КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2023 года по МПК C04B33/132 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к промышленности изделий стеновой керамики, и может быть использовано для получения керамического рядового кирпича и камней.

Известна керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая отходы углеобогащения (в масс. %) - 84-88%; водная вытяжка лессовидного суглинка - 8-10 и отходы метиз производства - 4-6 (Патент РФ №2327668). Недостатками указанной сырьевой смеси являются то, что изделия на ее основе обладают незначительной прочностью при сжатии (11,0-15,1 МПа) и сложным технологическим процессом подготовки водной вытяжки лессовидного суглинка, требующим значительных ресурсо- и энергозатрат. Полное размокание суглинка в воде и последующие обезвоживание требует дополнительных энергетических затрат и обуславливает увеличение себестоимости изделий.

Другая керамическая масса (Патент РФ №2615199), содержащая 70-80% отходы обогащения углистых аргиллитов и 20-30% умеренно-пластичный суглинок, не позволяет получить керамические стеновые материалы с высокой прочностью (R_сж - 23,2-25,4 МПа) и водопоглощением (14,9-15,6%).

Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления керамических материалов, включающая аргиллитовая вскрышная порода угледобычи - 70-90% и цеолитсодержащая порода (Патент РФ №2755112). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе имеют недостаточную прочность при сжатии (28,7-34,1 МПа) и повышенную температуру обжига (1000°С).

Задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение прочности и уменьшение водопоглощения керамических стеновых материалов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления керамических стеновых материалов, включающая аргиллитовую вскрышную породу угледобычи и наполнитель, отличается тем, что в качестве наполнителя она содержит измельченную горелую породу размером частиц менее 0,063 мм при следующем соотношении компонентов масс. %: аргиллитовая вскрышная порода угледобычи - 60-80, горелая порода - 20-40.

Аргиллитовая вскрышная порода угледобычи (Чаданский угольный разрез Республики Тыва) имеет следующий химический состав, масс %: SiO₂ 61,42; Al₂O₃ 12,94; Fe₂O 7,43; CaO 3,32; MgO 2,13; K₂O 3,16; Na₂O 1,89 п.п. п. 7,71. Сырье относится к группе кислой с высоким содержание красящих оксидов. Минеральный состав аргиллитовой породы представлен кварцем, ортоклазом, гетитом и иллитом. Содержание глинистых минералов колеблется в пределах 21-24%. Температура огнеупорности 1200°С. В измельченном состоянии размерами частиц менее 0,31 мм, по технологическим свойствам аргиллитовая вскрышная порода является умеренно-пластичной, средне дисперсной, относится к легкоплавкому низкотемпературному и среднеспекающемуся сырью.

Измельченная горелая порода угледобычи представляет собой тонкодисперсный порошок желто-коричневого цвета, полученный в результате помола отсева вскрышной породы. Объемная масса 1140 кг/м³, плотность - 2660 кг/м³. Огнеупорность 1180°С. В минералогический состав породы входят кварц, альбит, гетит, обезвоженные остатки иллита. Особенностью фазового состава является наличие стеклофазы до 14-16%. Химический состав горелой породы приведен в таблице 1.

Из научной и технической литературы, а также из известного перечня информации заявителем не обнаружены технические решения с применением аргиллитовых вскрышных пород с наличием иллитовых глинистых минералов в количестве 21-24%, а также измельченной горелой породы, содержащей альбита (в пределах 34-37%), остатков глинистых минералов (18-20%) и стеклофазу (14-16%) или с аналогичным наполнителями подобного химического состава.

В рассматриваемой керамической массе измельченные и увлажненные частицы глинистых минералов аргиллита и аморфизованные при механоактивации тонкодисперсные частицы кварца, альбита, остатков глинистых минералов и стеклофазы горелой породы образуют упруго-вязкую связку и обеспечивают пластичность массы и плотной упаковку твердых зерен при формовании.

Химическое взаимодействие основных составляющих (аморфизованные частицы кварца, албита, остатков глинистых минералов и стеклофазы при механоактивации) горелой породы при термической обработке, при указанной совокупности оксидов с продуктами разложения глинистых минералов и других компонентов, присутствующих в аргиллитовой вскрышной породе, обусловливает ранее протекание реакций в твердой фазе с образованием новых соединений типа железистых шпинелей, кристобалита, герцинита и анортита, а также с образованием жидкой стеклофазы за счет взаимодействия оксидов щелочных элементов с аморфным кремнеземом, вюститом и стеклофазой. Поскольку жидкая стеклофаза является связующим и цементирующим веществом между твердыми тугоплавкими частицами шихты, заполняющим межзерновые пустоты, снижая пористость черепка, то образование ее в значительном количестве (32-35%), чем в известных составах при более низкой конечной температуре термообработки, обуславливает получение керамического материала более плотной структуры, что повышает прочность обожженных изделий и снижает температуру обжига. К более раннему образованию стеклофазы и ее значительному накоплению способствует высокое содержание щелочных оксидов в аргиллите и наличие стеклофазы и аморфизованных частиц после механоактивации горелой породы.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, по мнению заявителя, отвечает критерию «существенных отличий», приобретает новые свойства, заключающиеся в получении керамического материала более плотной структуры с высокой прочностью при низкой температуре обжига.

Пример конкретного выполнения.

Аргиллитовые вскрышные породы угледобычи измельчены в щековой дробилке и просеяны через сито с размерами ячейки 0,31 мм. Отсев горелой породы измельчен в шаровой мельнице до конечного остатка на сите №0063 не более 5%. Смесь в необходимых соотношениях тщательно смешивалась в сухую и увлажнялась до влажности 20% получением пластичной массы и изготовлены образцы-цилиндрики диаметром и высотой 50 мм. Полученные изделия сушат и обжигают однократным способом при температуре 980°С с изотермической выдержкой в течение 1,5 ч.

Шихтовой состав масс и свойства обожженных изделий приведены в таблицах 2 и 3.

Результаты испытаний показали эффективность измельченной горелой породы в количестве 20-40% по сравнению с прототипом.

Применение предлагаемой керамической массы позволяет получить стеновые керамические изделия повышенной прочности и малым водопоглощением с расширением сырьевой базы за счет отходов угледобычи.

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к промышленности изделий стеновой керамики, и может быть использовано для получения керамического кирпича и камней. Технический результат - увеличение прочности при сжатии и уменьшении водопоглощения обожженных изделий. Керамическая масса для получения стеновых изделий содержит аргиллитовую вскрышную породу угледобычи и дополнительно содержит измельченную горелую породу угледобычи размером частиц менее 0,063 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: аргиллитовая вскрышная порода угледобычи 60-80; горелая порода 20-40%. 3 табл.

Керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая аргиллитовую вскрышную породу угледобычи, отличающаяся тем, что дополнительно содержит измельченную горелую породу угледобычи размером частиц менее 0,063 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

аргиллитовая вскрышная порода угледобычи 60-80 горелая порода 20-40