Керамическая масса

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Левицкий Иван Адамович Богдан Екатерина Олеговна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56)2062767 1, 1996.4996 1, 2003. КИРДЯШКИНА Н.А. и др. Ресурсосберегающие экотехнологии возобновление и экономия энергии, сырья и материалов. Тез. докл. четвертой международной конференции. - Гродно,2000. - . 176-177.1479439 1, 1989.1701699 1, 1991.1742263 1, 1992.1276651 1, 1986.292924 1, 1971.637382, 1978.95104277 1, 1996.(57) Керамическая масса, включающая глину легкоплавкую, шлам гальванический и отощитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит глину тугоплавкую при следующем соотношении компонентов, мас.глина легкоплавкая 62-75 шлам гальванический 5-20 отощитель 3-5 глина тугоплавкая 10-20. Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к составам керамических масс для изготовления лицевых керамических изделий. Известна сырьевая смесь для изготовления строительных изделий 1, включающая следующие компоненты, мас.гальванический шлам - 0,82 глина - 82,42 стеклобой 16,48 борная кислота - 0,28. Недостатками указанной массы являются низкие значения предела прочности при сжатии (17,2 МПа), что со временем может привести к разрушению кирпича в кладке под нагрузкой, а также высокие значения миграции тяжелых металлов из обожженных образцов, мг/кг хром - 5,5 кадмий - 70,2 медь - 22 никель - 12 свинец - 54. Использование в качестве одного из компонентов массы борной кислоты усложняет технологический процесс и повышает стоимость продукции. Кроме того, данная сырьевая смесь не позволяет получать изделия насыщенной цветовой окраски. Наиболее близкой к заявляемой керамической массе по технической сущности и достигаемому результату является сырьевая смесь для изготовления строительных изделий, в 12106 1 2009.06.30 том числе керамического кирпича 2, содержащая следующие компоненты, мас.глина 77-80 отощитель - 13-15 шлам от очистки сточных вод гальванического производства - 510, причем шлам имеет состав, мас.23 - 1,3-7,0 СаО - 6,0-12,5 С 2 О 3 - 1,0-8,5 СО 0,2-2,0 А 2 О 3 - 6,0-10,0- 0,1-7,0- 0,2-2,0- 0,07-0,1 2 - 8,4-9,5 40,52 - 5,2-31,0. Недостатками известной керамической массы являются сравнительно низкие значения механической прочности при сжатии и при изгибе, составляющие 20,5-32,0 МПа и 2,54,8 МПа соответственно, а также невысокие значения морозостойкости - 25-50 циклов. Керамическая масса характеризуется неинтенсивной окраской и невысокими декоративными свойствами в связи с наличием в составе массы водорастворимого сульфата кальция(4), вызывающего появление высолов на поверхности изделий 3. Задачей предлагаемого изобретения является повышение механической прочности и морозостойкости изготовляемых изделий с обеспечением интенсивной и стабильной окраски красно-коричневого цвета. Решение поставленной задачи достигается тем, что керамическая масса, включающая глину легкоплавкую, шлам гальванический и отощитель, отличается тем, что дополнительно содержит глину тугоплавкую при следующем соотношении компонентов, мас.глина легкоплавкая 62-75 шлам гальванический 5-20 отощитель 3-5 глина тугоплавкая 10-20. Химический состав сырьевых компонентов приведен в табл. 1. Таблица 1 Химический состав сырьевых компонентов Наименование компонента Глина легкоплавкая Шлам гальванический Отощитель Гальванический шлам является отходом, образующимся при очистке сточных вод химических и электрохимических производств методами электрокоагуляции, ферроферригидрозолевого осаждения, и представляет собой влажную тонкодисперсную массу темношоколадного цвета. Согласно токсикологическим исследованиям, проведенным Гомельским областным клиническим центром гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья, указанные