керамическая масса
Классы МПК: | C04B38/08 полученные добавлением пористых веществ C04B33/132 отработанные материалы; отходы |
Автор(ы): | Котляр Владимир Дмитриевич (RU), Котляр Антон Владимирович (RU), Терехина Юлия Викторовна (RU), Козлов Александр Владимирович (RU), Устинов Андрей Викторович (RU), Чирва Артем Андреевич (RU), Михайличенко Антон Александрович (RU), Скапенко Юлия Андреевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Котляр Владимир Дмитриевич (RU), Котляр Антон Владимирович (RU), Терехина Юлия Викторовна (RU), федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский государственный строительный университет" РГСУ (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-08-27 публикация патента:
20.10.2014 |
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней. Техническим результатом изобретения является снижение средней плотности и теплопроводности, повышенности прочности изделий и снижение затрат на обжиг. Керамическая масса включает легкоплавкую глину и карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу смешанного минерального состава и флотационные отходы углеобогащения - угольные шламы, при этом карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода используются со степенью измельчения менее 1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкая глина - 60-75; карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода - 20-25; флотационные отходы углеобогащения - 5-15. 1 пр., 4 табл.
Формула изобретения
Керамическая масса, включающая легкоплавкую глину и карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу смешанного минерального состава, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в своем составе флотационные отходы углеобогащения - угольные шламы, при этом карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода используются со степенью измельчения менее 1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Легкоплавкая глина - 60-75;
Карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода - 20-25;
Флотационные отходы углеобогащения - 5-15.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней.
Известна керамическая масса для изготовления керамического кирпича с использованием карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы, включающей, мас.%: глину легкоплавкую 15-24; карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу 46-55 и предварительно механо-активированную цеолитсодержащую глину 30-39 состава, мас.%: цеолит 26-36; опал-кристобалит 3-27; кальцит 0-5, кварц 1-10; глауконит 0-4; глинистые минералы 20-65 (патент RU № 2197446, C04B 33/00, опубл. 27.01.2003).
Наиболее близким техническим решением является керамическая масса для изготовления стеновых изделий, включающая легкоплавкую глину и технологическую минеральную добавку: карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу смешанного минерального состава, содержащую, мас.%: опал-кристобалит 30-45, клиноптилолит 8-25, кальцит 11-28, глинистая составляющая 15-35, с размером частиц менее 1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина легкоплавкая 70-75, карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода смешанного минерального состава 25-30 (патент RU № 2140888, C04B 33/00, опубл. 10.11.1999).
Недостатком известной керамической массы являются относительно высокие показатели средней плотности и теплопроводности изделий, невысокая прочность изделий и повышенный расход топлива на обжиг.
Задачей настоящего изобретения является получение керамических изделий с пониженными показателями средней плотности и теплопроводности при повышенной прочности и значительно меньших затратах на обжиг.
Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая легкоплавкую глину и карбонатно-кремнистую цеолитсодержащую породу смешанного минерального состава, дополнительно содержит флотационные отходы углеобогащения - угольные шламы, при этом карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода используются со степенью измельчения менее 1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Легкоплавкая глина - 60-75;
Карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода - 20-25;
Флотационные отходы углеобогащения - 5-15.
Технический результат заключается в следующем. Введение флотационных отходов углеобогащения - угольных шламов в керамические массы позволяет снизить среднюю плотность и теплопроводность изделий, т.к. зольность шламов составляет 40-60% и при обжиге, за счет выгорания угольной составляющей, снижается плотность черепка и соответственно его теплопроводность. Обеспечивается повышенная прочность обожженных изделий, т.к. угольные шламы являются легкоплавкими, содержат большое количество плавней, преимущественно в виде гидрослюд, что увеличивает спекаемость черепка с образованием новых минеральных и стекловидных фаз, и, как следствие, повышается прочность. Также ввод угольных шламов позволяет существенно уменьшить расход газа на обжиг (до 90%), так как их теплотворная способность составляет 3-4 тыс. ккал/кг и они выступают в качестве топливосодержащей добавки. С учетом высокой стоимости газа и низкой стоимости угольных шламов это существенно позволяет снизить себестоимость изделий. Тонкодисперсная структура угольных шламов позволяет улучшить формовочные свойства керамических масс, способствует их равномерному распределению в формовочных массах и формированию пористой равномерной структуры черепка, что обуславливает изотропность свойств изделий.
Карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода, учитывая ее камневидную структуру, вводится в керамические массы в измельченном виде фракционного состава менее 1 мм (таблица 1).
Таблица 1 | |||||||
Фракционный состав измельченной карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы | |||||||
Название компонента керамической массы | Степень измельчения, мм | Содержание фракций, мм, % по массе | |||||
3-2 | 2-1 | 1,0-0,5 | 0,5-0,25 | 0,25-0,10 | <0,10 | ||
Карбонатно-кремнистая цеолитсодержащяя порода | <3 | 8-12 | 10-16 | 12-18 | 14-22 | 16-24 | 20-28 |
<2 | - | 8-12 | 14-18 | 20-24 | 22-26 | 26-30 | |
<1 | - | - | 16-22 | 22-26 | 24-28 | 28-34 |
Ввод данной добавки может осуществляться и более крупной фракции - до 3 мм, однако в процессе подготовки формовочных масс она дополнительно измельчается. Ввод карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы заданного фракционного состава позволяет уменьшить воздушную усадку, за счет микропористой структуры повысить влаго- и газопроницаемость формовочных масс и снизить чувствительность к сушке, снизить среднюю плотность черепка и соответственно теплопроводность. Также это обуславливает в процессе обжига активное взаимодействие частичек карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы с глинистыми минералами и угольными шламами, что способствует образованию в процессе обжига новых кристаллических соединений - анортитоподобных минералов, волластонита (CaO·SiO2), гелленита-мелелита Ca2 (Al, Mg, Si) Si2O7, которые способствуют образованию мелкопористой и высокопрочной структуры керамического черепка. Это обуславливает повышение прочностных свойств изделий при пониженной средней плотности и теплопроводности.
Характеристика исходных материалов
В состав предлагаемой керамической массы входят следующие компоненты: легкоплавкие глины, карбонатно-кремнистые цеолитсодержащие породы и флотационные отходы углеобогащения - угольные шламы, имеющие усредненный химический состав, представленный в таблице 2.
Таблица 2 | |||||||||
Усредненный химический состав легкоплавких глин, карбонатно-кремнистых цеолитсодержащих пород и флотационных отходов углеобогащения, % по массе | |||||||||
Наименование материала | П.п.п | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O |
Легкоплавкие глины | 5-15 | 55-72 | 7-16 | 3-8 | 2-10 | 0,4-3 | 0,3-2 | 1-4 | 1-3 |
Карбонатно-кремнистые цеолитсодержащие породы | 10-22 | 45-65 | 5-12 | 1-6 | 5-17 | 0,5-3 | 0,2-1 | 0,4-3 | 0,2-2 |
Флотационные отходы углеобогащения | 18-44 | 30-42 | 6-12 | 3-6 | 1-6 | 0,2-2 | 0,4-2 | 1-4 | 0,5-2 |
1. Легкоплавкие глины
Являются осадочными тонкодисперсными полиминеральными образованиями с пелитовой и алевропелитовой структурой. Макроскопически эти глины весьма разнообразны. Обычно это связные, пористые породы, окрашенные в светло-бурые, бурые, коричневые, серые, темно-серые и зеленоватые тона. Легкоплавкие глины пользуются широким распространением в четвертичных континентальных осадках и покрывают огромные пространства равнин Европейской части России, Западной Сибири, Средней Европы и др. Месторождения легкоплавких полиминеральных глин весьма многочисленны и встречаются повсеместно. Они применяются для изготовления керамического кирпича и грубой керамики. Главными породообразующими минералами в них являются монтмориллонит, гидрослюды, каолинит, кварц, слюды. Обычно в них присутствуют два-три глинистых минерала и довольно часто встречаются смешаннослойные образования. Второстепенные минералы - полевые шпаты, карбонаты, глауконит, хлориты и др. Некоторые из них содержат примесь или обогащены органическим веществом. В зависимости от наличия песчано-алевритовой примеси и минерального состава они обладают высокой (мало примесей) или умеренной пластичностью (много примесей).
