Сырьевая смесь для получения обжиговых дорожно-строительных материалов на основе кварцевых песков и способ их изготовления

 

Изобретение относится к производству обжиговых керамических дорожно-строительных изделий и может быть использовано для изготовления дорожной и тротуарной плитки, строительных стеновых, облицовочных и декоративных изделий. Технический результат изобретения - снижение энергозатрат как при приготовлении сырьевой смеси, так и при термической ее обработке. Сырьевая смесь состоит из немолотого кварцевого песка, мелкодисперсного магнетита в виде отхода - пыли электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината, содержащего, мас.%: Fe₃O₄ - 73-76, CaO - 9-15, SiO₂ - 4-6, MgO - 4-7, прочие - 4-6, и раствора R₂O-содержащего компонента, взятого в виде растворов солей, содержащих компоненты, выбранные из группы NaOH, КОН, Na₂CO₃, Na₂OmSiO₂, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, NaNO₃, или их комбинации, или отходы производств, содержащие вышеперечисленные компоненты по отдельности или в любых сочетаниях в виде растворов солей, обеспечивающих 1,5-3% влажность формовочных смесей в следующем соотношении, мас.%: немолотый кварцевый песок - основа, пыль ЭСПЦ - 5-20, раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3. Смесь может дополнительно к этой смеси содержать мел технический в количестве 5-10 мас. %. Способ изготовления дорожно-строительных изделий заключается в смешении вышеперечисленных компонентов, формовании заготовки вибрацией или прессованием в обычных или нагретых до температуры 100^oС формах под давлением 15-50 МПа, обжиге без предварительной сушки при 850-1050^oС с изотермической выдержкой 2-3 ч, с загрузкой и выгрузкой при температуре до 200^oС и скорости изменения температуры 5-8^oС/мин. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Сырьевая смесь для получения обжиговых дорожно-строительных материалов на основе кварцевых песков и способ их изготовления.

Изобретение относится к производству обжиговых керамических дорожно-строительных изделий и может быть использовано для изготовления дорожной и тротуарной плитки, строительных стеновых, облицовочных и декоративных изделий.

Известна керамическая масса, включающая 50-75% немолотого и 25-50% молотого до прохождения через сито 4900 отв/см² кварцевого песка и силикат-глыбы в количестве 5% от массы смеси или 15% жидкого стекла с силикатным модулем 2,5 и удельным весом 1,4-1,5, тщательное перемешивание, формование под давлением 100-150 кг/см² сушку при 100-150^oС, обжиг при температуре 600-1000^oС в зависимости от природы заполнителя с изотермической выдержкой 3 ч и охлаждение [1] . Прочность таких изделий после обжига в присутствии 1,5% хлористого кальция достигает 45 МПа.

Однако тонкий помол значительной части кварцевого песка и использование дорогостоящей силикат-глыбы или жидкого стекла в количестве до 15% и необходимость продолжительной сушки увлажненного до 10% формованного сырца приводит к удорожанию готовых изделий.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является смесь для получения керамического изделия, содержащая, мас.%: Немолотый кварцевый песок - 70-85 Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 3000-6000 см²/г - 10-29 Жидкое стекло (R₂О-содержащий компонент, на сухое вещество) - 1-5 и способ его изготовления, включающий приготовление смеси путем смешения кварцевого песка с жидким стеклом, прессование заготовки, сушка и обжиг, после которого изделие охлаждают до 75-80^oС со скоростью 0,5-2,2^oC/мин [2].

Недостатком этого технического решения является необходимость тонкого помола до 29 мас. % кварцевого песка, существенные энергозатраты на сушку увлажненных до 12% формованных изделий, продолжительный до 4 ч обжиг при 850-950^oС и охлаждение со скоростью 0,5-2,2^oС/мин до температуры 75-80^oС, что составляет от 7 до 24 ч.

Заявляемое изобретение направлено на снижение энергозатрат как при приготовлении сырьевой смеси, так и при термической ее обработке, что в итоге позволит существенно снизить стоимость изделий.

