CZ302906B6

CZ302906B6 - Zpracování kaolinitických jílu

Info

Publication number: CZ302906B6
Application number: CZ20013101A
Authority: CZ
Inventors: Stirling Hogg@Christopher
Original assignee: Imerys Minerals Limited
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2012-01-18
Also published as: BG65310B1; GB9904363D0; US6602341B1; EP1156991A1; WO2000050359A1; AU2923300A; AU754133B2; BR0008555A; BR0008555B1; CN1519215A; BG105956A; CN1264681A; CN1278986C; UA67834C2; JP2002537217A; CN1178859C; EP1156991B1

Abstract

Zpusob zpracování kaolinitického jílu urceného pro použití jako složky v keramické kompozici zahrnuje a) míchání kaolinitického jílu s 0,1 až 15,0 % hmotn. smektitového jílu, vztaženo na sušinu kaolinitického jílu; a b) podrobení hmoty jílu ve vlhkém plastickém stavu vytvorené v kroku a) mechanickému zpracování za takových podmínek, že do této vlhké plastické hmoty je vloženo alespon 5 kJ energie na kilogram jílové smesi vztaženo na sušinu.

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká způsobu zpracování kaolinitických jílů, zejména zlepšení vlastností takových jílů pro použití jako složky keramických kompozic, zejména kompozic určených pro výrobu keramického zboží, například bílé keramiky, jako jsou jídelní soupravy a podobně.

Dosavadní stav techniky

Keramické zboží, jako například jídelní soupravy pro použití v domácnosti a veřejném stravování, je obecně vyráběno z vlhčených kompozic pevných částic, které obsahují směs různých částicových složek. Mezi tyto složky patří kaolinitické jíly, tj. jíly obsahující minerál kaolinit, jako je kaolín, porcelánový jíl a/nebo ballclay (světle se vypalující vysoce plastický jíl). V těchto kompozicích jsou také přítomny taveniny, jako je pegmatit, živec nebo nefelínový syenit a alespoň jeden materiál obsahující oxid křemičitý jako je křemen nebo pazourek. V případě, že je požadována výroba zboží z kostního porcelánu, bude kompozice také obsahovat značný podíl rozemletých vyžíhaných živočišných kostí, zejména z hovězího dobytka, nebo kostní popel. Kompozice může také obsahovat menší podíly jiných složek, jako je uhličitan vápenatý, dolomit a mastek. Podíly různých složek užitých v kompozici se liší podle požadovaných vlastností vyžíhaného keramického zboží. V různých částech světa se vyrábí mnoho různých druhů keramického zboží, jako například jemná užitková keramika, poloslinutý porcelán, pórovina projeden výpal, porcelán pro použití v hotelech a v domácnostech, kostní porcelán, tvrdý porcelán a kamenina.

Keramické zboží se obecně vyrábí z vlhké keramické kompozice způsobem založeným na starodávném pracovním postupu, kdy se keramika vyráběla ručně na hrnčířském kruhu. Tato ruční technika se stále používá pro tvarování jednotlivých uměleckých děl, ale pro výrobu velkého množství v podstatě stejných výrobků se v dnešní době využívá automatické mechanizace. Při průmyslové výrobě může být využita forma z vhodného materiálu, jako je sádra nebo syntetická pryskyřice pro upevnění ke kruhu, který je schopen vysokorychlostní rotace v horizontální rovině. Potom je vhodné množství keramické kompozice nalito do formy. Jestliže je forma v podstatě konvexní, je použita pro tvarování například vnitřních částí talířů a mís, tento pracovní postup je široce známý jako Jiggering“ (vytáčení na mechanickém kruhu). Jestliže však je forma konkávní, je použita pro tvarování vnějších stran hrnečků nebo džbánů, tento pracovní postup je často nazýván Jolleying“ (vytáčení dutého zboží na mechanickém kruhu). Druhý povrch zboží, který není v kontaktu s formou, je obecně tvarován pomocí tvarovacího nástroje, nej častěji z kovu, který je uveden do kontaktu s tímto povrchem, zatímco tvarovaný výrobek se otáčí na kruhu. V nedávné době bylo tvarování urychleno zavedením vytvářecích strojů s odvalovací šablonou (roller head machine). U těchto strojů je tvarovací nástroj nahrazen vyhřívanou rotační šablonou a jak šablona, tak i forma se nepřetržitě otáčí vhodnou rychlostí během tvarování výrobku.

Z důvodu uspokojivého tvarování, jak je například popsáno výše, je nezbytné, aby keramická kompozice měla dostatečnou plasticitu, která by umožnila materiálu se formovat působením namáháním v tlaku, v tahu a ve smyku. Vytvarovaný výrobek musí také mít dostatečnou pevnost v nevypáleném nebo „syrovém“ stavu, aby se mohlo s tímto výrobkem manipulovat bez nebezpečí poškození celistvosti či tvaru. Pevnost za syrová keramické kompozice je obecně stanovena měřením modulu pevnosti v ohybu (modulus of rupture - MOR) sušených vytlačovaných tyčinek vytvořených z kompozice za určitých standardních podmínek, které jsou popsány dále.

Některé keramické jídelní soupravy jsou vytvořeny litím břečky. V tomto případě jsou jíly a další složky kompozice míchány s větším množstvím vody, popřípadě s jednou či více přísadami jako například s jedním nebo více dispergačními činidly za vzniku tekuté suspenze, řídké kaše nebo

- 1 CZ 302906 B6 „břečky“. Břečkaje nalita do pórovité formy. V této formě vzniká vytvarovaný výrobek podobným způsobem jakým se vytváří filtrační koláč v kalolisu. K částečnému odvodnění vytvarovaného výrobku dochází tím, že voda odtéká pórovitými stěnami formy, dokud není výrobek dostatečně vytvarován, tj. v suchém a pevném stavu, aby mohl být odstraněn z formy.

