Керамическая масса

Изобретение относится к области технологии строительных материалов и может быть использовано для производства строительных керамических изделий. Технический результат заключается в получении сырьевой массы для производства керамических изделий, удовлетворяющих требованиям ГОСТа, расширении сырьевой базы, утилизации твердых коммунальных отходов. Керамическая масса, включающая глинистое сырье и мелкодисперсную добавку с размером частиц не более 0,1 мм, в качестве которой используют помол термообработанных путем сушки с последующим обжигом при температуре 1000°С, предварительно размолотых и перемешанных твердого остатка пиролиза частично-сортированных твердых коммунальных отходов и легкоплавкой глины при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%: твердый остаток пиролиза частично-сортированных

твердых коммунальных отходов 20; легкоплавкая глина 80, а в качестве глинистого сырья используют предварительно размолотую легкоплавкую умеренно-пластичную глину с размером частиц не более 0,1 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкая умеренно-пластичная глина 60-70; мелкодисперсная добавка 40-30. 2 табл.

 

Изобретение относится к области технологии строительных материалов и может быть использовано для производства строительных керамических изделий.

Широко известно использование при производстве строительных керамических изделий отходов промышленности - различных видов золы, получаемые как продукт сжигания топлива на ТЭЦ, ТЭС, предприятиях металлургической промышленности, что не только уменьшает себестоимость строительных материалов, но и позволяет существенно снизить загрязнение окружающей среды.

Известна керамическая масса для изготовления кирпича, (Патент на изобретение РФ №2099306, МПК 6 С04В 33/00, 1997 г.), включающая, мас. %: глина 92-98, отходы обогащения медных руд 2-8.

Известна керамическая масса (Патент на изобретение РФ №2270178, МПК С04В 33/00, 2006 г.), включающая мас. %: глинистое легкоплавкое сырье 83-85, термообработанные до полного выжигания примесей угля и органических примесей и до полного перехода пирита в Fe2O3: углесодержащая тугоплавкая глина 8,5-10 и низкокальциевая буроугольная зола 2,0-5; стеклобой 0,9-1,5, вермикулитовый вспученный песок фракции 0-1,25 мм 1,5-2,0, пластификатор - отход производства мела, содержащий гидратную известь 48-49 мас. % - 0,1-0,5.

Известна керамическая масса, (Патент на изобретение РФ №2272798, МПК С04В 33/00, 2006 г.), предназначенная для изготовления стеновых изделий (кирпичей, камней), включая суглинок тяжелый, глину с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей (более 2 мас. % в пересчете на ион SO₃-2) и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства - слюдосодержащий кварцевый песок - отход угледобычи, фракции 0-0,315 мм, с содержанием пылевидной фракции 0-0,14 мм 35-50 мас. % при следующем соотношении компонентов, мас. %: суглинок тяжелый 72-80, указанная глина 10-17, указанный кварцевый песок 10-11, причем указанный кварцевый песок содержит 95-98 мас. % кварца и 0,5-3 мас. % слюды.

Недостатками указанных керамических масс является то, что изделия из них обладают относительно невысокими прочностными характеристиками.

Известна керамическая масса, (Патент на изобретение РФ №2496742, МПК С04В 33/135, 2013 г.), принятая за прототип, включающая глинистое сырье и мелкодисперсную тугоплавкую добавку с размерами частиц меньше 0,315 мм, причем, что в качестве глинистого сырья используют легкоплавкую глину, а в качестве мелкодисперсной тугоплавкой добавки - техногенный отход, состоящий из золы-уноса ТЭС, (мас. %) - 80 и пылеуноса печей кальцинации глинозема - 20, с соотношением SiO₂:Al₂O₃=1:1 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

легкоплавкая глина	85-90,
указанный техногенный отход	10-15.

Недостатками прототипа являются повышенное содержание глины, что приводит к увеличению затрат сырьевых ресурсов, а так же использование тугоплавкой добавки, что повышает температуру обжига и ведет к увеличению энергозатрат на процесс.

Достоинством приведенных технических решений является утилизация техногенных отходов, однако в настоящее время образуется большой объем другого вида отходов - это продукты жизнедеятельности городских коммунальных хозяйств больших и средних городов - твердые коммунальные отходы (ТКО). Ориентировочный морфологический и физико-химический состав ТКО городов России, расположенных в разных климатических зонах представлен в Приложении 3 Методических рекомендациях по формированию тарифов на услуги по уничтожению, утилизации и захоронению твердых бытовых отходов, Москва, 2003 г. (http://gostrf.com/norma_data/41/41978/index.htm). При содержании в ТКО до 70% органической (горючей) фракции отдают предпочтение переработке термическими методами. Перспективным вариантом является технология пиролиза (термической деструкции) ТКО, позволяющая не только значительно уменьшить количество отходов, требующих захоронения, а также получить из них альтернативные виды энергоносителей.

Задачей настоящего изобретения является применение продуктов утилизации ТКО в строительной отрасли на основе использования современных безотходных экологически безопасных технологий переработки ТКО.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение сырьевой массы для производства керамических изделий, удовлетворяющих требованиям ГОСТа, расширение сырьевой базы, утилизация твердых коммунальных отходов.

Технический результат достигается тем, что керамическая масса, включающая глинистое сырье и мелкодисперсную добавку с размером частиц не более 0,1 мм, в качестве которой используют помол термообработанных путем сушки с последующим обжигом при температуре 1000°С, предварительно размолотых и перемешанных твердого остатка пиролиза частично-сортированных твердых коммунальных отходов и легкоплавкой глины при следующем соотношении компонентов добавки, мас. %:

твердый остаток пиролиза частично-сортированных
твердых коммунальных отходов	20;
легкоплавкая глина	80,

а в качестве глинистого сырья используют предварительно размолотую легкоплавкую умеренно-пластичную глину с размером частиц не более 0,1 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

легкоплавкая умеренно-пластичная глина	60-70;
мелкодисперсная добавка	40-30.

