керамическая масса для изготовления облицовочной плитки

Формула изобретения

1. Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая легкоплавкую гидрослюдистую глину и отходы тальковых карьеров, отличающаяся тем, что в качестве отходов тальковых карьеров содержит отходы карьеров талькового камня, содержащие, мас.%: карбонат - 1-9, тремолит - 1-70, тальк - 5-47, хлорит - 33-55, рудные примеси - 1-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкая гидрослюдистая глина - 60-75, отходы карьеров талькового камня - 25-40.

2. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что отходы карьеров талькового камня имеют следующий химический состав, мас.%: SiO₂ - 39,06-44,76; TiO₂ - 0,25-0,39; Al₂O₃ - 4,37-8,29; Fe₂O₃ - 1,82-5,25; FeO - 5,63-9,34; MnO - 0,108-0,142; MgO - 24,50-28,16; CaO - 3,38-6,37; Na₂ O - 0,02-0,18; K₂O - 0,01; H₂O - 0,02-0,49; CO₂ - 0-9,7; п.п.п. - 7,5-14,54.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания строительных материалов с использованием природного минерального сырья, в частности, для изготовления облицовочной керамической плитки для внутренних отделочных работ и облицовки каминов.

Известна сырьевая смесь для изготовления облицовочной плитки, содержащая в качестве основного компонента породу углеобогащения (90-70 мас.%), термообработанную при 570-600°C, в качестве плавня иловую часть отходов обогащения железных руд, имеющую минералогический состав, в мас.%: хлориты (в т.ч. железорудные, класса слоистых силикатов) - 50-60, карбонаты (кальцит) - 18-20, полевые шпаты - 7-15, биотит - 5-7, глинистое вещество (смешанослойные глинистые минералы) - 10-11 (5-10 мас.%), и глину - 5-20 мас.% (патент РФ № 2258684, C04B 33/00, 2005).

Недостатком известной сырьевой смеси является низкая механическая прочность изделий, полученных на ее основе, и использование основного компонента - породы углеобогащения, только после термообработки при 570-600°C, что увеличивает энергозатраты.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки для внутренних отделочных работ, включающая глину легкоплавкую, отходы обогащения медно-никелевых руд и нефелиновый концентрат при следующем отношении компонентов, мас.%: глина легкоплавкая - 30-40; отходы обогащения медно-никелевых руд - 50-55; нефелиновый концентрат - 7-15. Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%: хлорит, гидрохлорит - 55,8-58,32; серпентиновые минералы - 11,3-14,65; тальк - 11,15-13,8; титаномагнетит, магнетит, хромит - 7,18-8,0; гипс - 1,95-2,10; альбит - 2,0-2,3; кварц - 1,98-2,21; пироксены - 1,0-1,56; амфиболы - 4,0-5,05. Известная керамическая масса позволяет снизить водопоглощение и линейную огневую усадку облицовочной плитки и увеличить ее прочность при изгибе при одновременном понижении температуры обжига (патент РФ № 2278089, C04B 33/16, 2006).

Однако плитки, полученные на основе известной керамической массы, обладают недостаточно высокой прочностью при изгибе и высокой температурой обжига - 1050-1100°C. Кроме того, в керамической массе в качестве плавня используется нефелиновый концентрат, являющийся дальнепривозным сырьем, что приводит к повышению стоимости облицовочной строительной плитки.

Прототипом является керамическая масса для изготовления облицовочных плиток, включающая (мас.%): глину легкоплавкую полиминеральную 40-50, глину легкоплавкую гидрослюдистую 10-20, отходы тальковых карьеров 5-10, а также кварцевый песок 15-20 и плиточный бой 10-15. Данный состав позволяет снизить температуру и время обжига плиток. Получаемая облицовочная плитка имеет прочность при изгибе 13-15 МПа, термическую стойкость 2 теплосмены, водопоглощение 13,6-14,0% (а.с. 1211241, C04B 33/00, 1986).

Недостатком данной керамической массы является невысокая прочность при изгибе, низкая термостойкость плиток. Кроме того, масса многокомпонентна, ее подготовка осуществляется методом мокрого помола с последующим обезвоживанием, что усложняет технологический процесс и повышает энергозатраты.

В основу данного изобретения положена задача создания керамической массы для изготовления облицовочной плитки с высокими техническими характеристиками с использованием доступного, дешевого минерального сырья, позволяющая утилизировать отходы карьеров талькового камня.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение механической прочности при изгибе и повышение термостойкости керамической плитки для внутренних отделочных работ и облицовки каминов.

