Керамическая масса для получения кирпича

Изобретение относится к области производства керамического кирпича на основе отхода никелевого производства. Технический результат - повышение прочности на сжатие и на изгиб, повышение морозостойкости. Керамическая масса для получения кирпича включает, мас.%: легкоплавкую глину Халиловского месторождения 44-64; никелевый шлак комбината «Южуралникель» 36-56. Легкоплавкая глина Халиловского месторождения содержит, мас.%: SiO₂ 49,5; Al₂O₃ 20,79; Fe₂О_3общ 7,04; МgO 2,75; СаО 2,71; K₂O 1,74; TiO₂ 1,07; Na₂O 0,53; MnO 0,086; P₂O₅ 0,26; S_общ 0,056; п.п.п. 13,468. Никелевый шлак комбината «Южуралникель» содержит, мас.%: SiO₂ 48,79; СаО 18,36; МgO 13,15; Fe₂О_3общ 11,28; Al₂O₃ 5,9; MnO 0,334; K₂O 0,25; TiO₂ 0,24; P₂O₅ 0,24; Na₂O 0,21; S_общ 0,186; п.п.п. 1,06. 3 табл.

 

Изобретение относится к производству стеновых керамических изделий и может быть использовано в технологии изготовления керамического кирпича.

Известна керамическая масса для изготовления строительных изделий, преимущественно облицовочной плитки следующего состава, мас. %: глина 14,0-40,0; шлак никелевого производства 51,0-78,0; вода-остальное (SU606841U, опубл. 15.05.1978). Недостатками данного изобретения является сравнительно низкая прочность на сжатие (20,2-31,2МПа) и морозостойкость изделий (75-120 циклов).

Наиболее близкой к заявленной керамической массе для получения кирпича является сырьевая смесь для изготовления облицовочной плитки, содержащая глину, шлак никелевого производства, воду, дополнительно включает шлак свинцовой плавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина - 43,0-48,0; шлак никелевого производства - 36,0-38,0; шлак свинцовой плавки - 8,0-10; вода - 6,0-11,0. (RU2358947C1, опубл. 20.02.2008).

Из керамической массы данного состава были изготовлены образцы и определены их физико-механические и декоративные свойства. Полученные из керамической массы образцы показали сравнительно низкую прочность на сжатие (25,3 МПа) и морозостойкость (200-220 циклов) (см. Табл.3).

Технической задачей является изготовление керамической массы для получения кирпича, характеризующейся повышенной механической прочностью и морозостойкостью.

Техническая задача решается тем, что керамическая масса для получения кирпича включает глину Халиловского месторождения и добавку, а именно шлак никелевого производства комбината «Южуралникель» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина	44-64
Никелевый шлак	36-56

Используемая добавка - шлак никелевого производства имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ - 48,79; СаО - 18,36; МgO - 13,15; Fe₂О_3общ -11,28; Al₂O₃ - 5,9; MnO - 0,334; K₂O - 0,25; TiO₂ - 0,24; P₂O₅ - 0,24; Na₂O - 0,21; S_общ - 0,186; п.п.п.-1,06. В качестве глинистого сырья используется легкоплавкая глина Халиловского месторождения с числом пластичности 25, содержащая, мас.%: SiO₂ - 49,5; Al₂O₃ - 20,79; Fe₂О_3общ - 7,04; МgO - 2,75; СаО - 2,71; K₂O -1,74; TiO₂ - 1,07; Na₂O - 0,53; MnO - 0,086; P₂O₅ - 0,26; S_общ - 0,056; п.п.п.- 13,468.

Для получения изделий из разработанной керамической массы применялась традиционная технология производства кирпича. Глина предварительно обезвоживалась в сушильном шкафу при температуре 100-110 ^оС до постоянной массы, затем подвергалась тонкому помолу в лабораторной шаровой мельнице до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,315 мм. Отдельно подготовленный по аналогичной методике шлак просеивался до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,1 мм. Компоненты дозировались, перемешивались первоначально всухую, а затем масса увлажнялась до формовочной влажности 22 % и вылеживалась в эксикаторе в течение суток для равномерного распределения влаги и набухания глинистых частиц. Из приготовленной массы формовались образцы с помощью специальной формы - кубиков размером 20х20х20 мм. Затем образцы высушивались в сушильном шкафу и обжигались в лабораторной муфельной электропечи при температуре 1050 ^оС

В таблице 1 приведены составы предлагаемых керамических масс и прототипа. В таблице 2 представлены химические составы предлагаемых керамических масс и прототипа.