Dalším způsobem tvarování používaným pro výrobu keramických jídelních souprav je lisování práškové kompozice. V tomto způsobu keramická kompozice ve formě vodné suspenze s relativně vysokou koncentrací pevných látek je společně s jedním či více dispergačními činidly sušena v rozprašovací komoře za vzniku zcela suchých dutých mikrokuliček o průměru řádově io 0,1 mm. Dávka obsahující odpovídající množství těchto mikrokuliček je nasypána do vhodné formy, taje následně lisována z důvodu zhutnění kompozice za vzniku požadovaného keramického výrobku. Opět je třeba zdůraznit, že i při výrobě výrobků lisováním práškové kompozice je nutné, aby tato kompozice měla dostatečnou pevnost za syrová, která by umožnila manipulaci s vytvarovanými surovými výrobky bez nepřiměřeného nebezpečí poškození.

Po jakémkoliv tvarování je vytvořený surový výrobek sušen před jedním či vícenásobným vypalováním ve vypalovací peci při vhodné teplotě. Tímto způsobem vzniká požadovaný keramický výrobek. V této fázi mohou být na výrobek aplikovány glazury a dekorace.

Cílem tohoto vynálezu je zlepšení vlastností složek kaolinitického jílu v keramických kompozicích z důvodu zvýšení pevnosti za syrová u vytvarovaných výrobků vytvořených z těchto kompozic.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález poskytuje způsob zpracování kaolinitického jílu určeného pro použití jako složky keramické kompozice. Tento způsob zahrnuje následující kroky:

a) míchání kaolinitického jílu s 0,1 až 15,0% hmotn. smektitového jílu, vztaženo na sušinu kaolinitického jílu;

b) podrobení vlhké hmoty směsi v plastickém stavu vytvořené v kroku a) mechanickému zpracování za takových podmínek, že do této vlhké plastické hmoty je vloženo alespoň 5 kj energie na kilogram jílové směsi vztaženo na sušinu.

Množství vynaložené energie v kroku b) může být v rozsahu od 5 do 300 kJ na kilogram směsi jílů, vztaženo na sušinu.

Kaolinitický jíl používaný v kroku a) může být zpracováván známými přípravnými nebo rafinačními pracovními postupy, jako je například odštěrkování, praní, magnetická separace nečistot a třídění částic podle velikosti.

Vlhká plastická hmota mechanicky zpracovaná v kroku b) výhodně obsahuje mezi 20 až 30 % hmotn. vody.

Směs jílů vytvořená v kroku a) může mít obsah vody, který je vhodný pro použití v kroku b). Alternativně obsah vody po zpracování v jílu může být upraven tak, aby vznikla vhodná vlhká hmota, která je plastická a tvarovatelná.

⁵⁰

Úprava obsahu vody může být provedena přídavkem kapalné vody nebo zahuštěním v závislosti na obsahu vody směsi vytvořené v kroku a).

V případě, že směs jílů vytvořená v kroku a) je ve formě suchého prášku, požadovaného obsahu vlhkosti může být jednoduše dosaženo přidáním vody a zamícháním směsi.

V případě, že směs jílů vytvořená v kroku a) je ve formě zředěné kaše nebo suspenze, požadovaného obsahu vlhkosti může být dosaženo de hydratačním i postupy, jako je například filtrování a/nebo lisování a/nebo částečné sušení a/nebo přidání již vysušeného materiálu, to je užitím zpětného zavádění výstupu ze sušiče.

Kaolinitický jíl používaný v kroku a) může obsahovat jeden nebo více kaolínových jílů primárního nebo sekundárního původu. Kaolinitické jíly byly vytvořeny v etologických dobách zvětráváním živcových komponent žuly. Primární kaolínové jíly se nacházejí v místech, kde byly vytvořeny a jsou obecně přítomny v matrici rozrušené žuly, která musí být oddělena od jílu během přečišťování jílu. Sekundární kaolínové jíly, které jsou též označovány jako usazené kaolínové jíly, byly vyplaveny v geologických dobách z granitové matrice, ve které byly vytvořeny, a byly uloženy ve vzdáleném místě od místa vzniku, obecně v pánvích vytvořených v okolních vrstvách. Kaolínové jíly se obecně nacházejí společně s relativně malými podíly nečistot, jako je slída, živec, křemen, titanové sloučeniny a podobně, dále mohou také obsahovat ve stopovém množství smektitové jíly. Kaolinitický jíl může alternativně obsahovat jeden nebo více ballclay nebo směs jednoho nebo více ballclay s jedním nebo více kaolínovými jíly. Ballclay jsou sedimentární jíly, které jsou velmi jemně rozděleny, zrnitost těchto částic vyjádřená ekvivalentním sférickým průměrem je menší než 2 pm. Avšak ballclay často obsahují vyšší podíl nečistot oproti kaolinovým jílům a jsou méně bílé. Nečistoty přítomné v ballclay mohou obsahovat významné podíly jemného oxidu křemičitého společně s menším množstvím sloučenin železa a titanu, dále je zde přítomna organická hmota, jako je lignit.

Smektitové jíly jsou převážně tvořeny částicemi smektitového minerálu, což jsou vrstevnaté silikáty mající vysokou výměnnou kapacitu kationtů, která je způsobena porušením nábojové rovnováhy z důvodu substitucí v krystalové mřížce. Toto nerovnoměrné rozložení náboje je kompenzováno adsorpcí kationtů z roztoku známých jako výměnné ionty, protože mohou být snadno vyměněny odlišnými ionty. U většiny přirozeně se vyskytujících smektitů jsou výměnné ionty dvojmocné, zejména vápník, ačkoliv několik smektitů se vyskytuje s jednomocným iontem, zejména sodík, jako výměnný katíon, tyto smektity se nacházejí zvláště v USA ve Wyomingu.

Ve vodě jsou tyto smektity s dvojmocnými vápenatými kationty méně dispergovány než smektity s jednomocnými kationty. Tento jev je způsoben větším účinkem dvojmocného kationtů ve zhuštění takzvané elektrostatické dvoj vrstvy kolem částic, a tím způsobuje jejich vzájemné odpuzování ve srovnání s jednomocným kationtem.

