Патенты на производство керамического кирпича

Обновлено: 27.04.2024

Сущность изобретения: способ включает предварительное обезвоживание выгорающих и отощающих добавок до влагосодержания не более 10%, приготовление керамической массы, формование изделий методом пластического формования кирпича на ленточных прессах, сушку и обжиг. Добавки могут использоваться в нагретом до температуры 60-100 o C состоянии или в виде усредненной по влагосодержанию смеси из сухих и влажных добавок, смешиваемых в определенной пропорции. 3 з.п. ф-лы.

Формула изобретения

1. Способ производства керамического кирпича методом пластического формования на ленточных прессах, включающий подготовку компонентов шихты, приготовление керамической массы, формование изделий, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что перед приготовлением керамической массы обезвоживают выгорающие и отощающие добавки до влагосодержания не более 10%
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выгорающие и отощающие добавки подают на приготовление керамической массы в нагретом до температуры 60 - 100 o С состоянии.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что предварительно смешивают между собой сухие и содержащие повышенную влагу добавки в требуемой пропорции и обезвоживают смесь, а затем усредненную по влагосодержанию смесь добавок подают на приготовление керамической массы.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что добавки, содержащие повышенную влагу, предварительно нагревают до температуры 60 100 o С, а затем смешивают с сухими добавками и подают на приготовление керамической массы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к технологии изготовления керамического строительного кирпича методом пластического формования, и может быть использовано как на действующих кирпичных заводах, так и на вновь проектируемых с целью повышения качества изделий и снижения продолжительности цикла сушки кирпича путем улучшения сушильных свойств местного исходного сырья (глин).

Изобретение целесообразно применять в кирпичном производстве, на котором в качестве основного исходного материала используются высоко- и среднепластичные глины, отличающиеся повышенной чувствительностью к сушке.

Известно [1,стр.31] что для улучшения природных свойств глины, т.е. для уменьшения общей усадки, чувствительности к сушке и обжигу, улучшения формовочных свойств, широко применяют добавки: отощающие песок, шамот, дегидратированную глину, уносы керамзитового производства и др. отощающие и выгорающие полностью или частично древесные опилки, лигнин, торф, лузга, многозольные угли, шлаки, золы ТЭЦ, отходы углеобогатительных фабрик; выгорающие добавки в виде высококалорийного топлива антрацит, кокс; упрочняюще-флюсующие добавки отходы стекла, пиритные огарки и др.

Основными требованиями подготовки добавок, применяемых в кирпичном производстве, являются измельчение их до заданного зернового состава или просеивание, а иногда и частичное обезвоживание.

Так, например, в технической литературе по производству керамического кирпича в заводских технологических инструкциях приводятся указания, рекомендации и требования по количественному, фракционному, химическому, минералогическому составу добавок, по оборудованию и приемам, используемым для осуществления этих требований. Однако, к сожалению, не встречаются рекомендации по влагосодержанию и температур добавок, вводимых в смесь.

Исключением является рекомендация: "Влажность опилок не должна превышать 55%" [2,стр.25]
Отсутствие требований по влагосодержанию и температуре отощающих и выгорающих добавок для использования их в производстве кирпича является существенным упущением и недостатком известных способов производства этих изделий, так как определенная регламентация этих параметров в добавках, ее обеспечение и контроль в процессе подготовки шихтовых компонентов и смесе приготовления могут значительно улучшить технологические свойства глиняной массы и качество готовых изделий при производстве керамического кирпича, а также повысить производительность термической обработки, в частности, сушку изделий.

Дело в том, что одним из существенных недостатком глины как основного материала изготовления керамического кирпича является ее очень низкая тепло- и влагопроводность. Этим объясняется длительность процесса термической обработки изделий, особенно на операции сушки кирпича-сырца, трудноустранимая неравномерность распределения влаги в объеме изделия и как следствие неравномерность усадки в процессе сушки кирпича, что обуславливает высокую склонность средне- и высокопластичных глин к образованию усадочных трещин в процессе термической обработки изделий.

Основная техническая задача изобретения снижение чувствительности глины, основного исходного сырья при производстве кирпича, к сушке изделий и повышение ее производительности решается в заявленном способе путем изменения традиционных приемов подготовки отощающих и выгорающих добавок при производства керамического кирпича и приемов приготовления глиняной массы при пластическом формовании изделий на ленточном прессе.

Способ отличается тем, что предварительно производят обезвоживание выгорающих и отощающих добавок до влагосодержания не более 10% а затем подают их в смеситель на приготовление керамической массы: добавки подают в нагретом до 60-100 o C состоянии; предварительно смешивают между собой сухие и содержащие повышенную влагу добавки в требуемой пропорции, а затем усредненную по влагосодержанию смесь добавок подают на приготовление керамической массы; добавки, содержащие повышенную влагу, предварительно нагревают до 60-100 o C, а затем смешивают с обезвоженными в требуемой пропорции и подают на приготовление керамической массы.

В известных способах производства кирпича для борьбы с этим недостатком применяются различные многочисленные приемы: дробление и рассев компонентов шихты, дозирование, перемешивание в смесителях и бегунах, пароувлажнение и др. Все вышеперечисленные операции подготовки исходного сырья, несомненно, оказывают положительное влияние на качество подготовки керамической массы и снижение дефектов производства изделий, но не всегда оказываются достаточными, в полном объеме труднособлюдаемыми в условиях действующего производства, что и обуславливает высокий процент брака кирпича, его высокую себестоимость и недостаточное качество изделий.

