СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ЛИЦЕВОГО КИРПИЧА Российский патент 2020 года по МПК C04B33/138 C04B33/04 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к производству искусственных керамических камней, и может быть использовано при изготовлении керамического лицевого кирпича.

Известен способ получения керамического кирпича, описанный в авторском свидетельстве СССР №763293 на изобретение «Керамическая масса для изготовления кирпича» по классу С04В 33/00, заявленном 12.07.1978 года и опубликованном 15.09.1980 года.

Данный способ заключается в том, что сдозированные компоненты массы - глину пластичную, золу ТЭС фракции 0,2-2 мм и гранулированный никелевый шлак, состоящий из мелкой фракции 0,1-0,63 мм и крупной фракции 0,63-1,5 мм, перерабатывают через камневыделительные вальцы, бегуны мокрого помола, увлажняют до формовочной влажности 18-20% и направляют на вылеживание не менее, чем на 7 суток. Затем массу измельчают на вальцах тонкого помола, смешивают и прогревают в двухвальном смесителе и продавливают через фильтрующую решетку глиномешалки на формование в вакуум-пресс. Изделия из массы формуют при разрежении в вакуум-камере пресса 700-740 мм рт. ст. Отформованный кирпич-сырец сушат в сушилках камерного или туннельного типа и обжигают в кольцевой или туннельной печи с температурой 870-920°С с выдержкой при этой температуре не менее 4 часов.

Недостатками этого способа получения кирпича являются недостаточные прочность, морозостойкость и качество получаемых этим способом изделий, в частности, появление высолов на их поверхности.

Основной причиной появления высолов на кирпиче является наличие в них после обжига водорастворимых соединений (хлоридов, сульфатов, щелочей и т.д.), которые необходимо убрать или перевести в нерастворимые в воде соединения путем использования специальных условий обработки сырья, применяемого при получении шихты для изготовления керамического кирпича.

Задачей заявляемого изобретения является повышение прочности, морозостойкости и качества лицевого кирпича, получаемого заявляемым способом.

Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является повышение химической активности компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического лицевого кирпича.

Указанный результат достигается тем, что:

1. В способе получения керамического лицевого кирпича, включающем подготовку глинистой сырьевой массы, введение в нее шлака никелевого производства и других добавок, обработку полученной шихты и формирование из нее изделий, их сушку и обжиг, согласно изобретению, для получения шихты используют огнеупорную глину, шлак никелевого производства, микрокремнезем, карбидную известь и воду, взятые в следующем соотношении, масс. %:

Огнеупорная глина - 60-65 Шлак никелевого производства - 8-11 Микрокремнезем - 7-9 Карбидная известь - 5-6 Вода - остальное,

при этом огнеупорную глину в смеси с кремнеземом измельчают в присутствии воды в валковой дробилке при температуре 100-110°С до размера частиц 1 мм, подают полученную суспензию вместе с шлаком никелевого производства и карбидной известью в барабанный двухвалковый смеситель, после смешивания полученную шихту формуют в брус и разрезают на заготовки, которые сушат при температуре 190-210°С и обжигают в течение суток при температуре 950-1100°С.

2. В способе по п. 1, согласно изобретению, используемое для получения шихты сырье характеризуется следующим составом: огнеупорная глина Увельского месторождения, содержащая масс. %: SiO₂ - (57,13-62,17); Al₂O₃ - (24,0-29,0); Fe₂O₃ - (1,04-1,30); СаО - (0,42-0,56); MgO - (0,50-0,60); Na₂O - (1,91-3,70); K₂O - (1,04-3,70); MnO - 0.3; TiO₂ - 0,76; шлак никелевого производства ОАО «Уфалейникель», содержащий масс. %: SiO₂ - (38,0-44,0); Al₂O₃ - (7,0-12,0); СаО - (2,0-6,0); MgO - (4,0-30,0); FeO - (22,0-31,0); микрокремнезем - отход металлургического комбината "ЧЭМК" производства ферросилиция, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-96,0); Al₂O₃ - (0,7-1,5); СаО - (0,3-4,0); MgO - (1,0-4,1); Fe₂O₃ - (3,0-13,0) или производства ферросиликохрома, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-93,0); Al₂O₃ - (0,3-1,5); СаО - 0,5; MgO - 0,8; Cr₂O₃ - (0.2-0.5); Mn - (0,8-1,4); Fe₂O₃ - (0,5-1,0); С - (0,8-0,9), карбидная известь производства Челябинского треста "Сантехмонтаж", содержащая масс. %: Са(ОН)₂ - 81,3; СаО - 12,2.

