КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА
(51) МПК
C04B 33/00 (2006.01)
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 05.10.2007 - может прекратить свое действие
--------------------------------------------------------------------------------
Документ: В формате PDF
(14) Дата публикации: 2006.03.27
(21) Регистрационный номер заявки: 2004117222/03
(22) Дата подачи заявки: 2004.06.07
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.06.07
(43) Дата публикации заявки: 2005.11.20
(45) Опубликовано: 2006.03.27
(56) Аналоги изобретения: SU 694474 A1, 30.10.1979.
RU 2024462 С1, 15.12.1994.
RU 2099306 С1, 20.12.1997.
SU 617432 А1, 30.07.1978.
RU 2099307 C1, 20.12.1997.
SU 814964 A1, 23.03.1981.
SU 1203071 A1, 07.01.1986.
(72) Имя изобретателя: Соколов Эдуард Михайлович (RU); Васин Сергей Александрович (RU); Соколовский Виктор Владимирович (RU); Мишунина Галина Евгеньевна (RU); Васин Леонид Александрович (RU); Горбачева Марксина Ивановна (RU)
(73) Имя патентообладателя: ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТулГУ) (RU)
(98) Адрес для переписки: 300600, г.Тула, пр. Ленина, 92, ТулГУ, патентно-лицензионный сектор
(54) КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА
Изобретение относится к области строительства и может найти применение для изготовления стеновых изделий, в том числе и лицевых (кирпичей, камней). Технический результат: повышение прочности обожженной керамики и создание архитектурной выразительности за счет исключения выцветов и обеспечения на поверхности микроблестящих точек. Керамическая масса включает суглинок тяжелый, глину с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей (более 2 мас.% в пересчете на ион SO3 -2) и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства - слюдосодержащий кварцевый песок - отход угледобычи, фракции 0-0,315 мм, с содержанием пылевидной фракции 0-0,14 мм 35-50 мас.%. при следующем соотношении компонентов, мас.%: суглинок тяжелый 72-80, указанная глина 10-17, указанный кварцевый песок 10-11, причем указанный кварцевый песок содержит 95-98 мас.% кварца и 0,5-3 мас.% слюды. 3 табл.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области строительства и может найти применение для изготовления стеновых изделий, в том числе и лицевых (кирпичей, камней).
Известен состав керамической массы, включающий глинистое сырье, содержащее сульфатные и сульфитные примеси типа: Na2SO4, CaSO4 и др., например FeS-пирит), и содержащее, мас.%:
- Активизированный кремнезем в виде коллоидного высокодисперсного материала - 10-20;
- Глинистое сырье, содержащее сульфатные и сульфитные примеси - остальное.
(см. Мороз И.И. Технология строительной керамики: Учеб. пособие для вузов - 3-е изд. перераб. и доп. - Киев: Вища школа. Головное издательство, 1980 - 384 с. Конкретно с.143 внизу и с.144 вверху).
Наряду с достоинствами состава исключаются высолы за счет химического связывания солей в нерастворимые силикаты, например:
CaSO4+SiO2=CaSiO3 +SO3
MgSO4+SiO2=MgSiO3+SiO 3 имеются и недостатки:
1. Недостаточная архитектурная выразительность керамических изделий - серый оттенок на красном тоне кирпича, т.к. коллоидный активный кремнезем типа диатомита, трепела имеет серый или темно-серый оттенок.
2. Коллоидный кремнезем резко снижает трещиностойкость при сушке, т.к. уменьшается водопроводящая структура при испарении влаги в процессе сушки.
3. Активизированный кремнезем относится к числу дефицитных материалов.
Наиболее близкий состав керамической массы по технической сущности и качественному содержанию приведен в Авт.свид. СССР №694474, МПК3 С 04 В, опубл. 30.10.79, Бюл. №40 и содержащий компоненты при следующем их соотношении, мас.%:
- Мелкодисперсный тугоплавкий отход производства (зола-унос) - 60-69.
- Суглинок тяжелый - 25-30.
- Глина, содержащая повышенное количество сульфатных и
сульфитных примесей (более 2% в пересчете на ион SO3 -2) - 6-10.