Керамическую массу получают следующим образом.

Сортируют ТКО, удаляя из них пластик и полимеры, так как они не пригодны в полной мере для технологии пиролиза. Пиролиз частично-сортированных ТКО проводят при температуре 700°С. Продукты, получаемые в результате пиролиза, не содержат в себе агрессивных веществ. Пиролиз ТКО сопровождается образованием газовой фазы (пиролизный газ) и углеродистого порошкообразного остатка (твердый остаток пиролиза). Пиролизный газ может быть использован как энергетическое или энерготехнологическое топливо, а твердый остаток пиролиза измельчают до получения тонкодисперсного порошка с размером частиц не более 0,1 мм. Легкоплавкую глину измельчают до размеров кусков 3-10 мм, сушат при температуре 80°С до влажности 3%, размалывают до получения частиц размером не более 0,1 мм. Перемешивают полученные порошки в пропорции: твердый остаток пиролиза частично-сортированных ТКО 20% и легкоплавкая глина 80%, с увлажнением до 10% для получения однородной смеси. Увлажненную порошковую смесь формуют и высушивают при температуре 100°С до влажности 3%, а затем обжигают при температуре 1000°С.Осуществляют помол обожженной порошковой смеси, получая мелкодисперсную добавку с размером частиц не более 0,1 мм. Полученную мелкодисперсную добавку используют в качестве отощителя. Для получения керамической массы предварительно размалывают легкоплавкую умеренно-пластичную глину до частиц размером не более 0,1 мм, затем смешивают с мелкодисперсной добавкой, при следующем соотношении: легкоплавкая умеренно-пластичная глина 60-70% и мелкодисперсная добавка40-30%, смесь увлажняют до 10%.

Из полученной керамической массы формируют изделия при давлении 25 МПа с выдержкой 15 сек, которые высушивают при температуре 100°С, а потом обжигают при температуре 1050°С.

Пример.

Для приготовления мелкодисперсной добавки использовали частично-сортированные ТКО среднего морфологического состава (без пластика), при следующем соотношении компонентов, мас. %:

пищевые отходы	48,6;
бумага и картон	41,7;
текстиль	6,9;
дерево	1,4;
кожа и резина	1,4.

В пиролизной печи осуществили пиролиз частично-сортированных ТКО указанного состава при температуре 700°С.Образовавшийся твердый остаток пиролиза измельчали при помощи шаровой мельницы до получения тонкодисперсного порошка с размером частиц не более 0,1 мм. Энергодисперсионный анализ твердого остатка пиролиза ТКО осуществляли с помощью энергодисперсионного спектрометра на основе безазотного детектора Х-Мах компании «Oxford instruments», смонтированного на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Vega 3SBH. Элементный состав твердого остатка пиролиза частично-сортированных ТКО указанного состава по результатам энергодисперсионного анализа приведен в таблице №1. Легкоплавкую глину измельчали при помощи камневыделительных вальцов до размеров кусков 3-10 мм, тонкий помол и сушку осуществляли в тангенциальной молотковой мельнице типа ММТ до влажности 3% и получения частиц размером не более 0,1 мм. Подготовленные компоненты мелкодисперсной добавки дозировали в требуемых количествах: твердый остаток пиролиза частично сортированных твердых коммунальных отходов - 20%, легкоплавкая глина - 80%, и в лопастном двухвальном смесителе перемешивали их до получения однородной смеси. Увлажненную до 10% порошковую смесь формовали в брикеты на гидравлическом прессе при давлении 15 МПа и высушивали в сушилке при температуре 100°С до влажности 3%, а затем обжигали в печи при температуре 1000°С. После обжига зернистый материала размалывали до частиц размером не более 0,1 мм, получая мелкодисперсную добавку. Для приготовления керамической массы использовали легкоплавкую умеренно-пластичную глина группы монтмориллонита. Предварительно размолотую легкоплавкую умеренно-пластичную глину с размером частиц не более 0,1 мм и мелкодисперсную добавку дозировали в требуемых количествах, смешивали и увлажняли до 10%. Из полученной массы при помощи гидравлического пресса формировали образцы при давлении 25 МПа с выдержкой 15 сек, которые высушивали при температуре 100°С, а потом обжигают при температуре 1050°С.

После обжига проводили испытания образцов в соответствии с требованиями действующих нормативных документов. В таблице №3 представлены составы керамической массы и результаты испытаний образцов. Как видно из таблицы №3, полученные керамические изделия соответствуют гарантированной марке Μ 200. Средняя плотность составляет 1740 кг/м³, что соответствует 2 классу по средней плотности изделия (ГОСТ 530-2012).

Таким образом, применение предлагаемой керамической массы позволяет получить строительные керамические изделия, удовлетворяющие требованиям ГОСТа, расширить сырьевую базу и утилизировать твердые коммунальные отходы.

Керамическая масса, включающая глинистое сырье и мелкодисперсную добавку, отличающаяся тем, что в качестве мелкодисперсной добавки с размером частиц не более 0,1 мм используют помол термообработанных путем сушки с последующим обжигом при температуре 1000°С, предварительно размолотых и смешанных твердого остатка пиролиза частично-сортированных твердых коммунальных отходов и легкоплавкой глины при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%:

твердый остаток пиролиза частично-сортированных
твердых коммунальных отходов	20
легкоплавкая глина	80,

а в качестве глинистого сырья используют предварительно размолотую легкоплавкую умеренно-пластичную глину с размером частиц не более 0,1 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

легкоплавкая умеренно-пластичная глина	60-70
мелкодисперсная добавка	40-30