Jednomoené iontoměničové smektity jsou poměrně snadno dispergovány ve vodě za vzniku jednotlivých vrstev nebo krystalitů, zatímco dvojmocné iontoměničové smektity mají tendenci se dispergovat do „bloků“ nebo do 3 až 4 krystalitů. Jednomoené iontoměničové smektity jsou obecně účinnější v uživatelských aplikacích.

Poměrně snadno lze přeměnit vápenaté smektity na sodné smektity přidáním malého množství roztoku obsahujícího sodný ion, jako je například uhličitan sodný obvykle v koncentraci od asi 4 do 5 % hmotn. Po dispergaci ve vodě jsou výměnné vápenaté ionty vysráženy jako uhličitan vápenatý a výměnnými ionty se stávají sodné ionty. Takto upravený smektit se označuje jako „aktivovaný sodíkem“. Avšak označení „aktivovaný“ by mělo být používáno s opatrností, protože smektity mohou také být „aktivované kyselinou“ a používají se při odbarvování rostlinných olejů, což je zcela odlišný aktivační proces.

V navrhovaném způsobu podle předloženého vynálezu je smektitovým jílem výhodně montmorillonitový jíl, jako je bentonit a výhodně převládajícím výměnným kationtem je jednomocný sodný ion. Takový jíl může být připraven například aktivováním vápenatého bentonitu uhličitanem sodným. Dalšími smektitovými jíly vhodnými pro použití ve způsobu podle předloženého vynálezu mohou být hektorit, saponit a beidellit.

-3 CZ 302906 B6

V předloženém vynálezu množství smektitového jílu smíchaného s kaolinitickým jílem je výhodně v rozsahu od 0,5 do 7,0 % hmotn. v přepočtu na sušinu kaolinitického jílu.

Přidávaný smektitový jíl ke kaolinitickému jílu může být v práškové formě nebo ve formě sus5 penze, tj. vodné suspenze. Rovněž kaolinitický jíl muže být v práškové formě nebo ve formě suspenze. Po spojení jsou jílové podíly výhodně důkladně promíchány po určitou dobu, například alespoň 1 minutu, výhodně alespoň 2 minuty. Výhodně je směs těchto dvou jílů vlhká, například obsahuje alespoň 10 % hmotn. vody, v některých případech od 10 do 90 % hmotn. vody, jestliže jsou jíly míchány společně.

io

Jíly mohou být společně míchány ve vlhké formě v míchacím nebo mísícím zařízení. Jednotlivé jíly mohou být přidávány společně na přívodní dopravník takového zařízení nebo mohou být dopravovány odděleně.

i5 V kroku b) tohoto vynálezu je výhodně obsah vody zpracovávané vlhké plastické hmoty v koncentračním rozsahu od 23 do 28 % hmotn. v přepočtu na sušinu jílové směsi.

Směs jílů může být před krokem b) upravována mimo požadované úpravy obsahu vody ještě jednou či více dalšími procedurami. Například takzvané „železné piliny nebo větší kusy železa mohou být odstraněny před krokem b) pomocí permanentního magnetu.

Mechanické zpracování plastické hmoty v kroku b) podle tohoto vynálezu se může provádět v protlačovacím zařízení jako je šnekový hnětači stroj, lopatkový míchací stroj, kolový mlýn pro mokré mletí nebo podobné známé zařízení pro zpracování hmoty složené z pevných částic ve vlhkém plastickém stavu. Výhodně se používá šnekový hnětači stroj, který je například použit v GB) 194 866, a je vhodně opatřen známými prostředky pro nastavení velikosti výstupních trysek z důvodu řízení rychlosti průchodu materiálu tímto zařízením a zařízením pro měření vytvořeného tlaku uvnitř tohoto zařízení, a tudíž pro měření množství energie vložené do jílové směsi v plastickém stavu. Množství vložené energie do hmoty v plastickém stavuje výhodně v rozsahu od 10 do 250 kJ a nej výhodněji v rozsahu od 20 do 175 kJ na kilogram zpracovávané jílové směsi v přepočtu na sušinu.

Po zpracování směsi jílu v krocích a), b) podle tohoto vynálezu může být výsledná jílová směs popřípadě dále zpracovávána jedním či více známými přečišťovacími postupy.

Výsledný produkt (s nebo bez dalšího zpracování) může být dopraven zpracovateli ve formě suspenze nebo jako suchý prášek, například sušením výsledného produktu před expedicí. Výsledný produkt může být použit pro výrobu keramických výrobků známým způsobem, například za použití jednoho ze způsobů popsaných dříve.

Výsledný produkt podle tohoto vynálezu má po tvarování a sušení standardním způsobem zvýšenou pevnost v ohybu a také zlepšenou pláštičnost a vyšší podíl pevných částic v licích kompozicích. Všechny tyto užitečné vlastnosti mohou být využity při výrobě keramických výrobků z takto připravených kompozic. Tyto výhodné vlastnosti jsou předvedeny v následujících příkladech.

Provedení tohoto vynálezu budou nyní popsána prostřednictvím následujících příkladů.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Anglický kaolínový jíl určený pro keramický průmysl měl následující distribuci velikosti částic:

60 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 5 gm a 38 % hmotn. částic

-4CZ 302906 B6 o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 μηι. Vzorky z kaolínového jílu byly před zpracováním v hnětacím stroji smíchány s dostatečným množstvím vody za vzniku pasty obsahující 25 % hmotn. vody v rychlootáčkovém míchacím stroji.

Vzorky byly rozděleny do 2 šarží „A“ a „B“ Ke vzorkům šarže A ve vlhké formě bylo před zpracováním v hnětacím stroji přidáno 1,5 % hmotn. bentonitu sodného z Wyomingu, v přepočtu na hmotnost suchého kaolínového jílu. Ke vzorkům šarže B nebyl přidán žádný bentonit.