Такая глина согласно ОСТ 21-78-88 относится к некондиционной, но несмотря на это многие заводы вынуждены вводить в состав формовочной массы такие глины (дополнительно к суглинкам), т.к. обладают в 1,5-2 раза выше прочностью в сравнении с суглинками, на основе которых изготавливается стеновая керамика.
Наряду с достоинствами способа (утилизируется зола-унос, повышенная прочность кирпича-сырца) имеются и недостатки, лимитирующие применение керамических изделий в качестве лицевого кирпича, конкретно:
1. Низкая архитектурная выразительность, т.е. наличие дефектов: "мушки", выцветов (за счет сульфатных солей и пирита) и серый оттенок, т.к. зола-унос в соответствие с ГОСТ 6133-84 "Камни бетонные стеновые" относится к пигменту серого цвета.
2. Недостаточная прочность при сжатии обожженного кирпича 129-270 кгс/см2, что лимитирует получение кирпича с пустотностью 40% и выше с маркой по прочности не менее M100, M125.
Задача изобретения - повысить прочность обожженной керамики и архитектурную выразительность за счет исключения выцветов и обеспечения на поверхности микроблестящих точек.
Поставленная задача достигается тем, что керамическая масса, включающая суглинок тяжелый, глину с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей - более 2 мас.% в пересчете на ион SO3 -2 и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства, в качестве мелкодисперсного тугоплавкого отхода производства содержит слюдосодержащий кварцевый песок - отход угледобычи, фракции менее 0-0,315 мм, с содержанием пылевидной фракции 0-0,14 мм 35-50 мас.% при следующем соотношении всех компонентов, мас.%:
суглинок тяжелый 72-80
указанная глина 10-17
указанный кварцевый песок 10-11,
причем указанный кварцевый песок содержит 95-98 мас.% кварца и 0,5-3 мас.% слюды.
Характеристика компонентов, участвующих в реализации задачи
1. Глинистое сырье.:
1.1. Кукуйская глина (Тульская обл.) имеет темно-серый цвет, а после обжига кремовый. Среднепластичная, полукислая, малочувствительная к сушке. Легкоплавкая - огнеупорность 1250-1270°С. При температуре обжига 950-980°С приобретает высокую прочность 42-46 МПа. Последнее и служит основной причиной применять такую некондиционную глину в качестве добавки к суглинкам, имеющим прочность в 2 раза ниже. По количеству серосодержащих примесей не отвечает требованиям ОСТ 21-78-88.
1.2. Суглинок Новомосковский (Тульской обл.). Цвет желтый, а в обожженном виде имеет светло-красный цвет и прочность образцов на их основе 17-23 МПа (температура обжига - 1000-1050°С). Сырье кислое, легкоплавкое (температура огнеупорности - 1250°С). Является умеренно пластичным (Ч.П=12,6-12,7), высокочувствительным к сушке (низкая трещиностойкость). Является неспекающимся до 1250°С.
В таблице 1 приведен химический состав глинистого сырья. Для сопоставления приведены аналогичные показатели глинистого сырья, принятых в известном составе (прототипе).
Таблица 1
Химический состав глинистого сырья предлагаемого и известного составов.
№ п/п Химический состав (оксиды) Требования ОСТ 21-78-88 по химсоставу Для предлагаемого состава Для прототипа
Глина Кукуйская Суглинок Новомосковский Глина Айнабулакская Суглинок Бурундитский
Содержание:
- Al2О 3, >7 21,45 11,64 14,44 15,5
- Fe2O3+FeO, <14 5,3 4,00 4,83 4,86
- CaO+MgO, <20 3,39 4,4 4,54 11,34
- сульфат и сульфитсодержащие
примеси в пересчете на ион SO 3 -2, <2 3,19 следы 2,49 0,19
- Na2O+K 2O,
- SiO2, <7 2,26 3,14 2,36 4,88
- Потери при <85 52,7 72,28 59,02 57,06
прокаливании 7,36 4,35 12,32 6,17
Влажность исходная 15-18 16-18 - 6-13
1.3. Слюдосодержащий мелкодисперсный кварцевый песок. Цвет белый или светло-желтый. Насыпная плотность (сухого) 1510-1515 кг/м3. Фракционный состав: 0-0,14 мм (кварцевая пыль) - 35-50 мас%; 0,14-0,315 мм - 50-65 мас.%. Карьерная влажность 5-7%. Тугоплавкий - температура плавления 1700-1710°С. Минералогический состав включает: кварц (SiO2) - 95-98 мас.%; слюда - 0,5-3 мас.%; гематит Fe2O3, карбонаты, органика - остальное.
