КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КИРПИЧА Российский патент 2024 года по МПК C04B33/02 C04B33/132 

Изобретение относится к промышленности керамических материалов, преимущественно к составам масс для получения керамического кирпича.

Одним из основных факторов, влияющих на качество готового керамического кирпича, является минералогический состав глин и готовых изделий. Управлять минералообразованием керамического черепка и свойствами готовых изделий возможно путём введения различных добавок в глинистую шихту, в том числе отходов промышленности [Научно-технические аспекты минералообразования керамического кирпича].

В регионах с развитым промышленным потенциалом образуется огромное количество промышленных отходов, источником которых являются предприятия химии, нефтехимии и нефтепереработки, энергетики, металлургии, горнодобывающей промышленности и др. Длительное хранение таких отходов не только требует больших капитальных затрат, но и, в ряде случаев, представляет угрозу загрязнения воздушных и водных бассейнов. Примечательно, что подавляющее большинство отходов промышленности имеют силикатный и алюмосиликатный состав, что делает их весьма перспективным сырьем для производства строительной керамики [Модификаторы керамической массы для производства стеновых керамических изделий].

Известна керамическая масса для изготовления кирпича на основе легкоплавкой глины с добавлением алюмощелочного шлама, полученного при очистке стоков производств этил- и изопропилбензола с содержанием, масс %: SiO₂ – 2,3; Al₂O₃ – 61,1; Fe₂О₃ – 1; CaO – 4,4; MgO – 4,2; R₂O – 19,8; п.п.п. – 5.3 при следующем содержании компонентов, мас.%: легкоплавкая глина – 70-90, алюмощелочной шлам, полученный при очистке стоков производств этил- и изопропилбензола – 10-30 [патент РФ №2388722, опубл. 10.05.2010], (морозостойкость 52, прочность 17,8, водопоглощение 10).

Известна также керамическая масса, включающая в мас.%: глина кембрийская – 65-70; дробленый бой автоклавного пенобетона с размером частиц менее 1 мм – 30-35 [патент РФ №2354625, опубл. 10.05.2009], (коэффициент теплопроводности 0,151, водопоглощение 16).

Известна шихта для изготовления керамического кирпича, содержащая глину, гранулированный доменный шлак и тонкомолотый бой ячеистого бетона с остатком на сите №008 не более 1% при следующем соотношении компонентов, мас.%: тонкомолотый бой ячеистого бетона с остатком на сите №008 не более 1% 15-20; гранулированный доменный шлак 20-25; глина – остальное (патент РФ №2412131 от 20.02.2011).

Недостатками указанных составов керамических масс является относительно низкая морозостойкость.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности признаков является керамическая масса следующего состава, мас.%: кирпично-черепичная глина Таушинского месторождения Пермского края – 70,7, алюмосодержащий отход – 23,5, гидролизный лигнин – 5,8 [Батракова Г.М. Утилизация техногенных отходов в качестве добавок для модификации малопластичного глинистого сырья / Г. М. Батракова, В. А. Шаманов, Е. И. Панькова, А. Э. Щенина, А. А. Мартынова // Экология промышленного производства. – 2021. – №3 (115). – С. 14-18]. Минеральная добавка (алюмосодержащий отход) с высоким содержанием оксида алюминия (более 90%) и удельной поверхностью 4700 - 5000 см²/г способствовала уплотнению структуры керамического черепка, повышению морозостойкости, прочности на сжатие и термостойкости кирпича. В качестве выгорающего компонента для снижения энергопотребления при обжиге керамической массы использован лигнинсодержащий отход гидролизного производства фракции 6-8 мм, влажность 45-50%, зольность 6,49% с преобладанием в составе золы SiO₂ (93,4%), лигнин – 67,4%. Данная смесь принята за прототип.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются легкоплавкая глина; алюмосодержащий отход с содержанием оксида алюминия более 90%; порообразующий компонент.

Недостатками известной керамической массы, принятой за прототип, являются следующие физико-механические свойства образцов сырьевой смеси: низкая морозостойкость (не более 52 циклов попеременного замораживания и оттаивания), низкое водопоглощение (6,67%), высокая плотность (1,73 г/см³), прочность при сжатии (17,12 МПа).

Задача изобретения - улучшение эксплуатационных свойств и долговечности керамического кирпича, расширение сырьевой базы производства керамических материалов с одновременной утилизацией промышленных отходов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение водопоглощения по массе и морозостойкости при сохранении прочностных характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что известная керамическая масса для изготовления кирпича, включающая легкоплавкую глину, минеральную добавку и порообразующий компонент, согласно изобретению в качестве минеральной добавки содержит алюмосодержащий отход с содержанием оксида алюминия более 90%, образованный при уничтожении энергонасыщенных материалов, с удельной поверхностью 4700-5000 см²/г, а в качестве порообразующего компонента содержит тонкомолотый бой автоклавного газобетона крупностью зерен менее 1 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

легкоплавкая глина 60-70 алюмосодержащий отход 20-25 тонкомолотый бой автоклавного газобетона 10-15

Отличительными признаками заявляемой смеси для производства керамического кирпича от смеси по прототипу являются использование в качестве минеральной добавки алюмосодержащего отхода с содержанием оксида алюминия более 90%, образованного при уничтожении энергонасыщенных материалов, с удельной поверхностью 4700 - 5000 см²/г; использование в качестве порообразующего компонента тонкомолотого боя автоклавного газобетона крупностью зерен менее 1 мм, а также иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: легкоплавкая глина – 60-70, алюмосодержащий отход – 20-25, тонкомолотый бой автоклавного газобетона – 10-15.