Vzorky šarží A a B byly následně mechanicky zpracovány v hnětacím stroji, podobně jak je ío popsáno v GB l 194 866, který byl vybaven převodníkem se snímačem tlaku a integrátorem pro výpočet vložené energie do jílu. Množství vložené energie se mohlo regulovat výběrem velikosti výstupní trysky u hnětacího stroje nebo opakovaným průchodem jílu hnětacím strojem.

Z šarže A i B byly odebrány vzorky pro laboratorní zkoušky, které nebyly mechanicky zpracová15 ny v hnětacím stroji.

Vzorky z šarží A a B byly zpracovány v hnětacím stroji a bylo do nich vloženo různé množství energie.

Každý vzorek byl potom zkoušen na pevnost v ohybu při 80% relativní vlhkosti způsobem popsaným dále.

Z důvodu měření pevnosti v ohybu nebo pevnosti po tvarování kaolinitického jílu byly vzorky jílu z každé šarže v plastickém stavu protlačeny pomocí pístového lisu přes kruhový otvor za vzniku válcovité tyčinky o průměru 6 mm. Vytlačené tyčinky byly následně rozřezány na kusy o délce 150 mm. Takto připravené tyčinky byly vysušeny na vzduchu a potom byly sušeny přes noc v sušárně pri 60 °C. Následně byly tyčinky přeříznuty na poloviny a vloženy na několik hodin do řízené atmosféry o relativní vlhkosti 80 %. Potom byly tyčinky přelomeny po upnutí do tříbodového deformačního zařízení s 50mm roztečí namontovaným na univerzálním zkušebním stroji nebo podobném zařízení. V místech zlomu tyčinek byly měřeny jejich průměry, z těchto průměrů a síly potřebné na zlomení tyčinky byla vypočtena pevnost v ohybu. Pro každou šarži jílu bylo tímto způsobem testováno alespoň 10 tyčinek a ze získaných hodnot byla vypočtena průměrná hodnota pevnosti v ohybu.

Získané výsledky jsou uspořádány do tabulky 1, ve které jsou jednotlivé vzorky označeny jako AlB1atd. podle šarží A nebo B, ze kterých byly vybrány.

-5CZ 302906 B6

Tabulka 1

Vzorek	% hmotn. přidaného bentonitu	Vložená energie í kJ. kg“¹)	Pevnost v ohybu (MPa)
Al	1,5	0	0,882
Až	1,5	63	1,226
A3	1,5	114	1,344
A4	i, 5	161	1,569
A5	1,5	230	1,500
Bl·	0	0	0,490
B2	0	53	0, 922
33	0	98	0,951
B4	0	151	1,069
B5	⁰	206	1,059

Z výsledků v tabulce 1 je zřejmé, že mechanické zpracování jak Šarže A, tak i šarže B kaolinitického jílu mírně zvyšuje pevnost v ohybu. Avšak v případě, kdy do kaolinitického jílu vzorků A s bylo přidáno 1,5 % hmotn. sodného bentonitu, došlo k nečekanému významnému zvýšení pevnosti v ohybu. Tabulka 1 ukazuje, že nárůst pevnosti v ohybu stoupá s množstvím vložené energie mechanickým zpracováním dokud množství energie nedosáhne asi 175 kJ.kg Při dalším zvyšování vloženého množství energie do kaolinitického jílu během mechanického zpracování nad hodnotu asi 175 kJ.kg ¹ je vidět pouze malý užitek, io

Příklad 2

Druhý anglický kaolínový jíl určený pro keramický průmysl měl následující distribuci velikosti částic: 52 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 5 pm a 32 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 pm. Vzorky z tohoto kaolínového jílu byly zpracovány ve stejném hnětacím stroji jako v příkladu 1. Každý vzorek kaolinového jílu byl před zpracováním v hnětacím stroji smíchán s dostatečným množstvím vody za vzniku pasty obsahující 25 % hmotn. vody v rychlootáčkovém míchacím stroji.

Vzorky byly rozděleny do 2 šarží „C“ a „D“. Ke vzorkům šarže C bylo před zpracováním v hnětacím stroji přidáno 0,9 % hmotn. bentonitu sodného z Wyomingu, v přepočtu na hmotnost suchého kaolínového jílu. Ke vzorkům šarže D nebyl přidán žádný bentonit. Z šarže C i D byly odebrány vzorky pro laboratorní zkoušky, které nebyly mechanicky zpracovány v hnětacím stro25 jí.

Zbývající vzorky z šarží C a D byly zpracovány v hnětacím stroji a bylo do nich vloženo různé množství energie.

Každý vzorek byl potom zkoušen na pevnost v ohybu, jak je popsáno výše v příkladu 1. Získané výsledky jsou uspořádány do tabulky 2, ve které jsou jednotlivé vzorky označeny jako Cl.., Dl.., atd. podle šarží C nebo D ze kterých byly vybrány,

-6CZ 302906 B6

Tabulka 2

V2orek	% hmotn. přidaného bentonitu	Vložená energie tkJ.kg'¹)	Pevnost v ohybu (MPa)
Cl	0,9	0	0,892
C2	0,9	79	b 27 5
C3	0,9	95	1,344
C4	0,9	190	1,539
Dl	0	0	0,706
D2	0	37	0,892
D3	0	77	0,991
D4	0	135	1,069
D5	0	278 1	1,177

Výsledky v tabulce 2 ukazují stejné trendy, které byly pozorovány v příkladu 1 (tabulka l).