2. Карбонатно-кремнистые цеолитсодержащие породы
Легкие тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита (30-45%), минералов группы цеолитов, преимущественно клиноптилолита (8-25%), кальцита (11-28%), глинистой составляющей (15-35%). Средняя плотность их составляет 1300-1600 кг/м3, пористость достигает 50% (обычно 30-40%). Микроскопический анализ показывает тонкозернистое строение и полиминеральный состав. Основная масса представлена гелевым глобулярно-чешуйчатым опалом с равномерно распределенным глинистым веществом, цеолитами и пелитоморфным кальцитом хемогенного и биогенного генезиса. Встречаются единичные органогенные остатки обломков спикул губок и раковин фораминифер. Размер зерен кальцита не превышает 0,1 мм, что предотвращает появление на кирпиче дутиков после обжига. Предел прочности при сжатии варьирует от 5 до 20 МПа. В воде не размокают или размокают при механическом воздействии. Реагируют с соляной кислотой.
Россия располагает крупнейшей сырьевой базой карбонатно-кремнистых цеолитсодержащих пород. Они широко встречаются в районах Поволжья и Дона, Западной Сибири, на юге России, в центральных и западных областях Европейской части России, Ленинградской области, Дальнем Востоке т.д. Разнообразие состава обуславливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств, а также использование во многих отраслях промышленности. Усредненный химический состав карбонатно-кремнистых цеолитсодержащих пород приведен в таблице 2. Минералогический состав отличается широким варьированием состава и включает, мас.%: опал-кристобалит 25-45, цеолиты, представленные преимущественно клиноптилолитом 8-25, кальцит 10-35, глинистая составляющая 15-35.
3. Флотационные отходы углеобогащения - угольные шламы
Представляют собой тонкодисперсный порошок черного, темно-серого 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 20-40%. Зольность составляет 40-60%. Теплотворная способность составляет в среднем 3-4 тыс. ккал/кг. Усредненный химический состав представлен в таблице 2.
Изделия из заявляемой керамической массы можно изготавливать по общепринятым технологиям производства стеновых керамических изделий как способом пластического формования, так и способом полусухого прессования при температуре обжига 950-1050°C. Подготовка карбонатно-кремнистой цеолитсодержащей породы, учитывая ее камневидный характер, заключается в ее измельчении до фракции менее 1 мм или не более 3 мм. Предварительное дробление осуществляется на щековых дробилках, дальнейшее измельчение может осуществляться на молотковых, маятниковых дробилках, шахтных мельницах, дезинтеграторах.
Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены стандартные образцы полнотелого и пустотелого кирпича размером 250×120×65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов. В качестве легкоплавкого глинистого сырья использовали суглинок Родионово-Несветайского месторождения. Карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода была представлена Карпово-Обрывским месторождением. В качестве отходов углеобогащения использовали угольные шламы обогатительной фабрики «Обуховская». Химический состав данных материалов представлен в таблице 3.
Образцы изготовлялись следующим образом.
Предварительно легкоплавкая глина, карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода и угольные шламы подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчались на глинорыхлителе, щековой дробилке и дезинтеграторе (или молотковой дробилке), после чего просеивались на ситах с размером ячеек 1 мм. Затем при необходимом соотношении отдозированные компоненты тщательно перемешивались и масса равномерно увлажнялась до пластического состояния. Приготовленная масса вылеживалась в герметичных емкостях 6-12 часов и поступала на формование. После формовки изделия подсушивались и затем обжигались с выдержкой при максимальной температуре 950-1050°C 2 часа и охлаждением в течение 14 часов. После чего определялись их физико-механические свойства и соответствие требованиям ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия».
Физико-механические показатели, подтверждающие свойства изделий, полученных на основе керамических масс, включающие легкоплавкие глины, карбонатно-кремнистые цеолитсодержащие породы и флотационные отходы углеобогащения представлены в таблице 4.
Класс C04B38/08 полученные добавлением пористых веществ
способ приготовления керамзитобетона - патент 2528794 (20.09.2014) | |
состав керамзитобетонной смеси - патент 2527974 (10.09.2014) | |
способ полусухого прессования гипса - патент 2525412 (10.08.2014) | |
сырьевая смесь для изготовления пенобетона - патент 2524715 (10.08.2014) | |
сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных изделий - патент 2522563 (20.07.2014) | |
сырьевая смесь для изготовления пенобетона - патент 2521685 (10.07.2014) | |
этинолеперлитобетон - патент 2519249 (10.06.2014) | |
гипсоперлит - патент 2519146 (10.06.2014) | |
способ изготовления вспененных строительных материалов - патент 2517133 (27.05.2014) | |
теплоизоляционно-конструкционный полистиролбетон - патент 2515664 (20.05.2014) |
Класс C04B33/132 отработанные материалы; отходы