Ввиду низкой тепло- и влагопроводности керамической массы, несовершенства сушильных агрегатов, технической трудности осуществления равномерности подачи теплоносителя по объему, температуре и влагосодержанию во все точки объемного пространства сушилки, отсутствия контроля и средств регулирования параметров теплоносителя в процессе сушки практически не удается не только обеспечить равномерность нагрева всей массы кирпича в сушилке и равномерность влагоудаления, но не обеспечивается необходимая и достаточная равномерность влагоудаления в объеме отдельно взятого изделия, что снижает качество и повышает процент брака кирпича.

Предлагаемый способ сглаживает (нивелирует) присущие недостатки исходных материалов сырья, несовершенство сушильных агрегатов и технологии влагоудаления при операции сушки в известном способе, не увеличивая при этом затрат на тепловую энергию, расходуемую на влагоудаление, и улучшая качество кирпича, повышая производительность сушки.

Сущность предлагаемого способа заключена в том, что процесс обезвоживания керамической массы изделия (сушка) в отличие от известного способа по времени и месту разделен на два периода (два приема): первый предварительное обезвоживание отощающих и выгорающих добавок до влагосодержания, соответствующего содержания влаги в изделии после операции сушки; второй - сушка изделия по традиционной или ускоренной технологии.

Целесообразность такого разделения процесса обезвоживания материала керамических изделий обусловлена, во-первых, различной, т.е. более высокой, тепло- и влагопроводностью большинства отощающих и выгорающих добавок, чем у глины, из-за более высокой пористости этих материалов, а во-вторых, тем, что в известных способах влагосодержание вводимых в керамическую смесь добавок значительно превышает влагосодержание формовочной массы после ее увлажнения в смесителях. Это усугубляет неравномерность влагосодержания керамической массы в процессе ее приготовления в смесителях и в процессе последующей сушки керамических изделий.

Так, влагосодержание древесных опилок, как правило, превышает 50% Такие добавки, как уголь, шлаки, шамот и многие другие, специально увлажняют для снижения пылевыделения при дроблении и рассеве. Поэтому эти добавки перед смешиванием с глиной также содержат повышенный процент влаги (30-50%), тогда как содержание воды в керамической массе при приготовлении формовочной смеси не должно превышать 24%
Переувлажнение отдельных объемов формовочной массы при ее приготовлении приводит к неравномерности уплотнения глины при формовании кирпича на ленточном прессе, что усугубляет и неравномерность последующего влагоудаления, а следовательно, и неравномерность усадки кирпича в процессе его сушки. Кроме того, неравномерность уплотнения глины при формовании бруса приводит к снижению прочностных характеристик обожженного кирпича.

Известно, что при сушке изделий спонтанно протекает диффузионный процесс усреднения влаги в отдельных объемах керамической массы, так как содержащие повышенную влагу добавки диффузионным путем насыщают влагой менее увлажненные близлежащие слои глины, переувлажняя их и усугубляя тем самым неравномерность увлажнения различных объемов изделий, что приводит к увеличению усадочных напряжений в изделиях и образованию микро- и макротрещин усадочного происхождения.

В заявленном способе устраняется не только этот недостаток известных способов, но и протекает прямо противоположный процесс.

Предварительно обезвоженные добавки отбирают влагу у близлежащих объемов глины, выравнивая тем самым скорость обезвоживания материала изделия в период сушки. С поверхности изделия обезвоживание материала происходит в результате испарения влаги, а внутри в результате насыщения влагой предварительно обезвоженного объема присадок. Так как общий объем присадок в глиняной массе кирпича превышает 20% то обезвоживание глины в процессе сушки изделий в результате поверхностного испарения (влагоудаления) и предварительное обезвоживание добавок делает заявленный способ весьма эффективным средством снижения чувствительности глин в сушке, т.е. эффективным средством борьбы с сушильными трещинами в изделиях, и повышения прочностных характеристик кирпича.

Наряду с технологической целесоообразностью заявленный способ и экономически оправдан, так как не приводит к повышению расхода тепловой энергии на предварительную тепловую обработку шихтовых добавок к глине и термическую обработку изделий.

Это объясняется тем, что предварительное обезвоживание добавок в заявленном способе не увеличивает потребного количества воды, расходуемой на увлажнение глиняной массы при приготовлении формовочной смеси, так как количественно вода расходуется и используется только для придания глине необходимой пластичности, улучшающей ее формовочные свойства, а влагопоглощение обезвоженных добавок процесс более продолжительный, чем продолжительность периода увлажнения и приготовления керамической смеси. Кроме того, в известных способах избыточное влагосодержание добавок не уменьшает потребное количество воды при увлажнении глиняной массы, так как в процессе перемешивания скорость увлажнения глиняной массы при приготовлении формовочной смеси значительно превышает скорость диффузионного перемещения влаги из более увлажненных объемов смеси к менее увлажненным, т.е. высокое исходное влагосодержание добавок не уменьшает потребного количества воды при смешении с глиняной массой в процессе приготовления формовочной смеси. Отсюда вывод: в известном и заявленном способах производства кирпича удаляется один и тот же процент влаги, суммарно содержащийся в исходных материалах, поэтому и затраты тепловой энергии на обезвоживание керамических изделий не возрастают.

