RU2750796C1 - Способ получения изделий строительной керамики - Google Patents

Способ получения изделий строительной керамики Download PDF

Info

Publication number
RU2750796C1
RU2750796C1 RU2021102247A RU2021102247A RU2750796C1 RU 2750796 C1 RU2750796 C1 RU 2750796C1 RU 2021102247 A RU2021102247 A RU 2021102247A RU 2021102247 A RU2021102247 A RU 2021102247A RU 2750796 C1 RU2750796 C1 RU 2750796C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbonate
drilling waste
products
building
drying
Prior art date
Application number
RU2021102247A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктория Александровна Гурьева
Виктор Валерьевич Дубинецкий
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный 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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет»
Priority to RU2021102247A priority Critical patent/RU2750796C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2750796C1 publication Critical patent/RU2750796C1/ru

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
    • C04B33/04Clay; Kaolin
    • 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
    • C04B33/1321Waste slurries, e.g. harbour sludge, industrial muds

Abstract

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к строительной керамике, и может быть использовано в производстве изделий широкой номенклатуры (кирпич, черепица, изразцы и другие) методом полусухого прессования. Технический результат заключается в повышении прочности, снижении усадки в процессе сушки и обжига, снижении склонности к трещинообразованию при сушке и улучшенных показателях водопоглощения, средней плотности, морозостойкости. Способ получения изделий строительной керамики включает помол сырьевых материалов: умеренно-пластичный легкоплавкий суглинок 55 – 70 % и карбонатсодержащий отход бурения 45 – 30 %, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку, обжиг, причем минеральный карбонатсодержащий продукт отхода бурения предварительно проходит химическую обработку 6 %-ным раствором соляной кислоты на амбаровых площадках, при этом расход составляет от 18 до 20 литров на 1 м3карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя толщиной от 0,15 до 0,2 м, температуры окружающей среды не ниже от +3 до +5 °С, прогрева в интервале температур от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и последующей выдержки в течение от 1 до 2 суток. 4 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к строительной керамике, и может быть использовано в производстве изделий широкой номенклатуры (кирпич, черепица, изразцы и другие) методом полусухого прессования при применении сырьевой смеси, включающей карбонатсодержащий отход бурения (КОБ) и умеренно-пластичный легкоплавкий суглинок различного химико-минералогического состава.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения изделий строительной керамики (заявка №2019107832/015160), МКИ С04В 33/132, С04В 33/04 (2006.01), 19.03.2019) включающий подготовку сырьевых материалов и легкоплавкого суглинка, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве сырьевых материалов используют карбонатсодержащий отход бурения, предварительно обработанный 3%-ным раствором соляной кислоты в количестве 80-90 л на 1 м3 карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя толщиной 200-300 мм, сущку ведут при температуре 90-100 °С в течение 3,5 ч, а обжиг при температуре 1000-1050 °С в течение 6 ч, причем смешивание проводят при следующем соотношении, масс. %:
карбонатсодержащий отход бурения – 45 - 30
легкоплавкий суглинок - 55 – 70.
