КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА Российский патент 2024 года по МПК C04B33/13 C04B38/06 

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, и в частности, к производству лицевого керамического кирпича светлых цветов.

Основным сырьём для производства изделий стеновой керамики является легкоплавкое глинистое сырьё (глины, суглинки), однако керамический камень на его основе обладает повышенной средней плотностью - 1700-2100 кг/м³, что вызывает повышенную теплопроводность изделий. Цвет обожженных изделий возможен от светло-красного до коричневого.

Известны керамические массы на основе кремнистых опал-кристобалитовых - опок с различными видами добавок и легкоплавких примесей (В.Н. Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. Будевильник, Киев, 1978 г.). Керамический камень на основе опок, в силу их высокой микропористости - 40-60 %) имеет низкую плотность и соответственно теплопроводность в сухом состоянии. Однако в силу того, что опоки являются камневидным не размокаемым сырьём, они обладаю плохими формующими свойствами. Ввод пластичных глин приводит к снижению микропористости, повышению средней плотности и теплопроводности.

Наиболее близким техническим решением является керамическая масса, включающая глинистое сырье и термически обработанный мергель, являющийся отходом добычи цеолитов, с содержанием цеолита до 5%, при следующем соотношении компонентов в мас.%: глинистое сырье - 40-70; мергель - 30-60. (см. патент RU 2308434, C04B 33/132, опубликовано 20.10.2007, Бюл. № 29).

Недостатком известной массы является процесс дополнительной термообработки мергеля при температуре 1000°С в течение 15 минут. Это влечет за собой удорожание стоимости исходного сырья и внедрение ряда дополнительных технологических операций.

Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая мергель и тугоплавкую глину, характеризующаяся тем, что компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%: мергель 10-70, тугоплавкая глина 30-90, при этом мергель имеет следующий минералогический состав, мас.%: опал-кристобалит 25-45, цеолиты 8-25, кальцит 10-35, глинистая составляющая 15-35.

Технический результат заключается в снижении средней плотности, повышении морозостойкости, снижении общей усадки, получении кирпича светлых цветов и расширении минерально-сырьевой базы для производства лицевого кирпича.

Изменяя процентное соотношение мергеля и тугоплавкой глины с температурой обжига, можно регулировать цвет обожженных изделий, а также водопоглощение, среднюю плотность, прочность изделий и их усадку.

Использование мергеля как компонента массы позволяет создать прочную микропористую структуру, что приводит к снижению средней плотности и уменьшению веса лицевого кирпича. Такая структура черепка способствует полной нейтрализации органических веществ на этапе обжига, содержащихся в тугоплавкой глине разных сортов. В зависимости от конкретных целей и задач, мергель может быть использован как добавка в количестве от 10 до 30% в составе массы. В таком случае он выполняет функцию отощителя глины, способствует порообразованию, снижая среднюю плотность и уменьшая общую усадку. При обжиге такой массы получают кирпич от бежевого до соломенного цвета. При использовании мергеля в количестве от 30 до 70%, он выступает как основной компонент шихты. С его помощью формируется прочный микропористых скелет, который расширяет поры и способствует лучшему выгоранию органических включений при температуре от 950°С. В процессе обжига происходит активное взаимодействие частиц мергеля и глины, что способствует образованию новых кристаллических соединений - волластонита (CaO·SiO₂), геленита-мелелита Ca₂ (Al, Mg, Si) Si₂O₇, которые способствуют образованию мелкопористой и высокопрочной структуры керамического черепка. Это объясняет повышение прочности изделий при пониженной средней плотности.

Система открытых пор положительно влияет на морозостойкость изделий, так как влага легко удаляется из пор и не разрушает их стенки при замораживании. На основе такой массы возможно изготовление светло-бежевого кирпича, а также других светлых цветов с применением пигментов.

Характеристики исходных материалов.

Мергель.

Представляет собой осадочный кремнисто-карбонат-цеолитсодержащий материал, трудно размокающий в воде. Лёгкая тонкопористая порода, состоящая в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность составляет 1300-1600 кг/м³, предел прочности при сжатии в сухом состоянии 5-20 МПа, пористость составляет 40-55 %. Помимо опалового кремнезёма постоянной составляющей мергеля являются глинистые минералы, содержащиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают размера 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород - глинистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обуславливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Минералогический состав отличается широким варьированием состава и включает, мас.%: опал-кристобалит 25-45, цеолиты, представленные преимущественно клиноптилолитом 8-25, кальцит 10-35, глинистая составляющая 15-35. Усредненный химический состав мергеля Карпово-Обрывского месторождения приведен в таблице 1.

Таблица 1

Усредненный химический состав мергеля Карпово-Обрывского месторождения, % по массе

п.п.п. SiO₂ AI₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃
общ. К₂О Na₂O 16-24 35-55 3,5-8 1,5-2,5 8-32 0,1-2 0,1-0,5 0,5-3 0,3-2

Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок и мергелей. На территории России они широко встречаются в районах Поволжья и Дона, Западной Сибири, на юге России, в центральных и западных областях Европейской части России, Ленинградской области, Дальнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке. Находят различное применение, в том числе и для строительной керамики, однако для получения лицевого керамического кирпича светлых оттенков пока не используются.

Тугоплавкая глина.

