ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА Российский патент 2025 года по МПК C04B33/04 C04B33/135 

Изобретение относится к производству стеновых керамических изделий и может быть использовано в технологии изготовления керамического кирпича.

Известна керамическая масса для изготовления керамического кирпича и облицовочных плиток следующего состава, мас.%: дисперсные кристалические сланцы 90,0-99,0; дисперсная силикат-глыба 1,0-10,0 (SU 1805119 A1, опубл. 27.08.1990). Недостатками данного изобретения является достаточно высокая средняя плотность (1870-2000 кг/см³), что позволяет их отнести к малоэффективным строительным материалам по теплотехническим характеристикам и требует увеличения затрат материалов на стадии изготовления и, как следствие этого, утяжеляет массу стеновых конструкций.

Наиболее близкой по технической сущности является шихта для производства глиняного кирпича, (SU 1 379 283 A1, опубл. 03.07.1988), включающая глину, выгорающие добавки и силикат-глыбу при следующем соотношении компонентов, масс. %: глина 92-83,2 %; силикат-глыба 1-1,8 %; негорелая шахтная порода 7-15 %.

Недостатком этого решения являются низкие физико-механические характеристики получаемого изделия-прочность при сжатии 26,5-29 МПа и длительное время сушки 48-60 часов при температуре 60-80°С, что ведет к значительному расходу энергоресурсов при производстве продукции.

Технической задачей изобретения является повышение прочности и снижение водопоглощения, что позволяет повысить трещиностойкость кирпича-сырца при сушке, обеспечивает возможность бездефектной автоматической садки и транспортировки высушенного полуфабриката, расширяет минерально-сырьевую базу для производства керамического кирпича и цветовую гамму готовых изделий в зависимости от количества вводимого золошлакового отхода.

Задача решается тем, что шихта для изготовления керамического кирпича включает легкоплавкие суглинки, натриевую силикат-глыбу и золошлаковые отходы Орской ТЭЦ №1(г. Орск, Оренбургской области). Компоненты измельчается до крупности зернового состава не более, мм: 0,16 - суглинок, 0,08 - силикат-глыба, 0,32 - золошлаковые отходы. В отличие от прототипа вместо метода пластического формования использован метод полусухого прессования при следующем соотношении компонентов, мас.%: суглинок легкоплавкий 75-55; золошлаковые отходы 15-35; силикат глыба 10.

Основным компонентом сырьевой смеси для изготовления кирпича принят суглинок Бугурусланского месторождения глин Оренбургской области, относящейся к группе средне пластичных.

С помощью рентгенофазового анализа в усредненной пробе суглинка был определен среднестатистический минеральный состав: кварц 32,5 %, полевые шпаты: альбит 17,4 %, микроклин 5,2 %, слюды и гидрослюды: мусковит 8,1 %, хлорит 7,5 %, карбонатные минералы: кальцит 25,4 %, доломит 3,9 %, согласно которого глинистое сырье относится к группе гидрослюдистых глин с включениями кварца, полевого шпата и кальцита. Огнеупорность суглинка 1150-1170 °С.

В качестве отощителя и выгорающей добавки для получения кирпича с низкой усадкой и улучшенными формовочными свойствами использовали золошлаковые отходы Орской ТЭЦ №1, т.е. зольные и шлаковые отходы, которые образуются при сжигании твердого топлива – каменного угля. Все компоненты золы и шлака тугоплавкие. Но в сплаве температура плавления оказывается существенно ниже температур плавления отдельных компонентов шихты. Способность золошлаковых отходов к самопроизвольной цементации определяют такие минералы как силикаты, алюминаты и ферриты кальция, что также улучшает прочностные характеристики изделия.

Минералогический состав золошлаковых отходов Орской ТЭЦ, мас. %: кварц 51,1; альбит 20,04; гипс 1,47; кальцит 4,52; муллит 15,89; примеси гематита, шабазита и ктенасита 6,98. Содержание стекловидных гранул в золошлаковых отходах 12 %.

