сырьевая смесь для изготовления стеновой керамики и способ ее получения

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для стеновой керамики, включающая шламистую часть отходов обогащения железных руд, глину и тонкомолотый стеклобой, отличающаяся тем, что указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

глина	10-20
отходы обогащения железных руд	70-85
стеклобой	5-10

2. Способ получения сырьевой смеси для стеновой керамики, включающий сушку шламистой части отходов обогащения железных руд, сушку и помол глины и стеклобоя, последующее их смешение, грануляцию, полусухое прессование и обжиг изделий, приготовление пресс-порошка, отличается тем, что перед прессованием шламистую часть отходов обогащения железных руд в сухом состоянии интенсивно смешивают в турболопастном смесителе-грануляторе с частью (5-10 мас.%) сухой измельченной глины, смесь увлажняют до формовочной влажности (8-12%) и гранулируют до получения гранул преимущественного размера 1-3 мм, которые опудривают смесью оставшейся глины и стеклобоя в смесителе-грануляторе до получения состава по п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в технологии изделий стеновой керамики, в частности керамических кирпича и камней.

Известна сырьевая смесь для изготовления стеновых изделий, содержащая 30-40% по массе глины, 50-60% отходов обогащения железных руд, 4-5% ортофосфорной с 20%-ной концентрацией кислоты, 5-6% жидкого стекла [1].

Недостатком известной сырьевой смеси является невысокая механическая прочность и морозостойкость стеновых изделий.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является сырьевая смесь для изготовления стеновых изделий [2], включающая, мас.%:

глинистое сырье	30-35
отходы обогащения железных руд	50-55
стеклобой	15-20

Недостатками указанной сырьевой смеси являются высокое содержание природного глинистого сырья и тонкомолотой добавки стеклобоя, низкое содержание техногенных отходов обогащения железных руд в составе шихты, а также высокое значение средней плотности изделий.

Известен способ изготовления керамических изделий, включающий смешивание 67-85% мас.% глины, 8-18 мас.% отходов обогащения железосодержащих руд и 7-15 мас.% отходов обогащения молибденовых руд, формование, сушку и обжиг при 1000°C [3].

Недостатками указанного способа являются относительно низкие показатели прочности и морозостойкости.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления керамических изделий, заключающийся в грануляции тонкой фракции отходов обогащения железных руд на тарельчатом грануляторе в процессе увлажнения, опудривании гранул сухой измельченной глиной в процессе приготовления пресс-порошка (шихты), полусухом прессовании и обжиге изделий [4].

Недостатками указанного способа являются получение на тарельчатом грануляторе гранул полифракционного состава с неоднородной влажностью, неравномерное распределение влажности в кирпиче-сырце вследствие образования крупных (до 15 мм) гранул, низкая марка по морозостойкости (35 циклов) изделий.

Техническим результатом изобретения является снижение содержания в шихте глины и стеклобоя, повышение содержания техногенных отходов обогащения железных руд, снижение средней плотности изделий.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления керамических изделий, включающем сушку шламистой части отходов обогащения железных руд, сушку и помол глины и стеклобоя, последующее их смешение, грануляцию, полусухое прессование и обжиг изделий, приготовление гранулированного пресс-порошка заключается в следующем. Шламистая часть отходов обогащения железных руд в сухом состоянии интенсивно смешивается в турболопастном смесителе-грануляторе с частью (5-10 мас.%) сухой измельченной глины, смесь увлажняется до формовочной влажности (8-12%) и гранулируется до получения гранул преимущественного размера 1-3 мм, которые опудриваются смесью оставшейся глины и стеклобоя в смесителе-грануляторе до получения состава, мас.%:

глина	10-20
отходы обогащения железных руд	70-85
стеклобой	5-10

Использование турболопастного смесителя-гранулятора с изменяющейся скоростью вращения лопастей вместо тарельчатого гранулятора для получения гранулированного пресс-порошка позволяет добиться преимущественного размера гранул 1-3 мм, что обеспечивает плотную упаковку при прессовании и однородную влажность по всему объему кирпича-сырца.

Кроме этого, преимущества предлагаемого способа достигаются за счет интенсивного равномерного перемешивания шламистой части отходов обогащения железных руд с небольшим количеством глины в процессе формирования гранул и их опудривания смесью тонкомолотого стеклобоя и глины.

