RU2748199C1 - Raw mixture for production of building ceramic products - Google Patents

Raw mixture for production of building ceramic products Download PDF

Info

Publication number
RU2748199C1
RU2748199C1 RU2020135437A RU2020135437A RU2748199C1 RU 2748199 C1 RU2748199 C1 RU 2748199C1 RU 2020135437 A RU2020135437 A RU 2020135437A RU 2020135437 A RU2020135437 A RU 2020135437A RU 2748199 C1 RU2748199 C1 RU 2748199C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ceramic
mixture
raw
ash
composition
Prior art date
Application number
RU2020135437A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Нина Ивановна Буравчук
Ольга Владленовна Гурьянова
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет»
Priority to RU2020135437A priority Critical patent/RU2748199C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2748199C1 publication Critical patent/RU2748199C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00Clay-wares
    • C04B33/02Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13Compounding ingredients
    • C04B33/132Waste materials; Refuse; Residues
    • C04B33/1324Recycled material, e.g. tile dust, stone waste, spent refractory material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

FIELD: building materials.
SUBSTANCE: invention relates to the production of clinker and facing bricks and stones by the method of semi-dry molding. The raw mixture contains components in the following ratio, wt. %: low-melting clay - 25-29, ash-and-slag mixture - 15-20, chamotte-kaolin dust - 35-45, crushed burnt rocks - 15-25.
EFFECT: increased strength and frost resistance of ceramic products.
3 cl, 3 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для производства строительной керамики, преимущественно клинкерного и облицовочного кирпича и камня методом полусухого формования. The invention relates to building materials and can be used for the production of building ceramics, mainly clinker and facing bricks and stone by the method of semi-dry molding.

Уровень техники.State of the art.

Известные сырьевые смеси для изготовления строительных керамических изделий содержат в своем составе глинистое пластическое сырье и техногенные отходы, в качестве которых используют в разных количествах, в мас %, продукты сжигания твердого углеродсодержащего сырья, такие как: горелые породы -30-50 (RU 2483042, МПК С04В 33/135 опубл. 27.05. 2013) [1], сланцевую золу - 30-50 (RU 2555170, МПК С04В 33/132 опубл. 10.07. 2015) [2], терриконик «красный» -10-64; терриконик «черный» - 10-64 (RU 2568458, МПК С04В 33/138 опубл. 20.11.2015) [3], горелые породы -25-38 (RU 2593284, МПК С04В 33/135; С04В 33/132 опубл. 10.08. 2016) [4], золу ТЭС - 50-60 и углеродную сажу -0,5-2,0 (RU 2532933, МПК С04В 33/135, опубл. 20.11.2014) [5], золу от сжигания углей -20-90 (RU 2387617, МПК С04В 33/135, опубл. 27.04.2010) [6]. Керамическая масса (RU 2496742, МПК С04В 33/135 опубл. 27.10.2013)[7] содержит легкоплавкую глину и техногенный отход с размерами частиц меньше 0,315 мм, состоящий из золы-уноса ТЭС - 80 мас.% и пылеуноса печей кальцинации глинозема - 20 мас.%, с соотношением SiO2:Аl2О3=1:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкая глина - 85-90; указанный техногенный отход - 10-15. Кирпич, изготовленный из указанного сырья методом сухого формования имеет максимальную прочность на сжатие 47,1 Мпа.Known raw mixtures for the manufacture of building ceramic products contain clay plastic raw materials and man-made waste, which are used in different quantities, in wt%, products of combustion of solid carbon-containing raw materials, such as: burnt rocks -30-50 (RU 2483042, IPC С04В 33/135 publ. 27.05.2013) [1], shale ash - 30-50 (RU 2555170, IPC С04В 33/132 publ. 10.07.2015) [2], heap "red"-10-64; black heap - 10-64 (RU 2568458, IPC С04В 33/138 publ. 20.11.2015) [3], burnt rocks -25-38 (RU 2593284, IPC С04В 33/135; С04В 33/132 publ. 10.08 . 2016) [4], TPP ash - 50-60 and carbon black -0.5-2.0 (RU 2532933, IPC С04В 33/135, publ. 20.11.2014) [5], ash from coal combustion -20 -90 (RU 2387617, IPC С04В 33/135, publ. 04/27/2010) [6]. Ceramic mass (RU 2496742, IPC С04В 33/135 publ. 10/27/2013) [7] contains low-melting clay and technogenic waste with a particle size of less than 0.315 mm, consisting of fly ash from TPP - 80 wt.% And dust entrainment from alumina calcination furnaces - 20 wt.%, With the ratio SiO 2 : Al 2 O 3 = 1: 1, with the following ratio of components, wt.%: Low-melting clay - 85-90; the specified man-made waste - 10-15. Bricks made from these raw materials by dry molding have a maximum compressive strength of 47.1 MPa.

Известное решение позволяет использовать образовавшиеся смеси горелых и не горелых пород при заявленном соотношении для производства методом полусухого прессования керамического кирпича и камней керамических, а также снизить их плотность. В результате получена для готового изделия прочность на сжатие составляет 19,2 Мпа, морозоустойчивость 75 циклов, плотность 1380 кг/м3, водопоглощение более 6, что характерно для обычного кирпича.The known solution makes it possible to use the resulting mixtures of burnt and unburned rocks at the stated ratio for the production of ceramic bricks and ceramic stones by semi-dry pressing, and also to reduce their density. As a result, a compressive strength of 19.2 MPa was obtained for the finished product, frost resistance of 75 cycles, density of 1380 kg / m 3 , water absorption of more than 6, which is typical for ordinary bricks.