Химический состав суглинка Бугурусланского месторождения Оренбургской области и золошлаковых отходов Орской ТЭЦ №1 представлен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав исходного сырья

Вид сырья Содержание оксидов, % SiO₂ TiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO Na₂O K₂O п.п.п. Суглинок 59,24 0,71 9,98 4,48 8,95 2,93 1,47 1,70 10,54 Золошлаковые отходы 31,57 0,52 9,34 3,93 4,04 1,34 0,33 1,01 47,92

Для получения изделий из разработанной керамической массы применялась технология полусухого прессования кирпича. Предварительно легкоплавкий суглинок и золошлаковые отходы Орской ТЭЦ-1 высушивали до воздушно-сухого состояния при температуре 100°С±5, затем компоненты включая силикат-глыбу, раздельно измельчали в планетарной мельнице, после чего просеивали через сито до требуемой тонкости помола 0,16 мм, а силикат-глыбу через 0,08 мм.

Затем согласно рецептуре отдозированные при необходимом соотношении компоненты тщательно перемешивались и масса равномерно увлажнялась до 8-12 %.

Количество воды для увлажнения зависело от содержания золошлакового материала Орской ТЭЦ-1, при 35-12 % воды, при 15-8 % воды. Приготовленная масса вылеживалась в эксикаторах 12-18 часов и поступала на формование. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены образцы-цилиндры высотой и диаметром 50 мм с соотношением вышеперечисленных компонентов, представленных в таблице 2. Давление прессования 20 МПа. После формовки изделия высушивались в сушильном шкафу при температуре 100-110°С в течении 2 часов и обжигались с выдержкой при максимальной температуре 1000°C - 4 часа и последующим охлаждением в течение 14 часов. После чего определялись их физико-механические свойства и соответствие требованиям ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия».

В таблице 2 приведены составы сырьевых масс для изготовления керамического кирпича, в таблице 3 представлены количество вещества в оксидном выражении в молекулярных процентах предлагаемых керамических масс и прототипа. В таблице 4 приведены физико-механические характеристики изделий из предлагаемой и известной керамических смесей.

Таблица 2. Составы сырьевых масс

Компонент Содержание компонентов, мас. % в составе 1 2 3 Прототип Суглинок 75 65 55 92-83,2 Золошлаковые отходы 15 25 35 - Силикат-глыба 10 10 10 1-1,8 Негорелая шахтная порода - - - 7-15

Таблица 3. Количество вещества в оксидном выражении в молекулярных процентах предлагаемых керамических масс и прототипа

Наименование хим. элемента Количество вещества, % Прототип Предлагаемая керамическая масса 1 2 3 SiO₂ 75,94 70,81 70,67 70,52 Al₂O₃ 12,62 6,61 6,89 7,20 Fe₂О_3общ 2,82 1,89 1,96 2,03 MgO 3,34 4,48 4,39 4,29 CaO 1,94 9,90 9,70 9,47 K₂O 1,3 1,14 1,14 1,14 TiO₂ 0,63 0,57 0,58 0,59 Na₂O 1,41 4,56 4,64 4,72 SO₃ 0,00 0,03 0,03 0,04 Сумма 100 100 100 100

Так, согласно теоретическим данным по Августинику, А.И. «Керамика», полученные показатели предлагаемых керамических масс по отношению Al₂O₃+TiO₂ косвенно свидетельствуют о спекаемости и находятся в оптимальном диапазоне от 7-28 %. Так же увеличение прочностных показателей оценивают в зависимости от содержания оксида железа, находящегося в диапазоне от 2-15 (Al₂O₃+TiO₂)/Fe₂О₃ в пересчете на сухое вещество. Данный показатели для предложенных масс составляют 3,79; 3,81; 3,84 соответственно, что позволяет сделать вывод о том, что готовые изделия будут иметь высокие физико-механические показатели.