В способе используется шламистая часть отходов обогащения железных руд, которая является крупнотоннажным тонкодисперсным отходом основного производства железорудных обогатительных фабрик со средним размером частиц 15-18 мкм и насыпной плотностью 1,4-1,6 г/см³. Химический состав, мас.%: SiO₂ - 33,23-34,99; CaO - 14,97-23,83; MgO - 5,59-11,88; Al₂ O₃ - 8,99-9,80; Fe₂O₃ - 17,21-19,69; TiO₂ - 0,34-0,36; MnO - 0,59-1,36; Na₂O - 0,40-0,42; K₂O - 0,75-0,86. Потери при прокаливании отходов - 10,26-10,90%. Минеральный состав шламистой части отходов обогащения железных руд представлен полевыми шпатами, кварцем, слюдой, пироксеном, амфиболами, хлоритами железистого типа с небольшим содержанием смешанослойных образований. Используемая глина относится к сырью гидрослюдисто-монтмориллонитового типа, с низким содержанием крупнозернистых включений. Тонкомолотый стеклобой используется в качестве корректирующей добавки-плавня, обеспечивающей образование стекловидного расплава на поверхности гранул и спекание частиц твердой фазы керамической массы. Стеклобой относится к группе технических стекол и имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ - 73-73,29; Al₂O ₃+Fe₂O₃ - 0,2-0,4; СаО+MgO - 0,2-0,26; Na₂O - 25,94-26; SO₃ - 0,12.

Технологическим результатом опудривания гранул из шламистой части отходов обогащения железных руд смесью тонкомолотого стеклобоя и глины является образование на поверхности гранул жидкой пиропластичной фазы уже в интервале температур 680-750°С, которая в последующем интенсивно развивается по мере возрастания температуры обжига. Жидкая фаза взаимодействует с твердой фазой приграничной зоны гранул и интенсифицирует процессы жидкофазного спекания. Спекшиеся поверхность контакта и приграничная зона гранул выступают в качестве пространственного армирующего каркаса, обеспечивающего высокие показатели прочности и морозостойкости керамических изделий.

Пример

Изделия изготавливают по следующей технологии. Глину сушат и измельчают до полного прохождения через сито 0,315 мм, стеклобой измельчают до удельной поверхности 3000 см²/г, шламистая часть отходов обогащения железных руд представляет собой тонкодисперсный материал со средним размером частиц 15-18 мкм и дополнительного измельчения не требует. Предварительная обработка заключается в сушке отходов до остаточной влажности 2-3%.

Керамическую шихту готовят следующим образом. Отходы активно смешивают в турболопастном смесителе-грануляторе (угол наклона чаши 45°, частота вращения чаши 20 мин ^-1, частота вращения лопастей 1000-1200 мин^-1 ) с частью глины (5-10 масс. %), увлажняют и гранулируют до крупности гранул 1-3 мм. Подачу воды осуществляют разбрызгиванием из расчета формовочной влажности шихты 8-12 %. Остатки сухой глины и стеклобой смешивают и после грануляции отходов вводят в гранулятор. В результате происходит опудривание гранул равномерным слоем глины со стеклобоем. Гранулометрический состав приготовленной керамической шихты представлен в таблице 1.

Таблица 1
Диаметр гранул, мм	Содержание, мас.%
	Предлагаемый способ	Известный способ
Более 10	-	5
10-5	-	35
5-2,5	30-35	22
2,5-1,2	55-65	14
Менее 1,2	5-10	-

Прессование кирпича-сырца из гранулированной пресс-массы влажностью 8-12% осуществляют на прессе при удельном давлении прессования 15-20 МПа. Сушка изделий происходит в течение 10-16 часов при максимальной температуре 100-110°C, обжиг осуществляется при температуре 1050°C с выдержкой на максимальной температуре не менее 1,5 часов.

В таблице 2 приведены составы сырьевых смесей, а в таблице 3 - физико-механические свойства изделий.

Таблица 2
Компонент	Содержание компонентов, мас.%
	Предлагаемый состав			Известный состав
	1	2	3
Отходы обогащения железных руд	85	75	70	50-55
Глина	10	15	20	30-35
Стеклобой	5	10	10	15-20

Таблица 3
Свойства	Показатели для состава
	Предлагаемый состав			Известный состав
	1	2	3
Прочность при сжатии, МПа	35,1	41,6	43,2	40,6-41,3
Средняя плотность, г/см	1,75	1,79	1,81	1,91-1,93
Коэффициент конструктивного качества	20,05	23,24	22,96	21,03-21,57
Морозостойкость, цикл	75	75	75	50

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1694539, МПК С04В 28/34, 1991.

2. Патент № 2232735 Российская Федерация, МПК С04В 33/00, 2004.

3. Авторское свидетельство СССР N 1073218, МПК C04B 33/00, 1982.

4. Патент № 2005702 Российская Федерация, МПК C04B 33/00, 1994.