отходы относятся к 4 классу токсичности. В качестве отощителя используется бой и брак производства лицевого кирпича. Глинистая составляющая керамической массы представлена легкоплавкой глиной месторождения Заполье (Витебская обл., Беларусь) и тугоплавкой глиной месторождения Городное (Брестская обл., Беларусь). В соответствии с ГОСТ 9169-91 глина Заполье является легкоплавкой (огнеупорность 1280 С), умереннопластичной (число пластичности 12,4-14,8), полукислой (содержание А 2 О 3 составляет 13,7-16,8 ), с высоким содержанием оксидов железа и свободного кварца (5,51 и 32,1 соответственно), низкодисперсной (содержание тон 2 12106 1 2009.06.30 кодисперсных фракций размером менее 0,001 мм составляет 29,6-41,48 ). Данное глинистое сырье относится к группе каолинито-монтмориллонито-гидрослюдистых глин. Глина Городное согласно ГОСТ 9169-91 является тугоплавкой (огнеупорность 13901395 С), среднетемпературного спекания, среднепластичной (число пластичности 21,522,9), полукислой (содержание А 2 О 3 15-17 ), среднедисперсной (содержание тонкодисперсных фракций менее 0,001 мм 51,7-82,5 ) и относится к группе каолинитомонтмориллонито-гидрослюдистых глин. Керамические массы, используемые в производстве изделий строительной керамики,содержат, как правило, легкоплавкие глины и различные добавки. Невысокие значения механической прочности, морозостойкости и цветовых характеристик данных изделий главный их недостаток. Одной из причин этого является запесоченность полиминеральных глин, наличие в них включений карбонатов и материнских пород (полевых шпатов), а также узкий интервал спекания керамических масс на основе указанного глинистого сырья. Тугоплавкая глина вводилась с целью расширения интервала спекания, направленного регулирования процессов фазообразования, некоторой стабилизации химическо-минералогического состава керамических масс. Применение гальванического шлама в сочетании с комбинированной глинистой составляющей, включающей железосодержащие легкоплавкую и тугоплавкую глины, обеспечивает повышение содержания оксидов железа при одновременном значительном увеличении содержания оксидов щелочных металлов (2 О, 2), что позволяет регулировать количество и реакционную способность расплава и тем самым интенсифицировать процесс спекания 4. Наличие в составе керамической массы оксидов типа(, ) и 23 (А 2 О 3,23) вызывает интенсивную кристаллизацию определенных фаз (анортит, гематит), способствуя тем самым созданию кристаллического каркаса керамического черепка. Это приводит к улучшению ряда физико-химических свойств полученных изделий (снижению водопоглощения, повышению морозостойкости и механической прочности). Кроме того, использование гальванических шламов и глинистых компонентов с высоким содержанием красящих оксидов переменной валентности, преимущественно 23 и, 23, а также небольших количеств 2 и , обеспечивает получение изделий стабильной интенсивной окраски красно-коричневых тонов, что не требует применения специальных красителей. Совместное введение вышеописанных сырьевых компонентов при указанном оксидном составе и соотношении компонентов по научной литературе и патентным источникам нами не выявлено и предлагается впервые. Предлагаемое изобретение поясняется выполнением конкретных примеров. Пример 1. Керамическую массу, включающую (мас. ) глину легкоплавкую - 60,0 шлам гальванический - 20 бой изделий - 10 глину тугоплавкую - 10,0, готовили шликерным методом. Предварительно измельченные до размера кусков не более 5 мм компоненты подвергались помолу в шаровой мельнице мокрого помола до остатка на контрольном сите с сеткой 0063 в количестве не более 1-2 . Для обеспечения требуемых показателей текучести при обезвоживании в распылительной сушилке в шликер при помоле вводили электролиты (сверх 100 ) в количестве, мас.