Příklad 3

Směs kaolinitických jílů (šarže E) byla složena ze směsi 2 meziproduktů ze separačního zařízení na čištění kaolinu a hrubá frakce ze separačního procesu třídění částic, kterým byl kaolinový meziprodukt roztříděn na hrubé a jemné frakce. Směs měla následující distribuci velikosti částic: 23 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru větším než 10 μτη a 25 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 pm. Směs byla připravena suspendováním jednotlivých složek jílu v dostatečném množství vody za vzniku suspenze obsahující 10% hmotn. jílu v přepočtu na sušinu a výsledná směs byla vytvořena smícháním suspenzí v odpovídajících podílech. Takto vytvořená smíchaná suspenze byla rozdělena na 6 vzorků. Ke dvěma vzorkům suspenze bylo přidáno 1 % hmotn. montmorillonitu, který byl vytěžen v kaolínové oblasti u Comwallu v Anglii. K dalším dvěma vzorkům byly přidány 2 % hmotn. stejného montmorillonitu. Ke zbývajícím dvěma vzorkům suspenze nebyl přidán žádný montmorillonit.

Každý vzorek této suspenze byl potom filtrací zahuštěn a vzniklý koláč obsahoval asi 25 % hmotn. vody. Z každého páru vzorků (vzorky El, E2, E3) byl jeden vzorek uchován pro laboratorní měření pevnosti v ohybu, jak je popsáno již dříve v příkladu 1. Druhý vzorek z každého páru (vzorky E4, E5, E6) byl mechanicky zpracován v hnětacím stroji, jak je popsáno v příkladu 1. Do zpracovaných vzorků jílové směsi byla vložena energie přibližně kolem 165 kJ na kilogram jílu v přepočtu na sušinu. Po mechanickém zpracování byla u vzorků měřena pevnost v ohybu. Výsledky jsou uvedeny dále v tabulce 3.

-7CZ 302906 B6

Tabulka 3

Vzorek	'i hmotn. přidaného montmorillonitu	Vložená eneryie (kJ. kg'¹)	Pevnost v ohybu (MPa)
El	0	0	0,374
E2	! 1	0	0,4 52
S3	2	0	0,451
Ξ4	0	153	0,735
E5	1	143	0,814
£6	2	164	1,138

Tyto výsledky ukazují, že přidání malého množství montmorillonitu ke kaolinitickému jílu zvyšuje pevnost po tvarování takto upraveného jílu. Mechanickým zpracováním takto upravených vzorků kaolinitického j ílu se dále podstatně zvyšuje pevnost po tvarování.

io Příklad 4

Kaolinitický jíl (vzorek F), který byl meziproduktem při separačním čištění, měl následující distribuci velikosti částic: 9% hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru větším než 10 pm a 57 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 pm. Tento jíl byl ve formě poměrně zředěné vodné suspenze a byl rozdělen na 4 díly. Ke třem těmto dílům bylo přidáno 1, 2 a 3 % hmotn. bentonitu z Texasu. Ke čtvrtému dílu nebyl přidán žádný bentonit.

Každý díl suspenze byl potom filtrací zahuštěn a vzniklý koláč obsahoval asi 30 % hmotn. vody. Část tohoto vlhkého koláče byla odebrána, sušena a potom opět smíchána se zbytkem tohoto vlhkého koláče z důvodu snížení obsahu vody na 22 % hmotn. Každý díl koláče byl potom rozdělen na dvě poloviny. První polovina dílu (vzorky F1 až F4) byla odebrána pro laboratorní měření pevnosti v ohybu, jak je popsáno výše v příkladu 1, Druhá polovina dílu (vzorky F5 až F8) byla mechanicky zpracována v hnětacím stroji jak je popsáno v příkladu 1. Ke vzorkům F6 až F8 byl přidán bentonit a dále byly mechanicky zpracovány v hnětacím stroji tak, že do kao25 linitické jílové směsi bylo vloženo asi 40 kJ na kilogram jílu v přepočtu na sušinu. Ke vzorku F5 nebyl přidán žádný bentonit a mechanickým zpracováním bylo do něj vloženo asi 100 kJ na kilogram jílu v přepočtu na sušinu. Ke vzorku F9 nebyl přidán žádný bentonit a mechanickým zpracováním v hnětacím stroji bylo do nej vloženo asi 230 kJ na kilogram jílu. Po mechanickém zpracování byla u vzorků měřena pevnost v ohybu. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 4.

-8CZ 302906 B6

Tabulka 4

Vzorek	% hmotn. přidaného bentonitu	Vložená energie (kJ.kg¹)	Pevnost v ohybu (MPa}
F1	0	0	θ’, 314
F2	*1	0	0,559
F3	2	0	0,716
F4	3	0	0,912
F5	0	97,2	0,392
F6	1	46,8	0,647
F7	2	39,6	0,853
F8	3	32,4	1,001
F9	Ó	230,4	0,461

Pro kaolinitický jíl používaný pro výrobu užitkové keramiky by požadovaná minimální hodnota pevnosti v ohybu měla být asi 0,6 MPa. Z výsledků v tabulce 4 je vidět, že výrobky z jílu o přijatelné pevnosti po tvarování mohou být vytvořeny smísením výchozího kaolinitického jílu s 1 % hmotn. bentonitu v přepočtu na hmotnost kaolinitického jílu v suchém stavu, a vzniklá směs byla následně mechanicky zpracována tak, že do 1 kilogramu suché jílové směsi bylo violo ženo asi 40 kJ energie. V případě, že vzorky nejsou mechanicky zpracovány, je nezbytné přidat dvojnásobné množství bentonitu, aby bylo dosaženo srovnatelných výsledků. Jestliže do vzorků jílu nebyl přidán bentonit, nepodařilo se připravit přijatelný produkt, ani když bylo do jílu vloženo 230 kJ na kilogram suchého jílu.

