Патент на изобретение №2230047

(54) КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНОВЫХ КИРПИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности строительных керамических изделий, и может быть использовано при изготовлении стенового кирпича. Керамическая масса включает кварцевый компонент в виде отходов обогащения железистых кварцитов или слюды-мусковита, нефелиновую добавку в виде нефелинового концентрата или отходов обогащения апатитонефелиновых руд, стеклобой и сульфитно-спиртовую барду при крупности компонентов массы менее 0.05 мм и их соотношении, мас.% :отходы обогащения железистых кварцитов или слюды-мусковита 69.85-79.32, нефелиновый концентрат или отходы обогащения апатитонефелиновых руд 7.26-10.83, стеклобой 8.36-22.38, сульфитно-спиртовая барда 0.5-5.0. Использование керамической массы позволяет получить стеновые кирпичные изделия, имеющие пористость 40.7-44.2% и теплопроводность 0.29-0.32 Вт/мК. Получаемые изделия имеют прочность, химическую стойкость и водопоглощение изделий, отвечающие требованиям ГОСТа. 2 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности строительных керамических изделий, и может быть использовано при изготовлении стенового кирпича.

При изготовлении строительных керамических изделий широко используются промышленные отходы горнорудных и металлургических предприятий. Такие отходы имеют сложный минеральный состав, что отрицательно сказывается на многих технических характеристиках получаемых изделий. При производстве строительных керамических изделий, в том числе керамического кирпича, из горнопромышленных отходов общими недостатками получаемых изделий являются низкая пористость, повышенные плотность и теплопроводность. Использование таких изделий в кладке наружных стен ведет к увеличению толщины стен для обеспечения надлежащего термического сопротивления. В результате стены получаются излишне тяжелыми, что увеличивает нагрузку на основание, усложняет конструкцию фундамента. В то же время такие стены зачастую обладают излишней прочностью, в которой нет необходимости.

Известна керамическая масса для изготовления стеновых кирпичных изделий (см. патент РФ №2110498, МПК⁶ С 04 В 33/00, 1998 г.), включающая глину и техногенное сырье, в качестве которого берут отходы дробления опоки и отходы щелочной обработки опоки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина 60-80

Отходы дробления опоки 10-19

Отходы щелочной обработки опоки Остальное

Кирпичные изделия имеют пористость 24.8-34.7%, прочность на сжатие для большинства составов не превышает 15 МПа.

Недостатком данной керамическая массы является относительно невысокая пористость получаемых кирпичных изделий, а значит их повышенная теплопроводность при ограниченном содержании отходов в составе сырья.

Известна также керамическая масса для изготовления стеновых кирпичных изделий (см. патент РФ №2135431, МПК⁶ С 04 В 35/14, 1999 г.), включающая кварцевый песок, вяжущее вещество в виде известково-натриевого полевого шпата, или доусенита, или нефелина в сочетании с боратом или галогенидом натрия при их соотношении 0.5:1.5-1:1 и наполнитель – стеклобой при соотношении компонентов массы, мас.%:

Молотый кварцевый песок 30-60

Вяжущее вещество 5-10

Стеклобой 3-15

Немолотый кварцевый песок Остальное

Керамическая масса может дополнительно содержать пигмент в количестве 0.1-5.0% сверх 100%. Молотый кварцевый песок имеет удельную поверхность 4000-7000 см²/г, что соответствует частицам очень мелких фракций. Кирпичные изделия имеют теплопроводность 0.59-0.70 Вт/мК.

Недостатком данной керамической массы является повышенная теплопроводность получаемых изделий при ограниченном содержании отходов. Кроме того, в составе вяжущего керамической массы используют чистые соли.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи снижения теплопроводности стеновых кирпичных изделий, получаемых на основе промышленных отходов, за счет повышения их пористости при обеспечении прочности, химической стойкости и водопоглощения изделий, отвечающих требованиям ГОСТа.

Поставленная задача решается тем, что керамическая масса, включающая кварцевый компонент, нефелиновую добавку и стеклобой согласно изобретению дополнительно содержит сульфитно-спиртовую барду, в качестве кварцевого компонента – отходы обогащения железистых кварцитов или слюды-мусковита, а в качестве нефелиновой добавки – нефелиновый концентрат или отходы обогащения апатитонефелиновых руд при крупности компонентов массы менее 0.05 мм и следующем их соотношении, мас.%:

Отходы обогащения железистых кварцитов

или слюды-мусковита 69.85-79.32

Нефелиновый концентрат или отходы

обогащения апатитонефелиновых руд 7.26-10.83

Стеклобой 8.36-22.38

Сульфитно-спиртовая барда 0.5-5.0

Сущность изобретения заключается в том, что промышленные отходы в виде отходов обогащения железистых кварцитов или слюды-мусковита, нефелиновую добавку и стеклобой измельчают до крупности компонентов массы менее 0.05 мм, тщательно перемешивают и смачивают сульфитно-спиртовой бардой до влажности 8-10%. Образовавшуюся смесь прессуют при удельном давлении 20 МПа, сушат до постоянной массы и обжигают при температуре 900-1000С.

