КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЛИЦОВОЧНОЙ ПЛИТКИ Российский патент 2006 года по МПК C04B33/16 C04B33/00 

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в производстве облицовочной керамической плитки для внутренних отделочных работ.

При изготовлении строительных керамических изделий широко используются промышленные отходы горнорудных и металлургических предприятий. Такие отходы имеют сложный минеральный состав, что отрицательно сказывается на технических характеристиках получаемых изделий. При производстве керамических изделий, в том числе облицовочной керамической плитки, с использованием отходов обогащения медно-никелевых руд общими недостатками получаемых изделий являются высокое водопоглощение и низкие прочностные характеристики. Для улучшения эксплуатационных свойств применяют повышенные температуры обжига изделий, что вызывает деформацию и оплавление части изделий, увеличивая процент брака. Кроме того, повышаются энергозатраты при обжиге изделий. Оптимальной температурой обжига при получении керамических изделий для внутренних отделочных работ является температура в диапазоне 1050-1100°С.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. Глодин Ю.Н. Отходы (хвосты) флотации медно-никелевых руд как сырьевой материал для производства кислотоупорных и износоустойчивых керамических изделий: Труды НИИ строительной керамики.- М., 1966, вып.26, с.37-59), включающая 50 мас.% глины легкоплавкой и 50 мас.% отходов обогащения медно-никелевых руд.

Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий минералогический состав, мас.%:

Оливины35-40Серпентины, хлорит, тальк17-19Пироксены25-30Флогопит7-9Магнетит9-11Пирротин0,2-0,3

Получаемая облицовочная плитка в интервале температур обжига 1050-1100°С имеет водопоглощение 10,9-13,8%, прочность при изгибе не более 9,0 МПа, линейную огневую усадку 0,5-2,3%.

Недостатком данной керамической массы является повышенное водопоглощение, невысокая прочность при изгибе получаемых изделий и их повышеннная линейная огневая усадка.

Известна также керамическая масса для изготовления облицовочной плитки (см. патент РФ № 2093491, МПК⁶ С 04 В 33/00, 1997), включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, взятые в соотношении 1:0,67-0,80, что соответствует их содержанию, мас.%: глина легкоплавкая 40,1-44,4, отходы обогащения медно-никелевых руд 55,6-59,9.

Отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:

Серпентиновые минералы50,0-90,0Тальк0,3-20,0Магнетит5,0-15,0Оливины, пироксены, амфиболы0,2-20,0Кальцит, доломит0,1-5,0Пирротин, пирит, пентландит, халькопирит1,0-3,0

Температура обжига керамической массы составляет 1100-1170°С. Получаемые при этом изделия имеют водопоглощение 11-14%, прочность при изгибе 15,7-29,0 МПа. При снижении температуры обжига до 1080°С указанные свойства ухудшаются: водопоглощение повышается до 17%, прочность при изгибе снижается до 15 МПа.

Недостатком известной керамической массы является повышенное водопоглощение получаемых плиток и недостаточно высокая их прочность при изгибе. К недостаткам известной массы следует также отнести повышенную (свыше 1100°С) температуру обжига получаемых изделий, что увеличивает их линейную огневую усадку.

Техническим результатом изобретения является снижение водопоглощения и линейной огневой усадки получаемой плитки и увеличение ее прочности при изгибе при одновременном понижении температуры обжига.

Указанный технический результат достигается тем, что керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, согласно изобретению дополнительно содержит нефелиновый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина легкоплавкая30-40Отходы обогащения медно-никелевых руд50-55Нефелиновый концентрат7-15

Технический результат достигается также тем, что отходы обогащения медно-никелевых руд имеют следующий состав, мас.%:

Хлорит, гидрохлорит55,8-58,32Серпентиновые минералы11,3-14,65Тальк11,15-13,8Титаномагнетит, магнетит, хромит7,18-8,0Гипс1,95-2,10Альбит2,0-2,3Кварц1,98-2,21Пироксены1,0-1,56Амфиболы4,0-5,05

Технический результат достигается и тем, что нефелиновый концентрат содержит 81-85 мас.% нефелина и 5-10 мас.% полевых шпатов.

Введение нефелинового концентрата указанного состава в сочетании с другими компонентами керамической массы обеспечивает образование стекловидных расплавов, которые разрушают частицы тугоплавких окислов, вовлекая в расплав новые окислы с образованием единого монолита. Это улучшает процесс спекания и обеспечивает снижение водопоглощения при пониженных температурах обжига.

Используемая легкоплавкая глина относится к каолинито-гидрослюдистым. Введение в состав керамической массы глины в количестве 30-40 мас.% позволяет получить необходимое количество алюмосиликатного расплава, обеспечивающего спекание массы, что повышает прочностные характеристики и снижает водопоглощение получаемых изделий.