Příklad 5

Kaolinitický jíl (vzorek G), který byl produktem při separačním čištění, měl následující distribuci velikosti částic: 1,1 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru větším než 10 pm a 73 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 pm. Jíl byl ve formě relativně zředěné vodné suspenze. Tato suspenze byla zahuštěna v kalolisu a obsah vody byl upraven na hodnotu 28 % hmotn. mícháním vlhkého koláče s vhodným množství koláče, který byl sušen. Takto vytvořený koláč byl rozdělen na 4 části, které byly míchány s 0, 1, 2, 3 % hmotn. bentonitu v přepočtu na hmotnost suchého jílu. Bentonit byl stejný, jako ten použitý v pří25 kladu 4. Díl jílu neobsahující bentonit byl dále rozdělen na 4 vzorky. Jeden vzorek (vzorek Gl) byl vysušen a byla u něj měřena pevnost v ohybu při 80 % relativní vlhkosti, jak je popsáno dříve v příkladu l. Zbývající 3 vzorky koláěe (vzorky G2 až G4) byly mechanicky zpracovány. Do vzorků G2 až G4 bylo vkládáno postupně vzrůstající množství energie. Tyto vzorky byly sušeny a následně u nich byla měřena pevnost v ohybu při 80 % relativní vlhkosti.

Části koláče obsahující 1 a 3 % hmotn. přidaného bentonitu byly rozděleny každý na 2 části. První části těchto vzorků (vzorky G5 a Gl 1) byly sušeny a následně u nich byla bez dalšího mechanického zpracování měřena pevnost v ohybu při 80 % relativní vlhkosti. Druhé části těchto vzorků (vzorky G6 a G12) byly mechanicky zpracovány, přičemž bylo do nich vloženo asi 80 až

95 kJ energie na kilogram suchého jílu. Tyto vzorky byly následně sušeny a byla u nich měřena pevnost v ohybu při 80 % relativní vlhkosti. Část koláče obsahující 2 % hmotn. přidaného bentonitu byla dále rozdělena na 4 vzorky. Jeden z těchto vzorků (vzorek G7) byl sušen a bez dalšího

-9CZ 302906 B6 zpracování byla u něj měřena pevnost v ohybu pri 80% relativní vlhkosti. Zbývající 3 vzorky (vzorky GB až G10) byly mechanicky zpracovány. Do vzorků G8 až G10 bylo vkládáno postupně vzrůstající množství energie. Tyto vzorky byly sušeny a následně u nich byla měřena pevnost v ohybu pri 80% relativní vlhkosti.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce 5.

Tabulka 5

Vzorek	% hmotn. přidaného bentonitu	VIožená energie (kJ. kg'¹)	Pevnost v ohybu (MPa)
Gl	0	0	0, 608
G2	0	61,2	0,853
G3	0	118,8	1,030
G4	0	172,8	0,873
G5	Ϊ	0	0,765
G6	1	93,6	1,020
G7	2	0’	0,932
G8	2	61,2	1,246
G9	2	104,4	1,273
G10	2	176,4	1,294
Gll	3	0	1,089
G12	3	32,3	1,472

Cílem tohoto příkladu bylo předložit kaolinitický jíl s výjimečně vysokou pevností v ohybu asi 1,27 MPa. Z tabulky 5 je zřejmé, že tohoto cíle může být dosaženo, jestliže je kaolinitický jíl smíchán s 2 % hmotn. bentonitu a takto vzniklá směs je dále mechanicky zpracována, přičemž je do jílové směsi vloženo alespoň asi 100 kJ energie na kilogram v přepočtu na suchý jíl. Alternativně mohou být do kaolinitického jílu zapracovány 3 % hmotn. bentonitu, a tím může být sníženo minimální množství energie vkládané do koláče.

Příklad 6

Byla připravena licí kaolínová kompozice, která obsahovala břečku s nízkým obsahem pevných částic (méně než 30 % hmotn. pevných částic ve vodě). Tato kompozice je označena Sl. K části materiálu Sl bylo přidáno 0,3 % hmotn. bentonitu (BTM), v přepočtu na sušinu jílu, ve formě zředěné suspenze ve vodě. Bentonit byl důkladně vmíchán do licí kaolínové suspenze. Výsledný materiál byl zahuštěn a tato vlhká plastická hmota byla označena S3. Původní materiál Sl bez přídavku bentonitu byl také zahuštěn stejným množstvím, vzniklý materiál byl označen S2.

Materiály S2 a S3 byly mechanicky zpracovány v hnětacím stroji stejným způsobem jak je uvedeno v příkladu 1 a do vzorků bylo vloženo různé množství energie. U vzorků byla měřena pevnost v ohybu (modulus of rupture - MOR) při 80% relativní vlhkosti stejným způsobem, jak je popsáno v příkladu 1. Naměřené výsledky jsou uvedeny v tabulkách 6 a 7.

-10CZ 302906 B6

Tabulka 6: Výsledky pro materiál S2 (bez přídavku bentonitu)

Vložená energie (kW . kJ'¹)	Pevnost v ohybu při 80 % rel. vlhkosti (MPa)
0	0, 91
15	1,21
28	1,37
38	1,41
60	1,50

Tabulka 7: Výsledky pro materiál S3 (s přídavkem 0,3 % bentonitu)

Vložená energie	Pevnost v ohybu při 80% rel.
(kW . kJ¹)	vlhkosti (MPa)
0	0, 97
22	1,52
42	1,69
72	2,05

Tyto výsledky ukazují stejně výhodné trendy jako v dřívějších příkladech.

Příklad 7

Částečně čištěný kaolinitický jíl H primárního původu měl následující distribuci velikosti částic: 36 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru větším než 10 gm a 26 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 μηι. Zředěná vodná suspenze obsahující částečně čištěný kaolin byla zahuštěna na kalolisu a obsah vody byl upraven na hodnotu 25 % hmotn. mícháním vlhkého koláče s vhodným množstvím koláče, který byl sušen. Takto vytvořený koláč byl rozdělen na 4 části, které byly míchány s 0, 3, 6, 10 % hmotn. bentonitu v přepočtu na hmotnost suchého jílu. Použitý bentonit byl stejný jako v příkladu 4. Díl jílu neobsahující bentonit byl dále rozdělen na 4 vzorky. Jeden vzorek (vzorek Hl) byl vysušen a byla u něj měřena pevnost v ohybu při 80% relativní vlhkosti, jak je popsáno dříve v příkladu t. Zbývající

3 vzorky této šarže (vzorky H2 až H4) byly mechanicky zpracovány. Do vzorků H2 až H4 bylo vkládáno postupně vzrůstající množství energie. Potom tyto vzorky byty sušeny a byla u nich měřena pevnost v ohybu při 80% relativní vlhkosti.