жидкое стекло - 0,15 , кальцинированная сода - 0,25 . В результате сушки шликерной суспензии получали пресс-порошок следующего гранулометрического состава, мас.фракция более 1 мм 1-4 1-0,5 мм 10-15 0,5-0,25 мм 40-50 менее 0,25 мм 30-50. 3 12106 1 2009.06.30 Формование изделий осуществляли методом полусухого прессования при давлении 252 МПа. Отпрессованные образцы подсушивали при температуре 110 С до постоянной массы. Обжиг полуфабриката изделий осуществляли при 100020 С с выдержкой при максимальной температуре 1 ч. Остальные примеры выполнялись аналогично и иллюстрируются составами, приведенными в табл. 2. Таблица 2 Составы заявляемых масс и прототипа Состав керамических масс, мас.Компоненты массы 1 2 3 прототип 2 Глина легкоплавкая 62 71 75 77-80 Шлам гальванический 20 5 10 5-10 Отощитель (бой, брак из 3 4 5 13-15 делий) Глина тугоплавкая 15 20 10 В табл. 3 приведены физико-химические характеристики заявляемых решений в сравнении с прототипом. Таблица 3 Физико-химические свойства заявляемых масс и прототипа Номер состава заявляемого Показатели свойств изобретения Прототип 2 1 2 3 Температура обжига, С 100020 100020 100020 1000 Усадка общая,3,2 2,5 2,0 Водопоглощение,15,2 13,2 14,6 3 Плотность кажущаяся, кг/м 1860 1940 1910 Пористость открытая,29,8 26,6 27,2 Прочность при изгибе, МПа 4,9 6,8 5,6 4,2-4,6 Прочность при сжатии, МПа 32,1 34,1 33,3 29-32 Морозостойкость, циклов 75 75 75 47-55 0,51 0,59 0,55 Теплопроводность, Вт/мК Цвет по 1000-цветному атласу красно-коричневый ВНИИ им. Д.И.Менделеева Цветовые характеристики доминирующая длина волны 680 640 660 насыщенность тона 75 65 71 Миграция химических веществ,мг/л хром 0,012 0,007 0,009 цинк 0,16 0,14 0,15 железо (, ) 0,11 0,032 0,052 медь 0,07 0,1 0,08 никель 0,05 0,01 0,02 Как видно из приведенных данных, заявляемая масса обладает повышенными значениями механической прочности. Так, у заявляемого решения механическая прочность при сжатии и при изгибе составляет, МПа 32,1-34,1 и 4,9-6,8 соответственно против 29-32 и 4,2-4,6 у известного состава. Указанные значения прочности обеспечены при температуре обжига 1000 С. 4 12106 1 2009.06.30 Кроме того, повышена морозостойкость изготовляемых изделий. У заявляемого состава морозостойкость составляет более 75 циклов против 47-55 циклов у известного состава. Указанные значения морозостойкости обеспечены более плотной структурой материала и его химико-минералогическим составом. Исследование миграции тяжелых металлов из полученных образцов в дистиллированную воду (выдержка 1 сутки) позволила установить, что данные значения соответствуют требованиям ГН 2.1.5.10-21-2003 5. По нашему мнению, невысокие значения миграции вредных и токсичных веществ объясняются как фиксацией их в стеклофазе, образованной легкоплавкими составляющими керамической шихты в процессе обжига, так и их связыванием в труднорастворимые соединения (силикаты, алюмосиликаты и др). Керамическая масса может использоваться на УП Обольский керамический завод(г. Оболь, Витебская обл.) для производства лицевого объемно окрашенного керамического кирпича повышенной морозостойкости и механической прочности. Источники информации 1. А.с. 2200721, МПК 4 С 04 В 33/13, С 04 В 33/00, 2003. 2. А.с. 2062767, МПК 4 С 04 В 33/00, 1996 (прототип). 3. Альперович И.А., Бурмистров В.Н. Способы предотвращения высолов на глиняном кирпиче. Обзорная информация. - М. ВНИИЭСМ, 1977. - С. 4-5. 4. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики. М. Стройиздат, 1977. - 240 с. 5. ГН 2.1.5.10-21-2003. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования / Сб. гигиенич. нормат. по разделу коммунальной гигиены. - Минск Минздрав РБ. - С. 38-92. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5