Основным компонентом отходов обогащения железистых кварцитов является кварц и примеси в виде таких минералов как хлориты, куммингтонит, сидерит, пироксены (эгирин, эгирин-авгит), гематит и некоторые другие. В частности, в составе хвостов обогащения железистых кварцитов Оленегорского месторождения, используемых в керамической массе согласно изобретению, присутствуют, кроме кварца, полевые шпаты, эгирин, гематит и др. Содержание основных минералов находится в пределах, мас.%:

Кварц 50-60

Полевые шпаты 12.6-14.8

Амфиболы 10.1-12.5

Пироксены (эгирин, эгирин-авгит) 4.8-5.1

Гематит 3.25-17.8

Прочие минералы 0.13-2.05

Основным компонентом отходов обогащения слюды-мусковита также является кварц. В качестве примесей присутствуют полевые шпаты, слюды (биотит, мусковит) и другие минералы. Содержание основных минералов находится в пределах, мас.%:

Кварц 60-85

Полевые шпаты 10-30

Слюды (биотит, мусковит) 3-10

Прочие минералы 0.1-2.0

Используемые в качестве нефелиновой добавки нефелиновый концентрат содержит 75-80% нефелина, а отходы обогащения апатитонефелиновых руд 50-65% нефелина.

Введение сульфитно-спиртовой барды в состав керамической массы согласно изобретению обусловлено необходимостью смачивания сырьевой смеси для обеспечения временного связывания компонентов перед прессованием и обжигом массы. В качестве сульфитно-спиртовой барды могут быть использованы отходы целлюлозно-бумажного производства. Барду вводят в количестве 0.5-5.0 мас.%, исходя из того, чтобы конечная влажность смеси составила 8-10% для обеспечения необходимой пористости изделий после обжига массы. При содержании барды менее 0.5 мас.% не обеспечивается необходимое связывания компонентов с учетом их крупности и требуемой пористости, а содержание барды более 5.0 мас.% нежелательно по причине избыточного увлажнения смеси.

Использование отходов обогащения железистых кварцитов или слюды-мусковита с содержанием в них кварца 50-85% позволяет эффективно применять их в составах керамической массы. При содержании отходов обогащения менее 69.85 мас.% образуется узкий интервал спекания, что создает технологические трудности для получения материала с требуемыми свойствами прочности и пористости. При содержании отходов обогащения более 79.32 мас.% для обеспечения хорошего жидкостного спекания необходимо использование повышенных температур, что энергетически не оправдано.

Нефелиновый концентрат или отходы обогащения апатитонефелиновых руд используются в заявляемой керамической массе в качестве вяжущего. Количество нефелиновой добавки должно составлять не менее 7.26 мас.% для получения необходимого интервала спекания, обеспечивающего прочность на сжатие не ниже 30 МПа и пористость не ниже 40%. При больших 10.83 мас.% расходах нефелиновой добавки резко сокращается интервал спекания, что затрудняет получение стабильных результатов.

Стеклобой используется в предлагаемой керамической массе в качестве наполнителя для образования низкотемпературной эвтектики. При расходе стеклобоя менее 8.36 мас.% повышается температура обжига, что нежелательно. Увеличение расхода этого компонента более 22.38 мас.% нецелесообразно, так как при этом не происходит дальнейшего улучшения технологических свойств.

Сущность и преимущества заявляемой керамической массы поясняются нижеследующими примерами 1-3. Во всех примерах для получения керамических изделий отходы обогащения кварцитов или слюдяных руд классифицируют по крупности, выделяя фракцию менее 0.05 мм. Это позволяет избежать дополнительного помола. Полученную фракцию смешивают с нефелиновый концентратом или отходами обогащения апатитонефелиновых руд и стеклобоем и дополнительно измельчают до крупности менее 0.05 мм. Сырьевую смесь увлажняют водным раствором сульфитно-спиртовой барды с таким расчетом, чтобы влажность смеси составляла 8-10%. Полученную сырьевую смесь формуют прессованием при удельном давлении 20 МПа, сушат при температуре 105-120С и обжигают при температуре 900-1000С. Составы керамических масс по примерам 1-3 приведены таблице 1. Основные характеристики изделий, полученных в результате обжига этих керамических масс, приведены в таблице 2. Испытания полученных образцов изделий проводились по стандартной методике.

Из данных таблиц 1 и 2 видно, что керамическая масса согласно заявленному изобретению позволяет получать стеновые кирпичные изделия, имеющие пористость 40.7-44.2% и теплопроводность 0.29-0.32 Вт/мК, которая в среднем на 47% ниже теплопроводности кирпичных изделий по прототипу, при максимальном содержании промышленных отходов в составе керамической массы. Получаемые изделия имеют прочность, химическую стойкость и водопоглощение изделий, отвечающие требованиям ГОСТа.

Формула изобретения

Керамическая масса для изготовления стеновых кирпичных изделий, включающая кварцевый компонент, нефелиновую добавку и стеклобой, отличающаяся тем, что масса дополнительно содержит сульфитно-спиртовую барду, в качестве кварцевого компонента – отходы обогащения железистых кварцитов или слюды-мусковита, а в качестве нефелиновой добавки – нефелиновый концентрат или отходы обогащения апатитонефелиновых руд при крупности компонентов массы менее 0,05 мм и следующем их соотношении, мас.%:

Отходы обогащения железистых кварцитов или слюды-мусковита 69,85 – 79,32

Нефелиновый концентрат или отходы

обогащения апатитонефелиновых руд 7,26 – 10,83

Стеклобой 8,36 – 22,38

Сульфитно-спиртовая барда 0,5 – 5,0

РИСУНКИ