RU2371417C2 - Ceramic mixture - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to compositions of ceramic mixtures for making wall structures, mainly brick, and can be used in the industry of construction materials. The ceramic mixture for making bricks contains acidic loam, expanded-clay, residue from filters for removing iron from fresh water, containing the following in wt %: Fe(OH)₃ - 44 to 50 in terms of Fe₂O₃, organic impurities (plant residue) - 10, mineral component: CaCO₃, MgCO₃, CaSO₄ - the rest, in the following ratio of components in wt %: loam - 60 to 85; expanded-clay - 15 to 40; residue from filters for removing iron from fresh water, over 100% - 0.05 to 1.3. The said ratio of components of the ceramic mixture provides for obtaining Al₂O₃ content from 13.4 to 14.5 wt % and Fe₂O₃ - 6.8 to 7.6 in calcinated substance.

EFFECT: increased strength-to-weight ratio and prevention of overall contraction.

2 tbl

Description

Изобретения относится к составам керамических масс для производства кирпича (камней) и может быть использовано в производстве строительных материалов и изделий.The invention relates to compositions of ceramic materials for the production of bricks (stones) and can be used in the manufacture of building materials and products.

Известен состав керамической массы для производства кирпича (камней), в том числе и лицевого, путем смешения суглинок с другим видом глинистого сырья, которое в соответствии с требованиями ОСТ 21-78-88 является нетрадиционным в индивидуальном виде для кирпича, но вполне приемлемым сырьем в качестве корректирующей добавки, повышающей прочность и другие свойства стеновой керамики, приведенные в (см. Патент РФ №2270178, МПК С04В 33/00, опубликовано 20.02.2006 г, Бюл. №5).The known composition of the ceramic mass for the production of bricks (stones), including facial, by mixing loam with another type of clay raw material, which, in accordance with the requirements of OST 21-78-88, is unconventional in an individual form for brick, but quite acceptable raw material in as a corrective additive that increases the strength and other properties of wall ceramics given in (see RF Patent No. 2270178, IPC С04В 33/00, published February 20, 2006, Bull. No. 5).

Получение керамической массы заключается в дозировании и смешивании суглинок с некондиционным для керамического кирпича глинистым, например, пиритизированным сырьем с предварительной термормообработкой до полного выжигания органических примесей, а также перевода пирита в оксид железа (Fe₂O₃), с последующим смешением с мелкодисперсными добавками, выполняющими роль отощителей, плавней.The preparation of the ceramic mass consists in dosing and mixing loam with clay clay substandard for ceramic bricks, for example, pyritized raw materials with preliminary heat treatment to completely burn out organic impurities, as well as transfer pyrite to iron oxide (Fe ₂ O ₃ ), followed by mixing with finely divided additives, performing the role of otoshchiteli, smoothly.

Известная керамическая масса имеет следующие достоинства:Known ceramic mass has the following advantages:

1. Утилизируется некондиционное для стеновой керамики (камней, кирпича) сырье;1. Utilized raw materials for wall ceramics (stones, bricks);

2. Глинистое сырье, отвечает требованиям ОСТ 21-78-88, причем обогащенное (в сравнении с суглинком) оксидом глинозема и оксидом железа (плавнем), выполняющих существенную роль в формовании структуры керамического кирпича, что в конечном счете положительно отражается на повышении его прочности, морозостойкости;2. Clay raw materials meet the requirements of OST 21-78-88, and enriched (in comparison with loam) with alumina oxide and iron oxide (smooth), which play a significant role in the formation of the structure of ceramic bricks, which ultimately has a positive effect on increasing its strength frost resistance;

3. Достигается повышение архитектурной выразительности кирпича;3. An increase in the architectural expressiveness of the brick is achieved;

4. Повышается прочность и трещиностойкость кирпича-сырца при сушке.4. Increases the strength and crack resistance of raw brick during drying.

Наряду с указанными достоинствами имеются и недостатки, конкретно:Along with these advantages, there are also disadvantages, specifically:

1. Теплоэнергоемкий процесс предварительной обработки пиритизированного глинистого сырья и золы ТЭС;1. The heat-energy-intensive process of pre-treatment of pyritized clay raw materials and ash TPP;

2. Сравнительно низкая прочность при сжатии 20-27,5 МПа, что не обеспечивает марку кирпича выше Ml25 для лицевого кирпича с высокой пустотностью, например 42%;2. Relatively low compressive strength of 20-27.5 MPa, which does not provide a brick grade higher than Ml25 for facing bricks with high voidness, for example 42%;

3. Сравнительно низкий коэффициент конструктивного качества полнотелого кирпича, так как пиритизированные глины способствуют увеличению средней плотности кирпича, которая составляет 1920 кг/м³ и выше.3. A relatively low coefficient of structural quality of full-bodied bricks, since pyritized clays contribute to an increase in the average density of bricks, which is 1920 kg / m ³ and higher.

Известен состав керамической массы, приведенный в статье А.И.Ефимов «Применение железосодержащих отходов в производстве керамического кирпича». М.; ВНИИЭСМ, экспресс - информация, серия №4, Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей, выпуск 3, 1987. (См. состав №2, стр.2, табл.1.)The composition of the ceramic mass known in the article by A.I. Efimov “Application of iron-containing waste in the production of ceramic bricks” is known. M .; VNIIESM, express information, series No. 4, Industry of ceramic wall materials and porous aggregates, issue 3, 1987. (See composition No. 2, page 2, table 1.)

Известный состав имеет следующие достоинства:Known composition has the following advantages:

1. Утилизируется шлам железосодержащий и древесные опилки;1. Iron-containing sludge and sawdust are utilized;

2. Железосодержащий шлам не требует дополнительного измельчения;2. Iron-containing sludge does not require additional grinding;

3. Сравнительно низкая плотность кирпича.3. Relatively low brick density.

