способ изготовления керамических изделий

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно строительного кирпича из шихты, включающей глину, отощитель, выгорающую топливную добавку и водорастворимый плавень в количестве свыше 0,5% от массы шихты, путем измельчения компонентов, смешивания, увлажнения, пластического формования, сушки и обжига, отличающийся тем, что перед смешиванием шихты водорастворимые плавни высушивают и перемешивают с органическим гидрофобным веществом, например отходами переработки нефти или жира, в количестве свыше 4% от массы плавней, но не более 4% от массы шихты до получения порошка с покрытием или пасты, а затем смешивают с остальными увлажненными компонентами шихты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления керамических изделий, преимущественно строительного кирпича, методом пластического формования.

В основном строительный кирпич получают методом пластического формования. Для улучшения спекаемости глины при обжиге и для упрочнения керамических изделий в шихту, содержащую обычно глину, отощитель и выгорающие добавки, вносят активирующие добавки (вещества-плавни). Нерастворимые или малорастворимые в воде плавни (полевые шпаты, сиениты, доломит, магнезит, флюорит, окись свинца) дефицитны. А использовать такие дешевые и эффективные плавни, как техническую соду и отходы ее производства [1] природный или искусственный сульфат натрия и другие, хорошо растворимые в воде вещества-плавни, можно только при полусухом формовании керамических изделий.

Действительно, при пластическом формовании исходные изделия с влажностью 18-24% должны быть высушены перед обжигом до влажности 4-7% В процессе сушки происходит перенос растворимых в воде плавней к наружной поверхности. Из-за перераспределения водорастворимых плавней глина спекается неравномерно по объему керамического изделия, а кроме того, керамические изделия, находящиеся при обжиге в контакте, могут сплавиться в единый монолит. При полусухом формовании керамических изделий перенос растворимых в воде плавней к наружной поверхности изделий в процессе сушки невелик.

Известно, что термической обработкой некоторых водорастворимых веществ получают плавни, пригодные при пластическом формовании керамических изделий. Например, известно, что отходы легкоплавкого стекла используют для увеличения прочности строительного кирпича [2]

Недостатком такого способа получения керамических изделий повышенной прочности является энергоемкость процесса, так как нерастворимые в воде плавни получают сплавлением песка с содой или сульфатом натрия и размалыванием кусков стекла в мелкий порошок.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ изготовления строительных кирпичей из шихты, включающей глину, отощитель, выгорающие добавки и силикат-глыбу (плавень) в количестве свыше 0,5% от массы шихты путем измельчения плавней c частью сухого шликера глины, смешивания, увлажнения, пластического формования, сушки и обжига керамических изделий [3] Силикат-глыба медленно растворяется в холодной воде, поэтому это вещество можно использовать для изготовления керамических изделий методом пластического формования.

Недостатком указанного способа изготовления керамических изделий является использование энергоемкого сырья, получаемого сплавлением технической соды или сульфата натрия с песком, и энергоемкость процесса измельчения значительной части шихты (сухого шликера глины) совместно с силикат-глыбой. Кроме того, содержащиеся в силикат-глыбе силикаты натрия Na₂SiO₃ и Na₂Si₂O₅ слабо реагируют с компонентами шихты даже при малом размере частиц и имеют температуру плавления свыше 1000^оС. Настоящее решение направлено на увеличение прочности керамических изделий, получаемых методом пластического формования.

Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу изготовления керамических изделий из шихты, включающей глину, отощитель, выгорающие топливные добавки и растворимые в воде плавни, в количестве свыше 0,5% от массы шихты, путем измельчения компонентов, смешивания, увлажнения, пластического формования, сушки и обжига, перед смешиванием шихты плавни высушивают и перемешивают с органическим гидрофобным веществом, например отходами переработки нефти или жира, в количестве свыше 4% от веса плавней, но не более 4% от веса шихты до получения порошка с покрытием или пасты, а затем смешивают с остальными увлажненными компонентами шихты.

Отличительными признаками способа изготовления керамических изделий являются: высушивание водорастворимых плавней после их измельчения, перемешивание с гидрофобным веществом в количестве свыше 4% от веса плавней, но не более 4% от веса шихты для образования гидрофобной оболочки на частицах порошка плавней, увлажнение остальных компонентов шихты перед смешиванием с плавнями, чтобы предотвратить разрушение гидрофобной оболочки.

Увеличение прочности керамических изделий достигается за счет более равномерного распределения водорастворимых плавней в объеме изделий после их сушки. Кроме того, в качестве плавней можно использовать техническую соду и сульфат натрия, которые реагируют с компонентами шихты уже при 500-800^оС, а при температуре около 850^оС расплавляются, что улучшает спекаемость глины и увеличивает прочность изделий.