Использование для получения шихты огнеупорной глины, шлака никелевого производства, микрокремнезема, карбидной извести и воды, взятых в следующем соотношении, масс. %:

Огнеупорная глина - 60-65 Шлак никелевого производства - 8-11 Микрокремнезем - 7-9 Карбидная известь - 5-6 Вода - остальное,

причем огнеупорную глину в смеси с кремнеземом измельчают в присутствии воды в валковой дробилке при температуре 100-110°С до размера частиц 1 мм, подают полученную суспензию вместе с шлаком никелевого производства и карбидной известью в барабанный двухвалковый смеситель, после смешивания полученную шихту формуют в брус и разрезают на заготовки, которые сушат при температуре 190-210°С и обжигают в течение суток при температуре 950-1100°С, позволяет повысить химическую активность компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического лицевого кирпича и тем самым повысить прочность, морозостойкость и качество изделий, получаемых заявляемым способом, исключить появление высолов на поверхности изделий.

При этом используемое для получения шихты сырье может характеризоваться следующим составом: огнеупорная глина Увельского месторождения, содержащая масс. %: SiO₂ - (57,13-62,17); Al₂O₃ - (24,0-29,0); Fe₂O₃ - (1,04-1,30); СаО - (0,42-0,56); MgO - (0,50-0,60); Na₂O - (1,91-3,70); K₂O - (1,04-3,70); MnO - 0.3; TiO₂ - 0,76; шлак никелевого производства ОАО «Уфалейникель», содержащий масс. %: SiO₂ - (38,0-44,0); Al₂O₃ - (7,0-12,0); СаО - (2,0-6,0); MgO - (4,0-30,0); FeO - (22,0-31,0); микрокремнезем - отход металлургического комбината "ЧЭМК" производства ферросилиция, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-96,0); Al₂O₃ - (0,7-1,5); СаО - (0,3-4,0); MgO - (1,0-4,1); Fe₂O₃ - (3,0-13,0) или производства ферросиликохрома, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-93,0); Al₂O₃ - (0,3-1,5); СаО - 0,5; MgO - 0.8; Cr₂O₃ - (0.2-0.5); Mn - (0,8-1,4); Fe₂O₃ - (0,5-1,0); С - (0,8-0,9), карбидная известь производства Челябинского треста "Сантехмонтаж", содержащая масс. %: Са(ОН)₂ - 81,3; СаО - 12,2.

Заявляемый способ получения керамического лицевого кирпича обладает новизной по сравнению с ближайшим аналогом, отличаясь от него тем, что:

1. для получения шихты используют огнеупорную глину, шлак никелевого производства, микрокремнезем, карбидную известь и воду, взятые в следующем соотношении, масс. %:

Огнеупорная глина - 60-65 Шлак никелевого производства - 8-11 Микрокремнезем - 7-9 Карбидная известь - 5-6 Вода - остальное,

при этом огнеупорную глину в смеси с кремнеземом измельчают в присутствии воды в валковой дробилке при температуре 100-110°С до размера частиц 1 мм, подают полученную суспензию вместе с шлаком никелевого производства и карбидной известью в барабанный двухвалковый смеситель, после смешивания полученную шихту формуют в брус и разрезают на заготовки, которые сушат при температуре 190-210°С и обжигают в течение суток при температуре 950-1100°С,

2. используемое для получения шихты сырье характеризуется следующим составом: огнеупорная глина Увельского месторождения, содержащая масс. %: SiO₂ - (57,13-62,17); Al₂O₃ - (24,0-29,0); Fe₂O₃ - (1,04-1,30); СаО - (0,42-0,56); MgO - (0,50-0,60); Na₂O - (1,91-3,70); K₂O - (1,04-3,70); MnO - 0.3; TiO₂ - 0,76; шлак никелевого производства ОАО «Уфалейникель», содержащий масс. %: SiO₂ - (38,0-44,0); Al₂O₃ - (7,0-12,0); СаО - (2,0-6,0); MgO - (4,0-30,0); FeO - (22,0-31,0); микрокремнезем - отход металлургического комбината "ЧЭМК" производства ферросилиция, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-96,0); Al₂O₃ - (0,7-1,5); СаО - (0,3-4,0); MgO - (1,0-4,1); Fe₂O₃ - (3,0-13,0) или производства ферросиликохрома, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-93,0); Al₂O₃ - (0,3-1,5); СаО - 0,5; MgO - 0,8; Cr₂O₃ - (0.2-0.5); Mn - (0,8-1,4); Fe₂O₃ - (0,5-1,0); С - (0,8-0,9), карбидная известь производства Челябинского треста "Сантехмонтаж", содержащая масс. %: Са(ОН)₂ - 81,3; СаО - 12,2.