Изменяется только, как это было указано выше, место и время обезвоживания компонентов керамической массы до заданного процента изделиях, но при этом процесс обезвоживания можно проводить более интенсивно в предлагаемом способе, что увеличивает его производительность, так как снижается опасность образования дефектов, связанных с термической обработкой изделий, а значит, и уменьшаются непроизводительные затраты тепловой энергии пропорционально продолжительности процесса обезвоживания материала изделий.

Пример осуществления способа: шихта (влагосодержание и состав компонентов керамической смеси); глина (карьерная влажность 15%) 78% по объему смеси; опилки древесные (влажность 55%) 9,3% по объему смеси; шамот (отходы производства кирпича, влажность 15%) 10,0% по объему смеси; каменный уголь (влажность 30%) 2,7% по объему смеси.

Вариант 1. Добавки: древесные опилки, шамот, уголь проходят контроль на влагосодержание. Компоненты, содержащие повышенную влагу (более 10%), обезвоживаются методами тепловой или естественной сушки до влагосодержания не выше 10% Добавки предварительно рассеиваются и дробятся до заданной фракции. Обезвоженные добавки в заданной пропорции подаются в смеситель для смешивания с глиной и приготовления керамической массы. Затем увлажненная до 20% влагосодержания смесь поступает в формовочный агрегат ленточный пресс. Отформованный брус резательным аппаратом разделяется на отдельные кирпичи, которые поступают в сушилку, затем на обжиг.

Вариант 2. Добавки проходят контроль на влагосодержание, затем поступают на рассев и дробление. Добавки, содержащие влагу более 10% подвергают тепловой обработке при температуре 100 o C до влагосодержания 10% а затем в нагретом виде поступают в смеситель для смешивания с глиной. После приготовления формовочной массы операции повторяются, как в первом варианте.

Вариант 3. Добавки проходят контроль на влагосодержание, затем поступают на рассев и дробление. После фракционной подготовки добавки поступают в смеситель в пропорции, заданной шихтой, а затем усредненная (перемешанная) смесь добавок подвергается тепловой обработке при температуре 100 o C до влагосодержания 10% и последующие операции повторяются аналогично 1-му и 2-му вариантам.

Примечание: влагосодержание кирпича-сырца после операции сушки изделий во всех вариантах не должно превышать 10% Сушку кирпича по 2-му и 3-му вариантам способа можно проводить при начальной температуре печи 40-45 o C.

Подача на приготовление керамической смеси отощающих и выгорающих добавок, предварительно обезвоженных и нагретых до температуры 60-100 o C, дает возможность при перемешивании частично подогреть глиняную массу, что улучшает ее формовочные свойства и сокращает стадию прогрева кирпича-сырца при операции сушки изделий. Нагретые добавки при перемешивании с глиной позволяют аналогично пароувлажнению объемно прогреть глиняную массу до некоторой температуры. Температура ввода в смесь добавок ниже 60 o C малоэффективна. Температура ввода в смесь добавок, нагретых выше 100 o C, нецелесообразна, так как органические добавки (древесные опилки, лузга, лигнин) обуглятся при нагреве и потеряют свои свойства, а такие добавки, как шемот, уголь, шлаки и др. при температуре ввода выше 100 o C осушают близлежащие объемы глины при перемешивании в процессе приготовления керамической массы, что ухудшит ее формовочные свойства (неравномерная по объему пластичность глиняной массы).

Предварительное смешивание сухих и переувлажненных добавок между собой и их последующий нагрев до 60-100 o C перед вводом в керамическую смесь улучшают ее качество за счет более равномерного тепловлагоусреднения в процессе приготовления такой смеси и ускоряют процесс предварительного обезвоживания добавок.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству строительных керамических кирпичей.

«В современном понимании, как сказано в работе (Общая технология силикатов. Силуменко Л.М.: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2004. С. 7) «Керамика» - это изделия и материалы с камнеподобными свойствами, которые они приобретают в процессе технологической переработки минерального сырья (как глинистого, так и других видов) путем формования, сушки и спекания при высоких температурах».

Глиняный кирпич является одним из основных «керамических стеновых материалов, изготавливаемых из глинистых пород или из трепелов, или диатомитов с добавками или без них и обожженные» (Производство глиняного кирпича. Кашкаев И.С., Шейнман Е.Ш. Учебник для подг. рабочих на производстве. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: «Высшая школа», 1978. С. 5). Известны различные способы изготовления глиняных кирпичей, которые принято называть в зависимости от способа приготовления исходной сырьевой массы. Исходную сырьевую массу, которая используется для изготовления глиняных кирпичей, приготавливают пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способами. Несмотря на различные способы изготовления керамических изделий, основные этапы их производства являются общими и состоят из следующих операций: добыча сырьевых материалов, подготовка сырьевой массы, формование изделий, сушка и обжиг (Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы). Микульский В.Г. и др.: учеб. издание. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. - 536 с. (С. 116-117). Пластический способ изготовления традиционного глиняного кирпича состоит в изготовлении кирпича-сырца методом пластического формования исходной глинистой массы, имеющей влажность от 18 до 28%, последующей его сушки и обжига в печи (там же, с. 117-118). Этот способ производства керамических строительных материалов является наиболее распространенным. Однако для производства глиняного кирпича могут использоваться далеко не все глинистые породы. Для его изготовления используют среднепластичные и умеренно-пластичные, рыхлые и влажные глины с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающие и превращающиеся в однородную массу (там же, с. 118). Состав большинства глин является далеко не оптимальным для производства керамических кирпичей. От оптимального многие из них отличаются избыточным количеством кремнезема (песка), глинозема и недостатком плавней. Наиболее распространенная примесь - кварцевый песок ухудшает не только пластичность и связующую способность глин, но и их обжиговые свойства.