Изменение количества гидрофобного вещества относительно массы плавней приводит к изменению толщины гидрофобной оболочки на частицах плавней. Поскольку растворение плавней происходит через дефекты гидрофобной оболочки, то чем толще оболочка, тем меньшее количество растворимых в воде плавней будет переноситься из объема к поверхности керамических изделий в процессе их сушки. Для равномерного распределения плавней по объему керамических изделий необходимо также, чтобы частицы плавней не слипались в твердые комки размером более 1 мм. Поэтому при использовании в качестве гидрофобного вещества отходов переработки нефти или жира с вязкостью более 100 (Па с) при 20^оС, например битума, его количество не должно превышать 10-20% от массы плавней. Конкретное значение максимального количества битума зависит от размера частиц плавней. Чем меньше размер частиц и больше удельная поверхность плавней после их измельчения, тем больше битума можно использовать в приготовлении порошка. При использовании гидрофобного вещества с меньшей вязкостью его количество не должно превышать 4% от массы шихты, но может превысить количество плавней в шихте (обычно 0,5-3%).

Сушка минерального порошка плавней, например, при температуре выше 100^оС и атмосферном давлении необходима для хорошей адгезии гидрофобизирующего вещества к частицам плавней. Смешивание плавней в гидрофобной оболочке с увлажненными компонентами шихты сохранит эту оболочку от разрушения.

Способ осуществляют следующим образом.

Растворимые в воде плавни, например сульфат натрия Na₂SO₄ дозируют и измельчают до размера частиц 0,05-0,5 мм. Полученный порошок нагревают до 160-180^оС и пересыпают в емкость с расплавленным битумом, например марки БН 60/90. Для равномерного распределения битума порошок перемешивают лопастной мешалкой 80 об/мин не менее 2,5 мин. После этого смесь добавляют к дозированному количеству глины, отощителя и выгорающих топливных добавок с влажностью 19-21% и перемешивают. Формуют изделия под давлением до 90 кг/см² в виде образцов-цилиндров высотой и диаметром 20 мм. Сушат при 40-80^оС до 4-7% влажности и обжигают в электрических печах при 1000^оС в течение 2 ч.

Для сравнения с прототипом по известному способу водорастворимое вещество-плавень силикат-глыбу дозируют и измельчают совместно с сухим шликером глины в количестве 15% от общей массы глины до удельной поверхности около 2,5 тыс. см²/г (средний размер частиц около 10 мкм), затем увлажняют и перемешивают с шихтой. Формуют изделия под давлением до 90 кг/см² в виде образцов-цилиндров высотой и диаметром 20 мм. Сушат при 40-80^оС до 4-7% влажности и обжигают в электрических печах при 1000^оС в течение 2 ч.

Химический состав глины, мас. SiO₂ 68,5-72,2; Al₂O₃ + TiO₂ 14-14,5; Fe₂O₃ + FeO 4,6-4,8; CaO 0,6-1; MgO 1,2-2,2; SO₃ 0,1; Na₂O + K₂O 3-4; п.п.п. 3,7-5.

Глина умеренно пластичная, усадка при сушке 8-8,5%

Химический состав отощителя, мас. SiO₂ 50-57; Al₂O₃ + TiO₂ 25-30; Fe₂O₃ + FeO 6-7; CaO 3-4; MgO 2-3; SO₃ 0,5-1; Na₂O + K₂O 1-2; п.п.п. 3-10. Удельная поверхность 3-5 тыс. см²/г, плотность 2-2,1 г/см³.

Опилки зольная часть 2% содержание фракций с длиной меньше 1 мм не более 20% с длиной меньше 3 мм не менее 80% В табл. 1 приведены значения прочности керамических изделий на сжатие в зависимости от количества плавней. Керамические изделия изготавливались по известному и по предлагаемому способам при одинаковом составе шихты.

Значения прочности керамических изделий приведены в относительных единицах, а именно, относительно прочности керамических изделий на сжатие без плавней 155 кг/см². Значение плотности керамических изделий для данного состава шихты в зависимости от содержания плавней незначительно изменялось около 1,7 г/см³.

В табл. 2 приведены значения прочности керамических изделий на сжатие в зависимости от отношения массы гидрофобного вещества (битум) к массе плавней (сульфат натрия). Масса плавней в шихте при этом была фиксирована значением 4% Керамические изделия изготавливались по предлагаемому способу при одинаковом составе шихты. Значения прочности керамических изделий приведены в относительных единицах, а именно, относительно прочности керамических изделий на сжатие без плавней 179 кг/см². Значение плотности керамических изделий для данного состава шихты в зависимости от содержания плавней незначительно изменялось около 1,8 г/см².

Таким образом, образцы, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются прочностью, превышающей характеристики прототипа. Кроме того, показано, что использование порошка плавней с покрытием гидрофобным веществом приводит к увеличению прочности керамических изделий за счет более равномерного распределения плавней в объеме керамических изделий. Реализация данного технического предложения, кроме того, позволит удешевить производство керамических изделий по сравнению с известным способом-прототипом, так как дефицитное и энергоемкое сырье силикат-глыба заменяется на дешевые вещества, например, природный или искусственный сульфат натрия. Энергоемкость производства снижается, так как не нужно готовить сухой шликер глины и измельчать его совместно с силикат-глыбой.