Примеры реализация предлагаемого состава керамической массы.
Пример 1. Суглинок Новомосковский и глину Кукуйского карьера предварительно сушили, измельчили и просеяли через сито с диаметром 2 мм.
Мелкодисперсный слюдосодержащий кварцевый песок просеяли через сито с диаметром 0,315 мм, чтобы задержать инородные включения.
Сухие порошкообразные компоненты дозировали по массе в соотношении, приведенном в таблице 2.
Однородную смесь порошков увлажнили водой до 20% влажности и приготовили пластическое тесто, которое пропустили через лабораторные вальцы с зазором 2 мм и поместили в целлофановый герметически закрытый мешок (для сохранения влажности), с последующим вылеживанием в течение двух суток. Из приготовленного теста формовали образцы - кубы размером 7,07?7,07?7,07 см, извлекли на перфорированный поддон, а затем сушили и обжигали соответственно при максимальной температуре 75±2°С и 1000°С. После обжига образцы изделий испытывали на прочность при сжатии и визуально архитектурную выразительность.
Данные испытаний свойств приведены в таблице 2 и 3.
Таблица 2
Состав керамической массы
№ п/п Компоненты сухой массы, мас.% Номера опытных масс керамики
Прототип
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Суглинок тяжелый 70,0 72 76 80 81,5 84 30 25
2 Глина, содержащая
сульфатные примеси (более 2 мас% в пересчете на SO 3 -2) 18,5 17 13,5 10 9,5 8 10 6
3 Мелкодисперсный
тугоплавкий отход
производства:
3.1 - Зола ТЭС; - - - - - - 60 62
3.2 - Слюдосодержащий
кварцевый песок с 11.5 11 10,5 10 9 8 - -
фракцией 0-0,315 мм.
Таблица 3
Свойства образцов керамики
№ п/п Свойства Ед. изм. Номера опытных масс керамики. Состав, мас%
Прототип
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Предел прочности МПа 34,2 32,5 28,8 28,0 25,1 15,6 27,2 12,9
при сжатии
2 Архитектурный
вид:
2.1 Наличие выцветов - есть нет нет нет нет нет есть есть
(высолов),
2.2 Цвет - Абрикос Светло-красный
с серым
оттенком
2.3 Наличие блестящих
золотистых - Есть Нет
точек.
Анализ результатов реализации задачи
1. Как видно из таблице 3, керамические массы составов №1 и №6 являются запредельными, т.к. изделия из состава №1 имеют на поверхности выцветы, следовательно, отношение массы кварцевого песка 11,5 мас. % к массе сульфатсодержащей глины 18,5 мас.% недостаточно. Состав №6 обеспечивает прочность 15,6 МПа, что находится в пределе прочности прототипа, а также не позволяет получить высокопустотный лицевой кирпич (пустотность 42%) марки по прочности не менее M100.
2. Прочность образцов изделий из смесей состава №2, 3, 4, 5 превышает прочность образцов прототипа на 5,3-12,2 МПа.
3. Изделия не имеют выцветов, "мушки" и приобретают ярко выраженный светло-оранжевый цвет - цвет спелых абрикосов, причем с блестящими золотистыми микроточками на поверхности. Что способствует повышению архитектурной выразительности лицевой керамики.