Представляет собой осадочную горную породу, состоящую из глинистых минералов. Тугоплавкие глины характеризуются высоким содержанием глинозёма (20-42%), высокой связующей способностью и пластичностью; они служат сырьём для различных керамических производств, в первую очередь для производства санитарно-технического фаянса, огнеупорных и кислотоупорных изделий. Тугоплавкие глины обычно не выдержаны по минеральному составу, что влечет за собой повышенный контроль при добыче и необходимость шихтовки перед использованием. Показатели огнеупорности находятся от 1350 до 1580°С. Главные химические компоненты глин - SiO₂ (30-70%), Al₂О₃ (10-40%) и Н₂О (5-10%); в подчинённых количествах присутствуют Fe₂О₃ (FeO), TiO₂, CaO, MgO, К₂О, Na₂О, СО₂, реже MnO, SO₃, Р₂О₅. В состав глин входят главным образом каолинит, монотермит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюды, иногда палыгорскит. Усредненный химический состав тугоплавкой глины Владимировского месторождения приведен в таблице 2.

Таблица 2

Усредненный химический состав тугоплавкой глины Владимировского месторождения, % по массе

п.п.п. SiO₂ AI₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ общ. К₂О Na₂O С- органич. 6-15 45-55 18-35 0,9-5 1-5 0,1-1,0 0,1-1 1,5 -2,8 0,1-0,9 0,1-5

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс в производственных условиях кирпичного завода ООО «Аксайский кирпичный завод» (г. Аксай, Ростовской области) были изготовлены стандартные образцы кирпича пустотелого размером 250 х 120 х 65 мм с различным соотношением компонентов по технологии пластического формования. В качестве сырья были использованы мергель Карпово-Обрывского месторождения Ростовской области и тугоплавкая глина Владимировского месторождения Ростовской области в следующем соотношении компонентов масс:

Состав №1: 50% мергеля и 50% тугоплавкой глины;

Состав №2: 60% мергеля и 40% тугоплавкой глины;

Состав №3: 70% мергеля и 30% тугоплавкой глины.

Время сушки составило 62 часа по программе 2/15. Отформованный кирпич каждого состава обжигался при температуре 950, 1000 и 1050 С. Толкание составляло 72 часа. Влияние состава массы и температуры обжига на свойства изделий приведены в таблице 3.

Таблица 3

Влияние качественного состава массы и температуры обжига на усадку, водопоглощение, среднюю плотность и предел прочности при сжатии образцов

Номер массы Температура обжига, ^оС Усадка, % Водопогло-щение, % Средняя плотность, кг/м³ Предел прочности при сжатии, МПа 1 950 7,5 17,1 1060 15,3 2 7,2 18,5 1040 14,6 3 7,0 20,2 1030 13,9 1 1000 7,6 16,2 1050 17,2 2 7,3 17,6 1030 16,7 3 7,1 19,0 1020 15,8 1 1050 8,5 15,6 1050 18,7 2 8,3 16,7 1040 17,6 3 8,0 19,4 1020 16,1

Образцы изготовлялись следующим образом. Предварительно мергель и глина подсушивались до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке и дезинтеграторе (пропускалась один-два раза) после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек - 0,315-2,5 мм. Затем измельчённые материалы равномерно увлажнялась до необходимой формовочной влажности. Приготовленная масса вылеживалась в герметичных емкостях 6-12 часов и далее из неё формовались изделия способом пластического формования.

После формовки изделия укладываются для сушки на сушильные поддоны на постельную грань. Использование микропористого мергеля позволяет формировать поры, через которые влага уходит равномерно, снижая риск появления трещин. После сушки в течение 48 часов изделия обжигались в течение 48 часов с выдержкой при максимальной температуре 950, 1000 и 1050°С 2 часа.

Свойства изделий на полученных составах приведены в таблице 4

Таблица 4

Составы и свойства изделий

№ состава Составы предлагаемые Физико-механические характеристики Мергель,
% по массе Тугоплавкая глина, % по массе R_сж, МПа Водопоглощение, % Средняя плотность, кг/м³ Морозостойкость, циклы Общая усадка, % Цвет лицевого кирпича 1 80 20 11,5 21,1 980 35 6,0 светлый 2 70 30 15,8 18,0 1020 75 6,5 светлый 3 60 40 16,7 17,3 1030 75 6,8 светло-бежевый 4 50 50 17,2 15,9 1040 75 7,0 бежевый 5 40 60 19,5 15,5 1050 75 7,2 соломенный 6 30 70 20,7 13,6 1070 75 7,5 желтый 7 20 80 23,8 12,1 1100 75 7,7 оранжевый 8 10 90 25,9 11,3 1110 75 7,9 оранжевый 9 5 95 26,9 11,1 1120 50 8,5 красный Патент RU 2308434 1 30-60 40-70 7,0-37,0 16,1-23,5 1250-1480 50 9,7 Соломенный

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к производству лицевого керамического кирпича светлых цветов. Керамическая масса включает мергель и тугоплавкую глину в следующем соотношении, мас.%: мергель 10-70, тугоплавкая глина 30-90. При этом мергель имеет следующий минералогический состав, мас.%: опал-кристобалит 25-45, цеолиты 8-25, кальцит 10-35, глинистая составляющая 15-35. Технический результат заключается в снижении средней плотности, повышении морозостойкости, снижении усадки и чувствительности к сушке, получении кирпича светлых цветов и расширении минерально-сырьевой базы для производства лицевого кирпича. 4 табл.

Керамическая масса, включающая мергель и тугоплавкую глину, характеризующаяся тем, что компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%: мергель 10-70, тугоплавкая глина 30-90, при этом мергель имеет следующий минералогический состав, мас.%: опал-кристобалит 25-45, цеолиты 8-25, кальцит 10-35, глинистая составляющая 15-35.