Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических материалов и способ их получения Российский патент 2025 года по МПК C04B33/135 C04B33/04 

Изобретение относится к технологии получения керамики и может быть использовано для повышения теплотехнических характеристик изделий (снижение средней плотности материала), соответствующих требованиям группы условно-эффективных стеновых керамических материалов по ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия».

Известна сырьевая смесь для изготовления стеновых изделий, содержащая 30-35% по массе глины, 50-55% отходов обогащения железных руд, 15-20% стеклобоя (RU №2232735 МПК С04В 33/00, опубл. 20.07.2004).

Недостатком известной сырьевой смеси является высокий показатель средней плотности стеновых изделий.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является сырьевая смесь для изготовления стеновых изделий (RU № 2500647 МПК С04В 33/132, опубл. 10.12.2013), включающая, мас.%:

глина сырье 10-20 отходы обогащения железных руд 70-85 стеклобой 5-10

Недостатками указанной сырьевой смеси является содержание тонкомолотой добавки стеклобоя, являющегося ценным сырьем для производства стекла и получаемой путем длительного, энергозатратного измельчения в шаровой мельнице трубчатого типа, а также высокое значение средней плотности стеновых изделий (1700-1750 кг/м³).

Известен способ изготовления керамических изделий, заключающийся в измельчении глины и отходов обогащения железных руд после магнитной сепарации, сушку, последующее их смешение, грануляцию полусухое прессование и обжиг изделий (RU №2005702, МПК C04B 33/00, опубл. 15.01.1994).

Недостатками указанного способа являются высокие показатели средней плотности.

Наиболее близким к изобретению является способ получения сырьевой смеси для стеновой керамики, включающий сушку шламистой части отходов обогащения железных руд, сушку и помол глины и стеклобоя, последующее их смешение с частью 5-10% сухой измельченной глины, увлажнение смеси до формовочной влажности 8-12%, грануляцию с последующим опудриванием оставшейся частью сухой глины до образования оболочки вокруг гранул, полусухое прессование и обжиг изделий (RU № 2500647 МПК С04В 33/132, опубл. 10.12.2013).

Недостатками указанного способа являются высокие показатели теплопроводности и средней плотности материала.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении средней плотности и повышении теплотехнических характеристик стеновых керамических материалов.

Существующая техническая проблема решается тем, что сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических материалов, включающая глину и отходы производства, согласно изобретению, дополнительно содержит водный раствор поливинилового спирта марки 16/1, а в качестве отходов производства она содержит золу-унос ТЭЦ, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

глина 19-28,5 зола-унос ТЭЦ 70-80 водный раствор поливинилового спирта марки 16/1 1,0-1,5

Существующая техническая проблема решается также тем, что способ получения стеновых керамических материалов, включающий сушку отходов, сушку и помол глины, последующее смешение отходов с 5-10 мас.% сухой измельченной глины, увлажнение смеси до формовочной влажности 8-12%, грануляцию с последующим опудриванием оставшейся частью сухой глины до образования оболочки вокруг гранул, полусухое прессование и обжиг изделий, согласно изобретению, в качестве отходов используют золу-унос ТЭЦ, а перед прессованием смесь золы-уноса ТЭЦ и сухой измельченной глины увлажняют водным раствором поливинилового спирта марки 16/1 в течение 3-5 минут, затем увлажненную массу подают в шнековый пресс-экструдер, а полученные нити после выдавливания через его перфорированную решетку измельчают в смесителе-грануляторе в течение 1-2 мин на фрагменты и формируют гранулы преимущественного размера 3-6 мм до получения состава по п.1.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения заключается в снижении средней плотности и повышении теплотехнических характеристик стеновых керамических материалов.

Смесь для изготовления стеновых керамических материалов готовят из золы-уноса Западно-Сибирской ТЭЦ и измельченной глины в соотношении 70-80 мас.% и 5-10 мас.% от общего состава шихты соответственно. Зола-унос Западно-Сибирской ТЭЦ по содержанию щелочноземельных оксидов является низкокальциевой, по количеству кремнезема и глинозема – кислой. Содержание органической части в золе колеблется до 3,2% по массе. Химический состав, мас.%: SiO₂ – 58,29; CaO – 7,43; MgO – 2,22; Al₂O₃ – 18,85; Fe₂O₃ – 4,90; TiO₂ – 1,00; MnO – 0,04; Na₂O – 0,90; K₂O – 2,59. Минеральный состав золы-уноса ТЭЦ представлен полевыми шпатами (анортит, ортоклаз), кварцем, альбитом, кальцитом.