Заявителю неизвестен способ получения керамического лицевого кирпича, обладающий вышеуказанными отличительными существенными признаками, позволяющими явным образом достичь такого же технического результата, он не следует явным образом из изученного им уровня техники, поэтому заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ может найти широкое применение в области строительных материалов, в частности, в производстве искусственных керамических камней, и может быть использован при изготовлении керамического лицевого кирпича, поэтому заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемый способ получения керамического лицевого кирпича представляет собой совокупность операций, позволяющих повысить химическую активность компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического лицевого кирпича, и заключается в подготовке глинистой сырьевой массы, введении добавок, формировании из полученной шихты изделий, в сушке их и обжиге, при этом для получения шихты используют огнеупорную глину, шлак никелевого производства, микрокремнезем, карбидную известь и воду, взятые в следующем соотношении, масс. %:

Огнеупорная глина - 60-65

Шлак никелевого производства - 8-11

Микрокремнезем - 7-9

Карбидная известь - 5-6

Вода - остальное,

причем огнеупорную глину в смеси с кремнеземом измельчают в присутствии воды в валковой дробилке при температуре 100-110°С до размера частиц 1 мм, подают полученную суспензию вместе с шлаком никелевого производства и карбидной известью в барабанный двухвалковый смеситель, после смешивания полученную шихту формуют в брус и разрезают на заготовки, которые сушат при температуре 190-210°С и обжигают в течение суток при температуре 950-1100°С, а используемое для получения шихты сырье характеризуется следующим составом: огнеупорная глина Увельского месторождения, содержащая масс. %: SiO₂ - (57,13-62,17); Al₂O₃ - (24,0-29,0); Fe₂O₃ - (1,04-1,30); СаО - (0,42-0,56); MgO - (0,50-0,60); Na₂O - (1,91-3,70); K₂O - (1,04-3,70); MnO - 0.3; TiO₂ - 0,76; шлак никелевого производства ОАО «Уфалейникель», содержащий масс. %: SiO₂ - (38,0-44,0); Al₂O₃ - (7,0-12,0); СаО - (2,0-6,0); MgO - (4,0-30,0); FeO - (22,0-31,0); микрокремнезем - отход металлургического комбината "ЧЭМК" производства ферросилиция, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-96,0); Al₂O₃ - (0,7-1,5); СаО - (0,3-4,0); MgO - (1,0-4,1); Fe₂O₃ - (3,0-13,0) или производства ферросиликохрома, содержащий масс. %: SiO₂ - (83,0-93,0); Al₂O₃ - (0,3-1,5); СаО - 0,5; MgO - 0,8; Cr₂O₃ - (0.2-0.5); Mn - (0,8-1,4); Fe₂O₃ - (0,5-1,0); С - (0,8-0,9), карбидная известь производства Челябинского треста "Сантехмонтаж", содержащая масс. %: Са(ОН)₂ - 81,3; СаО - 12,2 и в незначительном количестве MgC₂, СаР₂, CaS и CaCN₂.

Все используемые при реализации заявляемого способа компоненты являются доступными и могут быть применены в производстве строительных материалов.

Изобретение реализуют с помощью технологической установки, схема которой приведена на чертеже.

Установка для получения керамического лицевого кирпича содержит бункер 1 огнеупорной глины Увельского месторождения, бункер 2 микрокремнезема - отхода металлургического комбината "ЧЭМК", бункер 3 карбидной извести производства Челябинского треста "Сантехмонтаж", бункер 4 никелевого шлака тубнотермической плавки ОАО «Уфалейникель», валковую дробилку 5, барабанный двухвалковый смеситель 6, узел 7 подготовки заготовок, сушилку 8, прокалочную печь 9, хранилище 10 кирпича.

Заявляемый способ получения керамического лицевого кирпича осуществляют следующим образом.

В валковой дробилке 5, куда подают нужное количество воды, измельчают огнеупорную глину, подаваемую в нужном количестве из бункера 1, в смеси с микрокремнеземом, подаваемым в соответствующем количестве из бункера 2, до размера частиц 1 мм при температуре 100-110°С, при этом протекают реакции

K₂O+SiO₂=K₂SiO₃,

Na₂O+SiO₂=Na₂SiO₃

с образованием жидкого стекла.

