂O₃ и SiO₂. Формирование расплава и его обогащение щелочными оксидами, переход Fe²⁺→ Fe³⁺ в продуктах разрушения суглинка и обработанного 6 %-ным раствором НСl КОБ определяют понижение температуры экзоэффекта с 920 до 870 °С, который обусловлен взаимодействием продуктов разрушения метакаолинита с СаО, образованием кристаллов железосодержащих твердых растворов сложного состава, силикатов и алюмосиликатов кальция. По данным рентгенофазового анализа образца с содержанием 35 % обработанного КОБ наряду с кварцем, гематитом отмечаются дифракционные пики фазы анортита CaAl₂[Si₂O₈] (d: 0,404; 0,362, 0,318; 0,295 нм), геденбергита CaFe[Si₂O₆], (d: 0,309; 0,250; 0,221, 0,187 нм) твердых растворов сложного состава с волластонитовой структурой типа Са(Мg0,41Fe0,59)⋅[Si₂O₆] (d: 0,295; 0,259; 0,257; 0,254, 0,181 нм), которая устойчива при температуре ниже 1000 °С. Растворы сложного состава являются продуктами раскристаллизации расплавов при спекании керамических масс. Отклонения от теоретического состава чистого волластонита объясняются изоморфным замещением Са²⁺ионами Fe²⁺, Mg²⁺ и др. Кристаллизация твердого раствора сложного состава обусловлена ранней декарбонизацией и разрушением двойных карбонатов при температуре 820 °С, образованием СаО. Данные фазовые и структурные изменения определяют повышение предела прочности при изгибе и сжатии образцов на основе легкоплавкого умеренно-пластичного суглинка и обработанного КОБ.

На фигуре представлена схема организации хранилища для обработки КОБ.

Хранилище для обработки КОБ включает оросительную систему, с возможностью перемещения по всей длине котлована, и резервуар с 6,0 %-ным раствором соляной кислоты, соединенный с оросительной системой.

Способ осуществляется следующим образом.

Например, на стадии хранения в шламовых амбарах, на предварительно отведенной территории разрабатывается котлован глубиной от 1,4 до 1,5 м и площадью днища 10х30 м, с последующим устройством по днищу и откосам геомембранного покрытия толщиной пленки 1,0 мм, в качестве изоляционного слоя с химической стойкостью к кислотам и щелочам.

Карбонатсодержащий отход бурения перемещается из шламового амбара и складируется непосредственно в котлован хранилища с последующим его разравниванием фронтальным погрузчиком на площади 1х10 м толщиной от 0,15 до 0,2 м и равномерным распылением по поверхности 6,0 % раствора соляной кислоты в количестве от 18 до 20 литров на 1м³ карбонатсодержащего отхода бурения. Температура окружающей среды должна быть не ниже от +3 до +5 °С. Поверх увлажненного слоя распределяется следующий слой отхода бурения толщиной от 0,15 до 0,2 м и снова равномерно орошается тем же количеством раствора. Операция набрасывания слоя минерального карбонатсодержащего отхода бурения и его увлажнение повторяются от 5 до 7 раз, пока общая высота штабеля составит от 1,4 до 1,5 м. С определенным шагом по высоте штабеля в него помещаются термонагревательные установки - электроды, обеспечивающие подогрев до температуры от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и штабель накрывается пологом. После этого нагрев прекращается, и карбонатсодержащий отход бурения остается в покое в течение 1-2 суток для полного разрушения структуры карбонатных пород. После химической обработки отход бурения (ОКОБ) просеивается через вибросито с отверстиями 0,63 - 1 мм и поступает на склад завода по производству кирпича.

Предварительно обработанный отход бурения в составе шихты в количестве 45 - 30 % и легкоплавкий умеренно-пластичный суглинок 55 – 70 % смешивали, после чего осуществляли сухой помол в шаровой мельнице в течение 120 минут с последующим затворением шихты водой в количестве 8 %. Формование изделий проводили методом полусухого прессования при давлении 20 МПа, с последующей сушкой при температуре от 90 до 100 °С в течение 3,5 часа до постоянной влажности 3 % и обжигом при температуре от 1000 до 1050 °С в течение 6-ти часов с изотермической выдержкой 1,5 часа.