Таблица 1 Составы керамических масс

Компонент	Содержание компонента для составов, % по массе
	Прототип в пересчете на сухое вещество	Предлагаемая керамическая масса
1	2	3
Глина	48	64	54	44
Никелевый шлак	43	36	46	56
Шлак свинцовой плавки	9	-	-	-

Таблица 2 Химические составы предлагаемых керамических масс и прототипа

Наименование хим. элемента	Процентное содержание, %
	Прототип	Предлагаемая керамическая масса
1	2	3
SiO2	48,1	52,83	53,76	54,68
Al2O3	11,1	19,13	18,67	18,21
Fe2О3общ	7,1	7,54	7,68	7,82
MgO	5,2	2,53	2,47	2,41
CaO	21,0	4,71	5,27	5,83
K2O	0,0	1,14	0,96	0,78
TiO2	0,2	0,68	0,58	0,47
Na2O	0,0	0,34	0,29	0,23
P2O5	0,0	0,17	0,14	0,12
MnO	0,1	0,05	0,05	0,04
Sобщ	1,0	0,67	0,83	1,00
Zn	1,2	0,00	0,00	0,00
ппп	5,0	10,21	9,3	8,41
Сумма	100	100	100	100

Согласно [Августиник, А.И. Керамика [Текс]: учеб для вузов/ А.И. Августиник.- М.:Стройиздат,1975.-592с.] по количеству Al₂O₃+TiO₂ можно косвенно оценивать спекаемость керамического кирпича и его качество - с увеличением содержания Al₂O₃ + TiO₂ повышается прочность. Так же положительное влияние на прочность оказывает количественное содержание оксида железа - Fe₂О₃ [Ефимов, А.И. Высокопрочный керамический кирпич с железосодержащими добавками, улучшающие реологию и спекание глинистых пород Текст. / А.И. Ефимов // Строительные материалы. -2000. — № 4. С. 15 - 16.]. Из таблицы 2 видно, что отношение (Al₂O₃+TiO₂)/Fe₂О₃ для прототипа составляет 1,59, для предлагаемых керамических масс это отношение варьируется в пределах от 2,3 до 2,5. Из расчетов можно сделать вывод от том, что прочность образцов из предлагаемых керамических масс в среднем на 30 % увеличится по сравнению с прототипом.

В таблице 3 представлены физико-механические и декоративные свойства кирпича из предлагаемых керамических масс.

Таблица 3 Физико-механические и декоративные свойства кирпича из предлагаемых керамических масс

Показатели	Значения для составов
	Прототип	Предлагаемая керамическая масса
1	2	3
Предел прочности при сжатии, МПа	25,3	38,5	36,2	34,3
Предел прочности при изгибе, МПа	3,8	5,1	4,9	4,7
Морозостойкость, цикл	220	230	240	250
Водопоглощение, %	14,2	12,98	13,2	13,5
Цвет черепка	Красно-коричневый	Красно-коричневый	Каштаново-коричневый	Медно-коричневый

Из таблицы 3 видно, что предлагаемая керамическая масса обеспечивает увеличение предела прочности при сжатии кирпича от 25до 35% в среднем на 30%, прочности при изгибе – от 19 до 26 % в среднем на 22 %, морозостойкости - от 4 до 12 %, в среднем на 8 % по сравнению с результатами изделий из массы-прототипа.

Согласно рентгенофазовому анализу улучшение физико-механических показателей достигается тем, что в образцах из предложенных керамических масс при температуре обжига 800^оС сформирована жидко-фазная составляющая, обогащенная ионами железа, кальция и магния, из которой при увеличении температуры синтеза до 1050^оС формируются структурообразующие кристаллические фазы гематита, силикатов кальция и магния [Стеклов, К.К. Структура и свойства огнеупоров [Текс]: Металлургия/ К.К. Стеклов.- М.1972.-216 с.].

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое изобретение характеризуется более высокими показателями прочности и морозостойкости при однотипных условиях обжига (скорости нагрева, максимальной температуре, продолжительности выдержки при максимальной температуре) и формы изделий.

Керамическая масса для получения кирпича, включающая легкоплавкую глину и отход производства, отличающаяся тем, что в качестве глины используется глина Халиловского месторождения, содержащая, мас.%: SiO₂ 49,5; Al₂O₃ 20,79; Fe₂О_3общ 7,04; МgO 2,75; СаО 2,71; K₂O 1,74; TiO₂ 1,07; Na₂O 0,53; MnO 0,086; P₂O₅ 0,26; S_общ 0,056; п.п.п. 13,468, а в качестве отхода - никелевый шлак комбината «Южуралникель», содержащий, мас.%: SiO₂ 48,79; СаО 18,36; МgO 13,15; Fe₂О_3общ 11,28; Al₂O₃ 5,9; MnO 0,334; K₂O 0,25; TiO₂ 0,24; P₂O₅ 0,24; Na₂O 0,21; S_общ 0,186; п.п.п. 1,06, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина	44-64
Никелевый шлак	36-56