Недостатком этого решения является то, что химическая обработка карбонатсодержащего отхода бурения в условиях его хранения в шламовых амбарах предложено осуществлять водным раствором соляной кислоты, температура которого соответствует температуре окружающего воздуха. Однако, известно, что скорость взаимодействия различных карбонатных минералов с кислотами различна. При прочих равных условиях она возрастает в ряду магнезит-доломит-кальцит. В связи с этим обработка водным раствором соляной кислоты в естественных условиях обеспечивает полное разрушение только арагонита, содержащегося в отходах бурения, в то время как доломит реагирует слабо. Разрушение структуры доломита химическим способом происходит только при нагревании., что в описании заявки авторами не указано. Поэтому при производстве кирпича по предложенной технологии полное разрушение структуры доломита, присутствующего в буровом шламе, достигается только на этапе обжига при температуре в интервале от 720 до 870 °С. Выделение углекислого газа приводит к усилению поризации структуры кирпича и вызывает появление микротрещин, раскрытию которых способствуют усадочные деформации, сопровождающие процесс спекания изделия. Данные явления не позволяют получить искусственный керамический камень заявленной прочности и морозостойкости.
Технической задачей является получение изделий строительной керамики с использованием карбонатсодержащего отхода бурения (химический состав КОБ представлен в таблице 1, минералогический состав - таблица 2), обладающих высокой прочностью, улучшенными показателями морозостойкости и плотности.
Таблица 1 - Химический состав КОБ
Содержание оксидов, масс. %
SiO2 Аl2O3 СаО MgO Fe2O3 2O K2O MnO SO3 SrO TiO2
28,45 4,06 43,6 4,96 3,56 0,68 4,50 0,05 9,22 0,28 0,64
Таблица 2 - Минералогический состав КОБ
Содержание минералов, масс %
кварц кальцит, доломит полевой шпат слюда и гидрослюда каолинит –
21,13 41,05 16,25 7,32 14,25
Задача решается тем, что в способе получения изделий строительной керамики, включающем подготовку сырьевых материалов, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку и обжиг, в качестве сырьевых материалов используют легкоплавкий суглинок и карбонатсодержащий отход бурения, включающий арагонит, доломит в соотношении 2:1, предварительно обработанный 6,0 % раствором соляной кислоты в количестве от 18 до 20 литров на 1м3 карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя на площади 2х2,5 м2 толщиной от 0,15 до 0,2 м, обогрева массива в течение первых 12 часов до температуры от 20 до 30 °С и выдержки материала течение от 1 до 2 суток для полного разрушения структуры карбонатных пород, причем смешивание проводят при следующем соотношении, масс. %:
карбонатсодержащий отход бурения – 45 - 30
легкоплавкий суглинок - 55 – 70.
Способ отличается тем, что карбонатсодержащий отхода бурения на стадии хранения в шламовых амбарах - площадках после обработки 6,0 % раствором соляной кислоты в количестве от 18 до 20 литров на 1 м3 карбонатсодержащего отхода бурения, подвергается прогреву в интервале температур от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и последующей выдержке в течение от 1 до 2 суток для полного разрушения структуры арагонита, доломита, что обеспечивает безопасное выделение углекислого газа, образование в твердом виде СаСl2 MgCl2 с плотностью 2,51 г/см3 и небольшого количества раствора СаСl2[OH2] и MgСl2[OH2].
По окончании химической обработки карбонатсодержащего отхода бурения образовавшийся продукт просеивается через вибросито с отверстиями от 0,63 до 1 мм и поступает на сырьевой склад керамического завода. В процессе обжига кирпича при температуре 260 °С растворы СаСl2[OH2] и MgСl2[OH2].обезвоживаются, и в интервалах от 500 до 580 °С и от 772 до 782 °С соответственно MgСl2 и СаСl2 переходят в расплав, что обеспечивает: увеличение количества жидкой фазы в структуре керамического изделия, интенсивность пирогенного спекания керамического кирпича, снижение температуры обжига на 50 °С.