Как следует из предшествующего уровня техники, различие в составах используемого техногенного сырья влияет на физико-химические процессы при смешивании, формовании и спекании исходного сырья и, следовательно, на физико-механические показатели готового изделия, к которым относят механическую прочность на сжатие, морозоустойчивость, водопоглощение, плотность. Трудность достижения высоких значений физико-механических показателей качества керамических изделий заключается в выборе компонентов шихты, обеспечивающих пи заданных концентрациях совместное взаимодействие, при котором при формовании и обжиге формируется структура керамического черепка и образуется необходимое количество минералов, обеспечивающих высокую прочность и морозостойкость изделий при невысоком содержании легкоплавкой глины.  As follows from the prior art, the difference in the compositions of the used technogenic raw materials affects the physicochemical processes during mixing, molding and sintering of the raw materials and, consequently, the physical and mechanical characteristics of the finished product, which include mechanical compressive strength, frost resistance, water absorption , density. The difficulty in achieving high values of the physical and mechanical indicators of the quality of ceramic products lies in the choice of charge components that provide for a given concentration of joint interaction, in which, during molding and firing, the structure of a ceramic shard is formed and the required amount of minerals is formed, providing high strength and frost resistance of products with a low content of low-melting clay.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

Задачей настоящего изобретения является разработка сырьевой смеси для изготовления строительных керамических изделий марок 500 и 600, имеющих высокие значения физико-механических показателей качества, а именно, значения механической прочности на сжатие 52,8-64,5 МПа и морозостойкости 300 циклов. The objective of the present invention is to develop a raw mixture for the manufacture of building ceramic products of grades 500 and 600, which have high values of physical and mechanical quality indicators, namely, values of mechanical compressive strength of 52.8-64.5 MPa and frost resistance of 300 cycles.

Настоящее изобретение относится к составу сырьевой смести для изготовления строительных керамических изделий, которая содержит легкоплавкую глину и в качестве техногенных отходов золошлаковую смесь, шамотно-каолиновую пыль и добленые горелые породы при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %: легкоплавкая глина 29-25, золошлаковая смесь 15-20, шамотно-коалиновая пыль 35-45, дробленые горелые породы 15-25. The present invention relates to the composition of the raw material mixture for the manufacture of building ceramic products, which contains low-melting clay and, as man-made waste, ash and slag mixture, chamotte-kaolin dust and burned-out rocks with the following ratio of initial components, wt. %: low-melting clay 29-25, ash-and-slag mixture 15-20, fireclay-coaline dust 35-45, crushed burnt rocks 15-25.

В предпочтительном варианте выполнения:In a preferred embodiment:

- размер частиц дробленой горелой породы составляет не более 2 мм;- the particle size of crushed burnt rock is no more than 2 mm;

- размер частиц золошлаковой смеси составляет не более 2 мм.- the particle size of the ash and slag mixture is no more than 2 mm.

Заявляемый качественно-количественный состав компонентов сырьевой смеси обеспечивает совместное взаимодействие, при котором при формовании и обжиге формируется структура керамического черепка и образуется необходимое количество минералов, влияющих на повышение прочности и морозостойкости изделий при невысоком содержании легкоплавкой глины. The claimed qualitative and quantitative composition of the components of the raw mixture provides a joint interaction, in which, during molding and firing, the structure of a ceramic shard is formed and the required amount of minerals is formed, affecting the increase in the strength and frost resistance of products with a low content of low-melting clay.

Настоящее изобретение поясняется таблицами и фотографиями микроструктуры керамического черепка, где:The present invention is illustrated by tables and photographs of the microstructure of a ceramic shard, where:

Таблица 1. Химический состав сырьевых материалов.Table 1. Chemical composition of raw materials.

Таблица 2. Составы сырьевой смеси. Table 2. Compositions of the raw mixture.

Таблица 3. Физико-механические показатели качества керамического кирпича, полученного из сырьевой смеси по настоящему изобретению.Table 3. Physical and mechanical indicators of the quality of ceramic bricks obtained from the raw mixture according to the present invention.

Таблица 4. Сравнение технических характеристик керамических изделий из известных сырьевых смесей и изделия по настоящему изобретению.Table 4. Comparison of technical characteristics of ceramic products from known raw mixes and products according to the present invention.

Фиг. 1. Фотография микроструктуры керамического черепка из сырьевой смеси по заявляемому изобретению: увеличение - 220 х; разрешение - 400 µm.FIG. 1. Photo of the microstructure of a ceramic shard from the raw mixture according to the claimed invention: magnification - 220 x; resolution - 400 µm.

Фиг. 2. Фотография микроструктуры керамического черепка из сырьевой смеси по заявляемому изобретению увеличение: увеличение - 1 000 х; разрешение - 50 µm.FIG. 2. Photo of the microstructure of a ceramic shard from the raw mixture according to the claimed invention magnification: magnification - 1000 x; resolution - 50 µm.

