Строительное керамическое изделие
Строительное керамическое изделие относится к области производства строительных изделий: кирпича, стеновых камней, блоков. Изделие выполнено из материала, который является продуктом твердения сырьевой смеси. Сырьевая смесь включает, масс.%: глину 5-20, флотационные отходы углеобогащения 20-70, фторангидрит 15-50, натриевое жидкое стекло 2-5, стеклобой 5 и воду или 3%-ный водный раствор гумата калия. Техническим результатом полезной модели является снижение средней плотности полученных изделий и утилизация техногенных отходов. Прочность изделий составляет 25,7-26,6 МПа и средняя плотность 790-820 кг/м3.
Полезная модель относится к производству строительных изделий и может быть использована при изготовлении керамического кирпича, камней и блоков с одновременной утилизацией отходов угольной промышленности и отходов производства плавиковой кислоты.
Из уровня техники известны глиняные кирпичи и керамические камни, для производства которых используют отходы промышленности, а именно флотационные отходы углеобогащения. Шихта для изготовления кирпича и керамического камня по способу, защищенному патентом 
2052419, С1, 20.01.1996, С04В 33/02, содержит об.%: отходы флотационного обогащения углей 2-3, шлак металлургического производства - 7-13, суглинок или глину - остальное. Прочность на сжатие изготовленных изделий составляет 26,5-27,5 МПа, морозостойкость свыше 100 циклов.
Известны строительные изделия, изготовленные из материала, являющегося продуктом твердения сырьевой смеси, включающей фторангидритовый отход производства плавиковой кислоты и добавку из фосфата натрия с натриевым жидким стеклом в соотношении 1:1-1-5 от массы фторангидрита. (2000119914, А, опубликованный 20.06.2002, С04В 28/14, С04В 111:20, С04В 11/06). Готовые изделия получают путем формования, сушки, обжига и выдержки в воде. Фторангидрит содержит сульфат кальция, который после обжига образует оксид и при выдержке в воде (7-28 суток) переходит в гидроксид кальция, приводящий к снижению прочностных характеристик строительного изделия.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является изделие строительной керамики по патенту RU, 2188178, С2, опубликованный 27.08.2002, С04В 33/00, С04В 38/00. Керамическое изделие по прототипу является продуктом твердения керамической массы, в состав которой входят, мас.%: глина 10-38, флотационные отходы углеобогащения 40-70%, натриевое жидкое стекло 2-5% и вода 15-20%. Изделия имеют среднюю плотность 1370-1410 кг/м3 и соответственно прочность на сжатие 36,5-39,6 МПа. Обладая повышенной механической прочностью, данные изделия имеют повышенную среднюю плотность, а следовательно и высокий коэффициент теплопроводности. Проблема создания строительных изделий, сочетающих в себе высокие механические свойства и низкую плотность, а следовательно, и хороший показатель теплопроводности, в настоящее время актуальна. Актуальна и проблема утилизации отходов производства. Решение совместно двух этих проблем позволит существенно снизить себестоимость строительства как жилых, так и производственных зданий.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в разработке состава керамической массы с использованием в смеси значительного количества промышленных отходов: фторангидрита (ФТА) и флотационных отходов углеобогащения, для изготовления строительных изделий (кирпичей, камней, блоков), обладающих высокой теплопроводностью при достаточно высокой механической прочности, соответствующей действующим нормативам (ГОСТ 530-2007).
Технический результат, направленный на решение поставленной задачи, заключается в снижении средней плотности полученных керамических изделий и одновременно достижении прочностных характеристик, соответствующих нормативам.
Поставленная задача решается тем, что строительное керамическое изделие, материалом которого является продукт твердения сырьевой керамической смеси, как и прототип, содержит глину, флотационные отходы углеобогащения, натриевое жидкое стекло и жидкость затворения. В отличие от прототипа сырьевая смесь содержит фторангидрит фракции не более 0,14 мм и стеклобой при следующем содержании компонентов, мас.%:
глина - 5-20,
фторангидрит - 15-50,
натриевое жидкое стекло - 2-5,
стеклобой - 5,
жидкость затворения - 2-5,
флотационные отходы углеобогащения - остальное до 100%.
Оптимальный состав компонентов отвечает следующему составу, мас.%:
глина - 15,
флотационные отходы - 35,
фторангидрит - 40,
натриевое жидкое стекло - 3,
стеклобой - 5,
жидкость затворения - 2.
Заявляемая сырьевая смесь для изготовления керамических изделий отличается от сырьевой смеси для приготовления изделий по прототипу тем, что она содержит фторангидрит (отходы производства плавиковой кислоты) и стеклобой. Для затворения используется вода, которая может быть заменена на водный раствор гумата калия (концентрация 3%), благоприятно влияющий на равномерную сушку изделий. Изделия могут быть изготовлены в виде кирпича, камня, блока различной формы.
