RU2799712C1

RU2799712C1 - Керамическая масса для изготовления стеновых материалов

Info

Publication number: RU2799712C1
Application number: RU2022106512A
Authority: RU
Inventors: Борис Комбуй-оолович Кара-Сал; Сергей Алексеевич Чюдюк; Байлак Борисовна Иргит
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-07-10

Abstract

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к промышленности изделий стеновой керамики, и может быть использовано для получения керамического кирпича и камней. Технический результат - увеличение прочности при сжатии и уменьшении водопоглощения обожженных изделий. Керамическая масса для получения стеновых изделий содержит аргиллитовую вскрышную породу угледобычи и дополнительно содержит измельченную горелую породу угледобычи размером частиц менее 0,063 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: аргиллитовая вскрышная порода угледобычи 60-80; горелая порода 20-40%. 3 табл.

Description

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к промышленности изделий стеновой керамики, и может быть использовано для получения керамического рядового кирпича и камней.

Известна керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая отходы углеобогащения (в масс. %) - 84-88%; водная вытяжка лессовидного суглинка - 8-10 и отходы метиз производства - 4-6 (Патент РФ №2327668). Недостатками указанной сырьевой смеси являются то, что изделия на ее основе обладают незначительной прочностью при сжатии (11,0-15,1 МПа) и сложным технологическим процессом подготовки водной вытяжки лессовидного суглинка, требующим значительных ресурсо- и энергозатрат. Полное размокание суглинка в воде и последующие обезвоживание требует дополнительных энергетических затрат и обуславливает увеличение себестоимости изделий.

Другая керамическая масса (Патент РФ №2615199), содержащая 70-80% отходы обогащения углистых аргиллитов и 20-30% умеренно-пластичный суглинок, не позволяет получить керамические стеновые материалы с высокой прочностью (R_сж - 23,2-25,4 МПа) и водопоглощением (14,9-15,6%).

Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления керамических материалов, включающая аргиллитовая вскрышная порода угледобычи - 70-90% и цеолитсодержащая порода (Патент РФ №2755112). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе имеют недостаточную прочность при сжатии (28,7-34,1 МПа) и повышенную температуру обжига (1000°С).

Задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение прочности и уменьшение водопоглощения керамических стеновых материалов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления керамических стеновых материалов, включающая аргиллитовую вскрышную породу угледобычи и наполнитель, отличается тем, что в качестве наполнителя она содержит измельченную горелую породу размером частиц менее 0,063 мм при следующем соотношении компонентов масс. %: аргиллитовая вскрышная порода угледобычи - 60-80, горелая порода - 20-40.

Аргиллитовая вскрышная порода угледобычи (Чаданский угольный разрез Республики Тыва) имеет следующий химический состав, масс %: SiO₂61,42; Al₂O₃12,94; Fe₂O 7,43; CaO 3,32; MgO 2,13; K₂O 3,16; Na₂O 1,89 п.п. п. 7,71. Сырье относится к группе кислой с высоким содержание красящих оксидов. Минеральный состав аргиллитовой породы представлен кварцем, ортоклазом, гетитом и иллитом. Содержание глинистых минералов колеблется в пределах 21-24%. Температура огнеупорности 1200°С. В измельченном состоянии размерами частиц менее 0,31 мм, по технологическим свойствам аргиллитовая вскрышная порода является умеренно-пластичной, средне дисперсной, относится к легкоплавкому низкотемпературному и среднеспекающемуся сырью.

Измельченная горелая порода угледобычи представляет собой тонкодисперсный порошок желто-коричневого цвета, полученный в результате помола отсева вскрышной породы. Объемная масса 1140 кг/м³, плотность - 2660 кг/м³. Огнеупорность 1180°С. В минералогический состав породы входят кварц, альбит, гетит, обезвоженные остатки иллита. Особенностью фазового состава является наличие стеклофазы до 14-16%. Химический состав горелой породы приведен в таблице 1.

Из научной и технической литературы, а также из известного перечня информации заявителем не обнаружены технические решения с применением аргиллитовых вскрышных пород с наличием иллитовых глинистых минералов в количестве 21-24%, а также измельченной горелой породы, содержащей альбита (в пределах 34-37%), остатков глинистых минералов (18-20%) и стеклофазу (14-16%) или с аналогичным наполнителями подобного химического состава.

В рассматриваемой керамической массе измельченные и увлажненные частицы глинистых минералов аргиллита и аморфизованные при механоактивации тонкодисперсные частицы кварца, альбита, остатков глинистых минералов и стеклофазы горелой породы образуют упруго-вязкую связку и обеспечивают пластичность массы и плотной упаковку твердых зерен при формовании.

Химическое взаимодействие основных составляющих (аморфизованные частицы кварца, албита, остатков глинистых минералов и стеклофазы при механоактивации) горелой породы при термической обработке, при указанной совокупности оксидов с продуктами разложения глинистых минералов и других компонентов, присутствующих в аргиллитовой вскрышной породе, обусловливает ранее протекание реакций в твердой фазе с образованием новых соединений типа железистых шпинелей, кристобалита, герцинита и анортита, а также с образованием жидкой стеклофазы за счет взаимодействия оксидов щелочных элементов с аморфным кремнеземом, вюститом и стеклофазой. Поскольку жидкая стеклофаза является связующим и цементирующим веществом между твердыми тугоплавкими частицами шихты, заполняющим межзерновые пустоты, снижая пористость черепка, то образование ее в значительном количестве (32-35%), чем в известных составах при более низкой конечной температуре термообработки, обуславливает получение керамического материала более плотной структуры, что повышает прочность обожженных изделий и снижает температуру обжига. К более раннему образованию стеклофазы и ее значительному накоплению способствует высокое содержание щелочных оксидов в аргиллите и наличие стеклофазы и аморфизованных частиц после механоактивации горелой породы.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, по мнению заявителя, отвечает критерию «существенных отличий», приобретает новые свойства, заключающиеся в получении керамического материала более плотной структуры с высокой прочностью при низкой температуре обжига.

Пример конкретного выполнения.

Аргиллитовые вскрышные породы угледобычи измельчены в щековой дробилке и просеяны через сито с размерами ячейки 0,31 мм. Отсев горелой породы измельчен в шаровой мельнице до конечного остатка на сите №0063 не более 5%. Смесь в необходимых соотношениях тщательно смешивалась в сухую и увлажнялась до влажности 20% получением пластичной массы и изготовлены образцы-цилиндрики диаметром и высотой 50 мм. Полученные изделия сушат и обжигают однократным способом при температуре 980°С с изотермической выдержкой в течение 1,5 ч.

Шихтовой состав масс и свойства обожженных изделий приведены в таблицах 2 и 3.

Результаты испытаний показали эффективность измельченной горелой породы в количестве 20-40% по сравнению с прототипом.

Применение предлагаемой керамической массы позволяет получить стеновые керамические изделия повышенной прочности и малым водопоглощением с расширением сырьевой базы за счет отходов угледобычи.

Claims

Керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая аргиллитовую вскрышную породу угледобычи, отличающаяся тем, что дополнительно содержит измельченную горелую породу угледобычи размером частиц менее 0,063 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
аргиллитовая вскрышная порода угледобычи 60-80 горелая порода 20-40