Это достигается тем, что в известной керамической массе для изготовления облицовочной плитки, включающей легкоплавкую гидрослюдистую глину и отходы тальковых карьеров, она согласно изобретению в качестве отходов тальковых карьеров содержит отходы карьеров талькового камня, содержащие (в мас.%): карбонат - 1-9, тремолит - 1-70, тальк - 5-47, хлорит - 33-55, рудные примеси 1-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина легкоплавкая гидрослюдистая - 60-75, отходы карьера талькового камня - 25-40.

Технический результат достигается также тем, что отходы карьеров талькового камня имеют следующий химический состав (мас.%): SiO₂ - 39,06-44,76; TiO₂ - 0,25-0,39; Al₂O ₃ - 4,37-8,29; Fe₂O₃ - 1,82-5,25; FeO - 5,63-9,34; MnO - 0,108-0,142; MgO - 24,50-28,16; CaO - 3,38-6,37; Na₂O - 0,02-0,18; K₂O - 0,01; H₂O - 0,02-0,49; CO₂ - 0,1-9,7; п.п.п. - 7,5-14,54.

Тальковым камнем называется мягкая горная порода, в состав которой входит тальк наряду с другими минералами (карбонатами кальция и магния с хлоритом, тремолитом). Он легко царапается ногтем, пилится и обрабатывается. При разработке карьеров скапливается до 50% отходов талькового камня, требующих утилизации.

Для изготовления предлагаемой керамической массы использовали отходы карьеров талькового камня месторождений Карелии (готовящиеся к освоению участки: Озерки и Зеленая горка Костомукшского рудного района, Сегозерской группы месторождений).

Изготовление керамической плитки из предлагаемой керамической массы, включающей легкоплавкую гидрослюдистую глину и отходы карьеров талькового камня, осуществляется при температуре обжига 950-980°С. При этой температуре обжига происходят процессы дегидратации гидрослюд, распад решетки хлорита, карбоната, талька, тремолита с образованием новых кристаллических фаз и стеклофазы.

Данная температура обжига обеспечивает образование энстатита при 960°С; субкальциевого авгита и кремнезема при 980°С, проявляющих армирующее влияние на глинистые ингредиенты, что повышает механическую прочность и термостойкость облицовочной плитки.

Керамическую массу предлагаемого состава готовят по общепринятой технологии, включающей: измельчение, просеивание, взвешивание в необходимых соотношениях и перемешивание компонентов в шаровой мельнице до остатка на сите с размером ячейки 0,063 мм - 1,5%. Полученную смесь увлажняют водой до влажности 7-9% и формуют изделия методом прессования при давлении 20-35 МПа. Плитки подвергаются предварительной сушке при 105°С, а затем обжигаются при 950-980°С. Средняя скорость подъема температуры составляла 2-3 град/мин, выдержка образцов в печи при достижении конечной температуры - 30 мин.

Физико-механические свойства образцов (механическую прочность при изгибе, водопоглощение) определяли в соответствии с ГОСТ 6141-91 «Плитки керамические облицовочные для внутренней облицовки стен», термическую стойкость - по ГОСТ 473.5-81 «Изделия химически стойкие и термостойкие керамические».

В таблице представлены составы предлагаемой керамической массы и свойства плиток, изготовленных на ее основе (примеры 1, 2, 3). В таблице также приведены примеры 4 и 5 с запредельными значениями компонентов массы. Содержание в массе 20% и менее отходов карьеров талькового камня (пример 4) не обеспечивает образования необходимого количества стеклофазы, что ухудшает механическую прочность плитки. Увеличение количества отходов карьеров талькового камня в керамической массе до 55% (пример 5) способствует повышению пористости плитки, и, как следствие, увеличивается водопоглощение и уменьшается прочность.

В качестве эталона сравнения использован прототип (пример 6).

Из таблицы следует, что изготовленные на основе предлагаемой массы керамические облицовочные плитки позволяют повысить их механическую прочность при изгибе при более низкой, чем у прототипа, температуре обжига 950°С в 1,45-1,79 раза и термическую стойкость в 3 раза, а при аналогичной с прототипом температуре обжига 980°С механическая прочность при изгибе повышается в 2,46-2,60 раза и термическая стойкость увеличивается в 9 раз. Водопоглощение изготовленных плиток при температуре обжига 980°С по сравнению с прототипом ниже на 0,5-6,4%.

Высокие показатели механической прочности при изгибе и термостойкости позволяют использовать предлагаемую керамическую плитку неглазурованную для облицовки каминов и глазурованную для внутренних отделочных работ.

Керамическая масса не содержит токсичных компонентов. Экономическая эффективность и технологичность заявляемой керамической массы обусловлена ее малокомпонентностью, использованием доступного природного сырья, снижением энергозатрат и упрощением технологии получения облицовочного материала при обеспечении экологической безопасности.