Основными компонентами отходов обогащения медно-никелевых руд являются хлориты и гидрохлориты, имеющие каолинитоподобную структуру. Это позволяет улучшить формовочные свойства массы, интенсифицировать процесс спекания за счет более раннего появления расплава пониженной вязкости и, как следствие, формирование плотного черепка с повышенными физико-механическими характеристиками: прочностью и водопоглощением. Кроме того, используемые отходы имеют крупность менее 0,01 мм, что не требует их дополнительного измельчения, а также высокую удельную поверхность, что обеспечивает хорошую реакционную способность при обжиге.

Введение в керамическую массу отходов обогащения медно-никелевых руд в количестве менее 50 мас.% и глины в количестве более 40 мас.% вызывает в расплаве интенсивную кристаллизацию определенных фаз, в частности анортита, что приводит к ухудшению спекаемости массы и, как следствие, увеличению водопоглощения и снижению прочности при изгибе готовых изделий.

Содержание в керамической массе отходов более 55 мас.% при содержании нефелинового концентрата менее 7 мас.% увеличивает водопоглощение изделий в результате неполного связывания оксидов кальция и магния, содержащихся в отходах.

При содержании нефелинового концентрата менее 7 мас.% и содержании глины менее 30 мас.% происходит образование недостаточного количества жидкой фазы, что приводит к понижению прочности при изгибе изделий и требует повышенной температуры обжига.

Содержание нефелинового концентрата более 15 мас.% при повышенном (более 40 мас.%) содержании глины приводит к образованию стеклофазы с микротрещиноватой структурой, в результате чего снижается прочность и увеличивается линейная огневая усадка керамической плитки.

Керамическую массу предлагаемого состава готовят по следующей технологии. Глину легкоплавкую смешивают с нефелиновым концентратом в заявленных соотношениях и подвергают предварительному помолу в течение 3 ч до обеспечения крупности менее 0,05 мм. Затем добавляют отходы обогащения медно-никелевых руд в количестве 50-55 мас.% и перемешивают в течение 1 ч. Полученную смесь увлажняют водой до влажности 7-9% и формуют изделия прессованием в два этапа. Первоначально для удаления воздуха образцы прессуют при удельном давлении 5 МПа, а затем при давлении 21 МПа. Для исключения деформации при обжиге сушку отформованных изделий проводят в течение 20 мин при температуре 240°С. Обжиг изделий ведут при температуре 1050-1100°С.

Примеры составов керамической массы приведены в Таблице 1. Основные характеристики полученных керамических плиток приведены в Таблице 2.

Таблица 1Компоненты керамической массыСодержание компонентов в составах массы, мас.% Пример 1Пример 2Пример 3Глина легкоплавкая303840Отходы обогащения555053Нефелиновый концентрат15127

Из данных Таблиц 1 и 2 видно, что керамическая масса согласно заявляемому изобретению по сравнению с прототипом позволяет получать облицовочные плитки, имеющие пониженное (8,3-12,8%) водопоглощение, более высокую (до 25,9 МПа) прочность при изгибе при температуре обжига 1050-1100°С и пониженной (0,1-1,4%) линейной огневой усадке.

Таблица 2ПоказательСоставы керамической массыСоставы по прототипу Пример 1Пример 2Пример 3123Температура обжига, °С1050110010501100105011001080112011701100Прочность при изгибе, МПа17,622,120,525,918,124,215,024,029,015,7Водопоглощение,%12,89,511,08,311,89,017,012,011,014,0Кажущаяся плотность, г/см³2,412,442,432,482,382,462,452,602,602,50Температурный коэффициент линейного расширения, α· 10^-6°C^-15,455,905,355,855,405,88----Линейная огневая усадка,%0,21,40,11,00,21,3----

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в производстве облицовочной керамической плитки для внутренних отделочных работ. Техническим результатом изобретения является снижение водопоглощения и линейной огневой усадки получаемой плитки и увеличение ее прочности при изгибе при одновременном понижении температуры обжига. Указанный технический результат достигается тем, что керамическая масса включает глину легкоплавкую, отходы обогащения медно-никелевых руд и нефелиновый концентрат при следующем соотношении 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. Используемый нефелиновый концентрат содержит 81-85 масс. % нефелина и 5-10 масс. % полевых шпатов. Использование предлагаемой массы позволяет получать облицовочные плитки, имеющие водопоглощение 8,3-12,8 %, прочность при изгибе до 25,9 МПа при температуре обжига 1050-1100°С и линейной огневой усадке 0,1-1,4 %. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки, включающая глину легкоплавкую и отходы обогащения медно-никелевых руд, отличающаяся тем, что масса дополнительно содержит нефелиновый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина легкоплавкая 30-40Отходы обогащения медно-никелевых руд 50-55Нефелиновый концентрат 7-15

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