Физико-химическая сущность достижения поставленной цели объясняется следующим:
В составе мелкодисперсного кварцевого песка кристаллической структуры содержится 35-50 мас.% пылевидного кварца (SiO2), который при обжиге керамики способен вступать в реакцию с известью, освободившейся в процессе разложения ангидрита (CaSO4), сульфата натрия (Na2SO4) и пирита (FeS), образуя нерастворимые в воде силикаты кальция, натрия, фаялит (FeSiO 3).
Например:
CaSO4=CaO+SO3
CaO+SiO2=CaSiO3
FeS+SiO 2+2O2=FeSiO3+SO3
В составе же керамической массы прототипа известь (СаО), освободившаяся от разложения сульфатов, вступает в реакцию с углекислым кальцием (СО2), содержащимся в продуктах горения зоны обжига печи, т.е. карбонизируется в белые пятна, причем этот процесс продолжается и за пределами печи или вступает в реакцию с газом SO2, содержащимся в продуктах горения, т.е. идет обратный процесс образования нерастворимых сульфатов, особенно если в зоне обжига печи поддерживается небольшое давление. Газы SO 2 образуются от разложения пирита, содержащегося в глине, т.е. на поверхности образуется ангидрит.
Таким образом, в предлагаемом составе пылевидный кварц вступает в реакцию подобно коллоидному.
Образование силикатов CaSiO3, фаялита FeSiO3 способствуют увеличению в составе керамики: стеклофазы, а следовательно, и повышению прочности, а также исключается возможность образования выцветов. Заметим, что в составе аналога в этом процессе участвует коллоидный кремнезем. Присутствующие в составе кварцевого песка микрочастицы слюды выполняют двойную роль, конкретно:
- При температуре 900-950°С эти частицы вспучиваются, уплотняя керамический черенок и благодаря сплавлению с минералами керамики увеличивают прочность.
- Вспученные микрочастицы слюды приобретают золотистый цвет, образуя на поверхности керамики золотистые блестящие микроточки размером менее 0,3 мм, что положительно сказывается на архитектурной выразительности керамики.
- Микродисперсный - кварцевый песок, имея белый или светло-желтый цвет, также положительно влияет на архитектурный вид. Экономические преимущества в сравнении с прототипом заключаются в следующем:
1. Кварцевый песок, вводимый в состав массы, несмотря на микродисперсность, не обладает свойством пыления, и тем более, что он имеет влажность 5-6%, а зола-унос из циклонов, применяемая в составе керамики прототипа, требует мощных вентиляционных систем для обеспыливания помещений цеха.
Кроме того, для отбора золы-уноса из циклонов требуются специальные установки и транспортируется такая зола пневмотранспортом или в цементовозах, или бумажных мешках, а кварцевый песок (навалом), причем любым транспортом (автосамосвалы или в платформах). Отсюда применение кварцевого песка в сравнении с золой обходится в 2 раза дешевле.
2. Впервые микродисперсные пески Подмосковного угольного бассейна предлагается утилизировать в составе лицевой керамики. Ранее (80-е годы) их могли применять только для производства стеклянной тары. Таких заводов в Тульской области нет. Поэтому предлагаемое изобретение направлено и на утилизацию песков, которые тысячами тонн скопились в открытых буроугольных разрезах.
3. На основе предлагаемого состава керамики можно изготовлять и лицевой кирпич, который реализуется по цене в 1,3-1,5 раза дороже в сравнении с кирпичом прототипа.
Таким образом, прибыль от рекомендуемого состава керамики на 20-25% выше в сравнении с известным составом прототипа.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Керамическая масса, включающая суглинок тяжелый, глину с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей более 2 мас.% в пересчете на ион SO3 -2 и мелкодисперсный тугоплавкий отход производства, отличающаяся тем, что вводят в качестве мелкодисперсного тугоплавкого отхода производства слюдосодержащий кварцевый песок - отход угледобычи фракции 0-0,315 мм с содержанием пылевидной фракции 0-0,14мм 35-50 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Суглинок тяжелый 72-80
Указанная глина 10-17
Указанный кварцевый песок 10-11
причем указанный кварцевый песок содержит 95-98 мас.% кварца и 0,5-3 мас.% слюды.
Независимый научно технический портал
На главную страницу раздела