Способ осуществляли трижды при разных температурах сушки и обжига: 1. сушка с температурой 90 °С и обжиг при 1000 °С;

2. сушка с температурой 95 °С и обжиг при 1025 °С;

3. сушка с температурой 100 °С и обжиг при 1050 °С.

4. сушка с температурой 90 °С и обжиг при1000 °С

прототип. сушка с температурой 90 °С и обжиг при 1100 °С

В таблице 3 приведены составы сырьевых масс для изготовления изделий строительной керамики.

Таблица 3 - Составы сырьевых масс

Название компонентов	Содержание компонентов, масс. %
Название компонентов	Предлагаемая масса	Прототип
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5	6
Легкоплавкий суглинок	70	65	60	55	60
Обработанный КОБ 3,0% р-ром HCl					40
Обработанный КОБ 6,0% р-ром HCl	30	35	40	45	-

В таблице 4 приведены физико-механические свойства изделий по предлагаемому способу при разных режимах из предлагаемых керамических смесей и прототипа.

Таблица 4 - Физико-механические свойства изделий после обжига

Показатели	Номер массы/номер режимов способа
Показатели	1	2	3	4	Прото-тип
1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Усадка общая, %	7,80	7,82	7,84	7,98	7,92	7,94	8,56	8,58	8,57	7,95	7,91	7,97	10,1
Коэффициент чувствительности к сушке	0,20	0,17	0,19	0,19	0,18	0,16	0,22	0,20	0,21	0,12	0,13	0,12	0,51
Средняя плотность, г/см³	1,87	1,89	1,88	1,87	1,86	1,88	1,85	1,87	1,89	1,82	1,84	1,84	1,6

Продолжение таблицы 4

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Водопоглощение, %	11,94	11,89	11,91	18,91	18,98	18,90	14,01	14,12	14,08	12,09	12,45	12,34	13,92
Предел прочности при сжатии, МПа	25,4	25,6	25,7	18,2	18,6	18,1	21,1	21,9	21,4	26,1	26,5	26,3	19,5
Предел прочности при изгибе, МПа	2,40	2,41	2,45	2,73	2,70	2,70	2,87	2,91	2,86	2,93	2,91	2,90	2,2
Морозостойкость, циклы	75	75	75	75	75	75	65	65	65	80	90	90	75

В качестве прототипа приведены данные образцов, полученных по технологии прототипа. Образы были изготовлены в соответствии с технологией, принятой на предприятиях строительной керамики. Испытания на прочность проводились по стандартной методике (ГОСТ 7025-91) на гидравлическом прессе. Среднюю плотность определяли с помощью электронных весов по ГОСТ 7025-91. Общую усадку, коэффициент чувствительности к сушке, водопоглощение определяли в соответствии с ГОСТ 27180-2001, ГОСТ 7025-91. Морозостойкость исследовали по ГОСТ 7025-91. В каждой серии опытов для определения физико-механических свойств изготавливалось по 4 вида образцов стандартной формы (кубики, плиточки), которые усреднялись.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый способ с использованием обработанного КОБ позволяет получить изделия строительной керамики высокой прочности, низкой усадкой в процессе сушки и обжига, меньшей склонностью к трещинообразованию при сушке и улучшенными показателями водопоглощения, средней плотности, морозостойкости.

Способ получения изделий строительной керамики, включающий помол сырьевых материалов: умеренно-пластичный легкоплавкий суглинок 55 – 70 % и карбонатсодержащий отход бурения 45 – 30 %, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку, обжиг, отличающийся тем, что минеральный карбонатсодержащий продукт отхода бурения предварительно проходит химическую обработку 6 %-ным раствором соляной кислоты на амбаровых площадках, при этом расход составляет от 18 до 20 литров на 1 м³карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя толщиной от 0,15 до 0,2 м, температуры окружающей среды не ниже от +3 до +5 °С, прогрева в интервале температур от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и последующей выдержки в течение от 1 до 2 суток.

Изобретение относится к изготовлению клинкерного и облицовочного кирпича и камня методом полусухого формования. Технический результат заключается в повышении прочности и морозостойкости керамических изделий.

Способ изготовления облицовочных керамических изделий // 2746607

Изобретение относится к производству строительной керамики и может быть использовано при изготовлении облицовочных керамических изделий: плиток, плит, кирпичей и блоков для внутренней и наружной отделки стен зданий. Технический результат изобретения - повышение прочности и снижение водопоглощения керамических изделий.