Фиг. 3. Фотография дробильно-сортировочный комплекс по переработке горелой породы породного отвала шахты № 26 г. Гуково Ростовской области.FIG. 3. Photo of the crushing and screening complex for the processing of burnt rock from the waste dump of mine No. 26, Gukovo, Rostov region.

Подробное описание изобретения.Detailed description of the invention.

Характеристика исходных ингредиентов, составляющих заявляемую сырьевую смесь для изготовления строительных керамических изделий:Characteristics of the initial ingredients that make up the claimed raw mix for the manufacture of ceramic building products:

Легкоплавкая глина представлена гидрослюдистой составляющей с незначительной примесью каолинита и монтмориллонита. Пылеватая фракция представлена в основном кремнеземом, углекислым кальцием, оксидами железа, песчаная – кварцем. По степени пластичности данная глина относятся к группе среднепластичной, число пластичности 23,0-26,2 %, по чувствительности к сушке – к группе высокочувствительного глинистого сырья. Легкоплавкая глина в составе сырьевой смеси вводится в качестве связки непластичных материалов. Low-melting clay is represented by a hydromica component with a minor admixture of kaolinite and montmorillonite. The dusty fraction is represented mainly by silica, calcium carbonate, iron oxides, and the sandy fraction is represented by quartz. According to the degree of plasticity, this clay belongs to the group of medium plastic, the number of plasticity is 23.0-26.2%, according to the sensitivity to drying - to the group of highly sensitive clay raw materials. Low-melting clay in the composition of the raw mix is introduced as a binder of non-plastic materials.

Золошлаковая смесь – это продукт сжигания угля в топках котлов при температурах выше 1000 °С, вплоть до 1700 °С. В золошлаковой смеси содержится до 30 % золы уноса с удельной поверхностью 300-350 м2/кг. Горелые породы - продукт длительного самообжига сопутствующих при добыче угля межугольных пород, складированных на поверхности в отвалах. Самообжиг пород в овалах происходит сравнительно равномерно при температурах выше 1000 °С и длится несколько лет. Ash and slag mixture is a product of coal combustion in boiler furnaces at temperatures above 1000 ° C, up to 1700 ° C. The ash and slag mixture contains up to 30% fly ash with a specific surface area of 300-350 m 2 / kg. Burnt rocks are a product of long-term self-burning of inter-coal rocks associated with coal mining, stored on the surface in dumps. Self-firing of rocks in ovals occurs relatively evenly at temperatures above 1000 ° C and lasts for several years.

Горелые породы и золошлаковая смесь по своей природе являются непластичными материалами. Химический состав исходных ингредиентов приведен в табл. 1.Burned rocks and ash-and-slag mixtures are inherently non-plastic materials. The chemical composition of the starting ingredients is shown in table. one.

Таблица 1. Химический состав сырьевых материаловTable 1. Chemical composition of raw materials

Вид сырьяType of raw material Массовая доля компонентов, вес %Mass fraction of components, wt% SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO TiO2 TiO 2 P2O5 P 2 O 5 ∑ (K2O,
Na2O)
∑ (K 2 O,
Na 2 O)
SO3
общ.
SO 3
total
п.п.п.p.p.
Легкоплавкая глинаLow-melting clay 57,8857.88 12,3512.35 4,424.42 8,488.48 1,941.94 0,160.16 0,370.37 3,443.44 0,210.21 10,1410.14 Золо-шлаковая смесьAsh-slag mixture 53,9653.96 21,7321.73 8,308.30 3,723.72 2,082.08 0,550.55 0,250.25 3,513.51 0,770.77 5,135.13 Горелая породаBurnt rock 54,7754.77 22,1822.18 7,217.21 1,161.16 1,471.47 0,780.78 0,330.33 3,853.85 1,731.73 4,924.92

ППП – потери при прокаливанииLOI - loss on ignition

По химическому, гранулометрическому и фазово-минералогическому составу эти отходы во многом идентичны природному минеральному сырью.In terms of chemical, granulometric and phase-mineralogical composition, these wastes are largely identical to natural mineral raw materials.

В составе сырьевой шихты для облицовочного керамического кирпича и камней золошлаковая смесь и горелые породы выполняют роль отощающей добавки и микронаполнителя, улучшают гранулометрический состав шихты, снижают чувствительность глинистого сырья к сушке.In the composition of the raw material charge for facing ceramic bricks and stones, ash and slag mixture and burnt rocks play the role of a lean additive and micro-filler, improve the granulometric composition of the charge, and reduce the sensitivity of clay raw materials to drying.

Наличие в зерновом составе золошлаковой смеси частиц шарообразной формы создает пластифицирующей эффект, улучшающей формование изделий. The presence of spherical particles in the grain composition of the ash-and-slag mixture creates a plasticizing effect that improves the molding of products.