Наряду с указанными достоинствами имеются и недостатки, конкретно:Along with these advantages, there are also disadvantages, specifically:

1. Недостаточно высокая прочность кирпича, 15-17,5 МПа, что лимитирует выпуск лицевого кирпича с маркой М125 и выше, особенного пустотного;1. The insufficiently high strength of the brick, 15-17.5 MPa, which limits the production of face bricks with the brand M125 and above, especially hollow;

2. Низкий архитектурный вид, например выцветы, пятна зауглероживания, что лимитирует выпуск лицевого кирпича. Выцветы образуются вследствие содержания в железосодержащем шламе растворимых солей, щелочных и щелочно-земельных металлов, а темные пятна - за счет сгорания опилок;2. Low architectural appearance, for example, fading, carbonization spots, which limits the production of facing bricks. Fading is formed due to the content of soluble salts, alkaline and alkaline-earth metals in the iron-containing sludge, and dark spots due to the combustion of sawdust;

3. Низкий коэффициент конструктивного качества.3. Low coefficient of structural quality.

Наиболее близкий состав керамической массы по техническому решению и качественному составу приведен в Патенте РФ №2300507 С1, МПК С04В 33/132, опуб. 10.06.2007, Бюл. №16 и, включающий компоненты, при следующим их соотношении: The closest composition of the ceramic mass according to the technical solution and qualitative composition is given in the RF Patent No. 2300507 C1, IPC S04V 33/132, publ. 06/10/2007, Bull. No. 16 and including components, with the following ratio:

  об.%about.% мас.%wt.% - суглинок- loam 64-6664-66 67-6967-69 - органо-минеральная выгорающая добавка (скоп)- organo-mineral burnable additive (osprey) 6-96-9 1,6-1,81.6-1.8 - железосодержащий отход - мелкодисперсный- iron-containing waste - fine     осадок из циклонов от очистки поверхностиsediment from cyclones from surface cleaning     стальных деталей и конструкций дробеструйнымsteel parts and structures shot blasting     аппаратомapparatus 7-137-13 8,2-128.2-12 керамзитовая вспучивающаяся глинаexpanded clay expanded clay 15-2015-20 17,4-2317,4-23

В известный состав согласно расчета введено по химическому составу обожженная керамика оксидов Al₂O₃ 11,65-13,186 мас.% и Fe₂O₃ 8,045-9,11 мас.%.According to the calculation, the calcined ceramic of the oxides Al ₂ O ₃ 11.65-13.186 wt.% And Fe ₂ O ₃ 8.045-9.11 wt.% Is included in the known composition according to the calculation.

Известный состав имеет следующие достоинства:Known composition has the following advantages:

1. Повышается прочность кирпича.1. Increases the strength of the brick.

2. Повышается архитектурный вид.2. The architectural look rises.

3. Уменьшается степень общей усадки за счет небольшой степени расширения смешенного глинистого сырья в процессе обжига, то есть исключается огневая усадка.3. The degree of general shrinkage is reduced due to the small degree of expansion of mixed clay raw materials during the firing process, that is, fire shrinkage is excluded.

Наряду с указанными достоинствами имеются и недостатки, конкретно:Along with these advantages, there are also disadvantages, specifically:

1. Низкий коэффициент конструктивного качества за счет недостаточной прочности при сжатии и сравнительно высокой средней плотности полнотелого кирпича, обожженного при максимальной температуре 1000°С. Последнему отрицательному свойству способствует железосодержащий отход - осадок из циклонов от очистки поверхности стальных деталей и конструкций дробеструйным аппаратом, а также недостаточное количество введенного оксида Al₂O₃ (11,65-13,186 мас.%).1. Low coefficient of structural quality due to insufficient compressive strength and relatively high average density of solid brick, fired at a maximum temperature of 1000 ° C. The last negative property is promoted by iron-containing waste - precipitate from cyclones from cleaning the surface of steel parts and structures with a shot blasting machine, as well as an insufficient amount of introduced Al ₂ O ₃ oxide (11.65-13.186 wt.%).

2. Усложняется процесс пластического формования дырчатого кирпича, вследствие прилипания к кернам пресса целлюлозоволокнистых частиц скопа, а также быстрого износа поверхности кернов за счет трения с весьма твердыми стальными частицами, содержащимися в составе формуемой массы, введенных железосодержащим отходом.2. The process of plastic formation of hole bricks is complicated, due to sticking of osprey cellulose-fiber particles to the press cores, as well as quick wear of the core surface due to friction with very hard steel particles contained in the moldable mass introduced by iron-containing waste.

3. Недостаточно снижена общая усадка за счет расширения сухого кирпича при обжиге, так как веденный железосодержащий компонент (ЖСД) способствует увеличению прочности армированием керамики, но мало влияет на степень вспучивания.3. The overall shrinkage is not sufficiently reduced due to the expansion of dry brick during firing, since the introduced iron-containing component (ZhSD) contributes to an increase in the strength of ceramic reinforcement, but has little effect on the degree of expansion.

Задача изобретения - увеличить коэффициент конструктивного качества исключением общей усадки за счет расширения при обжиге в пределах допуска размеров готовых изделий, без снижения архитектурного вида.The objective of the invention is to increase the coefficient of structural quality by eliminating general shrinkage due to expansion during firing within the tolerance of the size of finished products, without reducing the architectural appearance.

Для реализации задачи в керамической массе для производства кирпичей, включающей кислый суглинок, вспучивающуюся керамзитовую глину, мелкодисперсные железо- и органоминеральные отходы, в качестве мелкодисперсных железо- и органоминеральных отходов используют осадок с фильтров от обезжелезования пресной воды, содержащий, мас.%: Fe(ОН)₃ - 44-50 в пересчете наTo accomplish the task in a ceramic mass for the production of bricks, including acidic loam, expanded clay clay, finely dispersed iron and organomineral wastes, precipitate from filters from deferrization of fresh water containing, wt.%: Fe (finely dispersed) is used as finely dispersed iron and organomineral wastes. OH) ₃ - 44-50 in terms of

Fe₂O₃, органические примеси (остатки растений) - 10, минеральная составляющая: СаСО₃, MgCO₃, CaSO₄ - остальное, причем дозирование всех компонентов осуществляют из расчета получения в этой смеси содержания Al₂O₃ в пределах 13,4-14,4 мас.% и Fe₂O₃ - 6,8-7,6 мас.% на прокаленное вещество, а осадок с фильтров от обезжелезования пресной воды вводят сверх 100% глиносмеси из расчета на прокаленное вещество недостающего количества Fe2O₃ в указанном пределе, при следующем соотношении компонентов, мас.%:Fe ₂ O ₃ , organic impurities (plant residues) - 10, mineral component: CaCO ₃ , MgCO ₃ , CaSO ₄ - the rest, and dosing of all components is carried out on the basis of obtaining in this mixture the content of Al ₂ O ₃ within 13.4- 14.4 wt.% And Fe ₂ O ₃ - 6.8-7.6 wt.% For the calcined substance, and the filter cake from the deferrization of fresh water is introduced in excess of 100% clay mixture based on the calcined substance of the missing amount of Fe2O ₃ in the specified the limit, in the following ratio of components, wt.%:

суглинок - 60-82;loam - 60-82;

керамзитовая вспучивающаяся глина - 18-40;expanded clay expanded clay - 18-40;

осадок с фильтров от обезжелезованияsediment from deferrization filters

пресной воды, сверх 100% - 0,1-1,2.fresh water, in excess of 100% - 0.1-1.2.

Характеристика компонентов, принятых в опытах реализации составаCharacterization of the components adopted in the experiments on the implementation of the composition

1. Суглинок. В опытах принято пять средних проб суглинок из различных месторождений областей центрального региона России: Тульской области (из двух месторождений), Орловской, Калужской и Смоленской. Все суглинки отвечают требованиям ГОСТ 9169-75 по своим технологическим параметрам. Являются легкоплавкими и кислым суглинистым сырьем, имеющим прочность при сжатии 11,9-17 МПа при температуре 950°С. Все суглинки являются неспекающимся и умереннопластичным легкоплавким сырьем. По содержанию сернистых, сульфатных примесей отвечают требованиям ОСТ 21-78-88. По величине прочности черепка относится к низкопрочным видам глинистого сырья. В таблице 1 приведен химический состав суглинок, принятых в экспериментальных опытах реализации предлагаемого способа.1. Loam. In the experiments, five average loam samples were taken from various deposits in the regions of the central region of Russia: the Tula region (from two deposits), the Oryol, Kaluga and Smolensk regions. All loams meet the requirements of GOST 9169-75 in terms of their technological parameters. They are fusible and acidic loamy raw materials having a compressive strength of 11.9-17 MPa at a temperature of 950 ° C. All loams are non-sintering and moderately soft fusible raw materials. The content of sulfur, sulfate impurities meet the requirements of OST 21-78-88. In terms of strength, the crock belongs to low-strength types of clay raw materials. Table 1 shows the chemical composition of the loam, adopted in experimental experiments implementing the proposed method.

Таблица 1Table 1 Химический состав суглинок, принятых в экспериментахThe chemical composition of loams taken in experiments № п/пNo. p / p Месторождение кислых суглинок и соответствующей областиDeposit of acidic loam and related area Содержание оксидов, мас.%The content of oxides, wt.% R_сж при t_max = 950°CR _cr at t _max = 950 ° C SiO₂ SiO ₂ Al₂O₃ Al ₂ O ₃ TiO₂ TiO ₂ Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ CaO+MgOCaO + MgO K₂O+Na₂OK ₂ O + Na ₂ O SO₃ SO ₃ п.п.п.p.p.p. 1one Новомосковские (Тульская обл.)Novomoskovsk (Tula region) 72,2872.28 11,6411.64 0,20.2 4,04.0 4,394.39 3,283.28 следыtraces 4,214.21 1717 22 Осиногорские (Тульская обл.)Osinogorsk (Tula region) 73,3673.36 11,7911.79 0,20.2 4,394.39 2,42,4 3,143.14 следыtraces 4,824.82 12,812.8 33 Сафоновское (Смоленская обл.)Safonovskoe (Smolensk region) 75,275,2 11,5511.55 -- 3,93.9 3,23.2 3,43.4 следыtraces 2,752.75 14,214.2 4four Здоровецкое (Орловская обл.)Zdorovetskoe (Oryol region) 75,5675.56 9,69.6 0,90.9 3,543,54 3,953.95 -- следыtraces 4,824.82 11,911.9 55 Воротынское I (Калужская обл.)Vorotynskoe I (Kaluga Region) 73,0273.02 11,911.9 7,097.09 4,394.39 2,862.86 2,592.59 следыtraces 4,224.22 13.6513.65

Из таблицы 1 видно, что для опытов приняты суглинки, содержащие, мас.%:From table 1 it is seen that for the experiments accepted loams containing, wt.%:

SiO₂ SiO ₂ в пределах 72,28-75,56between 72.28-75.56 Al₂O₃ Al ₂ O ₃ в пределах 9,6-11,9between 9.6-11.9 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ в пределах 3,54-4,39within the range of 3.54-4.39 CaO+MgOCaO + MgO в пределах 2,86-4,39in the range of 2.86-4.39 K₂O+Na₂OK ₂ O + Na ₂ O в пределах 2,59-3,28within 2.59-3.28 п.п.пpp в пределах 2,75-4,82in the range of 2.75-4.82

и с пределом прочности при сжатии обожженных при температуре 950°С 11,9-17 МПа.and with a compressive strength calcined at a temperature of 950 ° C 11.9-17 MPa.

2. Железосодержащий отход (ЖСОД) - это осадок с фильтров обезжелезования пресной подземной воды. Цвет - светло-желтый. Размер частиц - 0-0,315 мм. Насыпная плотность в сухом состоянии ρ=550 кг/м³. Химический состав, мас.%: Fe(ОН)₃ - 44-50 в пересчете на Fe₂O₃, органические примеси 10 - остатки растений, остальное - минеральная составляющая: CaCO₃, MgCO₃, CaSO₄.2. Iron-containing waste (ZhSOD) - this is the sediment from the deferrization filters of fresh underground water. Color is light yellow. The particle size is 0-0.315 mm. Dry bulk density ρ = 550 kg / m ³ . Chemical composition, wt.%: Fe (OH) ₃ - 44-50 in terms of Fe ₂ O ₃ , organic impurities 10 - plant residues, the rest is the mineral component: CaCO ₃ , MgCO ₃ , CaSO ₄ .

3. Керамзитовые вспучивающие глины.3. Expanded clay expanded clay.

3.1. Керамзитовая глина Берниковского месторождения Тульской области (КГ-1). Это высокодисперсная глина. Глина является среднепластичной, число пластичности составляет 17,8-25,7.3.1. Expanded clay of the Bernikovsky deposit of the Tula region (KG-1). This is a highly dispersed clay. Clay is medium plastic, the number of plasticity is 17.8-25.7.

Химический состав глины: содержит, мас.%: SiO₂ 40,9-62,28, Fe₂O₃ 10,18-25,7; Al₂O₃ 12,9-24,53; CaO 0,88-4,0; MgO 0,36-3,35; TiO₂ 0,62-1,02; п.п.п.1,31-11,97.The chemical composition of clay: contains, wt.%: SiO ₂ 40.9-62.28, Fe ₂ O ₃ 10.18-25.7; Al ₂ O ₃ 12.9-24.53; CaO 0.88-4.0; MgO 0.36-3.35; TiO ₂ 0.62-1.02; p.p.p. 1.31 - 11.97.

По огнеупорности глина относится к легкоплавкой t_огн. менее 1350°С. Коэффициент вспучивания изменяется от 2,5 до 5,0. Температура начала вспучивания 950-1000°С. Водопоглощение от 3% до 7%. Предел прочности при сжатии 36-40 МПа.In terms of refractoriness, clay refers to fusible t _fire. less than 1350 ° C. The expansion coefficient varies from 2.5 to 5.0. The temperature of the start of expansion is 950-1000 ° C. Water absorption from 3% to 7%. The compressive strength is 36–40 MPa.

В эксперименте принята керамзитовая глина, содержащая, мас.%: SiO₂ 51,59;In the experiment adopted expanded clay clay, containing, wt.%: SiO ₂ 51.59;

Al₂O₃ 18,72; TiO₂ 0,82; Fe₂O₃ 17,94; CaO+MgO 4,3; п.п.п.6,63.Al ₂ O ₃ 18.72; TiO ₂ 0.82; Fe ₂ O ₃ 17.94; CaO + MgO 4.3; pp 6.63.

3.2. Керамзитовая глина Пореченского месторождения Тульской области (КГ-2) является полукислым и легкоплавким сырьем с температурой начала вспучивания 950-1000°С. По пластичности глина относится как к средне - так и к высокопластичному сырью с числом пластичности 19-36. В эксперименте принята среднепластичная керамзитовая глина с числом пластичности 22.3.2. Expanded clay of the Porechensky deposit of the Tula region (KG-2) is a semi-acidic and fusible raw material with a swelling start temperature of 950-1000 ° С. In terms of plasticity, clay refers to both medium and highly plastic raw materials with a plasticity number of 19-36. The experiment adopted medium plastic claydite clay with a plasticity number of 22.

Химический состав глины: содержит, мас.%: SiO₂ 52,7%, Fe₂O₃ 10,4%; Al₂O₃ 18,4; CaO+MgO 4,5; TiO₂ 0,75; К₂О+Na₂O 2,4; SiO₃ - следы, п.п.п.10,85.The chemical composition of clay: contains, wt.%: SiO ₂ 52.7%, Fe ₂ O ₃ 10.4%; Al ₂ O ₃ 18.4; CaO + MgO 4.5; TiO ₂ 0.75; K ₂ O + Na ₂ O 2,4; SiO ₃ - traces, pp 10.85.

КГ-3 - керамзитовая смешанная из с 50% КГ-1 и 50% КГ-2. Химический состав мас.%: SiO₂ 52,15%; Al₂O₃ 18,56; TiO₂ 0,785; Fe₂O₃ 14,17%; CaO+MgO 4,4; K₂O+Na₂O 1,2; п.п.п.8,745.KG-3 - expanded clay mixed from with 50% KG-1 and 50% KG-2. Chemical composition wt.%: SiO ₂ 52.15%; Al ₂ O ₃ 18.56; TiO ₂ 0.785; Fe ₂ O ₃ 14.17%; CaO + MgO 4.4; K ₂ O + Na ₂ O 1,2; pp 8.745.

Реализация способа приготовления керамической массы.The implementation of the method of preparation of ceramic mass.

Опыт №1. Первоначально приготовили смесь из сухих порошков кислых суглинок Новомосковского месторождения (НС), керамзитовой глины Берниковского месторождения (КГ-1), содержащей повышенное количество Fe₂O₃ 17,94 мас.%. В сухую смесь ввели отдозированные компоненты соответственно суглинок 85 мас.% (1360 г.) и 15 мас.% (240 г.) керамзитовой глины (КГ-1). Итог составил 1600 г.Experience No. 1. Initially, a mixture was prepared from dry powders of acidic loam of the Novomoskovsk deposit (HC), expanded clay clay of the Bernikovsky deposit (KG-1) containing an increased amount of Fe ₂ O _{3 of} 17.94 wt.%. Dosed components were introduced into the dry mixture, respectively, loam 85 wt.% (1360 g) and 15 wt.% (240 g) expanded clay (KG-1). The result was 1600 g.

В данном составе сухой глиносмеси методом расчета определили содержание Al₂O₃ на прокаленное вещество, которое составило 13,08 мас.%, а количество Fe₂O₃ 6,22 мас.% (см. табл.2, смесь №1). В состав смеси (дополнительно) ввели железосодержащий осадок с фильтров от обезжелезования воды 0,05% на прокаленное вещество, то есть Fe₂O₃, причем сверх 100% указанной глиносмеси. При этом в общей смеси содержание Al₂O₃ несколько уменьшилось до 13,01 мас.%, а содержание Fe₂O₃ увеличилось на 0,05 мас.% и составило 6,27 мас.% (см. табл.2, смесь №1).In this composition of dry alumina, the Al ₂ O ₃ content for the calcined substance was determined by calculation, which amounted to 13.08 wt.%, And the amount of Fe ₂ O _{3 was} 6.22 wt.% (See table 2, mixture No. 1). An iron-containing precipitate from the filters from water deferrization of 0.05% per calcined substance, that is, Fe ₂ O ₃ , in addition to 100% of the specified alumina mixture, was introduced into the mixture. Moreover, in the total mixture, the Al ₂ O ₃ content slightly decreased to 13.01 wt.%, And the Fe ₂ O ₃ content increased by 0.05 wt.% And amounted to 6.27 wt.% (See table 2, the mixture No. 1).

Смесь сухих порошков в количестве 1601,2 г (с учетом добавки) увлажнили до формовочной влажности, формовали образцы вручную размером 50×50×50 мм, с последующее естественной сушкой при комнатной температуре и обжигом в муфельной печи при максимальной температуре 950°С и выдержкой 1 час.A mixture of dry powders in an amount of 1601.2 g (taking into account the additive) was moistened to molding moisture, manually molded samples 50 × 50 × 50 mm in size, followed by natural drying at room temperature and fired in a muffle furnace at a maximum temperature of 950 ° C and holding 1 hour.

После обжига образцы испытывали на показание общей усадки, средней плотности и прочности. Так как образцы керамики опыта №1 имели общую усадку 5,1%, что не соответствует поставленной задачи, а прочность при сжатии меньше прочности прототипа (30,5 МПа), данный опыт №1 отнесен к запредельному.After firing, the samples were tested for indications of general shrinkage, average density and strength. Since ceramic samples of experiment No. 1 had a total shrinkage of 5.1%, which does not correspond to the task, and the compressive strength is less than the strength of the prototype (30.5 MPa), this experiment No. 1 is assigned to the beyond.

Опыты №2, 3, 4 осуществлены аналогично опыту №1, с тем лишь отличием, что в каждом последующем опыте увеличивали добавку - осадок с фильтра от обезжелезования пресной воды и количество керамзитовой глины КГ-1, содержащей 17,94 Fe₂O₃ мас.%.Experiments No. 2, 3, 4 were carried out similarly to experiment No. 1, with the only difference being that in each subsequent experiment, the additive was increased — the filter cake from the deferrization of fresh water and the amount of clay clay KG-1 containing 17.94 Fe ₂ O ₃ wt .%.

Опыт №5 осуществлен аналогично опыту №1, но с большим количеством добавки - осадка с фильтра от обезжелезования пресной воды, а также применена смешанная керамзитовая глина из 50% КГ-1 и 50% КГ-2, содержащая 14,17 Fe₂O₃ мас.%.Experiment No. 5 was carried out similarly to experiment No. 1, but with a large amount of additive - filter cake from deferrization of fresh water, and also mixed claydite clay was used from 50% KG-1 and 50% KG-2 containing 14.17 Fe ₂ O ₃ wt.%.

Опыты №6, 7, 8, 9 осуществлены аналогично предыдущим, но с керамзитовой глиной КГ-2, содержащей 10,4 Fe₂O₃ мас.% и с большим количеством добавки - осадка с фильтра от обезжелезования пресной воды. Опыт №9 является запредельным, так как прочность практически не выше, чем в способе прототипа.Experiments No. 6, 7, 8, 9 were carried out similarly to the previous ones, but with expanded clay clay KG-2 containing 10.4 Fe ₂ O ₃ wt.% And with a large amount of additives - filter cake from the de-ironing of fresh water. Experience No. 9 is transcendent, since the strength is practically not higher than in the prototype method.

Опыт №10, 11. Приготовления керамической массы по способу прототипа осуществлены традиционным способом, то есть все компоненты смеси дозируются и смешиваются в определенном соотношении (см. табл.2, смесь №10, 11). В способе прототипа имеются принципиальные отличия от предлагаемого, конкретно:Experience No. 10, 11. The preparation of the ceramic mass by the prototype method was carried out in the traditional way, that is, all components of the mixture are dosed and mixed in a certain ratio (see table 2, mixture No. 10, 11). In the prototype method, there are fundamental differences from the proposed, specifically:

1. Отсутствует этап теоретического расчета по определению количества оксидов глинозема и Fe₂O₃ без и с добавкой (ЖСД), весьма влияющих (особенно Fe₂O₃) на процесс расширения керамзитовой глины при обжиге и общую усадку (см. Роговой М.И. Технология искусственных заполнителей и керамики: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1974, с.82-84);1. There is no stage of theoretical calculation to determine the amount of alumina and Fe ₂ O ₃ oxides without and with an additive (ZhSD), which have a very strong influence (especially Fe ₂ O ₃ ) on the expansion of expanded clay during firing and general shrinkage (see Rogova M.I. . Technology of artificial aggregates and ceramics: Textbook for high schools. - M .: Stroyizdat, 1974, p. 82-84);

2. В способе прототипа за оптимальный состав массы принят состав, соответствующий максимальной прочности с несколько сниженной общей усадкой. В предлагаемом же способе за оптимальный состав приготовляемой массы принят состав с нулевой общей усадкой и с предусмотрением достижения более высокой, по сравнению со способом прототипа, прочности с одновременным снижением и средней плотности, что способствует увеличению коэффициента конструктивного качества (к.к.к.).2. In the prototype method, the composition corresponding to the maximum strength with a slightly reduced overall shrinkage is adopted for the optimal mass composition. In the proposed method, the composition with zero general shrinkage and with the provision of achieving higher strength compared to the prototype method with a simultaneous decrease and average density is adopted for the optimal composition of the mass being prepared, which contributes to an increase in the coefficient of structural quality (c.c.) .

Таблица 2table 2 Результаты испытаний оптимальных состав масс, приготовленных известным и предлагаемым способамиThe test results of the optimal composition of the masses prepared by known and proposed methods № п/пNo. p / p Оптимальный состав масс, приготовленных предлагаемым способом, мас.%The optimal composition of the masses prepared by the proposed method, wt.% Количество введенных оксидов, мас.%The number of introduced oxides, wt.% Свойства образцов керамики из оптимальных массProperties of ceramics from optimal masses Прочность при сжатии R_сж, МПаCompressive strength R _SJ, MPa Средняя плотность ρ, кг/м³ The average density ρ, kg / m ³ к.к.к. K=R_сж/ρc.k.k. K = R _cr / ρ Общая усадка, %General shrinkage,% Наличие высосоловThe presence of salting Al₂O₃ Al ₂ O ₃ Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 1one НС-85NS-85

30,530.5 18401840 0,01660.0166 5,15.1 нетno (КГ-1)-15(KG-1) -15 ЖСОД-0,05>100%ZhSOD-0,05> 100% 22 ОГС-82OGS-82

38,538.5 18451845 0,020.02 00 нетno (КГ-1)-18(KG-1) -18 ЖСОД-0,1ZhSOD-0,1 33 НС-80NS-80

41,4141.41 18551855 0,0220,022 0(+1,2)0 (+1.2) нетno (КГ-1)-20(KG-1) -20 ЖСОД-0,3ZhSOD-0.3 4four САС-75,3SAS-75.3

39,139.1 18601860 0,0210,021 0(+2,5)0 (+2.5) нетno (КГ-1)-24,7(KG-1) -24.7 ЖСОД-0,5ZhSOD-0.5 55 ОГС-79,1OGS-79.1

40,240,2 18501850 0,0220,022 0(+1,8)0 (+1.8) нетno (КГ-3)-20,9(KG-3) -20.9 ЖСОД-0,57ZhSOD-0.57 66 ОГС-66OGS-66

4343 19001900 0,0230,023 0(+1,8)0 (+1.8) НетNo (КГ-2)-34(KG-2) -34 ЖСОД-1ZhSOD-1 77 ВРС-70VRS-70

42,842.8 18951895 0,02250.0225 0(+1,2)0 (+1.2) НетNo (КГ-2)-30(KG-2) -30 ЖСОД-1,1ZhSOD-1,1 88 ЗДС-60ZDS-60

32,532,5 18901890 0,01720.0172 0(+2,0)0 (+2.0) нетno (КГ-2)-40(KG-2) -40 ЖСОД-1,2ZhSOD-1,2 99 ЗДС-67ZDS-67

31,831.8 18851885 0,01680.0168 0(+6)0 (+6) нетno (КГ-2)-33(KG-2) -33 ЖСОД-1,3ZhSOD-1,3 1010 ПрототипPrototype 11,6511.65 8,0458,045 20,720.7 19201920 0,0110.011 8,08.0 нетno ОГС-67OGS-67 Скоп-1,8Skop-1.8 ЖСД-8,2JSD-8.2 (КГ-1)-23,0(KG-1) -23.0 11eleven ПрототипPrototype 13,18613,186 9,119.11 31,531.5 19211921 0,0160.016 8,58.5 нетno ОГС-69OGS-69 Скоп-1,6Scop 1.6 ЖСД-12,4JSD-12.4 (КГ-1)-17,0(KG-1) -17.0

Примечание: 1. ЖСОД вводят сверх 100% глиносмеси; в скобках указано количество Fe₂O₃ мас.%, то есть Fe(ОН₃) на прокаленное вещество.Note: 1. ZhSOD enter in excess of 100% alumina; in parentheses indicate the amount of Fe ₂ O ₃ wt.%, that is, Fe (OH ₃ ) per calcined substance.

2. Индексы: НС - Новомосковский, ОГС - Осиногорский, САС - Сафоновский, ВРС - Воротынский суглинки, (КГ-1) - керамзитовая глина, содержащая Fe₂O₃ 17,94 мас.%, (КГ-2) - керамзитовая глина, содержащая Fe₂O₃ 10,4 мас.%, (КГ-3) - смешанная керамзитовая глина (КГ-1) 50%:(КГ-2) 50%; ЖСОД - железосодержащий с примесями органики отход-осадок с фильтров от обезжелезования пресной воды в пересчете на2. Indices: NS - Novomoskovsky, OGS - Osinogorsk, САС - Safonovsky, VRS - Vorotynsky loam, (KG-1) - expanded clay clay containing Fe ₂ O ₃ 17.94 wt.%, (KG-2) - expanded clay containing Fe ₂ O ₃ 10.4 wt.%, (KG-3) - mixed expanded clay clay (KG-1) 50% :( KG-2) 50%; ZhSOD - iron-containing waste-sediment from filters from deferrization of fresh water in terms of

Fe₂O₃;Fe ₂ O ₃ ;

ЖСД - железосодержащая пыль из циклонов от очистки поверхности стальных деталей и конструкций дробеструйным аппаратом.ZhSD - iron-containing dust from cyclones from cleaning the surface of steel parts and structures with a shot blasting apparatus.

3. В числителе указано содержание Fe₂O₃ в смеси суглинок с керамзитовой глиной. В знаменателе содержание Fe₂O₃ в смеси всех компонентов и с добавлением ЖСОД.3. The numerator indicates the content of Fe ₂ O ₃ in the mixture of loam with expanded clay. The denominator contains the content of Fe ₂ O ₃ in the mixture of all components and with the addition of ZhSD.

4. В скобках увеличение размеров образцов по отношению к размерам образца сырца (мм).4. In parentheses, an increase in the size of the samples relative to the dimensions of the raw sample (mm).

Анализ результатов, полученных по реализации способа приготовления керамической массы:Analysis of the results obtained by implementing the method of preparation of ceramic mass:

Предлагаемый способ, в сравнении с известным способом (прототипом), имеет следующие преимущества:The proposed method, in comparison with the known method (prototype), has the following advantages:

- увеличен коэффициент конструктивного качества в 1,4-1,5 раза за счет увеличения прочности на 26,7-57% и уменьшения средней плотности на 1,5-4%;- the coefficient of structural quality is increased by 1.4-1.5 times due to an increase in strength by 26.7-57% and a decrease in average density by 1.5-4%;

- полностью исключена общая усадка за счет правильного соотношения % Al₂O₃ и % Fe₂O₃ в составе смеси. Последнему способствует большая степень вспучивания керамзитовой глины, причем при более низкой температуре 950°С;- total shrinkage is completely eliminated due to the correct ratio of% Al ₂ O ₃ and% Fe ₂ O ₃ in the mixture. The latter contributes to a large degree of expanded clay clay, and at a lower temperature of 950 ° C;

- расширена область применения природных керамзитовых глин, имеющих меньшее содержание Fe₂O₃ 10,4 мас.%, а в составе прототипа 17,94 мас.%. Этому способствует и добавка ЖСОД - железосодержащий отход от обезжелезования пресной воды (преимущественно Fe(ОН)₃);- expanded the scope of natural expanded clay clays having a lower content of Fe ₂ O ₃ 10.4 wt.%, and in the composition of the prototype 17.94 wt.%. This is also facilitated by the addition of ZhSOD - an iron-containing waste from deferrization of fresh water (mainly Fe (OH) ₃ );

- утилизируется малоиспользуемый, но более распространенный отход - осадок с фильтров от очистки пресной воды, причем экологически чистый, выполняющий роль пигмента, так как придает более яркий красный цвет кирпичу;- it utilizes a less-used, but more common waste - filter cake from fresh water purification, which is environmentally friendly, acting as a pigment, as it imparts a brighter red color to the brick;

Физико-химическая сущность достижения задачиPhysico-chemical essence of the achievement of the task

1. Увеличению степени расширения сухой массы при обжиге вплоть до исключения общей усадки способствуют следующие факторы:1. The following factors contribute to an increase in the degree of expansion of dry mass during firing up to the exclusion of general shrinkage:

а) увеличение количество реакционноспособного Fe₂O₃ (плавня) посредством соответствующего увеличения количества керамзитовой глины 18-49% (в прототипе 17-23 мас.%) и дополнительно введенной железоорганической добавки, то есть Fe(ОН)₃+органика, которая является и дополнительным газообразователем, повышающим вспучивание керамзитовой глины и пористость массы в соответствии с химическими реакциями, протекающими при обжиге:a) an increase in the amount of reactive Fe ₂ O ₃ (melt) by a corresponding increase in the amount of expanded clay clay 18-49% (in the prototype 17-23 wt.%) and additionally introduced organo-iron additives, that is, Fe (OH) ₃ + organic, which is and an additional blowing agent that increases the expansion of expanded clay and the porosity of the mass in accordance with chemical reactions that occur during firing:

2Fe(ОН)3→Fe₂O₃+3H₂О пар↑2Fe (OH) 3 → Fe ₂ O ₃ + 3H ₂ O pairs ↑

б) в результате восстановления Fe₂O₃ в FeO выделяются газы:b) as a result of the reduction of Fe ₂ O ₃ in FeO, gases are released:

6Fe₂O₃→4Fe₃O₄+O₂↑газ;6Fe ₂ O ₃ → 4Fe ₃ O ₄ + O ₂ ↑ gas;

2Fe₃O₄→6FeO+O₂↑газ;2Fe ₃ O ₄ → 6FeO + O ₂ ↑ gas;

Pe2O₃+02РеО+СО↑ газ;Pe2O ₃ + 02РеО + СО ↑ gas;

Fe₂O₃+CO=2FeO+CO₂↑газ.Fe ₂ O ₃ + CO = 2FeO + CO ₂ ↑ gas.

Присутствие в осадке от фильтрации органических примесей способствует внутри керамической массы (при обжиге) обеспечению восстановительной среды при переходе Fe₂O₃→FeO (см. Роговой М.И. Технология искусственных заполнителей и керамики: Учебник для вузов, М.: Стройиздат, 1974, с.82-84), а также снижению средней плотности. На основании пунктов «а, б» количество добавки регулируется (в пересчете на Fe₂O₃) сверх 100% глиносмеси, так как избыток добавки не только способствует исключению общей усадки, но и увеличению размеров изделий выше (±5; ±4; ±3 мм). В способе предусмотрено не выше 3 мм. Последним соображением ограничено и содержание Fe₂O₃ (в определенных пределах).The presence of organic impurities in the sediment from filtration helps to ensure a reducing medium inside the ceramic mass (during firing) during the transition Fe ₂ O ₃ → FeO (see Rogovoy M.I. Technology of artificial aggregates and ceramics: Textbook for high schools, Moscow: Stroyizdat, 1974 , p. 82-84), as well as a decrease in average density. Based on paragraphs “a, b”, the amount of the additive is regulated (in terms of Fe ₂ O ₃ ) over 100% of the alumina mixture, since the excess of the additive not only helps to eliminate general shrinkage, but also increases the size of the products above (± 5; ± 4; ± 3 mm). The method provides no more than 3 mm. The last consideration is limited and the content of Fe ₂ O ₃ (within certain limits).

2. Увеличению прочности при температуре 950°С способствует повышение в составе массы в сравнении с кислым суглинком количество глинозема Al₂O₃, но до определенного количества в пределах 13,4 до 14,5 мас.%, так как при меньшем содержании Al₂O₃ не достигается повышение прочности, а при более 14,5 мас.% масса становится более тугоплавкой и при температуре обжига 950°С наблюдается недожог кирпича и соответственно снижение прочности. При увеличении оксидов Fe₂O₃ выше 7,6 мас.% наблюдается чрезмерное расширение массы при обжиге, то есть размер керамических изделий выходит за пределы допусков для готового кирпича.2. The increase in strength at a temperature of 950 ° C is facilitated by an increase in the composition of the mass in comparison with acidic loam, the amount of alumina Al ₂ O ₃ , but up to a certain amount in the range of 13.4 to 14.5 wt.%, Since with a lower content of Al ₂ O ₃ , an increase in strength is not achieved, and at more than 14.5 wt.%, The mass becomes more refractory and at a firing temperature of 950 ° C, brick underburning and, accordingly, a decrease in strength are observed. With an increase in Fe ₂ O ₃ oxides above 7.6 wt.%, An excessive mass expansion is observed during firing, that is, the size of ceramic products is beyond the tolerances for finished bricks.

В составе прототипа содержание железосодержащих микрочастиц превышает 7,6% (8,045-9,11), так как в данном составе присутствуют и окисленные микрочастицы стали, обладающие тугоплавкостью и не влияющие на величину вспучивания керамзитовой глины и всей смеси. Поэтому общая усадка полностью не исключена и составляет 8,5%.In the composition of the prototype, the content of iron-containing microparticles exceeds 7.6% (8.045-9.11), since this composition also contains oxidized microparticles of steel, which have refractoriness and do not affect the amount of expanded clay clay and the whole mixture. Therefore, general shrinkage is not completely excluded and amounts to 8.5%.

4. Комплексный подход увеличения объемов готовых изделий за счет расширения массы при обжиге с предусмотрением исключения общей усадки с одновременным увеличением прочности способствует увеличению коэффициента конструктивного качества. Последнему фактору способствует и добавка ЖСОД.4. An integrated approach to increasing the volume of finished products by expanding the mass during firing, with the exception of general shrinkage while increasing strength, increases the coefficient of structural quality. The last factor contributes to the addition of ZhSD.

Технико-экономическая целесообразность способа приготовления керамической массы состоит в следующем:The technical and economic feasibility of the method of preparation of ceramic mass is as follows:

1. Утилизируются малоиспользуемые мелкодисперсные, причем экологически чистые отходы - осадок с фильтров от обезжелезования пресной воды (преимущественно Fe(ОН)₃), не требующие предварительной обработки (сушки, измельчения);1. Disposed of poorly used finely dispersed, and environmentally friendly waste - sediment from filters from deferrization of fresh water (mainly Fe (OH) ₃ ) that do not require pre-treatment (drying, grinding);

2. Экономится глинистое сырье на величину общей усадки 8-10% за счет соответствующего исключения увеличения сечения мундштука;2. Clay raw materials are saved by the total shrinkage of 8-10% due to the corresponding exclusion of an increase in the cross section of the mouthpiece;

3. Экономится теплоэнергетические затраты, так как снижается температура обжига на 50°С;3. Heat and energy costs are saved, since the firing temperature is reduced by 50 ° C;

4. Основная экономическая целесообразность предлагаемого способа приготовления керамической массы на основе кислых низкопрочных суглинок с добавлением (корректировкой) к ним более прочных полукислых глин, способных вспучиваться при обжиге, с одновременным увеличением прочности, за счет обогащения кислых суглинок Al₂O₃ и более реакционноспособным плавнем Fe₂O₃ в определенных пределах, состоит в сокращении времени на разработку оптимального состава массы и внедрения его в практику производства. Соответственно сокращаются трудовые, энергоматериальные затраты в случае перехода завода на новое месторождение суглинок и керамзитовой глины. Так, например, для разработки состава массы прототипа требовалось провести более 50 опытов в лаборатории в течение 1,2 лет. Для разработки оптимального состава массы предлагаемым способом, например, при переходе на новое месторождение кислых суглинок или керамзитовой глины и при известном химсоставе принятого сырья потребуется 1-2 часа работы за компьютером, с последующей проверкой проектируемого оптимального состава массы опытным путем;4. The main economic feasibility of the proposed method for the preparation of ceramic masses based on acidic low-strength loam with the addition (adjustment) to them of stronger semi-acidic clays that can swell during firing, while increasing strength, due to the enrichment of acidic loams Al ₂ O ₃ and more reactive fluff Fe ₂ O ₃ within certain limits, is to reduce the time to develop the optimal composition of the mass and introduce it into production practice. Correspondingly, labor and energy costs are reduced in case the plant transfers to a new deposit of loam and expanded clay. So, for example, to develop the composition of the mass of the prototype required more than 50 experiments in the laboratory for 1.2 years. To develop the optimal mass composition by the proposed method, for example, when switching to a new deposit of acidic loam or expanded clay clay and with a known chemical composition of the accepted raw materials, it will take 1-2 hours to work with a computer, with subsequent verification of the designed optimal mass composition by experience;

5. Указанная экономическая целесообразность позволяет снизить себестоимость способа на 20-25%.5. The specified economic feasibility allows to reduce the cost of the method by 20-25%.

Claims (1)

Керамическая масса для производства кирпичей, включающая кислый суглинок, вспучивающуюся керамзитовую глину, мелкодисперсные железо- и органоминеральные отходы, отличающаяся тем, что в качестве мелкодисперсных железо- и органоминеральных отходов используют осадок с фильтров от обезжелезования пресной воды, содержащий, мас.%: Fe(OH)₃ - 44-50 в пересчете на Fe₂O₃ органические примеси (остатки растений) - 10, минеральная составляющая: СаСО₃, MgCO₃, CaSO₄ - остальное, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Суглинок 60-85 Керамзитовая вспучивающая глина 15-40 Осадок с фильтров от обезжелезования   пресной воды, сверх 100% 0,05-1,3
причем указанное соотношение компонентов керамической массы обеспечивает получение в ней содержания Al₂O₃ в пределах 13,4-14,5 мас.%, a Fe₂O₃ - 6,8-7,6 мас.% на прокаленное вещество. Ceramic mass for the production of bricks, including acidic loam, expanded clay clay, finely dispersed iron and organomineral waste, characterized in that as a finely dispersed iron and organomineral waste, a filter cake from the deferrization of fresh water containing, wt.%: Fe ( OH) ₃ - 44-50 in terms of Fe ₂ O ₃ organic impurities (plant residues) - 10, mineral component: CaCO ₃ , MgCO ₃ , CaSO ₄ - the rest, in the following ratio, wt.%:
Loam 60-85 Expanded clay expanded clay 15-40 Sludge from de-ironing filters fresh water, in excess of 100% 0.05-1.3
moreover, the specified ratio of the components of the ceramic mass provides obtaining in it the content of Al ₂ O ₃ in the range of 13.4-14.5 wt.%, and Fe ₂ O ₃ - 6.8-7.6 wt.% per calcined substance.