Это достигается тем, что сырьевая смесь для получения дорожно-строительных обжиговых изделий, включающая немолотый кварцевый песок и R₂О-содержащий компонент, согласно предлагаемому решению дополнительно содержит мелкодисперсный магнетит в виде отхода - пыли электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМКа), а в качестве R₂O-содержащего компонента содержит вещество, выбранное из группы, включающей NaOH, КОН, Nа₂СО₃, Na₂OmSiO₂, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, NaNO₃, или их комбинации, или отходы различных производств, содержащие вышеперечисленные компоненты по отдельности или в любых сочетаниях в виде растворов солей, обеспечивающих 1,5-3% влажность формовочных смесей при следующем соотношении компонентов, мас.%: Немолотый кварцевый песок - Основа Пыль ЭСПЦ - 5-20 Вышеуказанный раствор R₂О-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3 Вышеуказанная композиция с содержанием пыли ЭСПЦ дополнительно может содержать мел технический при следующих соотношениях, мас.%: Немолотый кварцевый песок - Основа
Пыль ЭСПЦ - 5-20
Мел технический - 5-10
Раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3
Указанная задача достигается также способом изготовления обжиговых дорожно-строительных материалов на основе кварцевых песков, включающем приготовление смеси путем смешения немолотого кварцевого песка и R₂O-содержащего компонента, формование заготовки, обжиг и охлаждение, в котором согласно предлагаемому решению при смешении компонентов дополнительно вводят мелкодисперсный магнетит в виде отхода - пыли электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМКа), а в качестве R₂O-содержащего компонента содержит вещество, выбранное из группы, включающей NaOH, КОН, Nа₂СО₃, Na₂OmSiO₂, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, NaNO₃, или их комбинации, или отходы различных производств, содержащие вышеперечисленные компоненты по отдельности или в любых сочетаниях в виде растворов солей, обеспечивающих 1,5-3% влажность формовочных смесей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Немолотый кварцевый песок - Основа
Пыль ЭСПЦ - 5-20
Раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3
при этом формование производят вибрацией или прессованием в обычных или обогреваемых перегретым водяным паром до 100^oС формах при 15-50 МПа, обжигают без предварительной сушки при 850-1050^oС с изотермической выдержкой 2-3 ч, с загрузкой и выгрузкой при температуре до 200^oС при скорости изменения температуры 5-8^oС/мин.

Способ достигается также тем, что в смесь, содержащую немолотый кварцевый песок, R₂О-содержащий компонент и пыль ЭСПЦ дополнительно вводят технический мел при следующих соотношениях, мас.%:
Немолотый кварцевый песок - Основа
Пыль ЭСПЦ - 5-20
Мел технический - 5-10
Раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3
Количественный и качественный состав пыли электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМКа), мас.%:
Fе₃O₄ - 73-76
СаО - 9-15
SiO₂ - 4-6
MgO - 4-7
Прочие - 4-6
Снижение энергозатрат при приготовлении заявляемой смеси для получения дорожно-строительных обжиговых изделий предлагаемым способом обеспечивается использованием только немолотого кварцевого песка, использованием высокодисперсной химически активной пыли ЭСПЦ до 20 мас.%, содержащей Fе₃O₄ - 73-76%; СаО - 9-15%, SiO₂ - 4-6%, MgO - 4-7%, прочих 4-6% и мела до 10 мас.% в смеси с R₂O-содержащим компонентом, содержащим вещества, выбранные из группы, включающей NaOH, КОН, Nа₂СО₃, Na₂OmSiO₂, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, NaNO₃, или их комбинации, или отходы производств, содержащие вышеперечисленные компоненты по отдельности или в любых сочетаниях в виде растворов солей, обеспечивающих 1,5-3% влажность формовочных смесей. Смешением компонентов и прессованием заготовок при влажности смеси 1,5-3%, обеспечивающей достаточную прочность сырца даже при виброформовании, и проведением обжига без предварительной сушки, возможностью загрузки и выгрузки изделий из печи при температуре 180-200^oС, при скорости изменения температуры в процессе обжига 5-8^oС/мин и изотермической выдержке 2-3 ч при 850-1075^oС.

Заявляемое изобретение осуществляют следующим образом.

Немолотый кварцевый песок, взятый из карьера с модулем крупности 0,5-2,0 и естественной влажностью около 2%, мелкодисперсного магнетита в виде отхода - пыли ЭСПЦ ОЭМК и в отдельных смесях технического мела, перемешивали с раствором R₂О-содержащего компонента, концентрация которого обеспечивала конечную влажность смеси 1,5-3% в мешалке принудительного действия до гомогенного состояния. Готовую сырьевую смесь через дозатор подавали в обычную (неподогретую) пресс-форму или обогреваемую перегретым паром до 100^oС, после чего прессовали под давлением 15-50 МПа, обжигали при 850-1075^oС с изотермической выдержкой 2-3 ч, причем загрузку и выгрузку из печи осуществляли при температуре не выше 180-200^oС, со скоростью изменения температуры при нагреве и охлаждении 5-8^oС/мин.