Химический состав глины, мас.%: SiO₂ – 64,84; CaO – 3,52; MgO – 2,72; Al₂O₃ – 13,02; Fe₂O₃ – 12,14; TiO₂ – 1,39; MnO – 0,12; Na₂O – 1,06; K₂O – 1,57. Минеральный состав представлен кварцем, гидромусковитом, хлоритом, кальцитом, гематитом, монтмориллонитом и полевыми шпатами (анортит, ортоклаз и альбит). В используемой глине преобладают кварцевые и железистые включения, присутствуют фрагменты горных пород, примесные карбонатные конкреции и органические растительные остатки.

Для увлажнения смеси до формовочной влажности 8-12% и связывания ее компонентов в формовочную массу отдельно готовится водный раствор поливинилового спирта марки 16/1 из расчета 5-6 частей воды на 1 часть спирта. Для этого порошок спирта в количестве 1,0-1,5 мас.% от общего состава шихты перемешивается с водой при комнатной температуре и выдерживается на водяной бане в течение 2 часов. Увлажнение сухой смеси из глины и золы-уноса с водным раствором поливинилового спирта до формовочной влажности осуществляют в смесителе-грануляторе в течение 3-5 мин. После увлажнения смесь подают в пресс-экструдер шнекового типа, где происходит ее выдавливание через перфорированную решетку с диаметром выходных отверстий 3-5 мм. Отпрессованную в виде непрерывных нитей массу (лапшу) диаметром 3-5 мм помещают в смеситель-гранулятор, где в течение 1-2 мин происходит ее дробление на отдельные фрагменты длиной 3-6 мм, в результате образуются гранулы-цилиндры с коэффициентом формы от 1:1 до 1:2. Для приготовления оболочки гранул используют оставшуюся глину в количестве 14-18,5 мас.% от общего состава смеси, которую в сухом измельченном виде загружают в смеситель-гранулятор по завершении процесса формирования гранул. Общий расход сырьевых компонентов для изготовления керамических изделий доводится до получения состава, мас.%:

глина 19-28,5 зола-унос ТЭЦ 70-80 водный раствор поливинилового спирта марки 16/1 1,0-1,5

Для формования гранул из смеси глины и золы-уноса использовался пресс-экструдер шнекового типа. В грануляторах подобного типа перемешиваемый лопастями продукт перемещается по винтовой линии вдоль внутренней поверхности корпуса пресса в сторону его выходного отверстия. При этом частицы материала, соударяясь друг с другом, слипаются, образуя агломераты, что обеспечивает плотную упаковку при прессовании и однородную влажность прессуемой массы из глины и золы-уноса.

Техническим результатом изобретения является также получение гранул, покрытых оболочкой, из компонентов смеси, которые при последующем прессовании, сушке и обжиге обеспечивают формирование матричной структуры стенового керамического материала. В процессе обжига матрица, формирующаяся из легкоплавкой глины, образует непрерывный пространственный каркас, связывающий между собой ядра, формирующиеся из глины и золы-уноса в единое целое, что позволяет увеличить содержание золы-уноса до 70-80 мас.% от общего состава смеси и повысить закрытую пористость керамического матричного композита до 11% за счет формирования замкнутых резервных макропор в матрице, в результате обеспечивается снижение средней плотности стенового керамического материала до 1250 кг/м³ и уменьшение его коэффициента теплопроводности до 0,33 Вт/(м×°С).

Пример

Смесь для изготовления стеновой керамики готовят следующим образом. Глину сушат и измельчают до полного прохождения через сито 0,315 мм, зола-унос Западно-Сибирской ТЭЦ представляет собой тонкодисперсный материал со средним размером частиц 15-18 мкм и дополнительного измельчения не требует. Предварительная обработка заключается в сушке отходов до остаточной влажности 2-3%.

Золу-унос (70-80 мас.%) активно смешивают в смесителе-грануляторе с частью глины (5-10 мас.%), увлажнение сухой глинозольной смеси с водным раствором поливинилового спирта до формовочной влажности 8-12% осуществляют в течение 3-5 мин. После увлажнения смесь подают в пресс-экструдер шнекового типа, где происходит ее выдавливание через перфорированную решетку. Полученные нити из смеси глины и золы-уноса поступают в смеситель-гранулятор, где вначале в течение 1-2 мин происходит их дробление на отдельные фрагменты длиной 3-6 мм и после формирования гранул с коэффициентом формы от 1:1 до 1:2 осуществляют подачу оставшейся части сухой глины для образования оболочки вокруг гранул.