Části koláče obsahující 3, 6 a 10 % hmotn. přidaného bentonitu (vzorky H5, H6 a H7) byly mechanicky zpracovány, přičemž bylo do nich vloženo asi 195 až 220 kJ energie na kilogram suchého jílu. Tyto vzorky byly následně sušeny a byla u nich měřena pevnost v ohybu při 80% relativní vlhkosti.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce 8.

- II CZ 302906 B6

Tabulka 8

Vzorek	hmotn. příčeného bentonitu	Vložená energie (kJ. kg“¹5	Pevnost v ohybu (MPa)
Hl	0	0	0,638
H2	0	43,2	0,736
Ι-Ϊ3	0	140,4	0,716
114	0	216,0	0,814
H5	3	198,0	2,060
H6	6	205,2	3, 855
H7	10	219,6	3,473

Výsledky v tabulce 8 ukazují, že v případě tohoto konkrétního kaolínového jílu dosahuje pevnost po tvarování maximální hodnoty po smíchání a mechanickém zpracování tohoto kaolin i tického jílu v plastickém stavu s asi 6 % hmotn. bentonitu. V případě, že k tomuto jílu není přidán žádný bentonit, dochází pouze k nepříliš velkému nárůstu pevnosti v ohybu.

Příklad 8

Přečištěný kaolinitický jíl I, který byl připraven průchodem vzorku H přes hydraulický cyklón o průměru 50 mm a použitím přepadové frakce, měl následující distribuci velikosti částic: 10 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru větším než 10 pm a 43 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 pm. Zředěná vodná suspenze obsahující částečně čištěný kaolin byla zahuštěna na kalolisu a obsah vody byl upraven na hodnotu 25 % hmotn. mícháním vlhkého koláče s vhodným množství koláče, který byl sušen. Takto vytvořený koláč byl rozdělen na 4 části, které byly míchány s 0, 3, 6, 10 % hmotn. bentonitu v přepočtu na hmotnost suchého kaolinitického jílu. Byl použit stejný bentonit jako v příkladu 4, Díl jílu neobsahující bentonit byl dále rozdělen na 4 vzorky. Jeden vzorek (vzorek II) byl vysušen a byla u něj měřena pevnost v ohybu při 80% relativní vlhkosti, jak je popsáno v příkladu 1. Zbývající 3 vzorky koláče (vzorky 12 až 14) byly mechanicky zpracovány. Do vzorků 12 až 14 bylo vkládáno postupně vzrůstající množství energie. Tyto vzorky byly sušeny a následně u nich byla měřena pevnost v ohybu při 80 % relativní vlhkosti.

Části koláče obsahující 3, 6 a 10 % hmotn. přidaného bentonitu (vzorky 15, 16 a 17 byly mechanicky zpracovány, přičemž bylo do nich vloženo asi 195 až 220 kJ energie na kilogram suchého jílu. Tyto vzorky byly následně sušeny a byla u nich měřena pevnost v ohybu při 80% relativní vlhkosti.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce 9.

-12 CZ 302906 B6

Tabulka 9

Vzorek	% hmotn. přidaného bentonitu	Vložená energie (kJ.kg¹)	Pevnost v ohybu (MPa)
	0	0	0,667
12	0	50,4	1,5 69
13	0	129,6	1,285
14	0	212,4	1,285
15	3	216,0	2,296
16	6	205,2	3,090
17	10	237,6	4,110

Výsledky v tabulce 9 ukazují, že v případě tohoto konkrétního kaolínového jílu dochází ke zvyšování pevnosti po tvarování s množstvím přidaného bentonitu i když hodnota přidaného bentonitu dosáhne 10 % hmotn. v přepočtu na suchý kaolinitický jíl. V případě, že k tomuto jílu není přidán žádný bentonit. dochází pouze k malému nárůstu pevnosti v ohybu.

io

Příklad 9

Byl připraven jíl, který obsahoval částečně Čištěný kaolinový jíl. Tento jíl měl následující distribuci velikosti částic: 39 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru větším než 10 gm a 26 % hmotn. částic o ekvivalentním sférickém průměru menším než 2 gm. Tento jíl obsahoval 0,21 % hmotn. nečistoty Fe₂O₃ a 1,69 % hmotn. nečistoty K₂O.