Таблица 4. Физико-механические свойства кирпича из предлагаемых керамических масс и прототипа

Свойства Образцы, изготовленные из составов 1 2 3 Прототип Температура обжига, °С 1000 1000 1000 950-1050 Давление прессования, кгс/см² 200 200 200 80-100 Формовочная влажность, % 8 10 12 18 Средняя плотность, г/см³ 1,86 1,83 1,78 1,57-1,59 Водопоглощение, % 11,24 12,2 12,6 12-12,8 Предел прочности при сжатии, кгс/см² 306,8 291,6 255,9 265-282 Предел прочности при изгибе, кгс/см² 82,6 77,2 65,3 93-101 Морозостойкость, циклы 61 56 54 51-53

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое изобретение характеризуется:

- снижением температуры обжига на 50°С и выдержки на 7 часов;

- уменьшением формовочной влажности с 18 до 8-10 %;

- меньшей склонностью к трещинообразованию при сушке и улучшенными показателями водопоглощения (уменьшается на 6,3-1,6 %);

- более высокой порочностью: прочность на сжатие возрастает на 28-36 %;

- увеличением морозостойкости от 1-10 циклов;

- получением изделий с четкими гранями и максимальными отклонениями ±2 мм согласно требованиям ГОСТа.

Изобретение относится к производству стеновых керамических изделий и может быть использовано в технологии изготовления керамического кирпича. Керамическая масса для получения кирпича включает суглинок Бугурусланского месторождения, мас.%: SiO₂ 59,24; Al₂O₃ 9,98; Fe₂О_3общ 4,48; МgO 2,93; СаО 8,95; K₂O 1,70; TiO₂ 0,71; Na₂O 1,47; п.п.п. 10,54, золошлаковые отходы Орской ТЭЦ-1, мас.%: SiO₂ 31,57; СаО 4,04; МgO 1,34; Fe₂О_3общ 3,93; Al₂O₃ 9,34; K₂O 1,01; TiO₂ 0,52; Na₂O 0,33; п.п.п. 47,92 и силикат-глыбу SiO₂ 72,39; Al₂O₃ 0,51; Fe₂О_3общ 0,51; Na₂O 25,87; СаО 0,41; SO₃ 0,31 при следующем соотношении компонентов, мас.%: суглинок легкоплавкий 65-75, золошлаковые отходы Орской ТЭЦ 15-25, силикат-глыба 10. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и снижение водопоглощения, что позволяет повысить трещиностойкость кирпича-сырца при сушке, обеспечивает возможность бездефектной автоматической садки и транспортировки высушенного полуфабриката, расширяет минерально-сырьевую базу для производства керамического кирпича и цветовую гамму готовых изделий в зависимости от количества вводимого золошлакового отхода. 4 табл.

Керамическая масса для получения кирпича, включающая легкоплавкую глину и отход производства, отличающаяся тем, что в качестве глины используется суглинок Бугурусланского месторождения, мас.%: SiO₂ 59,24; Al₂O₃ 9,98; Fe₂О_3общ 4,48; МgO 2,93; СаО 8,95; K₂O 1,70; TiO₂ 0,71; Na₂O 1,47; п.п.п. 10,54, в качестве отхода золошлаковые отходы Орской ТЭЦ-1, мас.%: SiO₂ 31,57; СаО 4,04; МgO 1,34; Fe₂О_3общ 3,93; Al₂O₃ 9,34; K₂O 1,01; TiO₂ 0,52; Na₂O-0,33; п.п.п. 47,92 и силикат-глыба SiO₂ 72,39; Al₂O₃ 0,51; Fe₂О_3общ 0,51; Na₂O 25,87; СаО 0,41; SO₃ 0,31 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Суглинок легкоплавкий 75-65 Золошлаковые отходы Орской ТЭЦ 15-25 Силикат-глыба 10