По окончании реакций суспензию подают в барабанный двухвалковый смеситель 6, куда одновременно добавляют в нужном количестве шлак никелевого производства из бункера 4 и карбидную известь из бункера 3. В процессе перемешивания в смесителе 6 температура смеси повышается до 120-130°С и протекает реакция с образованием алюмината кальция

3Са(ОН)₂+Al₂O₃=3СаО⋅Al₂O₃+3H₂O.

Образовавшееся в процессе подготовки шихты жидкое стекло взаимодействует с оксидом алюминия глины с образованием алюмосиликата натрия - клея высокой прочности. В промышленных условиях жидкое стекло взаимодействует с оксидом алюминия при температуре 150°С в течение 6 часов с получением алюмосиликата натрия, который смешивается с жидким стеклом в зависимости от химического состава и условий обработки в различных процентных соотношениях и образуется алюмосиликат натрия (алюмосиликатный клей-связка):

Al₂O₃+Na₂SiO₄→NaO : 0,8SiO₂ : 0,2Al₂O₃.

Максимальное содержание Al₂O₃, которое может содержаться в алюмосиликатном клее-связке при сохранении его стабильности, равно 10% (в пересчете на сухие оксиды). При увеличении содержания оксида алюминия происходит загустевание клея-связки и он превращается в студнеобразную массу. При смешении таких растворов образуются гели алюмосиликата натрия нормального твердения и высокой прочности на сжатие до 600-900 МПа в зависимости от соотношения указанных компонентов [Сычев М. Неорганические клеи, Л.: Химия, 1984, С. 93].

По окончании реакции полученную шихту подают в узел 7 подготовки заготовок, где ее формуют в брус, режут струной на заготовки и отправляют в сушилку 8, где производят сушку заготовок при температуре 190-210°С горячими дымовыми продуктами с небольшим избытком кислорода. При этом в заготовках происходит вспенивание жидкого стекла, выделение из него физической влаги в парообразном состоянии, что равномерно повышает пористость заготовок, не требуя применения разрыхлителей смеси. (Мельник М.Т., Илюха Н.Г., Шаповалова Н.Н., "Огнеупорные цементы", Киев, "Высшая школа", 1984 г., с. 123).

Далее при обжиге высушенных заготовок в прокалочной печи 9 алюмосиликат натрия при нагревании выше 350°С продолжает вспучиваться, выделяя пары, что дополнительно повышает пористость кирпича. Одновременно с этим в заготовках при температуре выше 950°С образуется глиноземистый цемент

3СаО⋅Al₂O₃+6H₂O=СаО⋅Al₂O₃⋅6H₂O.

После остывания готовый лицевой кирпич помещают в хранилище 10 кирпича.

Таким образом, в процессе реализации заявляемого способа за счет повышения химической активности компонентов водорастворимые шелочи были переведены в нерастворимое в воде соединение - алюмосиликатный клей-связку, устранив условия образования высолов в кирпиче. Образование указанного соединения и глиноземистого цемента повышает как прочность, так и морозостойкость кирпича. Высокое качество керамического лицевого кирпича, получаемого по предложенному способу, подтверждается приведенными данными испытания лабораторных образцов. Испытание было проведено по ГОСТу в лаборатории керамического производства ОАО «Коркинский керамический завод».

Опыт 1. В лабораторную мельницу залили 15 мл воды, добавили к ней 65 Г огнеупорной глины и 7 Г микрокремнезема, измельчили смесь при температуре 100°С до размера частиц 1 мм, при этом произошли реакции с образованием калиевого и натриевого жидкого стекла. Полученную суспензию перелили в смеситель и добавили туда 8 Г шлака никелевого производства и 5 Г карбидной извести, в результате смешивания температура повысилась до 110°С и произошла реакция с образованием алюмината кальция. Из полученной шихты сформовали 8 кубиков, которые высушили в сушильном шкафу при температуре 190°С, после чего кубики поместили в муфельную печь, в которой их в течение суток прогревали при температуре 950°С. При этом в кубиках протекала реакция образования в них глиноземистого цемента. После охлаждения провели испытание кубиков на прочность и морозостойкость по существующей методике. Результаты испытания приведены в таблице.