Изготовление кирпичей по традиционной технологии с использованием качественных глин становится достаточно дорогим и убыточным производством, поскольку с течением времени постепенно иссякают ресурсы местных кондиционных глин, что приводит к необходимости привоза сырья из отдаленных месторождений. Это, в свою очередь, увеличивает себестоимость глиняных кирпичей.

Несмотря на то, что для изготовления кирпичей полусухим способом возможно использование глин, содержащих некоторое избыточное количество кварцевого песка, однако сильно запесоченные глины уже использовать нельзя. К другим недостаткам этого способа изготовления керамических кирпичей относится его большая (более чем в три раза) металлоемкость, по сравнению с пластичным способом. Это связано с большим количеством операций, которым подвергается исходное сырье при его подготовке к формованию изделий. При полусухом способе обработки глину сушат, размалывают, просеивают, доувлажняют глиняный порошок и дополнительно его перемешивают (Справочник по производству строительной керамики. Скрамтаев Б.Г. (гл. ред.). Том III. Стеновая и кровельная керамика. М.: Госстройиздат, 1962 г. С. 191).

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в утилизации отходов крупнотоннажного тротилового производства при изготовлении керамических кирпичей, снижении материальных и энергетических затрат их изготовления, расширении сырьевой базы производства кирпичей с одновременным сохранением качества получаемых изделий, что в итоге позволит перевести производство тротила в разряд безотходных.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления керамических кирпичей, состоящем из подготовки сырьевой массы, формовании изделий, сушки и обжига в качестве сырьевой массы используется речной песок с размером частиц не более 0,5 мм и влажностью не более 7%, предварительно обработанный в течение не менее 72 часов при температуре 40-50°C сульфитным щелоком, отходом тротилового производства, взятым в соотношении 4:6 к песку, после чего подготовленную таким образом массу с помощью прессования формуют в кирпичи при удельном давлении не менее 40 МПа, которые затем высушивают до содержания влаги не более 5% и обжигают в печи путем медленного подъема температуры до 1100°C, в течение не менее трех часов и последующей выдержки в течение не менее 45 мин при максимальной температуре, после чего кирпичи охлаждают в течение не менее 16 ч.

При очистке тротила-сырца (Е.Ю. Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ.: Химия, 1973. - 688 с.) образуются десятки тысяч тонн токсичных сульфитных щелоков. По принятой в настоящее время технологии сульфитный щелок после предварительного упаривания до 30-40%-ной концентрации по твердому остатку, направляют на сжигание, а образующуюся золу в отвал. Под воздействием атмосферных осадков она превращается в токсичные стоки, загрязняющие грунтовые воды, что приводит к существенному ухудшению экологической обстановки.

Утилизация сульфитных щелоков - отходов крупнотоннажного химического производства путем их использования при получении керамических кирпичей позволит улучшить экологическую обстановку в районах производства тротила и значительно удешевить производство кирпичей. Кроме того, утилизация сульфитных щелоков позволит перевести процесс производства тротила в разряд безотходных.

Способ изготовления керамических кирпичей по данному изобретению ориентирован на использование оборудования и технологических линий заводов по изготовлению глиняных кирпичей и состоит в следующем.

Для изготовления керамических кирпичей по данному изобретению используется речной песок, предварительно отсеянный или измельченный любыми известными способами до размеров частиц не более 0,5 мм и имеющий влажность не более 7%. Песок смешивается с сульфитным щелоком в соотношении 6:4 соответственно. После этого сырьевая масса в течение не менее 72 ч выдерживается при температуре 40-50°C.

Сульфитные щелока представляют собой растворенные в воде натриевые соли сульфокислот несимметричных изомеров тротила, нитрофенолов, нитрокислот, а также минеральные соли натрия: нитраты, карбонаты, сульфаты, сульфиты и хлориды, а также сульфиды натрия. Гидролиз натриевых солей, присутствующих в сульфитном щелоке, приводит к тому, что величина pH его раствора повышается до 8,0 и более единиц, что соответствует слабощелочным средам. Поэтому сульфитные щелока являются слабым натриевым основанием.

Одним из вяжущих материалов, которое широко используется в промышленности, является растворимое стекло. Твердые растворимые стекла представляют собой вещества, находящиеся в аморфном стеклообразном состоянии и характеризующиеся определенным содержанием оксидов - M₂O и SiO₂, где M - это Na и K. Как правило, основой используемых в промышленности растворимых стекол являются растворимые силикаты натрия и калия. Существуют два способа получения растворимого стекла - сухой и мокрый (Григорьев П.Н., Матвеев М.А. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). – М.: Гос. изд. литературы по строительным материалам. 1956. С. 111). Сухой способ получения растворимого стекла основан на получении щелочных силикатов при высокой температуре с последующим их охлаждением до стеклообразного состояния и последующего растворения. При мокром способе различные формы кремнезема растворяются в едких щелочах с непосредственным получением растворов щелочных силикатов (жидкое стекло) без предварительной варки стекловидных щелочных силикатов (силикат-глыбы, гранулята).