Достижение улучшенных физико-механических показателей объясняется тем, что в результате ввода в керамическую шихту предварительно химически обработанного карбонатсодержащего отхода бурения (ОКОБ) в процессе обжига отпрессованного изделия-сырца при температуре 260 °С растворы MgСl2[OH2] и СаСl2[OH2] обезвоживаются, и на первом этапе при температуре от 500 до 580 °С MgСl2 , и далее в интервале от 772 до 782 °С СаСl2 вовлекаются в ранее образованный за счет легкоплавких эвтектик щелочных металлов расплав, увеличивая объем жидкой фазы, что приводит к снижению температуры процесса декарбонизации кальцита, содержащегося в легкоплавком суглинке с 870 до 820 °С, при одновременном распаде метакаолинита из ОКОБ с образованием γ-Al2O3 и SiO2. Формирование расплава и его обогащение щелочными оксидами, переход Fe2+→ Fe3+ в продуктах разрушения суглинка и обработанного 6 %-ным раствором НСl КОБ определяют понижение температуры экзоэффекта с 920 до 870 °С, который обусловлен взаимодействием продуктов разрушения метакаолинита с СаО, образованием кристаллов железосодержащих твердых растворов сложного состава, силикатов и алюмосиликатов кальция. По данным рентгенофазового анализа образца с содержанием 35 % обработанного КОБ наряду с кварцем, гематитом отмечаются дифракционные пики фазы анортита CaAl2[Si2O8] (d: 0,404; 0,362, 0,318; 0,295 нм), геденбергита CaFe[Si2O6], (d: 0,309; 0,250; 0,221, 0,187 нм) твердых растворов сложного состава с волластонитовой структурой типа Са(Мg0,41Fe0,59)⋅[Si2O6] (d: 0,295; 0,259; 0,257; 0,254, 0,181 нм), которая устойчива при температуре ниже 1000 °С. Растворы сложного состава являются продуктами раскристаллизации расплавов при спекании керамических масс. Отклонения от теоретического состава чистого волластонита объясняются изоморфным замещением Са2+ ионами Fe2+, Mg2+ и др. Кристаллизация твердого раствора сложного состава обусловлена ранней декарбонизацией и разрушением двойных карбонатов при температуре 820 °С, образованием СаО. Данные фазовые и структурные изменения определяют повышение предела прочности при изгибе и сжатии образцов на основе легкоплавкого умеренно-пластичного суглинка и обработанного КОБ.
На фигуре представлена схема организации хранилища для обработки КОБ.
Хранилище для обработки КОБ включает оросительную систему, с возможностью перемещения по всей длине котлована, и резервуар с 6,0 %-ным раствором соляной кислоты, соединенный с оросительной системой.
Способ осуществляется следующим образом.
Например, на стадии хранения в шламовых амбарах, на предварительно отведенной территории разрабатывается котлован глубиной от 1,4 до 1,5 м и площадью днища 10х30 м, с последующим устройством по днищу и откосам геомембранного покрытия толщиной пленки 1,0 мм, в качестве изоляционного слоя с химической стойкостью к кислотам и щелочам.
Карбонатсодержащий отход бурения перемещается из шламового амбара и складируется непосредственно в котлован хранилища с последующим его разравниванием фронтальным погрузчиком на площади 1х10 м толщиной от 0,15 до 0,2 м и равномерным распылением по поверхности 6,0 % раствора соляной кислоты в количестве от 18 до 20 литров на 1м3 карбонатсодержащего отхода бурения. Температура окружающей среды должна быть не ниже от +3 до +5 °С. Поверх увлажненного слоя распределяется следующий слой отхода бурения толщиной от 0,15 до 0,2 м и снова равномерно орошается тем же количеством раствора. Операция набрасывания слоя минерального карбонатсодержащего отхода бурения и его увлажнение повторяются от 5 до 7 раз, пока общая высота штабеля составит от 1,4 до 1,5 м. С определенным шагом по высоте штабеля в него помещаются термонагревательные установки - электроды, обеспечивающие подогрев до температуры от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и штабель накрывается пологом. После этого нагрев прекращается, и карбонатсодержащий отход бурения остается в покое в течение 1-2 суток для полного разрушения структуры карбонатных пород. После химической обработки отход бурения (ОКОБ) просеивается через вибросито с отверстиями 0,63 - 1 мм и поступает на склад завода по производству кирпича.