Способ получения керамического кирпича // 2742166

Изобретение относится к производству искусственных керамических камней и может быть использовано при изготовлении огнеупорного кирпича. Технический результат заключается в повышении прочности и морозостойкости изделий.

Способ сушки отформованного кирпича-сырца // 2742163

Изобретение относится к технологии производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из грубодисперсной строительной керамики - кирпич, дренажные трубы и тому подобное. Технический результат - существенное упрощение реализации способа сушки.

Сырьевая смесь для получения изделий стеновой керамики и дорожного клинкерного кирпича // 2740965

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к промышленности изделий стеновой керамики и дорожного клинкерного кирпича, и может быть использовано для получения керамических камней, рядового кирпича, лицевого и клинкерного кирпича, в том числе по технологии мягкого формования.

Керамическая масса светлого тона для лицевого кирпича // 2740650

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве керамических строительных материалов, например, для лицевого кирпича, черепицы, облицовочной керамической плитки светлого тона из кембрийской глины. Техническим результатом изобретения является снижение коэффициента теплопроводности черепка и температуры обжига керамического кирпича.

Способ получения керамического лицевого кирпича // 2739441

Способ получения керамического лицевого кирпича предназначен для изготовления строительных материалов. Способ заключается в подготовке глинистой сырьевой массы, введении добавок, формировании из полученной шихты изделий, в сушке их и обжиге.

Способ контроля сушки керамических изделий // 2738532

Изобретение относится к области техники, связанной с обжигом природных материалов и изделий из них, и может быть использовано при производстве строительных материалов, в частности керамических кирпичей. Способ контроля сушки керамических изделий, предусматривающий определение скорости и температуры теплоносителя, определение места нахождения тележек с керамическими изделиями в сушильной печи, визуальное выявление дефектов в изделиях и передачу данных о тележках с дефектными изделиями в компьютер для последующего контроля за движением таких тележек по сушильной печи, причем при выявлении дефектов в изделиях скорость и/или температуру теплоносителя в сушильной печи изменяют, а за выявленными дефектами в изделиях осуществляют визуальный контроль, в котором визуальный контроль изделий осуществляют посредством перемещаемой с тележкой беспроводной видеокамеры, с помощью которой получают изображение поверхностей кирпича, которое передают в компьютер, где производят обработку упомянутого изображения, для распознавания на нем дефектных участков, для чего полученное изображение разбивают на фрагменты заданных размеров, для каждого фрагмента строят гистограмму распределения векторов градиентов яркостей во всех точках фрагмента, полученную гистограмму подают на вход предварительно обученной нейронной сети, с помощью которой каждый фрагмент классифицируют, относя его к одному из двух классов: трещины, зависящие от режимов сушки кирпича, или дефекты, не зависящие от режимов сушки кирпича, при этом за выявленными дефектами в процессе дальнейшей сушки производится автоматическое непрерывное наблюдение, и в случае динамического изменения выявленных дефектов, нейронная сеть из своей базы знаний вырабатывает рекомендации оператору, который в соответствии с поступившими к нему рекомендациями осуществляет изменение режимов сушки (влажности и температуры), до прекращения роста выявленных дефектов, после чего скорость, температуру и влажность теплоносителя поддерживают в режиме, установленном после прекращения появления или роста дефектов.

Шихта для изготовления строительного кирпича // 2736598

Изобретение относится к производству строительных материалов, в том числе для получения керамического кирпича, и может быть использовано для изготовления различных жаростойких бетонов. Технический результат заключается в повышении прочности и морозостойкости строительного кирпича.

Состав формовочного материала для керамической плитки // 2730140

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к самоочищающимся формованным материалам. Состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину, дополнительно включает силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция, причем глину бентонитовую, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина бентонитовая 35-50, силикат кальция 25-30, алюмокалиевые квасцы 15-20, оксид кальция 10-15.

Способ обогащения каолинового сырья и устройство для его реализации // 2748082

Предложенная группа изобретений относится к области обогащения неметаллорудных полезных ископаемых, содержащих минерал каолинит, в водной среде и может быть использована для получения концентратов, пригодных для использования в керамической, металлургической и строительной промышленности в качестве сырья для производства глинозема, огнеупоров и строительных материалов.