V následných zkouškách byl zkoumán vliv přidání 3 % hmotn. práškovitého bentonitu z Texasu k jílu. Přidávaný bentonit byl přidáván v přepočtu na suchý kaolinový jíl a byl aktivován sodí20 kem. U takto připraveného jílu byl zkoumán účinek mechanického zpracování. Před přidáním bentonitu byl obsah vlhkosti tohoto jílu upraven na 10 % hmotn. Vlhký jíl byl po přidání bentonitu důkladně promíchán po dobu 5 minut. Při mechanickém zpracování byl obsah vlhkosti upraven přídavkem vody na asi 25 % hmotn. a výsledná plastická hmota byla protlačována v hnětacím stroji. Tímto zpracováním bylo do ní vloženo 55 kJ.kg ^l. U takto připravených 3 vzorků jílů (tj. jíl, vzorek X, jíl s bentonitem, vzorek Y, jíl s bentonitem po mechanickém zpracování v hnětacím stroji, vzorek Z) byly pozorovány nebo měřeny tyto vlastnosti: plasticita, pevnost v ohybu (měřeno jako v příkladu 1) a maximální licí koncentrace pevných částic. Pro měření pevnosti v ohybu byty vylisovány tyčinky, které po sušení v sušárně při teplotě 60 °C byly buď vloženy do klimatizační skříně s atmosférou o relativní vlhkosti 80 % (80 % RH), dokud u nich nebyla dosa30 žena vlhkostní rovnováha, nebo byly sušeny při teplotě 110 °C. U těchto dvou připravených sad „kondicionovaných“ tyčinek byla měřena pevnost v ohybu, jak je popsáno v příkladu 1. U vzorků byla také měřena plasticita a maximální licí koncentrace pevných částic. Plasticita byla měřena zkušeným pracovníkem, který pozorovat počet trhlin při ohýbání vzorků. Licí koncentrace byla stanovena standardním způsobem používaným přihlašovatelem pro měření licí koncentrace kaoli35 nitického jílu užívaného v keramických licích kompozicích. Tento způsob je následující: 250 g kaolinitického jílu sušeného při 60 °C o obsahu vody menším než 1 % bylo drceno a přesíváno přes síto o velikosti otvoru 2 mm. K takto získané frakci byla přidána deionizovaná voda. Podle předpokládané licí koncentrace byla přidána voda a připravovaná směs byla pouze ručně míchána, Protože je jíl přidáván do vody, postupně se směs stává natolik viskózní, že do směsi bylo přidáváno z byrety zředěné dispergační činidlo - kremičitan sodný (čistota P84) o koncentraci 50 % hmotn./objem. Kremičitan sodný byl přidáván po 0,2 ml a po každém přídavku byla směs

-13CZ 302906 B6 ručně promíchána. Pět minut po každém přídavku byla stanovena viskozita směsi pomocí Brookfleldova viskozimetru s vřetenem č. 3 při 20 otáčkách za minutu. Toto postupné přidávání křemičitanu sodného a měření viskozity výsledné směsi bylo prováděno tak dlouho, dokud nebylo dosaženo minimální hodnoty viskozity, která by měla být větší než 500 mPa.s, jestliže bylo správně odhadnuto počáteční množství vody. Potom byla přidána deionizovaná voda až naměřená viskozita byla menší než 500 mPa.s. Z této jílové suspenze byl odebrán vzorek, který byl vážen, sušen a opětně vážen, aby mohlo být stanoveno procentické množství suchého jílu v suspenzi. Takto naměřený výsledek v hmotnostních procentech byl označen jako licí koncentrace suspenze.

o

Výsledky jsou uvedeny v tabulce 10.

Tabulka 10

	Vzorek X	Vzorek Y	Vzorek Z
Přídavek bentonitu (% hmotn.)	0	3	3
Vložená energie (kW.kJ¹)	0	0	55
Pevnost v ohybu (MPa):
- při 80% relativní vlhkosti	0, 64	Ó, 93	2,06
- při 110 ........	1,32	2,37	4,57
Plasticita	velmi Špatná	velmi špatná	dobrá
Licí koncentrace (% pevných částic)	62,7	58,6	64,9

Tabulka 10 ukazuje, že přídavek bentonitu kjílu podstatně zvyšuje pevnost v ohybu při 80% relativní vlhkosti a také po sušení při teplotě 110 °C.

Přídavek bentonitu s následným mechanickým zpracováním v hnětacím stroji významně zvyšuje jak pevnost (pevnost v ohybu) při 80% relativní vlhkosti a po sušení při 110 °C, tak i plasticitu. Také se zlepšila licí koncentrace.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zpracování kaolinitického jílu určeného pro použití jako složka v keramické kompozici, vyznačující se tím, že zahrnuje tyto kroky:

a) míchání kaolinitického jílu s 0,1 až 15,0% hmotn. smektitového jílu, vztaženo na sušinu 35 kaolinitického jílu; a

b) podrobení vlhké hmoty jílu ve vlhkém plastickém stavu vytvořené v kroku a) mechanickému zpracování za takových podmínek, že do této vlhké plastické hmoty je vloženo alespoň 5 kJ energie na kilogram jílové směsi vztaženo na sušinu.
2. Způsob podle nároku I, vyznačující se tím, že plastická hmota zpracovávaná v kroku b) má obsah vody v rozsahu od 20 do 30 % v přepočtu na sušinu jílové směsi.

- 14CZ 302906 B6
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že obsah vody zpracovávané plastické hmoty v kroku b) je v rozsahu od 23 do 28 % hmotn. v přepočtu na sušinu jílové směsi.
4. Způsob podle nároku 1 nebo nároku 2 nebo nároku 3, vyznačující se tím, že obsah vody jílové směsi vytvořené v kroku a) je upraven před zpracováním v kroku b).
5. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že v kroku b) je do 1 kilogramu jílové směsi v přepočtu na sušinu vloženo od 5 kJ do 300 kJ energie.
6. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kaolinitický jíl obsahuje jeden nebo více kaolínových jílů a/neb jeden nebo více ballclay.
7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že smektitový jíl obsahuje montmorillonitový jíl.
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že montmorillonitový jíl obsahuje bentonit aktivovaný jednomocným iontem.
9. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že množství smektitového jílu přidaného v kroku a) je v rozsahu od 0,5 do 7 % hmotn. v přepočtu na sušinu přítomného kaolinitického jílu.
10. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že v kroku a) je kaolinitický jíl a/nebo smektitový jíl ve formě kaše.
11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že jílová směs vytvořená v kroku a) je ve formě zředěné vodné suspenze a tato zředěná vodná suspenze je odvodněna před pracovním krokem b).
12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že odvodnění je prováděno jedním či vícenásobným filtrováním, lisováním, částečným sušením a přidáním již vysušeného materiálu z výstupu sušiče.
13. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pracovní krok b) je prováděn za použití protlačovacího zařízení.
14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že protlačovacím zařízením je šnekový hnětači stroj,
15. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že zpracovaný kaolinitický jílový produkt se vpraví do keramické formovací kompozice, která je vhodná pro použití při výrobě keramického zboží.
16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že keramická formovací kompozice se tvaruje, suší a vypaluje pro vytvoření keramického zboží.