Для регулирования пористости и водопоглощения по массе готового изделия в составе сырьевой смеси для производства керамического кирпича в качестве порообразующей добавки использовался тонкомолотый бой автоклавного газобетона с размером частиц менее 1 мм.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют улучшить эксплуатационные свойства по показателям водопоглощения по массе и морозостойкости при сохранении прочностных характеристик.

Для приготовления сырьевой смеси для производства керамического кирпича используют следующие компоненты:

1. В качестве основного глинистого сырья для производства керамического кирпича использовалась легкоплавкая глина Калинкинского месторождения Пермского края. Глина характеризуется как среднепластичная с плотной тонкодисперсной структурой; текстура – беспорядочная (неориентированная), с низким содержанием включений размером более 0,5 мм, представленных органическими остатками. По химическому составу, мас. %: SiO₂ – 72,37; Al₂O₃ – 11,35; TiO₂ – 0,83; Fe₂O₃ – 4,86; CaO – 1,38; MgO – 2,76; Na₂O – 3,22; K₂O – 4,09; п.п.п – 3,04 глина относится к группе кислых глин с высоким содержанием красящих окислов (Fe₂O₃ более 3%).

2. В качестве минеральной добавки использовался алюмосодержащий отход с содержанием оксида алюминия более 90%, образованный при уничтожении энергонасыщенных материалов, с удельной поверхностью 4700 - 5000 см²/г.

3. Тонкомолотый бой автоклавного газобетона с размером частиц менее 1 мм, изготовленного из кварцевых и кварцево-полевошпатовых песков.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Керамическую массу предложенного состава готовили пластическим способом следующим образом.

Легкоплавкую глину Калинкинского месторождения Пермского края и бой автоклавного газобетона (полученного с предприятий Пермский завод силикатных панелей и Пермтрансжелезобетон) предварительно высушивали до постоянной массы при температуре 105±5ºС, а затем измельчали механическим способом до крупности менее 1 мм. Минеральную глиноземистую добавку (отход уничтожения энергонасыщенных материалов) высушивали до постоянной массы при температуре 105±5ºС и измельчали в шаровой мельнице в течение 24 часов, затем полученный порошок просеивали через сито 0,063 мм.

Далее компоненты дозировались по массе с точностью до 1%, затем после добавления воды механически перемешивались до однородного состояния.

Из полученной керамической массы влажностью 20-22%, после ее вылеживания в эксикаторе в течение 24 часов, формовали лабораторные образцы-цилиндры, которые затем высушивали при температуре 60±5ºС до влажности не более 8%, после чего обжигали при температуре 1050°С.

В таблице 1 приведены составы керамических масс.

Таблица 1

Составы керамических масс

Компоненты Содержание компонентов, масс. % 1 2 Легкоплавкая глина 70 60 Алюмосодержащий отход 20 25 Тонкомолотый бой автоклавного газобетона 10 15

Определение средней плотности и прочностные характеристики проводили согласно ГОСТ 23789.

Результаты испытания опытных образцов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Физико-механические показатели образцов

Показатели Составы Прототип 1 2 Морозостойкость, циклы 100 82 52 Прочность при сжатии, МПа 16,76 17,1 17,12 Водопоглощение, % 16,9 15,3 6,67 Плотность, г/см³ 1,67 1,65 1,73

Как видно из таблицы 2, образцы из предложенных составов имеют более высокие показатели морозостойкости (количество циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенных образцов при температуре от минус 18±2ºС до плюс 20±2ºС) и водопоглощения по массе, чем прототип, при этом прочность при сжатии опытных образцов по сравнению с прототипом снижается незначительно (на 2,1 %).

Полученную сырьевую смесь можно рекомендовать для производства керамического кирпича пластическим способом формования, а использование техногенного сырья при получении керамического кирпича способствует расширению сырьевой базы для производства керамических материалов, утилизации промышленных отходов.

Изобретение относится к промышленности керамических материалов, преимущественно к составам масс для получения кирпича. Техническим результатом является повышение водопоглощения по массе и морозостойкости при сохранении прочностных характеристик. Керамическая масса для изготовления кирпича, включающая легкоплавкую глину, минеральную добавку и порообразующий компонент, при этом в качестве минеральной добавки содержит алюмосодержащий отход с содержанием оксида алюминия более 90%, образованный при уничтожении энергонасыщенных материалов с удельной поверхностью 4700-5000 см²/г, а в качестве порообразующего компонента содержит тонкомолотый бой автоклавного газобетона крупностью зерен менее 1 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкая глина 60-70, указанный алюмосодержащий отход 20-25, тонкомолотый бой автоклавного газобетона 10-15. 2 табл.

Керамическая масса для изготовления кирпича, включающая легкоплавкую глину, минеральную добавку и порообразующий компонент, отличающаяся тем, что в качестве минеральной добавки содержит алюмосодержащий отход с содержанием оксида алюминия более 90%, образованный при уничтожении энергонасыщенных материалов с удельной поверхностью 4700-5000 см²/г, а в качестве порообразующего компонента содержит тонкомолотый бой автоклавного газобетона крупностью зерен менее 1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

легкоплавкая глина 60-70 указанный алюмосодержащий отход 20-25 тонкомолотый бой автоклавного газобетона 10-15