Горелые породы и золошлаковые смеси содержат метакаолинит, реакционно-способные модификации кремнезема, глинозема, оксиды железа, возникшие в процессе обжига в отвалах или топках котлов. Наличие этих активных компонентов способствует возникновению прочных контактов, формированию пространственного структурного каркаса композиции при сушке, превращающегося при обжиге в однородную структуру керамического черепка. Burned rocks and ash-and-slag mixtures contain metakaolinite, reactive modifications of silica, alumina, iron oxides arising during firing in dumps or boiler furnaces. The presence of these active components contributes to the formation of strong contacts, the formation of a spatial structural frame of the composition during drying, which turns into a homogeneous structure of a ceramic shard during firing.

Шамотно-каолиновая пыль образуется при обжиге каолина для получения шамота. Размер зерен 15-180 мкм. Содержание диоксида кремния масс. %: 49-55; оксида алюминия 40-42; оксида железа 0,4-2,5. В фазовом составе тонкодисперсной шамотно-каолиновой пыли преобладает каолинит, метакаолинит, кремнезем, стекло - 78-86 %, муллит - 7-12 %; корунд -7-9 %. Этот компонент в составе шихты является отощающей добавкой и носителем глинозема и стеклофазы. Присутствие стеклофазы в шамоте улучшает спекаемость шихты и понижает температуру обжига изделий. Chamotte-kaolin dust is formed during the burning of kaolin to obtain chamotte. The grain size is 15-180 microns. The content of silicon dioxide mass. %: 49-55; aluminum oxide 40-42; iron oxide 0.4-2.5. The phase composition of fine chamotte-kaolin dust is dominated by kaolinite, metakaolinite, silica, glass - 78-86%, mullite - 7-12%; corundum -7-9%. This component in the composition of the charge is a lean additive and a carrier of alumina and glass phase. The presence of a glass phase in chamotte improves the sinterability of the charge and lowers the firing temperature of the products.

Это подтверждается высокими показателями физико-механических свойств керамических масс и снимками микроструктуры керамического черепка. На снимках (фиг. 1 и фиг. 2) представлены образцы спекшегося керамического черепка однородной структуры. Из кристаллических фаз в керамической структуре идентифицированы кварц, анортит, муллит, волластонит. Повышенное количество стеклофазы позволяет сделать вывод о завершении формирования плотного керамического черепка.This is confirmed by the high indicators of the physical and mechanical properties of ceramic masses and images of the microstructure of a ceramic shard. The photographs (Fig. 1 and Fig. 2) show samples of a sintered ceramic shard of a homogeneous structure. Of the crystalline phases in the ceramic structure, quartz, anorthite, mullite, and wollastonite have been identified. The increased amount of glass phase allows us to conclude that the formation of a dense ceramic shard is completed.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Изготовление керамических изделий производится следующим образом. Горелые породы шахтного отвала и шлак золошлаковой смеси подвергаются дроблению, измельчению и фракционированию до фракций не более 2 мм, что обеспечивает плотную и компактную упаковку частиц в сырьевой смеси. Влажность отощающих добавок составляет 2-3 %. Дробление, измельчению и фракционирование горелой породы производят на производственной линии дробления непосредственно на шахтном отвале, как это показано на фиг.3. The manufacture of ceramic products is carried out as follows. Burnt rocks of the mine dump and slag of the ash-and-slag mixture are subjected to crushing, grinding and fractionation to fractions of no more than 2 mm, which ensures a dense and compact packing of particles in the raw mixture. The moisture content of the lean additives is 2-3%. Crushing, crushing and fractionation of the burnt rock is carried out on the crushing production line directly at the mine dump, as shown in Fig. 3.

Все компоненты сырьевой смеси смешиваются в соответствии с рецептурой и увлажняются до влажности 7-9 %. All components of the raw mix are mixed in accordance with the recipe and moistened to a moisture content of 7-9%.

Формование образцов при полусухом способе производится при удельном давлении 30-35 МПа. Максимальная температура обжига образцов составляет 970-1100 °С. Выдержка при максимальной температуре составляет 1,5 часа.Semi-dry molding of samples is carried out at a specific pressure of 30-35 MPa. The maximum firing temperature of samples is 970-1100 ° C. Exposure at maximum temperature is 1.5 hours.

Как показано в таблице 2 приготовленные составы сырьевой смеси 2, 3, 4 представляют содержание исходных ингредиентов в заявляемом диапазоне, содержания исходных компонентов, а составы 1, 5 представляют выход за пределы заявляемого диапазона.As shown in table 2, the prepared compositions of the raw mixture 2, 3, 4 represent the content of the starting ingredients in the claimed range, the content of the starting components, and the compositions 1, 5 represent the outside of the claimed range.

Таблица 2. Составы сырьевой смесиTable 2. Compositions of raw mix

КомпонентыComponents СоставыCompositions 1one 22 33 4four 5five Легкоплавкая глинаLow-melting clay 2626 20twenty 22,522.5 2525 19nineteen Золошлаковая смесьAsh and slag mixture 14fourteen 20twenty 17,517.5 15fifteen 2121 Шамотно-каолиновая пыльFireclay kaolin dust 4646 3535 4040 4545 3434 Горелые породыBurnt rocks 14fourteen 2525 20twenty 15fifteen 2626

