RU2758052C1

RU2758052C1 - Керамическая масса для получения кирпича

Info

Publication number: RU2758052C1
Application number: RU2021109322A
Authority: RU
Inventors: Виктория Александровна Гурьева; Анастасия Алексеевна Ильина; Александр Вячеславович Дорошин
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2021-10-26

Abstract

Изобретение относится к области производства керамического кирпича на основе отхода никелевого производства. Технический результат - повышение прочности на сжатие и на изгиб, повышение морозостойкости. Керамическая масса для получения кирпича включает, мас.%: легкоплавкую глину Халиловского месторождения 44-64; никелевый шлак комбината «Южуралникель» 36-56. Легкоплавкая глина Халиловского месторождения содержит, мас.%: SiO₂49,5; Al₂O₃20,79; Fe₂О_3общ 7,04; МgO 2,75; СаО 2,71; K₂O 1,74; TiO₂1,07; Na₂O 0,53; MnO 0,086; P₂O₅0,26; S_общ0,056; п.п.п. 13,468. Никелевый шлак комбината «Южуралникель» содержит, мас.%: SiO₂48,79; СаО 18,36; МgO 13,15; Fe₂О_3общ 11,28; Al₂O₃5,9; MnO 0,334; K₂O 0,25; TiO₂0,24; P₂O₅0,24; Na₂O 0,21; S_общ0,186; п.п.п. 1,06. 3 табл.

Description

Изобретение относится к производству стеновых керамических изделий и может быть использовано в технологии изготовления керамического кирпича.

Известна керамическая масса для изготовления строительных изделий, преимущественно облицовочной плитки следующего состава, мас. %: глина 14,0-40,0; шлак никелевого производства 51,0-78,0; вода-остальное (SU606841U, опубл. 15.05.1978). Недостатками данного изобретения является сравнительно низкая прочность на сжатие (20,2-31,2МПа) и морозостойкость изделий (75-120 циклов).

Наиболее близкой к заявленной керамической массе для получения кирпича является сырьевая смесь для изготовления облицовочной плитки, содержащая глину, шлак никелевого производства, воду, дополнительно включает шлак свинцовой плавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина - 43,0-48,0; шлак никелевого производства - 36,0-38,0; шлак свинцовой плавки - 8,0-10; вода - 6,0-11,0. (RU2358947C1, опубл. 20.02.2008).

Из керамической массы данного состава были изготовлены образцы и определены их физико-механические и декоративные свойства. Полученные из керамической массы образцы показали сравнительно низкую прочность на сжатие (25,3 МПа) и морозостойкость (200-220 циклов) (см. Табл.3).

Технической задачей является изготовление керамической массы для получения кирпича, характеризующейся повышенной механической прочностью и морозостойкостью.

Техническая задача решается тем, что керамическая масса для получения кирпича включает глину Халиловского месторождения и добавку, а именно шлак никелевого производства комбината «Южуралникель» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина	44-64
Никелевый шлак	36-56

Используемая добавка - шлак никелевого производства имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂- 48,79; СаО - 18,36; МgO - 13,15; Fe₂О_3общ-11,28; Al₂O₃- 5,9; MnO - 0,334; K₂O - 0,25; TiO₂- 0,24; P₂O₅- 0,24; Na₂O - 0,21; S_общ- 0,186; п.п.п.-1,06. В качестве глинистого сырья используется легкоплавкая глина Халиловского месторождения с числом пластичности 25, содержащая, мас.%: SiO₂- 49,5; Al₂O₃- 20,79; Fe₂О_3общ - 7,04; МgO - 2,75; СаО - 2,71; K₂O -1,74; TiO₂- 1,07; Na₂O - 0,53; MnO - 0,086; P₂O₅- 0,26; S_общ- 0,056; п.п.п.- 13,468.

Для получения изделий из разработанной керамической массы применялась традиционная технология производства кирпича. Глина предварительно обезвоживалась в сушильном шкафу при температуре 100-110 ^оС до постоянной массы, затем подвергалась тонкому помолу в лабораторной шаровой мельнице до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,315 мм. Отдельно подготовленный по аналогичной методике шлак просеивался до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,1 мм. Компоненты дозировались, перемешивались первоначально всухую, а затем масса увлажнялась до формовочной влажности 22 % и вылеживалась в эксикаторе в течение суток для равномерного распределения влаги и набухания глинистых частиц. Из приготовленной массы формовались образцы с помощью специальной формы - кубиков размером 20х20х20 мм. Затем образцы высушивались в сушильном шкафу и обжигались в лабораторной муфельной электропечи при температуре 1050 ^оС

В таблице 1 приведены составы предлагаемых керамических масс и прототипа. В таблице 2 представлены химические составы предлагаемых керамических масс и прототипа.