При обработке различных видов кремнезема сульфитными щелоками образуется растворимое стекло, часть которого переходит в раствор сульфитных щелоков, а другая - на поверхность частиц кремнезема. При удалении влаги в процессе сушки весь силикат натрия будет переходить на поверхность частиц кремнезема, тем самым скрепляя их между собой. При формовании блочных изделий, изготовленных из подобной сырьевой массы и последующем их нагреве до 1000-1100°C, натриевое растворимое стекло будет размягчаться и плавиться (там же, с. 46), тем самым скрепляя частицы песка в монолит достаточно высокой прочности.

После обработки речного песка сульфитным щелоком проводится пробное формование и обжиг модельных образцов керамических блоков с целью оценки возможности применения подготовленной сырьевой массы для изготовления кирпичей. В случае, когда прочность модельных образцов недостаточна, время обработки песка увеличивается, что определяется экспериментально.

После удовлетворительного результата оценки качества сырьевой массы проводят прессование изделий. Прессование кирпича-сырца производится в пресс-формах на одно или несколько изделий на механических или гидравлических прессах. Удельное давление прессования кирпичей составляет не менее 40 МПа (400 кгс/см 2 ). После прессования кирпичи высушиваются до влажности 5% и обжигаются в печи путем медленного подъема температуры до 1100°C, в течение не менее трех часов и последующей выдержки в течение не менее 45 мин при максимальной температуре, после чего кирпичи охлаждают в течение не менее 16 ч.

Изготовленные керамические кирпичи подвергаются испытаниям на соответствие существующим нормам.

Для оценки возможности изготовления керамических материалов с использованием сульфитных щелоков в лабораторных условиях были изготовлены цилиндрические образцы экспериментальных блочных изделий и такие же образцы из материалов кирпичей промышленного производства - силикатного и глиняного, определены характеристики образцов, а затем их сравнение и анализ.

Все испытуемые образцы имели габариты: высота 19-20 мм, диаметр 20 мм. Экспериментальные образцы изготавливались прессованием, при этом удельное давление прессования образцов в пресс-инструменте составляло 40 МПа. Речной песок, который использовался для изготовления экспериментальных образцов изделий, предварительно измельчался до размера частиц не более 0,5 мм, после чего обрабатывался сульфитными щелоками в соотношении 6:4 соответственно. Обработка песка сульфитным щелоком происходила в течение 72 ч при температуре 40-50°С. Подготовленная таким образом сырьевая масса использовалась для изготовления образов керамических блоков, которые затем высушивались в сушильном шкафу при температуре 100-120°C в течение 30 мин до влажности 5%. Последующий обжиг образцов проходил в лабораторной электропечи при постепенном нагреве до максимальной температуры 1100°C в течение трех часов и выдержке в течение 45 мин при максимальной температуре. После обжига образцы медленно охлаждались в течение 16 ч.

Качество полученных образцов керамических материалов оценивалось по средней плотности, пределу прочности при сжатии, растворимости в воде, по однородности структуры и водопоглощению. Структура материала всех образцов была однородной. Полученные результаты приведены в таблице 1. Для сравнения в таблице приведены данные по качеству кирпичей в соответствие с ГОСТ 530-2012 (Кирпич и камни керамические. Технические условия) и ГОСТ 379-95 (Кирпич и камни силикатные. Технические условия).

Как оказалось, качество экспериментальных образцов керамических изделий, полученных без применения глинистого сырья, а только на основе речного песка, измельченного и обработанного сульфитным щелоком, выше качества образцов, изготовленных из материала силикатных кирпичей, и сравнимо с качеством образцов, изготовленных из материала глиняных кирпичей. Сравнение качества экспериментальных образцов с показателями соответствующих стандартов показало, что качество экспериментальных образцов по своим параметрам удовлетворяет действующим стандартам на строительные кирпичи - силикатные и керамические (глиняные). Это говорит о том, что существует реальная возможность изготовления более дешевых керамических кирпичей без применения специфического природного глинистого сырья с одновременной утилизацией основного отхода тротилового производства.

Суммарное содержание сульфитных щелоков - отхода тротилового производства в составе сырьевой массы, используемой для изготовления образцов керамических изделий, по данному изобретению составляет около 40%, что значительно удешевляет весь процесс производства стройматериалов и позволяет полностью утилизировать текущие отходы производства тротила. Предлагаемый способ утилизации сульфитных щелоков значительно снижает себестоимость производимого тротила, потому что из процесса его производства исключается операция обезвреживания токсичных щелоков, которая заключается в их предварительном упаривании и последующем сжигании в пламени природного газа.

Подобный способ утилизации сульфитных щелоков впервые позволит перевести производство тротила в разряд безотходных, что существенно скажется на экологической обстановке в районах его производства.

Кроме того, за счет недорогих сырьевых и строительных материалов собственников строительного и тротилового производств возможно строительство более дешевого жилья и объектов соцкультбыта, что приведет к ярко выраженному социальному эффекту.

Ориентировочное количество полуторных керамических кирпичей, которые можно изготовить по предлагаемому способу, утилизируя сульфитные щелока, образующиеся в качестве отхода при получении 1000 кг тротила, составляет 1500-1800 шт. Тогда годовые отходы завода по производству тротила, например, средней производительностью 40 тыс. т/год могут быть использованы для получении керамических кирпичей в количестве около 60 млн. шт.