Совокупность существенных признаков, характеризующих полезную модель, из уровня техники не выявлена, что подтверждает ее новизну.
Введение стеклобоя обеспечивает получение первичного расплава, тем самым он является плавнем, что позволяет снизить температуру обжига готовых изделий. При обжиге фторангидрит десульфатизируется с образованием оксида кальция, который в свою очередь связывается с основными глинистыми минералами с получением волос-танито - и анортитоподобных соединений. Этим обеспечиваются прочностные характеристики готовых изделий. За пределами указанных интервалов результаты не достигаются так эффективно, потому как большие количества фторангидрита и флотационных отходов углеобогащения ведут к потере прочностных характеристик либо к увеличению средней плотности.
Оптимальным способом получения изделий является способ полусухого прессования, с максимальным давлением 25 МПа и температурой тепловой обработки 960°С.
Отмечено, что с увеличением давления формования с 15 до 25 МПа снижается средняя плотность изделий с 880 кг/м3 до 800 кг/м3. При указанном давлении повышается прочность изделий на сжатие с 17 МПа до 26,1 МПа и снижается общая (воздушная и огневая) усадка. Это связано с тем, что флотационные отходы содержат большое количество органических примесей, которые выгорают при термообработке. Так же это объясняется тем, что при нагревании фторангидрита до 400-600°С в нем происходит процессы десульфатизации H2SO4 и разложения СаF2. На дериватографе наблюдается эндотермический эффект и уменьшение массы образца изделия.
Пример конкретного выполнения. Изготовление керамических изделий осуществляют традиционным способом: глину, флотационные отход, фторангидрит фракции не более 0,14 мм и стеклобой дозируют в соответствии с технологической схемой и в сухом состоянии перемешивают в смесителе до получения однородного состава, затем добавляют воду, в количестве, необходимом для получения массы влажностью 2-5%. Массу повторно перемешивают с добавлением натриевого жидкого стекла. Изделия формуют при давлении 25 МПа с последующей сушкой при температуре 60-70°С. Затем ведут обжиг при 950-960°С с последующей выдержкой.
Кирпич, керамический камень, блоки могут изготавливаться различной формы, быть сплошными или с отверстиями в зависимости от своего назначения.
Для определения физико-механических характеристик керамических изделий при разных соотношениях компонентов сырьевой смеси в пределах заявляемой полезной модели были приготовлены 6 составов сырьевой смеси. Физико-механические характеристики, образцов каждого состава представлены в таблице. Полученные результаты сравнивались с составом той смеси по прототипу, из которой образцы обладают наилучшими показателями плотности. Составы смесей 1 и 6 находятся за пределами заявляемой сырьевой смеси для изготовления керамических изделий.
7 соответствует состав сырьевой смеси по прототипу.
| Соотношение компонентов, % | Физико-механические характеристики | ||||||
| Глина, % | Флотационные отходы, % | ФТА, % | Вода, % | Стеклобой, % | Жидкое стекло, % | Плотность, кг/м3 | Прочность на сжатие, МПа | |
| 1 | - | 80 | 5 | 5 | 5 | 5 | 770 | 21,2 |
| 2 | 5 | 70 | 15 | 2 | 5 | 3 | 790 | 25,7 |
| 3 | 10 | 50 | 30 | 2 | 5 | 3 | 820 | 26,6 |
| 4 | 15 | 35 | 40 | 2 | 5 | 3 | 800 | 26,1 |
| 5 | 20 | 20 | 50 | 2 | 5 | 3 | 780 | 25,5 |
| 6 | 30 | 5 | 53 | 5 | 5 | 2 | 950 | 27 |
| 7 | 10 | 70 | - | 15 | - | 5 | 1370 | 39,6 |
Как видно из таблицы плотность образцов согласно заявляемой полезной модели намного ниже плотности образцов по прототипу, а прочностные характеристики соответствуют нормативам (ГОСТ 530-2007).
1. Строительное керамическое изделие, материалом которого является продукт твердения сырьевой смеси, содержащий глину, флотационные отходы углеобогащения, натриевое жидкое стекло и жидкость затворения, отличающееся тем, что сырьевая смесь дополнительно содержит фторангидрит фракции не более 0,14 мм и стеклобой при следующем содержании компонентов, мас.%:
глина 5-20
фторангидрит 15-50
натриевое жидкое стекло 2-5
стеклобой 5
жидкость затворения 2-5
флотационные отходы углеобогащения - остальное до 100%.
2. Изделие по п.1, отличающееся тем, что в качестве жидкости затворения в сырьевой смеси использована вода.
3. Изделие по п.1, отличающееся тем, что в качестве жидкости затворения в сырьевой смеси использован 3%-ный водный раствор гумата калия.
4. Изделие по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде кирпича.
5. Изделие по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде блока.
6. Изделие по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде многогранного камня, равностороннего или неравностороннего.