Структурно-механические свойства керамического кирпича начинают формироваться в процессе уплотнения сырьевой смеси и закрепляются при обжиге. Модель керамического кирпича может быть представлена как многокомпонентная композиция, состоящая из глины и отощающих ингредиентов. Дисперсно-армирующим компонентом являются кварцевые зерна, формирующие кварцевый упрочняющий скелет композиции. Источник кварцевых зерен - горелые породы и золошлаковая смесь. Глина представляет собой технологическую связку на стадии формирования коагуляционных структур при прессовании и конденсационно-кристаллизационных керамического черепка при обжиге. The structural and mechanical properties of ceramic bricks begin to form in the process of compaction of the raw mix and are fixed during firing. A ceramic brick model can be represented as a multicomponent composition consisting of clay and emaciated ingredients. The dispersed reinforcing component is quartz grains that form the quartz strengthening skeleton of the composition. The source of quartz grains is burnt rocks and ash and slag mixture. Clay is a technological bond at the stage of formation of coagulation structures during pressing and condensation-crystallization ceramic shards during firing.

Значительное влияние на физико-механические свойства керамического материала оказывает влияние гранулометрический состав кварцсодержащих отходов, входящих в состав сырьевой смеси. Формирование структуры сырьевой смеси начинается при уплотнении компонентов под давлением. Зерна самой крупной фракции образуют скелет композиции, пустоты которого заполняют следующая фракция, т.е. зерна мелких фракций, включая золу уноса и шамотно-каолиновую пыль, заполняют пустоты между зернами более крупных фракций. Зола уноса зоошлаковой смеси со сферической формой частиц как пластификатор облегчает перемещение зерен и их контактирование. При уплотнении структуры путем приложения давления увеличивается контактная поверхность между зернами композиции. Влага в виде глинистой коллоидальной суспензии выжимается на поверхность контактирующих частиц (эффект обмазки), цементируя их. Как отмечалось выше, в составе горелых пород и золошлаковой смеси в силу их образования содержатся реакционноспособные компоненты. При оценке активности этих материалов они относятся к высокоактивным добавкам. Это обеспечивает эффект физико-химического контакта зерен. Такой контакт в каркасе значительно прочнее обычного механического взаимодействия. A significant influence on the physical and mechanical properties of the ceramic material is influenced by the granulometric composition of quartz-containing wastes included in the composition of the raw mixture. The formation of the structure of the raw mix begins when the components are compacted under pressure. The grains of the largest fraction form the skeleton of the composition, the voids of which are filled by the next fraction, i.e. fine grains, including fly ash and chamotte-kaolin dust, fill the voids between the coarser grains. Fly ash of a zooslag mixture with a spherical shape of particles as a plasticizer facilitates the movement of grains and their contact. When the structure is compacted by applying pressure, the contact surface between the grains of the composition increases. Moisture in the form of a clay colloidal suspension is squeezed onto the surface of the contacting particles (coating effect), cementing them. As noted above, the composition of burnt rocks and ash-and-slag mixture, due to their formation, contains reactive components. When assessing the activity of these materials, they are classified as highly active additives. This provides the effect of physical and chemical contact between the grains. Such contact in the frame is much stronger than the usual mechanical interaction.

На последней стадии прессования структура максимально уплотняется вследствие дальнейшего развития контактных поверхностей. Закрепление структуры и формирование керамического черепка происходит при обжиге. Имеет большое значение при этом наличие стеклофазы. Источником последней в составе сырьевой смеси является легкоплавкая глина, алюмосиликатное стекло золошлаковой смеси, шамотно-каолиновой пыли и частично присутствие щелочноземельных и щелочных оксидов горелых пород. Увеличение стеклофазы и появление легкоплавких эвтектик интенсифицирует процесс спекания шихты. Кварцевый скелет вовлекается в процесс спекания за счет образования на поверхности зерен реакционноспособных прослоек. Под влиянием сил поверхностного натяжения происходит сближение частиц и уплотнение материала. Механизм спекания проходит как жидко-твердофазный. Жидкая фаза растворяет частицы твердых фаз и из расплава выкристаллизовываются новые кристаллические фазы. При обжиге образуются новые соединения на основе составляющих сырьевой смеси, и керамическая масса приобретает свойства камнеподобного материала. At the last stage of pressing, the structure is maximally compacted due to the further development of contact surfaces. The structure is consolidated and the ceramic shard is formed during firing. In this case, the presence of a glass phase is of great importance. The source of the latter in the composition of the raw material mixture is low-melting clay, aluminosilicate glass of the ash-and-slag mixture, chamotte-kaolin dust and partially the presence of alkaline earth and alkaline oxides of burnt rocks. An increase in the glass phase and the appearance of low-melting eutectics intensify the sintering of the charge. The quartz skeleton is involved in the sintering process due to the formation of reactive interlayers on the grain surface. Under the influence of surface tension forces, the particles converge and the material compresses. The sintering mechanism takes place as a liquid-solid phase. The liquid phase dissolves particles of solid phases and new crystalline phases crystallize from the melt. During firing, new compounds are formed based on the components of the raw mixture, and the ceramic mass acquires the properties of a stone-like material.