Реферат патента 2017 года СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА

Изобретение относится к способам изготовления керамических кирпичей без применения глинистого сырья. Технический результат заключается в утилизации отходов крупнотоннажного тротилового производства при изготовлении керамических кирпичей, расширении сырьевой базы производства кирпичей с одновременным сохранением качества получаемых изделий. Способ изготовления заключается в подготовке сырьевой массы, состоящей из речного песка с размером частиц не более 0,5 мм и влажностью не более 7%, предварительно обработанного в течение не менее 72 ч при температуре 40-50°С сульфитным щелоком, взятым в соотношении 4:6 к песку, после чего массу с помощью прессования формуют в кирпичи при удельном давлении не менее 40 МПа, которые затем высушивают до влажности не более 5% и обжигают в печи путем медленного подъема температуры до 1100°С в течение не менее 3 ч и последующей выдержке в течение не менее 45 мин при максимальной температуре, после чего кирпичи охлаждают в течение не менее 16 ч. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 611 127 C2

Способ изготовления керамических кирпичей, состоящий из подготовки сырьевой массы, формовании изделий, сушки и обжига, отличающийся тем, что в качестве сырьевой массы используют речной песок с размером частиц не более 0,5 мм и влажностью не более 7%, предварительно обработанный в течение не менее 72 часов при температуре 40-50°C сульфитным щелоком, отходом тротилового производства, взятом в соотношении 4:6 к песку, после чего подготовленную таким образом массу с помощью прессования формуют в кирпичи при удельном давлении не менее 40 МПа, которые затем высушивают до содержания влаги не более 5% и обжигают в печи путем медленного подъема температуры до 1100°C в течение не менее трех часов и последующей выдержке в течение не менее 45 мин при максимальной температуре, после чего кирпичи охлаждают в течение не менее 16 ч.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству искусственных керамических камней, и может быть использовано при изготовлении огнеупорного кирпича.

Известен способ получения керамического кирпича, описанный в патенте Российской Федерации №2222509 на изобретение «Способ получения кирпича» по классу С04В 33/00, заявленном 16.07.2002 года и опубликованном 27.01.2004 года.

Известный способ включает выдерживание глины, приготовление шихты перемешиванием глины, песка или шамота и древесных опилок, измельчение шихты, выдерживание шихты, приготовление формовочной массы, формование, резку бруса на заготовки, сушку и обжиг кирпича, при этом осуществляют выдерживание глины до 30 суток, а шихты - до 2 суток при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина 60-70, песок или шамот 25-35, древесные опилки 3-10, причем глину используют Аланьского и/или Байданкинского месторождения. Глина Аланьского месторождения имеет следующий состав, мас. %: SiO₂ 52,0-56,0; CaO₂ 3,4-3,8; MgO 5,1-5,4; Al₂O₃ 15,5-16,5; Fe₂O₃ 4,5-5,5; TiO₂ 0,5-0,6; Na₂O 0,010-0,015; K₂O 16,0-17,0; остальное песок и влага.

Недостатками этого способа получения кирпича являются длительность процессов подготовки сырья и шихты в производстве и низкая прочность получаемого кирпича.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения керамического кирпича, описанный в патенте Российской Федерации №2052417 на изобретение «Кирпич, керамический камень, способ их изготовления и шихта для их изготовления» по классу С04В 33/00, С04В 33/02, по заявке №94 94029298 с приоритетом 19.08.1994 года.

Недостатками указанного способа являются невысокая прочность и низкая морозостойкость получаемых этим способом изделий.

Задачей заявляемого изобретения является повышение прочности и морозостойкости изделий, получаемых заявляемым способом.

Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является повышение химической активности компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического кирпича.

Указанный результат достигается тем, что:

1. В способе получения керамического кирпича, включающем перемешивание глины, древесных опилок, отходов металлургического производства и отходов производства минераловатных плит с последующим измельчением, увлажнением шихты до формовочной влажности, пластичным ее формованием, резкой полученного бруса на заготовки, сушкой и обжигом заготовок при температуре 950-1000°С, согласно изобретению, для получения шихты используют огнеупорную глину, шлам доменного производства, низкоуглеродистый феррохромовый шлак, отсев горелой породы, жидкое стекло и воду, взятые в следующем соотношении, мас.%:

Огнеупорная глина 25-30 Шлам доменного производства 13-14 Низкоуглеродистый феррохромовый шлак 12-13 Отсев горелой породы 24-25 Жидкое стекло 7-8 Вода Остальное

Использование для получения шихты в производстве керамического кирпича огнеупорной глины, шлама доменного производства, низкоуглеродистого феррохромового шлака, отсева горелой породы, жидкого стекла и воды, взятых в следующем соотношении, мас.%:

Огнеупорная глина 25-30 Шлам доменного производства 13-14 Низкоуглеродистый феррохромовый шлак 12-13 Отсев горелой породы 24-25 Жидкое стекло 7-8 Вода Остальное,

позволяет повысить химическую активность компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического кирпича и тем самым повысить прочность и морозостойкость изделий, получаемых заявляемым способом.

Все используемые в реализации заявляемого способа компоненты являются доступными и широко применяются в производстве строительных материалов.