Таблица 1 Составы керамических масс

Компонент	Содержание компонента для составов, % по массе
	Прототип в пересчете на сухое вещество	Предлагаемая керамическая масса
	Прототип в пересчете на сухое вещество	1	2	3
Глина	48	64	54	44
Никелевый шлак	43	36	46	56
Шлак свинцовой плавки	9	-	-	-

Таблица 2 Химические составы предлагаемых керамических масс и прототипа

Наименование хим. элемента	Процентное содержание, %
	Прототип	Предлагаемая керамическая масса
	Прототип	1	2	3
SiO₂	48,1	52,83	53,76	54,68
Al₂O₃	11,1	19,13	18,67	18,21
Fe₂О_3общ	7,1	7,54	7,68	7,82
MgO	5,2	2,53	2,47	2,41
CaO	21,0	4,71	5,27	5,83
K₂O	0,0	1,14	0,96	0,78
TiO₂	0,2	0,68	0,58	0,47
Na₂O	0,0	0,34	0,29	0,23
P₂O₅	0,0	0,17	0,14	0,12
MnO	0,1	0,05	0,05	0,04
S_общ	1,0	0,67	0,83	1,00
Zn	1,2	0,00	0,00	0,00
ппп	5,0	10,21	9,3	8,41
Сумма	100	100	100	100

Согласно [Августиник, А.И. Керамика [Текс]: учеб для вузов/ А.И. Августиник.- М.:Стройиздат,1975.-592с.] по количеству Al₂O₃+TiO₂ можно косвенно оценивать спекаемость керамического кирпича и его качество - с увеличением содержания Al₂O₃ + TiO₂ повышается прочность. Так же положительное влияние на прочность оказывает количественное содержание оксида железа - Fe₂О₃[Ефимов, А.И. Высокопрочный керамический кирпич с железосодержащими добавками, улучшающие реологию и спекание глинистых пород Текст. / А.И. Ефимов // Строительные материалы. -2000. — № 4. С. 15 - 16.]. Из таблицы 2 видно, что отношение (Al₂O₃+TiO₂)/Fe₂О₃для прототипа составляет 1,59, для предлагаемых керамических масс это отношение варьируется в пределах от 2,3 до 2,5. Из расчетов можно сделать вывод от том, что прочность образцов из предлагаемых керамических масс в среднем на 30 % увеличится по сравнению с прототипом.

В таблице 3 представлены физико-механические и декоративные свойства кирпича из предлагаемых керамических масс.

Таблица 3 Физико-механические и декоративные свойства кирпича из предлагаемых керамических масс

Показатели	Значения для составов
	Прототип	Предлагаемая керамическая масса
	Прототип	1	2	3
Предел прочности при сжатии, МПа	25,3	38,5	36,2	34,3
Предел прочности при изгибе, МПа	3,8	5,1	4,9	4,7
Морозостойкость, цикл	220	230	240	250
Водопоглощение, %	14,2	12,98	13,2	13,5
Цвет черепка	Красно-коричневый	Красно-коричневый	Каштаново-коричневый	Медно-коричневый

Из таблицы 3 видно, что предлагаемая керамическая масса обеспечивает увеличение предела прочности при сжатии кирпича от 25до 35% в среднем на 30%, прочности при изгибе – от 19 до 26 % в среднем на 22 %, морозостойкости - от 4 до 12 %, в среднем на 8 % по сравнению с результатами изделий из массы-прототипа.

Согласно рентгенофазовому анализу улучшение физико-механических показателей достигается тем, что в образцах из предложенных керамических масс при температуре обжига 800^оС сформирована жидко-фазная составляющая, обогащенная ионами железа, кальция и магния, из которой при увеличении температуры синтеза до 1050^оС формируются структурообразующие кристаллические фазы гематита, силикатов кальция и магния [Стеклов, К.К. Структура и свойства огнеупоров [Текс]: Металлургия/ К.К. Стеклов.- М.1972.-216 с.].

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое изобретение характеризуется более высокими показателями прочности и морозостойкости при однотипных условиях обжига (скорости нагрева, максимальной температуре, продолжительности выдержки при максимальной температуре) и формы изделий.

Claims

Керамическая масса для получения кирпича, включающая легкоплавкую глину и отход производства, отличающаяся тем, что в качестве глины используется глина Халиловского месторождения, содержащая, мас.%: SiO₂49,5; Al₂O₃20,79; Fe₂О_3общ 7,04; МgO 2,75; СаО 2,71; K₂O 1,74; TiO₂1,07; Na₂O 0,53; MnO 0,086; P₂O₅0,26; S_общ0,056; п.п.п. 13,468, а в качестве отхода - никелевый шлак комбината «Южуралникель», содержащий, мас.%: SiO₂48,79; СаО 18,36; МgO 13,15; Fe₂О_3общ 11,28; Al₂O₃5,9; MnO 0,334; K₂O 0,25; TiO₂0,24; P₂O₅0,24; Na₂O 0,21; S_общ0,186; п.п.п. 1,06, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина 44-64 Никелевый шлак 36-56