Опыт 2. В лабораторную мельницу залили 14 мл воды, добавили к ней 60 Г огнеупорной глины и 9 Г микрокремнезема, измельчили смесь при температуре 110°С до размера частиц 1 мм, при этом произошли реакции с образованием калиевого и натриевого жидкого стекла. Полученную суспензию перелили в смеситель и добавили туда 11 Г шлака никелевого производства и 6 Г карбидной извести, в результате смешивания температура повысилась до 130°С и произошла реакция с образованием алюмината кальция. Из полученной шихты сформовали 8 кубиков, которые высушили в сушильном шкафу при температуре 210°С, после чего кубики поместили в муфельную печь, в которой их в течение суток прогревали при температуре 1100°С. При этом в кубиках протекала реакция образования в них глиноземистого цемента. После охлаждения провели испытание кубиков на прочность и морозостойкость по существующей методике. Результаты испытания приведены в таблице. Результаты испытания приведены в таблице, где также приведены показатели образцов керамического кирпича по ГОСТу.

Заявляемый способ получения керамического лицевого кирпича по сравнению с ближайшим аналогом позволяет повысить прочность и морозостойкость изготавливаемого с помощью этого способа кирпича, повысить его качество за счет повышения химической активности компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического лицевого кирпича.

Способ получения керамического лицевого кирпича предназначен для изготовления строительных материалов. Способ заключается в подготовке глинистой сырьевой массы, введении добавок, формировании из полученной шихты изделий, в сушке их и обжиге. Для получения шихты используют огнеупорную глину, шлак никелевого производства ОАО «Уфалейникель», микрокремнезем - отход металлургического комбината "ЧЭМК" производства ферросилиция или ферросиликохрома, карбидную известь производства Челябинского треста "Сантехмонтаж" и воду в следующем соотношении, масс.%: огнеупорная глина 60-65, шлак никелевого производства 8-11, микрокремнезем 7-9, карбидная известь 5-6, вода остальное. Огнеупорную глину в смеси с микрокремнеземом измельчают в присутствии воды в валковой дробилке при температуре 100-110°С до размера частиц 1 мм, полученную смесь вместе со шлаком никелевого производства и карбидной известью смешивают в барабанном двухвальном смесителе, формуют в брус, режут на заготовки, сушат и обжигают при температуре 950-1100°С. Технический результат изобретения - повышение прочности и морозостойкости керамического лицевого кирпича. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 2 пр.

1. Способ получения керамического лицевого кирпича, включающий подготовку глинистой сырьевой массы, введение в нее шлака никелевого производства и других добавок, обработку полученной шихты и формирование из нее изделий, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что для получения шихты используют огнеупорную глину, шлак никелевого производства, микрокремнезем, карбидную известь и воду, взятые в следующем соотношении, масс.%:

Огнеупорная глина 60-65 Шлак никелевого производства 8-11 Микрокремнезем 7-9 Карбидная известь 5-6 Вода остальное,

при этом огнеупорную глину в смеси с кремнеземом измельчают в присутствии воды в валковой дробилке при температуре 100-110°С до размера частиц 1 мм, подают полученную суспензию вместе с шлаком никелевого производства и карбидной известью в барабанный двухвалковый смеситель, после смешивания полученную шихту формуют в брус и разрезают на заготовки, которые сушат при температуре 190-210°С и обжигают в течение суток при температуре 950-1100°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используемое для получения шихты сырье характеризуется следующим составом: огнеупорная глина Увельского месторождения, содержащая масс.%: SiO₂ 57,13-62,17; Al₂O₃ 24,0-29,0; Fe₂O₃ 1,04-1,30; CaO 0,42-0,56; MgO 0,50-0,60; Na₂O 1,91-3,70; K₂O 1,04-3,70; MnO 0.3; TiO₂ 0,76; шлак никелевого производства ОАО «Уфалейникель», содержащий масс.%: SiO₂ 38,0-44,0; Al₂O₃ 7,0-12,0; СаО 2,0-6,0; MgO 4,0-30,0; FeO 22,0-31,0; микрокремнезем - отход металлургического комбината "ЧЭМК" производства ферросилиция, содержащий масс.%: SiO₂ 83,0-96,0; Al₂O₃ 0,7-1,5; СаО 0,3-4,0; MgO 1,0-4,1; Fe₂O₃ 3,0-13,0, или производства ферросиликохрома, содержащий масс.%: SiO₂ 83,0-93,0; Al₂O₃ 0,3-1,5; СаО 0,5; MgO-0,8; Cr₂O₃ 0.2-0.5; Mn 0,8-1,4; Fe₂O₃ 0,5-1,0; С 0,8-0,9, карбидная известь производства Челябинского треста "Сантехмонтаж", содержащая масс.%: Са(ОН)₂ 81,3; СаО 12,2.