Предварительно обработанный отход бурения в составе шихты в количестве 45 - 30 % и легкоплавкий умеренно-пластичный суглинок 55 – 70 % смешивали, после чего осуществляли сухой помол в шаровой мельнице в течение 120 минут с последующим затворением шихты водой в количестве 8 %. Формование изделий проводили методом полусухого прессования при давлении 20 МПа, с последующей сушкой при температуре от 90 до 100 °С в течение 3,5 часа до постоянной влажности 3 % и обжигом при температуре от 1000 до 1050 °С в течение 6-ти часов с изотермической выдержкой 1,5 часа.
Способ осуществляли трижды при разных температурах сушки и обжига: 1. сушка с температурой 90 °С и обжиг при 1000 °С;
2. сушка с температурой 95 °С и обжиг при 1025 °С;
3. сушка с температурой 100 °С и обжиг при 1050 °С.
4. сушка с температурой 90 °С и обжиг при1000 °С
прототип. сушка с температурой 90 °С и обжиг при 1100 °С
В таблице 3 приведены составы сырьевых масс для изготовления изделий строительной керамики.
Таблица 3 - Составы сырьевых масс
Название компонентов Содержание компонентов, масс. %
Предлагаемая масса Прототип
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6
Легкоплавкий суглинок 70 65 60 55 60
Обработанный КОБ 3,0% р-ром HCl 40
Обработанный КОБ 6,0% р-ром HCl 30 35 40 45 -
В таблице 4 приведены физико-механические свойства изделий по предлагаемому способу при разных режимах из предлагаемых керамических смесей и прототипа.
Таблица 4 - Физико-механические свойства изделий после обжига
Показатели Номер массы/номер режимов способа
1 2 3 4 Прото-тип
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Усадка общая, % 7,80 7,82 7,84 7,98 7,92 7,94 8,56 8,58 8,57 7,95 7,91 7,97 10,1
Коэффициент чувствительности к сушке 0,20 0,17 0,19 0,19 0,18 0,16 0,22 0,20 0,21 0,12 0,13 0,12 0,51
Средняя плотность, г/см3 1,87 1,89 1,88 1,87 1,86 1,88 1,85 1,87 1,89 1,82 1,84 1,84 1,6
Продолжение таблицы 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Водопоглощение, % 11,94 11,89 11,91 18,91 18,98 18,90 14,01 14,12 14,08 12,09 12,45 12,34 13,92
Предел прочности при сжатии, МПа 25,4 25,6 25,7 18,2 18,6 18,1 21,1 21,9 21,4 26,1 26,5 26,3 19,5
Предел прочности при изгибе, МПа 2,40 2,41 2,45 2,73 2,70 2,70 2,87 2,91 2,86 2,93 2,91 2,90 2,2
Морозостойкость, циклы 75 75 75 75 75 75 65 65 65 80 90 90 75
В качестве прототипа приведены данные образцов, полученных по технологии прототипа. Образы были изготовлены в соответствии с технологией, принятой на предприятиях строительной керамики. Испытания на прочность проводились по стандартной методике (ГОСТ 7025-91) на гидравлическом прессе. Среднюю плотность определяли с помощью электронных весов по ГОСТ 7025-91. Общую усадку, коэффициент чувствительности к сушке, водопоглощение определяли в соответствии с ГОСТ 27180-2001, ГОСТ 7025-91. Морозостойкость исследовали по ГОСТ 7025-91. В каждой серии опытов для определения физико-механических свойств изготавливалось по 4 вида образцов стандартной формы (кубики, плиточки), которые усреднялись.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый способ с использованием обработанного КОБ позволяет получить изделия строительной керамики высокой прочности, низкой усадкой в процессе сушки и обжига, меньшей склонностью к трещинообразованию при сушке и улучшенными показателями водопоглощения, средней плотности, морозостойкости.