Прессование кирпича-сырца из отформованных гранул, покрытых оболочкой, влажностью 8-12% осуществляют на прессе при удельном давлении прессования 15-20 МПа. Сушка изделий происходит в течение 10-16 часов при максимальной температуре 100-110°C, обжиг осуществляют при температуре 1050°C с выдержкой на максимальной температуре не менее 1,5 часа.

В таблице 1 приведены составы сырьевых смесей, а в таблице 2 – физико-механические свойства изделий.

Таблица 1 – Составы сырьевых смесей

Компоненты Содержание компонентов, мас. % Предлагаемый состав Известный состав 1 2 1 2 3 Зола-унос Западно-Сибирской ТЭЦ 70 80 - - - Глинистое сырье 28,5 19 5 15 20 Водный раствор поливинилового спирта марки 16/1 1,5 1 - - - Отходы обогащения железных руд - - 85 75 70 Стеклобой - - 5 10 10

Таблица 2 – Физико-механические свойства изделий

Свойства Показатели для состава Предлагаемый состав Известный состав 1 2 1 2 3 Средняя плотность, кг/м³ 1243 1168 1750 1790 1810 Закрытая пористость, % 10,2 10,7 6,3 6,3 6,2 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×°С) 0,326 0,314 0,617 0,636 0,648

Как видно из таблиц №1 и №2 предлагаемая смесь для изготовления стеновых керамических материалов и способ их изготовления обеспечивают снижение средней плотности и теплопроводности материала, что повышает его теплотехнические характеристики.

Изобретение относится к технологии получения керамики и может быть использовано для повышения теплотехнических характеристик изделий. Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических материалов, включает глину, золу-унос ТЭЦ и содержит водный раствор поливинилового спирта марки 16/1, при следующем соотношении, мас.%: глина 19-28,5, зола-унос ТЭЦ 70-80, водный раствор поливинилового спирта марки 16/1 в пересчёте на сухой порошок 1-1,5. Способ получения стеновых керамических материалов включает сушку золы-уноса ТЭЦ, сушку и помол глины, последующее смешение золы-уноса ТЭЦ с 5-10 мас.% сухой измельченной глины, увлажнение смеси до формовочной влажности 8-12%, грануляцию с последующим опудриванием оставшейся частью сухой глины до образования оболочки вокруг гранул, полусухое прессование и обжиг изделий. Для получения гранул смесь золы-уноса ТЭЦ и сухой измельченной глины увлажняют водным раствором поливинилового спирта марки 16/1 в течение 3-5 минут, затем увлажненную массу подают в шнековый пресс-экструдер, а полученные нити после выдавливания через его перфорированную решетку измельчают в смесителе-грануляторе в течение 1-2 мин на фрагменты. Технический результат заключается в снижении средней плотности и повышении теплотехнических характеристик стеновых керамических материалов. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав для изготовления стеновых керамических изделий, включающий глину и отходы производства, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водный раствор поливинилового спирта, а в качестве отходов производства содержит золу-унос ТЭЦ, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

глина 19-28,5 зола-унос ТЭЦ 70-80 водный раствор поливинилового спирта в пересчете на порошок 1,0-1,5

2. Способ получения стеновых керамических изделий, включающий сушку отходов, сушку и помол глины, последующее смешение отходов с 5-10 мас.% сухой измельченной глины, увлажнение смеси до формовочной влажности 8-12%, грануляцию с последующим опудриванием оставшейся частью сухой глины до образования оболочки вокруг гранул, полусухое прессование и обжиг изделий, отличающийся тем, что в качестве отходов используют золу-унос ТЭЦ, а перед прессованием смесь золы-уноса ТЭЦ и сухой измельченной глины увлажняют водным раствором поливинилового спирта в течение 3-5 минут, затем увлажненную массу подают в шнековый пресс-экструдер, а полученные нити после выдавливания через его перфорированную решетку измельчают в смесителе-грануляторе в течение 1-2 мин на фрагменты и формируют гранулы преимущественного размера 3-6 мм следующего состава, мас.%: глина 19-28,5, зола-унос ТЭЦ 70-80, водный раствор поливинилового спирта в пересчете на порошок спирта 1,0-1,5.