При использовании в качестве одного из компонентов сырьевой смеси пыли ЭСПЦ в зависимости от количества компонента и температуры обжига планомерно изменяют цвета от светло-сиреневого до черного.

По предлагаемой методике была проведена серия испытаний различных по составу сырьевых смесей и параметров способа.

Результаты 6-ти выборочных испытаний приведены в таблице, причем химический состав использованных R₂O-содержащих добавок, использованных в примерах как отдельных, так и смешанных соединений, и отходов производства (пример 6) дают сопоставимый эффект при спекании изделий.

Отдельные конкретные примеры составов, параметров способа и физико-механические показатели из серий полученных изделий приведены в таблице. Из данных, приведенных в таблице, следует, что предлагаемые изделия существенно меньше требуют энергозатрат на их производство: - полностью исключаются или в отдельных смесях существенно снижаются затраты на помол кварцевого песка; - снижение энергозатрат за счет использования оптимально допустимого ускоренного режима обжига, - введение в сырьевую шихту до 1/5 части техногенной высокодисперсной пыли ЭСПЦ; - получение качественно новых декоративных изделий заданного цвета от светло-сиреневого до черного.

Источники информации:
1. Глуховский В.Д. Грунтосиликаты. - Киев, 1959, - С. 42, 75.

2. Генералов Б.В., Павлов В.Л., Крифукс О.В. Смесь для получения керамического изделия и способ его изготовления. RU, патент 2096376 С 04 В 28/26, 35/14, -БИ: - 1997. - 32 (прототип).

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для получения дорожно-строительных обжиговых изделий, включающая кварцевый песок и R₂O-содержащий компонент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит мелкодисперсный магнетит в виде отхода - пыли электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината, а в качестве R₂O-содержащего компонента содержит отдельные соединения: NaOH, КОН, Na₂CO₃, Na₂OmSiO₂, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, NaNO₃, или их комбинации, или отходы различных производств, содержащие вышеперечисленные компоненты по отдельности или любых сочетаниях в виде растворов, обеспечивающих 1,5-3% влажность формовочных смесей в следующих соотношениях, мас.%:
Немолотый кварцевый песок - Основа
Пыль ЭСПЦ - 5-20
Раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит технический мел в следующих соотношениях, мас.%:
Немолотый кварцевый песок - Основа
Пыль ЭСПЦ - 5-20
Мел технический - 5-10
Раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3
3. Способ изготовления дорожно-строительных изделий, включающий приготовление смеси путем смешения немолотого кварцевого песка и R₂O-содержащего компонента, формование заготовки, обжиг и охлаждение, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит мелкодисперсный магнетит в виде отхода - пыли электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината, а в качестве R₂O-содержащего компонента используют раствор, содержащий вещество, выбранное из группы, включающей NaOH, КОН, Na₂CO₃, Na₂OmSiO₂, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, NaNO₃, или их комбинации, или отходы различных производств, содержащие вышеперечисленные компоненты по отдельности или любых сочетаниях в виде растворов, обеспечивающих 1,5-3% влажность формовочных смесей в следующих соотношениях, мас.%:
Немолотый кварцевый песок - Основа
Пыль ЭСПЦ - 5-20
Вышеуказанный раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3
а формование производят вибрацией или прессованием в обычных или обогреваемых перегретым водяным паром до 100^oС формах при давлении 15-50 МПа, обжигают без предварительной сушки при 850-1050 ^oС с изотермической выдержкой 2-3 ч, с загрузкой и выгрузкой при температуре до 200^oС при скорости изменения температуры 5-8 ^oС/мин.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в смесь, содержащую немолотый кварцевый песок, пыль ЭСПЦ, R₂O-содержащий компонент, дополнительно вводят технический мел при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Немолотый кварцевый песок - Основа
Пыль ЭСПЦ - 5-20
Мел технический - 5-10
Раствор R₂O-содержащего компонента в пересчете на ROH - 0,5-3м

РИСУНКИ

Рисунок 1