Claims (1)

  1. Способ получения изделий строительной керамики, включающий помол сырьевых материалов: умеренно-пластичный легкоплавкий суглинок 55 – 70 % и карбонатсодержащий отход бурения 45 – 30 %, смешивание, затворение их водой, формование изделий методом полусухого прессования, сушку, обжиг, отличающийся тем, что минеральный карбонатсодержащий продукт отхода бурения предварительно проходит химическую обработку 6 %-ным раствором соляной кислоты на амбаровых площадках, при этом расход составляет от 18 до 20 литров на 1 м3 карбонатсодержащего отхода бурения при условии распределения обрабатываемого слоя толщиной от 0,15 до 0,2 м, температуры окружающей среды не ниже от +3 до +5 °С, прогрева в интервале температур от 20 до 30 °С в течение первых 12 часов и последующей выдержки в течение от 1 до 2 суток.
RU2021102247A 2021-02-02 2021-02-02 Способ получения изделий строительной керамики RU2750796C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102247A RU2750796C1 (ru) 2021-02-02 2021-02-02 Способ получения изделий строительной керамики

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102247A RU2750796C1 (ru) 2021-02-02 2021-02-02 Способ получения изделий строительной керамики

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750796C1 true RU2750796C1 (ru) 2021-07-02

Family

ID=76755807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021102247A RU2750796C1 (ru) 2021-02-02 2021-02-02 Способ получения изделий строительной керамики

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750796C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2601080B2 (ja) * 1991-11-08 1997-04-16 東レ株式会社 陶器質焼結体
RU2303011C1 (ru) * 2006-10-11 2007-07-20 Степан Владимирович Пыталев Строительный материал "буролит"
RU2399440C1 (ru) * 2009-06-10 2010-09-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Союзгазтехнология" Смесь для получения строительного материала
RU2439018C2 (ru) * 2009-10-19 2012-01-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Союзгазтехнология" Смесь для получения строительного материала
CN107840623A (zh) * 2017-11-29 2018-03-27 中国石油化工股份有限公司 一种废弃泥浆制免烧砖及其制备方法
RU2019107832A (ru) * 2019-03-19 2020-09-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Способ получения изделий строительной керамики

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2601080B2 (ja) * 1991-11-08 1997-04-16 東レ株式会社 陶器質焼結体
RU2303011C1 (ru) * 2006-10-11 2007-07-20 Степан Владимирович Пыталев Строительный материал "буролит"
RU2399440C1 (ru) * 2009-06-10 2010-09-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Союзгазтехнология" Смесь для получения строительного материала
RU2439018C2 (ru) * 2009-10-19 2012-01-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Союзгазтехнология" Смесь для получения строительного материала
CN107840623A (zh) * 2017-11-29 2018-03-27 中国石油化工股份有限公司 一种废弃泥浆制免烧砖及其制备方法
RU2019107832A (ru) * 2019-03-19 2020-09-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Способ получения изделий строительной керамики

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1542932A1 (ru) Керамическая масса для изготовь ления строительных изделий
JP3038679B2 (ja) 陶磁器質タイル
RU2345037C2 (ru) Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки
Phonphuak et al. Utilization of sugarcane bagasse ash to improve properties of fired clay brick
RU2750796C1 (ru) Способ получения изделий строительной керамики
RU2287501C1 (ru) Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий
Arezki et al. The effect of the addition of ground olive stones on the physical and mechanical properties of clay bricks
RU2425817C1 (ru) Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий
KR100335345B1 (ko) 다공질의알카리성도자기제조용조성물
RU2327666C1 (ru) Способ изготовления стеновых керамических изделий с использованием осадочных высококремнеземистых пород, шихта для стеновых керамических изделий и заполнитель для стеновых керамических изделий
RU2354628C2 (ru) Керамическая масса
Darweesh Recycling of glass waste in ceramics—part I: physical, mechanical and thermal properties
RU2340579C2 (ru) Керамическая масса для изготовления кислотоупорных плиток
SU637381A1 (ru) Керамическа масса
SU1047873A1 (ru) Керамическа масса
Chung et al. The Application of Spent Coffee Grounds and Tea Wastes as Additives in Alkali-Activated Bricks
KR20060014473A (ko) 송이를 사용한 고강도 저흡수율 콘크리트 세라믹
SU1189846A1 (ru) Сырьева смесь дл изготовлени керамических изделий
Binhussain et al. Synthetic white marble-like material produced from natural raw materials
RU2074132C1 (ru) Вяжущее и способ получения вяжущего
KR100865508B1 (ko) 자연석 질감을 주는 경량성 세라믹체 및 그 제조방법
SU759480A1 (ru) Способ изготовления строительных изделий 1
KR101061463B1 (ko) 석탄 바닥재를 이용하여 넷휄린이 주결정상인 결정화 유리 및 그 제조방법
Kara Re-use of mud from process waste water purification plant in ceramic tile production.
Iya et al. Effect of Iron (111) Oxide (Fe2O3) as an Additive and Substitution of Quartz with POFA on Physico-Mechanical Properties of Porcelain