Наибольшие показатели по прочности, морозостойкости керамического черепка связаны с наличием муллита, анортита. В составе горелых пород и золошлаковой смеси и шамотно-каолиновой пыли присутствуют дегидратированные глинистые минералы в виде метакаолинита. При обжиге метакаолинит распадается на высокоактивные оксиды Al2O3 и SiO2, что способствует образованию повышенного количества муллита и анортита. Муллит, как синтезированный при обжиге (в отвалах или котлоагрегатах) минерал присутствует также в составе исходных горелых пород и золощлаковой смеси. Муллит содержит и шамотно-каолиновая пыль. Кроме того, шамотно-каолиновая пыль является носителем дополнительного количества Al2O3, для образования анортита. Наличие этих минералов (муллита и анортита) значительно повышает механическую прочность и морозостойкость керамического кирпича. Кроме того, волластонит, присутствующий в исходных непластичных материалах смеси и образующийся при обжиге, снижает объемные изменения, внутренние напряжения и усадку керамического черепка.The greatest indicators of strength, frost resistance of a ceramic shard are associated with the presence of mullite, anorthite. Dehydrated clay minerals in the form of metakaolinite are present in the composition of burnt rocks and ash-slag mixture and chamotte-kaolin dust. During firing, metakaolinite decomposes into highly active oxides Al 2 O 3 and SiO 2 , which contributes to the formation of an increased amount of mullite and anorthite. Mullite, as a mineral synthesized during firing (in dumps or boilers), is also present in the composition of the original burnt rocks and ash-and-slag mixture. Mullite also contains chamotte-kaolin dust. In addition, chamotte-kaolin dust is a carrier of an additional amount of Al 2 O 3 for the formation of anorthite. The presence of these minerals (mullite and anorthite) significantly increases the mechanical strength and frost resistance of ceramic bricks. In addition, the wollastonite, which is present in the original non-plastic materials of the mixture and formed during firing, reduces volumetric changes, internal stresses and shrinkage of the ceramic shard.

Введение комплексных добавок к глине интенсифицирует процесс спекания шихты за счет появления легкоплавких эвтектик и увеличения стекловидной фазы. Подобранный состав отощающих добавок способствует уменьшению объемных изменений композиции и устойчивости формирующейся структуры композиции на всех этапах технологического процесса. Образцы из составов керамической массы предлагаемого технического решения имеют спекшийся керамический черепок однородной структуры. В результате совместного взаимодействия компонентов шихты при формовании и обжиге сформирована структура керамического черепка и образуется необходимое количество минералов, обеспечивающих высокую прочность и морозостойкость изделий при невысоком содержании легкоплавкой глины. Это подтверждается высокими показателями физико-механических свойств керамических масс и фотографиями микроструктуры керамического черепка. На фиг.1 и фиг. 2 представлены фотографии микроструктуры спекшегося керамического черепка, которые свидетельствуют об однородности полученной структуры. Из кристаллических фаз в керамической структуре идентифицированы кварц, анортит, муллит, волластонит. Повышенное количество стеклофазы позволяет сделать вывод о завершении формирования плотного керамического черепка. В табл. 3 приведены физико-механические показатели качества керамического кирпича, полученного из сырьевой смеси по настоящему изобретению. Измерение механической прочности при сжатии, Мпа, механической прочности при изгибе, в Мпа, морозостойкости, в циклах, водопоглощения, в % производилось по методикам, описанных в ГОСТах [8-10].The introduction of complex additives to clay intensifies the sintering of the charge due to the appearance of low-melting eutectics and an increase in the glassy phase. The selected composition of lean additives helps to reduce the volumetric changes in the composition and the stability of the forming structure of the composition at all stages of the technological process. Samples from the compositions of the ceramic mass of the proposed technical solution have a sintered ceramic shard of a homogeneous structure. As a result of the joint interaction of the charge components during molding and firing, the structure of a ceramic shard is formed and the required amount of minerals is formed, providing high strength and frost resistance of products with a low content of low-melting clay. This is confirmed by high indicators of physical and mechanical properties of ceramic masses and photographs of the microstructure of a ceramic shard. In FIG. 1 and FIG. 2 shows photographs of the microstructure of a sintered ceramic shard, which indicate the homogeneity of the structure obtained. Of the crystalline phases in the ceramic structure, quartz, anorthite, mullite, and wollastonite have been identified. The increased amount of glass phase allows us to conclude that the formation of a dense ceramic shard is completed. Table 3 shows the physical and mechanical characteristics of the quality of ceramic bricks obtained from the raw mixture according to the present invention. Measurement of mechanical strength in compression, MPa, mechanical strength in bending, in MPa, frost resistance, in cycles, water absorption, in% was carried out according to the methods described in GOST [8-10].

Как следует из табл. 3 керамическое изделие, полученное из заявляемого состава сырьевой смеси (составы 2, 3, 5) имеют высокие значения прочности при сжатии, прочности при изгибе, морозостойкости, низкое водопоглощение, что обеспечивает изготовление строительных керамических изделий марок 500 и 600, клинкерного кирпича, камня.As follows from the table. 3, a ceramic product obtained from the claimed composition of the raw mixture (compositions 2, 3, 5) has high values of compressive strength, bending strength, frost resistance, low water absorption, which ensures the manufacture of building ceramic products of grades 500 and 600, clinker bricks, stone.