Заявляемый способ керамического кирпича обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:

1. для получения шихты используют огнеупорную глину, шлам доменного производства, низкоуглеродистый феррохромовый шлак, отсев горелой породы, жидкое стекло и воду, взятые в следующем соотношении, мас.%:

Заявителю не известен способ получения керамического кирпича, обладающий вышеуказанными отличительными существенными признаками, позволяющими явным образом достичь такого же технического результата, он не следует явным образом из изученного им уровня техники, поэтому заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ может найти широкое применение в области строительных материалов, в частности, в производстве искусственных керамических камней, и может быть использован при изготовлении огнеупорного кирпича, поэтому заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемый способ получения керамического кирпича представляет собой совокупность операций, позволяющих повысить химическую активность компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического кирпича, и заключается в перемешивании глины, древесных опилок, отходов металлургического производства и отходов производства минераловатных плит с последующим измельчением, увлажнением шихты до формовочной влажности, пластичным ее формованием, резкой полученного бруса на заготовки, сушкой и обжигом заготовок при температуре 950-1000°С, при этом для получения шихты используют огнеупорную глину, шлам доменного производства, низкоуглеродистый феррохромовый шлак, отсев горелой породы, жидкое стекло и воду, взятые в следующем соотношении, мас.%:

Изобретение реализуют с помощью технологической установки, схема которой приведена на чертеже.

Установка для получения керамического кирпича содержит бункер 1 отсева горелой породы, бункер 2 низкоуглеродистого феррохромового шлака, бункер 3 жидкого стекла, бункер 4 шлама доменного производства до магнитной сепарации, бункер 5 шлама доменного производства после магнитной сепарации, бункер 6 огнеупорной глины, бункер 7 отделенного железа, бисерную мельницу 8, магнитный сепаратор 9, валковую дробилку 10, узел 11 подготовки заготовок, сушилку 12, конденсатор 13, прокалочную печь 14, хранилище кирпича 15.

Заявляемый способ получения керамического кирпича осуществляют следующим образом.

Вначале для повышения активности отсев горелой породы подают из бункера 1 в бисерную мельницу 8, где его измельчают с добавлением низкоуглеродистого феррохромового шлака из бункера 2 и воды до размера частиц 50-60 мкм. При измельчении до меньшего размера частиц резко повышается расход энергии при незначительном росте качества продукции, а при измельчении до большего размера частиц значительно снижается скорость реакций. В составе отсева горелой породы γ-Al₂O₃ (глинозем) и Al₂O₃⋅SiO₂ (метакаолинит) являются активными соединениями (Гамалей Е.А., Горбунов С.П. «Пути утилизации горелых пород шахтных терриконов в производстве строительных материалов», Сборник статей научной конференции, г. Челябинск, 2014 г., Изд. Центр ЮУрГу). При измельчении смеси в течение 30 мин повышается ее температура до 130-140°С и протекают следующие реакции с образованием алюмината кальция:

По окончании реакций в бисерную мельницу 8 добавляют из бункера 3 жидкое стекло, которое взаимодействует с активным оксидом алюминия отсева горелой породы с образованием алюмосиликата натрия - высококачественного клея. В промышленных условиях жидкое стекло взаимодействует с оксидом алюминия при температуре 150°С в течение шести часов с получением алюмосиликата натрия, который смешивается с жидким стеклом в различных процентных соотношениях в зависимости от химического состава и условий обработки. Так, например, алюмосиликат натрия состава Na₂O/Al₂O₃=5,95 смешивается с 3-модульным жидким стеклом во всех объемных соотношениях. При отношении Na₂O/Al₂O₃=2,90 смешивание его происходит в соотношении 50/50. При отношении Na₂O/Al₂O₃=10/90 максимальная доля Al₂O₃ может быть не более 1,5%, при отношении 20/80 - 4,5%, а при отношении 50/50 - 6,5%.

Такой алюмосиликат натрия обладает высокой прочностью и жаростойкостью и применяется для изготовления огнеупорных материалов (жаростойких блоков, плит) высокой прочности (Сычев М. "Неорганические клеи", Л., "Химия", 1984 г., с. 93).

Учитывая это и высокую активность Al₂O₃ отсева горелой породы, жидкое стекло активно взаимодействует с ним в течение четырех часов с образованием алюмосиликата натрия приведенного ниже химического состава:

После окончания реакции полученную суспензию подают в валковую дробилку 10, в которую одновременно подают из бункера 6 огнеупорную глину и шлам доменного производства из бункера 4, предварительно отделив от него в магнитном сепараторе 9 железо и оксиды железа (FeO и частично Fe₂O₃), что повышает в шламе содержание алюмосиликатов и соединений марганца, после чего шлам доменного производства через бункер 5 поступает в валковую дробилку 10, а отделенное в магнитном сепараторе 9 железо и оксиды железа поступают в бункер 7.

Поступившее в валковую дробилку 10 сырье измельчают в ней до размера частиц 1 мм и шихту с формовочной влажностью 17-18% подают в узел 11 подготовки заготовок, где ее формуют в брус, режут струной на заготовки и отправляют в сушилку 12, где производят сушку заготовок при температуре 150-160°С горячими дымовыми продуктами с небольшим избытком кислорода, при этом в заготовках происходит вспенивание алюмосиликата натрия, выделение из него влаги в парообразном состоянии, что равномерно повышает пористость заготовок. (Мельник М.Т., Илюха Н.Г., Шаповалова Н.Н., "Огнеупорные цементы", Киев, "Высшая школа", 1984 г., с. 123). Выделяющуюся влагу через конденсатор 13, где она конденсируется, направляют обратно в валковую дробилку 10.

