Керамическая масса для получения клинкерного кирпича

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий клинкерной керамики. Керамическая масса включает техногенные отходы горно-металлургического комплекса. В качестве техногенных отходов горно-металлургического комплекса она содержит отвальный шлак медно-никелевого производства усредненного состава, мас. %: MgO - 13.31; SiO₂ - 40.67; FeO - 23.51; Fe₂O₃ - 12.00; Al₂O₃ - 6.03; СаО - 2.09; Na₂O - 1.04; TiO₂ - 0.71; K₂O - 0.53; MnO - 0.11, хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд усредненного состава, мас. %: Al₂O₃ - 21.17; SiO₂ - 40.95; Na₂O - 10.13; K₂O - 5.85; СаО - 6.01; FeO - 2.63; Fe₂O₃ - 5.85; TiO₂ - 2.53; P₂O₅ - 2.20; MgO - 1.19; MnO - 0.27; SrO - 0.22; п.п.п. - 1.00, отходы обогащения железистых кварцитов усредненного состава, мас. %: SiO₂ - 63.31; Al₂O₃ - 4.16; FeO - 2.16; Fe₂O₃ - 20.84; СаО - 3.71; MgO - 3.22; Na₂O - 1.00; K₂O - 0.75; TiO₂ - 0.12; P₂O₅ - 0.10; MnO - 0.13; SO₃ - 0.10; п.п.п. - 0.40, при следующем соотношении компонентов, мас. %: отвальный шлак медно-никелевого производства - 38-42; хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд - 38-42; отходы обогащения железных руд - 16-24. Изобретение позволяет повысить прочность при сжатии и изгибе получаемого клинкерного кирпича, повысить его морозостойкость, а также расширить сырьевую базу и улучшить экологическую обстановку за счет использования отходов горно-металлургического комплекса. 2 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий клинкерной керамики.

Одним из перспективных направлений использования отходов горно-металлургического комплекса является получение керамических строительных материалов: стеновых, облицовочных и тротуарных изделий. Утилизация отходов в строительные материалы направлена на решение социальных и экологических проблем, улучшение жилищных условий населения, создание дополнительных рабочих мест. Применение вторичного сырья снижает потребность в первичных минерально-сырьевых ресурсах, отпадает необходимость в специализированных карьерах по разработке глин, нарушении природных ландшафтов. Утилизация отходов в промышленности строительных материалов решает не только экологические, но и экономические задачи, поскольку сырье из отходов для производства стеновой керамики в 2-3 раза дешевле, чем природное.

Известна сырьевая смесь для изготовления керамических изделий различного назначения, преимущественно лицевого и клинкерного кирпича, по патенту РФ на изобретение №2515107 от 23.05.2012 г. Сырьевая смесь включает глину монтмориллонитового типа и трепел при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина монтмориллонитового типа - 30-50; трепел - 50-70. При этом используют глину монтмориллонитового типа следующего состава, мас. %: монтмориллонит - 44-46, гидрослюда - 5-7, каолинит - 5-7, кварц - 43-45, кальцит - 0,5-1,5, а в химический состав трепела входят оксиды SiO₂ - 70,05-71,85%; Al₂O₃ - 8,68-9,73%; Fe₂O₃ - 3,62-3,91%; СаО - 3,79-4,21%; MgO - 1,28-1,29%; Na₂O - 0,15-0,16%; K₂O -2,01-2,06% следующего минералогического состава, мас. %: цеолит - 30-32; опал-кристобалит - 29-31; гидрослюда - 18-19; монтмориллонит - 10-12; кварц - 7-8; кальцит - 1-2, указанного ниже зернового состава: размер частиц 1,0-0,063 мм - 10-30%; 0,063-0,005 мм - 31-38%; менее 0,005 - 40-52%.

Недостатком данной керамической массы является использование в ее составе первичного сырья - глин и трепелов. Недостатками также являются относительно невысокая прочность керамических изделий при сжатии - 23,7-49,2 МПа и изгибе - 5,3-9,3 МПа.

Известна также керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая аргиллит и воду, по патенту РФ на изобретение №2646261 от 27.03.2017 г. Она содержит аргиллит, измельченный до размера менее 1,0 мм при содержании фракции 0-0,5 мм не менее 80%, и дополнительно апатитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас. %: аргиллит 76,5-83,5, апатитовый концентрат 0,5-5,5, вода 16,0-18,0. Недостатком является использование в смеси апатитового концентрата - продукта переработки апатит-нефелиновых руд, высококачественного фосфатного сырья, используемого для производства минеральных удобрений и фосфорных соединений.

Известен также принятый в качестве прототипа способ получения клинкерного кирпича по патенту РФ на изобретение №2549641 от 11.02.2014 г. В нем в качестве компонента сырьевой смеси используются отходы горно-металлургического комплекса - хвосты извлечения кобальтового концентрата. Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича включает следующие компоненты, мас. %: цеолитсодержащая порода - 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°С, минералогическим составом, включающим ортоклаз, кварц, глинистые минералы, железистые соединения и карбонаты, химическим составом, включающим, мас. %: SiO₂ - 32,72; Al₂O₃ - 9,33; Fe₂O₃ - 10,00; СаО - 15,47; MgO - 12,01; R₂O - 2,30; п.п.п. - 17,80. Недостатком данного способа является необходимость тонкого помола сырьевых материалов в шаровых мельницах до конечного остатка на сите №0063 не более 3% с дальнейшим обезвоживанием шликера в башенной распылительной сушилке до пресс-порошка влажностью 6-8%. Максимальная прочность при сжатии изделий составляет 87,4 МПа, что также относится к недостаткам способа.

Настоящее изобретение направленно на достижение технического результата, заключающегося в повышении прочности при сжатии и изгибе получаемых керамических материалов. Технический результат заключается также в повышении морозостойкости клинкерной керамики. Кроме того, технический результат заключается в расширении сырьевой базы и улучшении экологической обстановки за счет использования техногенных отходов горно-металлургического комплекса.

Технический результат достигается за счет того, что керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича включает следующие техногенные отходы горно-металлургического комплекса: отвальный шлак медно-никелевого производства усредненного химического состава, мас. %: MgO - 13,31; SiO₂ - 40,67; FeO - 23,51; Fe₂O₃ - 12,00; Al₂O₃ - 6,03; CaO - 2,09; Na₂O - 1,04; TiO₂ - 0,71; K₂O - 0,53; MnO - 0,11, хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд усредненного состава, мас. %: Al₂O₃ - 21,17; SiO₂ - 40,95; Na₂O - 10,13; K₂O - 5,85; СаО - 6,01; FeO - 2,63; Fe₂O₃ - 5,85; TiO₂ - 2,53; P₂O₅ - 2,20; MgO - 1,19; MnO - 0,27; SrO - 0,22; п.п.п.- 1,00,

отходы обогащения железистых кварцитов усредненного состава, мас. %: SiO₂ - 63,31; Al₂O₃ - 4,16; FeO - 2,16; Fe₂O₃ - 20,84; CaO - 3,71; MgO - 3,22; Na₂O - 1,00; K₂O - 0,75; TiO₂ - 0,12; P₂O₅ - 0,10; MnO - 0,13; SO₃ - 0,10; п.п.п. - 0,40, а соотношение компонентов составляет, мас. %:

отвальный шлак медно-никелевого производства	38-42
хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд	38-42
отходы обогащения железистых кварцитов	16-24

Технический результат достигается также тем, что в процессе обжига при перекристаллизации основного компонента отвального шлака медно-никелевого производства - магнезиально-железистого стекла оливинового состава происходит образование и увеличение содержания гематита, кристаллы которого оказывают армирующее действие. Наличие в составе шлака фаз со структурой шпинели (магнетита, магнезиоферрита) также способствует повышению прочности при сжатии и изгибе. При обжиге керамической массы интенсивно происходит синтез полевых шпатов за счет взаимодействия нефелина - основного компонента хвостов обогащения апатит-нефелиновых руд и кварца - основного компонента отходов обогащения железистых кварцитов, которые способствуют образованию легкоплавких эвтектик и появлению большого количества расплава. Это обеспечивает синтез керамического материала более плотной структуры, что также влечет за собой повышение прочности при сжатии и изгибе, а также морозостойкости за счет низкого водопоглощения.

Технология изготовления керамической массы проводится по следующей схеме.

Сырьевые компоненты измельчают до удельной поверхности 3000 см²/г.Смесь тщательно гомогенизируют, увлажняют до оптимальной влажности 6-8%. Далее из сырьевой смеси формуют изделия прессованием при удельном давлении 20-100 МПа. На следующей стадии процесса проводят сушку отформованных изделий при температуре 100-110°С в течение 7-8 часов. На следующем этапе ведут обжиг изделий при температуре 1050-1100°С в течение 1-1,5 часов.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении прочности при сжатии и изгибе получаемого клинкерного кирпича, повышении его морозостойкости, а также расширении сырьевой базы и улучшении экологической обстановки за счет использования отходов горно-металлургического комплекса.

Сущность и преимущества заявляемого изобретения могут быть проиллюстрированы следующими Примерами 1-5, представленными в Таблицах. Как видно, получен стеновой клинкерный кирпич (Пример 2) и дорожный клинкерный кирпич (Примеры 3-5).

Керамическая масса для получения клинкерного кирпича, включающая техногенные отходы горно-металлургического комплекса, отличающаяся тем, что в качестве техногенных отходов горно-металлургического комплекса она содержит отвальный шлак медно-никелевого производства усредненного состава, мас. %: MgO - 13.31; SiO₂ - 40.67; FeO - 23.51; Fe₂O₃ - 12.00; Al₂O₃ - 6.03; CaO - 2.09; Na₂O - 1.04; TiO₂ - 0.71; K₂O - 0.53; MnO - 0.11, хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд усредненного состава, мас. %: Al₂O₃ - 21.17; SiO₂ - 40.95; Na₂O - 10.13; K₂O - 5.85; CaO - 6.01; FeO - 2.63; Fe₂O₃ - 5.85; TiO₂ - 2.53; P₂O₅ - 2.20; MgO - 1.19; MnO - 0.27; SrO - 0.22; п.п.п. - 1.00, отходы обогащения железистых кварцитов усредненного состава, мас. %: SiO₂ - 63.31; Al₂O₃ - 4.16; FeO - 2.16; Fe₂O₃ - 20.84; CaO - 3.71; MgO - 3.22; Na₂O - 1.00; K₂O - 0.75; TiO₂ - 0.12; P₂O₅ - 0.10; MnO - 0.13; SO₃ - 0.10; п.п.п. - 0.40, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отвальный шлак медно-никелевого производства	38-42
хвосты обогащения апатит-нефелиновых руд	38-42
отходы обогащения железных руд	16-24