В пределах заявляемых соотношений ингредиентов сырьевой смеси достигаются наибольшие значения прочности 52,8-64,5 МПа, морозостойкости 300 циклов и низкие значения водопоглощения 2,97-3,87, что соответствует ГОСТу [8].Within the limits of the claimed ratios of the ingredients of the raw mixture, the highest strength values of 52.8-64.5 MPa, frost resistance of 300 cycles and low water absorption values of 2.97-3.87 are achieved, which corresponds to GOST [8].

Таблица 3. Физико-механические показатели качества керамического кирпича, полученного из сырьевой смеси по настоящему изобретению.Table 3. Physical and mechanical indicators of the quality of ceramic bricks obtained from the raw mixture according to the present invention.

ПоказателиIndicators Значения показателей для составовIndicator values for formulations 1one 22 33 4four 5five Прочность при сжатии, в МПаCompressive strength, in MPa 41,441.4 52,852.8 57,757.7 64,564.5 36,436.4 Прочность при изгибе, в МПаFlexural strength, in MPa 3,853.85 5,535.53 5,855.85 6,256.25 3,253.25 Морозостойкость, циклах Frost resistance, cycles 200200 300300 300300 300300 175175 Водопоглощение, в %Water absorption, in% 6,136.13 3,873.87 3,293.29 2,972.97 7,497.49

В табл. 4 приведено сравнение физико-механических показателей качества известных керамических изделий и керамического кирпича, полученного из сырьевой смеси по настоящему изобретению.Table 4 shows a comparison of the physical and mechanical indicators of the quality of known ceramic products and ceramic bricks obtained from the raw mixture according to the present invention.

Таблица. 4. Сравнение физико-механических показателей качества известных керамических изделий и керамического кирпича, полученного из сырьевой смеси по настоящему изобретению.Table. 4. Comparison of physical and mechanical parameters of the quality of known ceramic products and ceramic bricks obtained from the raw mixture according to the present invention.

Наименование
показателя
Name
indicator
RU 2496742RU 2496742 RU 2568458RU 2568458 RU 2555170RU 2555170 RU 2593284RU 2593284 Изделие по настоящему изобретениюProduct of the present invention
Механическая прочность при сжатии, МПаCompressive strength, MPa 19,219.2 19,219.2 19,819.8 19,819.8 64,564.5 Механическая прочность при изгибе, в МПаBending strength, in MPa __ __ __ __ 6, 25 6, 25 Морозостойкость, в циклахFrost resistance, in cycles 9494 7070 9999 107107 300 300 Водопоглощение, в %Water absorption, in% 18,318.3 2,972.97 Плотность, в кг/м3 Density, in kg / m 3 13801380 11801180 18301830

Как следует из таблицы 4 использование заявляемой сырьевой смеси обеспечивает высокие показатели качества керамических строительных изделий, не достигаемые известными составами сырьевой смеси из уровня техники. Кроме этого, в предлагаемой сырьевой смеси 75 % состава составляют ингредиенты из техногенного сырья. Использование отходов в составе сырьевой смеси для производства керамических изделий позволяет снизить негативное влияние техногенного сырья на окружающую среду и удешевить продукцию, так как материалы из техногенного сырья на 25-35 % дешевле природного, расширить сырьевую базу для керамических материалов. Изобретение освоено в промышленных масштабах.As follows from table 4, the use of the inventive raw mixture provides high quality indicators of ceramic building products, which are not achieved by the known compositions of the raw mixture from the prior art. In addition, in the proposed raw mixture, 75% of the composition is made up of ingredients from technogenic raw materials. The use of waste in the composition of the raw mixture for the production of ceramic products makes it possible to reduce the negative impact of technogenic raw materials on the environment and to reduce the cost of production, since materials from technogenic raw materials are 25-35% cheaper than natural materials, and to expand the raw material base for ceramic materials. The invention has been mastered on an industrial scale.

Источники информации:Information sources:

1. RU 2483042, МПК С04В 33/135 опубл. 27.05. 2013.1. RU 2483042, IPC С04В 33/135 publ. 27.05. 2013.

2. RU 2555170, МПК С04В 33/132 опубл. 10.07. 2015.2. RU 2555170, IPC С04В 33/132 publ. 10.07. 2015.

3. RU 2568458, МПК С04В 33/138 опубл. 20.11.2015.3. RU 2568458, IPC С04В 33/138 publ. 20.11.2015.

4. RU 2593284, МПК С04В 33/135; С04В 33/132 опубл. 10.08. 2016.4. RU 2593284, IPC С04В 33/135; С04В 33/132 publ. 10.08. 2016.

5. RU 2532933, МПК С04В 33/135, опубл. 20.11.2014.5. RU 2532933, IPC С04В 33/135, publ. 20.11.2014.

6. RU 2387617, МПК С04В 33/135, опубл. 27.04.2010. 6. RU 2387617, IPC С04В 33/135, publ. 04/27/2010.

7. RU 2496742, МПК С04В 33/135 опубл. 27.10.2013.7. RU 2496742, IPC С04В 33/135 publ. 10/27/2013.

8. ГОСТ 530-2012. Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. Дата введения 2013-07-01.8. GOST 530-2012. Ceramic bricks and stones. General technical conditions. Date of introduction 2013-07-01.

9. ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. Дата введения 1985-07-019.GOST 8462-85. Wall materials. Methods for determining ultimate strength in compression and bending. Date of introduction 1985-07-01

10. ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости. Дата введения 1991-07-0110. GOST 7025-91. Ceramic and silicate bricks and stones. Methods for determining water absorption, density and frost resistance control. Date of introduction 1991-07-01

Авторы:Authors:

Буравчук Нина ИвановнаBuravchuk Nina Ivanovna

Гурьянова Ольга ВладленовнаGuryanova Olga Vladlenovna

Claims (3)

1. Сырьевая смесь для изготовления строительных керамических изделий, содержащая легкоплавкую глину и в качестве техногенных отходов золошлаковую смесь, шамотно-каолиновую пыль и горелые породы при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %: легкоплавкая глина 25-29, золошлаковая смесь 15-20, шамотно-каолиновая пыль 35-45, дробленые горелые породы 15-25.1. Raw material mixture for the manufacture of building ceramic products, containing low-melting clay and as man-made waste ash and slag mixture, chamotte-kaolin dust and burnt rocks with the following ratio of initial components, wt. %: low-melting clay 25-29, ash-and-slag mixture 15-20, chamotte-kaolin dust 35-45, crushed burnt rocks 15-25. 2. Сырьевая смесь по п. 1, характеризующаяся тем, что размер частиц горелой породы составляет не более 2 мм.2. Raw mixture according to claim 1, characterized in that the particle size of the burnt rock is no more than 2 mm. 3. Сырьевая смесь по п. 1, характеризующаяся тем, что размер частиц золошлаковой смеси составляет не более 2 мм.3. Raw mixture according to claim 1, characterized in that the particle size of the ash and slag mixture is no more than 2 mm.
RU2020135437A 2020-10-28 2020-10-28 Raw mixture for production of building ceramic products RU2748199C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135437A RU2748199C1 (en) 2020-10-28 2020-10-28 Raw mixture for production of building ceramic products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135437A RU2748199C1 (en) 2020-10-28 2020-10-28 Raw mixture for production of building ceramic products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748199C1 true RU2748199C1 (en) 2021-05-20

Family

ID=75919923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020135437A RU2748199C1 (en) 2020-10-28 2020-10-28 Raw mixture for production of building ceramic products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748199C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799712C1 (en) * 2022-03-10 2023-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тувинский государственный университет" Ceramic mass for manufacturing wall materials

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2165909C2 (en) * 1999-08-23 2001-04-27 Мадоян Ашот Арменович Ceramic body
US6342461B1 (en) * 1998-10-15 2002-01-29 Ki-Gang Lee Ceramic composition made from waste materials and method for manufacturing the same
RU2496742C1 (en) * 2012-05-30 2013-10-27 ФГУП Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых Ceramic mixture
RU2550167C1 (en) * 2014-02-25 2015-05-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный экономический университет" Ceramic mass to make ceramic bricks
RU2593284C1 (en) * 2015-06-04 2016-08-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Ceramic composition for making brick

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6342461B1 (en) * 1998-10-15 2002-01-29 Ki-Gang Lee Ceramic composition made from waste materials and method for manufacturing the same
RU2165909C2 (en) * 1999-08-23 2001-04-27 Мадоян Ашот Арменович Ceramic body
RU2496742C1 (en) * 2012-05-30 2013-10-27 ФГУП Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых Ceramic mixture
RU2550167C1 (en) * 2014-02-25 2015-05-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный экономический университет" Ceramic mass to make ceramic bricks
RU2593284C1 (en) * 2015-06-04 2016-08-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Ceramic composition for making brick

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799712C1 (en) * 2022-03-10 2023-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тувинский государственный университет" Ceramic mass for manufacturing wall materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5665290A (en) Process for manufacturing brick mouldings
CA2201937A1 (en) Synthetic clay for ceramics and process for preparing the same
CA1171102A (en) High strength aggregate for concrete
JP3038679B2 (en) Porcelain tile
CN100372808C (en) Making process of zirconium-containing magnesia brick
US3573940A (en) Fly ash based preformed support structures
US4373958A (en) Road base stabilization using lime kiln dust
RU2374201C1 (en) Raw mixture for making heat-resistant concrete
RU2748199C1 (en) Raw mixture for production of building ceramic products
EP0031208B1 (en) Process for the manufacture of a porous sintered aggregate
Shaikezhan et al. Cement slurry from electro-phosphoric slag
RU2081088C1 (en) Ceramic mass
RU2336240C1 (en) Method for road concrete mix making
RU2090528C1 (en) Method of manufacturing aluminosilicate non-vitrified sand
RU2252923C1 (en) Raw mix for preparation of ash-and-slag concrete
KR101105159B1 (en) Fly ash containing composition for preparing chinaware
US3928058A (en) Expanded synthetic calcium silicates
Gurieva et al. The press powder technological parameters optimization in wall ceramics production by the semi-dry pressing method
KR20000040829A (en) Method for producing fly ash brick
RU2779824C1 (en) Concrete mix
RU2243183C1 (en) Ceramic mass
US2363522A (en) Furnace refractory and process of making
SU1289845A1 (en) Raw mixture for producing porous aggregate
RU2799712C1 (en) Ceramic mass for manufacturing wall materials
RU2272798C2 (en) Ceramic mass