Одновременно с порообразованием в заготовках происходит окисление соединений марганца с образованием на поверхности заготовок покрытия шоколадного цвета:

Далее высушенные заготовки направляют в прокалочную печь 14, где их в течение двух суток прогревают при температуре 950-1000°С, при этом в заготовках происходит дополнительное вспенивание алюмосиликата натрия и выделение из него влаги в парообразном состоянии, происходит образование глиноземистого цемента и метакаолинита кальция, что повышает морозостойкость и прочность до 60 МПа получаемых изделий. После охлаждения полученные изделия отправляют в хранилище кирпича 15.

При реализации заявляемого способа выполняют описанным выше образом предварительную обработку отходов, используемых при производстве шихты для изготовления кирпича, которая повышает их активность, что позволяет получить более прочный и морозостойкий керамический кирпич.

Повышение качества получаемого по заявляемому способу керамического кирпича подтверждается результатами анализа двух образцов, один из которых был получен по заявляемому способу. Испытание было проведено по ГОСТу в лаборатории керамического производства ОАО «Коркинский керамический завод».

Опыт 1. Для обработки подали в бисерную мельницу 250 г отсева горелой породы и 130 г низкоуглеродистого феррохромового шлака, 150 мл воды, измельчили до размера частиц 50 мкм в течение 30 мин, при этом в смеси повышается температура до 140°С и протекают реакции с образованием алюмината кальция. После окончания реакций в бисерную мельницу добавили 80 г жидкого стекла, которое взаимодействует с активным оксидом алюминия отсева горелой породы с образованием алюмосиликата натрия. По окончании реакции полученные 610 г суспензии подали в лабораторную дробилку, в которую также одновременно подали 250 г огнеупорной глины и 115 г шлама доменного производства, предварительно отделив от него путем магнитной сепарации 25 г смеси железа и оксидов железа, что повысило в шламе содержание алюмосиликатов и соединений марганца. Затем смесь, содержащую указанные отходы, измельчили в дробилке до размера частиц 1 мм, и с влажностью 17% сформовали в брус, разрезали струной на кубики и подали в сушилку, где сушили их при температуре 160°С, после чего кубики поместили в муфельную печь, в которой их в течение суток прогревали при температуре 1000°С. После охлаждения провели испытание кубиков на прочность и морозостойкость по существующей методике. Результаты испытания приведены в таблице.

Опыт 2. Для обработки подали в бисерную мельницу 240 г отсева горелой породы и 120 г шлака конверторного производства, 140 мл воды, измельчили до размера частиц 60 мкм в течение 30 мин, при этом в смеси одновременно повышается температура до 130°С и протекают реакции с образованием алюмината кальция. После окончания реакций в бисерную мельницу добавили 70 г жидкого стекла, которое взаимодействует с активным оксидом алюминия отсева горелой породы с образованием алюмосиликата натрия. По окончании реакции полученные 570 г суспензии подали в лабораторную дробилку, в которую также одновременно подали 300 г огнеупорной глины и 110 г шлама доменного производства, предварительно отделив от него путем магнитной сепарации 20 г смеси железа и оксидов железа, что повысило в шламе содержание алюмосиликатов и соединений марганца. Затем смесь, содержащую указанные отходы, измельчили в дробилке до размера частиц 1 мм, и с влажностью 18% сформовали в брус, разрезали струной на кубики и подали в сушилку, где сушили их при температуре 150°С, после чего кубики поместили в муфельную печь, в которой их в течение суток прогревали при температуре 950°С. После охлаждения провели испытание кубиков на прочность и морозостойкость по существующей методике. Результаты испытания приведены в таблице, где также приведены показатели образцов керамического кирпича по ГОСТу.

Заявляемый способ получения керамического кирпича по сравнению с прототипом позволяет повысить прочность и морозостойкость изготавливаемых с помощью этого способа изделий за счет повышения химической активности компонентов, используемых при получении шихты для изготовления керамического кирпича.

Иллюстрации к изобретению RU 2 742 166 C1

Реферат патента 2021 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА

Изобретение относится к производству искусственных керамических камней и может быть использовано при изготовлении огнеупорного кирпича. Технический результат заключается в повышении прочности и морозостойкости изделий. Способ заключается в перемешивании огнеупорной глины, шлама доменного производства, низкоуглеродистого феррохромового шлака, отсева горелой породы, жидкого стекла и воды с последующим измельчением, увлажнением шихты до формовочной влажности, пластичным ее формованием, резкой полученного бруса на заготовки, сушкой и обжигом заготовок при температуре 950-1000°С, при следующем соотношении, мас.%: огнеупорная глина - 25-30, шлам доменного производства - 13-14, низкоуглеродистый феррохромовый шлак - 12-13, отсев горелой породы - 24-25, жидкое стекло - 7-8, вода - остальное.1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 742 166 C1

1. Способ получения керамического кирпича, включающий перемешивание глины и отходов металлургического производства с последующим измельчением, увлажнением шихты до формовочной влажности, пластичным ее формованием, резкой полученного бруса на заготовки, сушкой и обжигом заготовок при температуре 950-1000°С, отличающийся тем, что для получения шихты используют огнеупорную глину, шлам доменного производства, низкоуглеродистый феррохромовый шлак, отсев горелой породы, жидкое стекло и воду, взятые в следующем соотношении, мас.%:

Читайте также: