керамическая масса для изготовления кирпича

Формула изобретения

Керамическая масса для изготовления кирпича, включающая глинистое сырье и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки она содержит мергель, являющийся отходом добычи цеолитов, термически обработанный с содержанием цеолита до 5%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинистое сырье 40-70; мергель 30-60.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения керамики, а именно к составам для производства строительного кирпича.

Известна керамическая масса для изготовления стеновой керамики, включающая, мас.%: глину 60-80; уголь 2-3; отощитель 13-30; отходы производства антибиотиков 36-10 (А.С. №1654285, МКИ С04В 33/00, БИ №21, 1991).

Известна также шихта для изготовления строительных изделий, включающая, мас.%: глину 62-70; золу 10-30; гранулированный доменный шлак 8-2 (А.С. №1763419, МКИ С04В 33/00, БИ №35, 1992).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных керамических масс, относят то, что получаемые из них строительные керамические изделия (кирпичи) имеют высокую среднюю плотность (1310-1480 кг/м ³) и высокую теплопроводность (0,47-0,71 Вт·м·К).

Известна также керамическая масса для изготовления стеновых изделий, преимущественно кирпича керамического, включающая, мас.%: глину легкоплавкую 55-65; карбонатно-кремнеземистую породу с соотношением оксидов кальция и кремния 0,31-0,34 35-45 (Патент №2176224, МПК С04В 33/00, БИ №33, 2001).

Недостатком известной керамической массы является то, что изделия из нее имеют достаточно высокую среднюю плотность полнотелого кирпича 1490-1570 кг/м ³).

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является масса для изготовления керамических изделий, включающая, в мас.%: глинистое сырье 48-87; кремнеземистый шлам 10-50; бентонит 2-3 (А.С. №1791420, МКИ С04В 33/00, БИ №4, 1993).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной массы, принятой за прототип, относят то, что получаемые керамические изделия (полнотелого кирпича) из известной массы, обладают высокой средней плотностью 1650-1758 кг/м³ и высокой теплопроводностью 0,7-0,767 Вт·м·К.

Технической задачей изобретения является создание легких керамических изделий (полнотелого кирпича) с хорошими теплоизоляционными свойствами с использованием местного сырья - мергеля, являющегося отходом добычи цеолитов.

Технический результат - снижение средней плотности и теплопроводности изделий при сохранении прочностных свойств, расширение минерально-сырьевой базы для производства керамического кирпича.

Указанный технический результат достигается тем, что при осуществлении изобретения в известной керамической массе, включающей глинистое сырье и добавку, особенность заключается в том, что в качестве добавки масса содержит мергель, являющийся отходом добычи цеолитов, термически обработанного с содержанием цеолита до 5%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинистое сырье 40-70; мергель 30-60. Мергель Городищенского месторождения цеолитов Республики Татарстан относится к вскрышным породам, с содержанием цеолитов до 5%, которая не включается в запасы для цеолитовой промышленности, а при разработке месторождений направляется в отвалы пустых пород. Мергель с содержанием цеолитов больше 5% является полезным ископаемым - цеолитсодержащей рудой, используемой в сельском хозяйстве или индустрии.

Более широкое и углубленное изучение технических и технологических свойств мергеля с низким содержанием цеолитов показало возможность применения его в производстве строительного кирпича. Прямые технологические испытания изготовления легкого полнотелого керамического кирпича с улучшенными тепловыми характеристиками подтвердили правильность прогнозной оценки. Цеолит является микропористым минералом. Пористость его при термической обработке увеличивается за счет удаления воды и разложения карбонатов с выделением свободного CO₂. Вхождение цеолита в состав мергеля способствует образованию в нем пористости до 20% в природном состояниии, а при термической обработке до 40%. Исследования показали, что даже небольшое содержание в мергеле цеолита и добавка его в глинистое сырье позволяет получать легкие изделия с низкой теплопроводностью.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемая масса отличается от известной новым компонентом - кремнеземистым мергелем, прошедшим термическую обработку, введение которого в керамическую массу позволяют снизить теплопроводность готовых изделий до 0,27 Вт МК. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной массы. Результаты поиска показали, что поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявленно влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения прений на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример, подтверждающий возможность осуществления изобретения.

Вещества, используемые в заявленной массе:

- глина, имеющая следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 57,47; TiO ₂ 0,80; Al₂O₃ 16,16; Fe₂O₃ 6,15; FeO 2,03; MnO 0,07; CaO 2,20; MgO 1,81; Na₂ O 0,27; К₂O 2,40; P₂ O₅ 0,17; SO₃ 0,35; п.п.п. 9,89; вода остальное;

- мергель представлен в природном состоянии минералами мас.%: монтмориллонит 19; кварц 56; цеолит 4; кальцит 12; полевой шпат 5; мусковит 4; класс крупности менее 1,0 мм и имеющий следующий химический состав, мас.%: SiO ₂ 70,65; Al₂O₃ 5,61; TiO₂ 0,21; Fe₂ O₃ 1,71; MnO 0,01; CaO 7,42; MgO 2,85; Na₂O 0,88; K₂O 0,58; P₂O₅ 0,08; SO ₃ 0,07; CO₂ 5,38; Н ₂O 4,55.

Перед использованием породу подвергают термической обработке при температуре 1000°С в течение 15 минут.

Гранулометрический состав исходной породы, мас.%:

0,63-1,0 мм	12
0,315-0,63 мм	34
0,16-0,315 мм	25
0,05-0,16 мм	24
0,0-0,05 мм	5

Изделия изготавливаются по известной общепринятой технологии керамического производства способом пластического формования.

Берут подготовленные глину и термически обработанный мергель, смешивают, затем в сухую смесь добавляют воду из расчета получения нормальной формовочной влажности и оставляют для вылеживания на сутки. Затем проводят формование образцов и их сушку. Сушат образцы в сушильном шкафу при температуре 35-80°С, затем обжигают в печи при температуре 1000°С. После обжига образцов определяют их среднюю плотность, прочность, теплопроводность, водопоглощение и морозостойкость. Предел прочности на сжатие определяют по ГОСТ 8462, плотность, водопоглощение и морозостойкость по ГОСТ 7025, теплопроводность по ГОСТ 26254.

Составы керамической массы для изготовления строительных изделий и результаты испытаний образцов в зависимости от содержания исходных компонентов приведены в таблице.

Из табличных данных видно, что оптимальные соотношения компонентов в массе представлены составами 1, 2, 3, 4.

Увеличение содержания мергеля в массе до 70% приводит к резкому снижению прочности до 3,5 МПа, а уменьшение до 10-20% ведет к увеличению плотности изделий до 1480-1650 кг/м ³ (составы 5, 6, 7).

Таким образом, строительные керамические изделия (кирпичи), полученные из заявленной керамической массы обладают меньшей средней плотностью в 1.44-1.17 раза по сравнению с прототипом.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, т.к. удовлетворяет следующим условиям:

- заявленная керамическая масса предназначена для использования в промышленности, а именно в производстве строительных керамических кирпичей;

- заявленная керамическая масса обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно снижение средней плотности и теплопроводности изделий;

- для заявленной керамической массы в том виде, как она охарактеризована в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность получения массы при помощи описанных в заявке примеров. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Использование заявленного изобретения обеспечивает возможность получения строительных керамических изделий (кирпичей) с плотностью 1030-1340 кг/м ³ и теплопроводностью 0,27-0,313 Вт·м·К, предназначенных для наружных стен жилых, общественных и производственных зданий, а также ведет к расширению использования местного сырья в производстве теплоизоляционных легких кирпичей.

Мергель, с содержанием цеолита до 5%, является отходом цеолитовой добычи, идущий в отвалы, и таким образом представляет собой дешевое сырье. Утилизация его расширяет минерально-сырьевую базу для производства керамического кирпича, улучшает экологическую обстановку и высвобождает площади, занимаемые отвалами.

Таблица
Состав №	Содержание компонентов, мас.%				Физические свойства керамических изделий
	Глина	Мергель	Кремнеземистый шлам	Бентонит	Средняя плотность, кг/м2	Теплопроводность, Вт·м·К	Плотность, МПа		Водопоглощение, %	Морозостойкость цикл	Марка кирпича
							на сжатие	на изгиб
1	70	30	-	-	1340	0,313	13,1	3,6	12,9	30	125
2	60	40	-	-	1250	0,303	12,8	4,1	13,2	30	125
3	50	50	-	-	1150	0,290	10,3	2,5	13,9	30	100
4	40	60	-	-	1030	0,270	8,7	2,2	14,7	30	75
5	30	70	-	-	1000	0,270	3,5	1,9	16,1	30	35
6	80	20	-	-	1480	0,336	14,1	3,7	13,9	30	125
7	90	10	-	-	1650	0,350	14,7	3,73	13,8	30	125
8	100	0	-	-	1960	0,391	20,4	3,3	11,2	30	200
Прототип	48-87	-	10-50	2-3	1650-1758	0,7-0,767	-	-	-	-	-
ГОСТ 530-95	100	-	-	-	Не нормируется	Не нормир.	7,5	2,2	Не менее 8	15-50	75