Спосіб виготовлення архітектурно-оздоблювальної кераміки

Винахід стосується галузі будівельних матеріалів, а саме виробництва лицьової керамічної цегли та інших видів архітектурно-оздоблювальної кераміки. Для виробництва керамічної цегли, як правило, використовують полі-мінеральну глиняну сировину з великим вмістом вільного кварцу, карбонатів кальцію та магнію. Крім цього, глина вмішує розчинні солі сульфати та хлориди лужних та лужноземельних металів. Наслідком використання такої сировини при виробництві лицьової керамічної цегли є дефекти лицьової поверхні "видуток" та висоли. В літературі існує багато відомостей про різні засоби боротьби з цими явищами. Для ослаблення дії "видутка" Августиник [1] запропонував спосіб подрібнення глини до розміру зерна менше 1мм, який сприяє реакції вапняку з глинистими мінералами при випалі та утраті здатності до гідратації. Авторами [2, 3] для нейтралізації "видутка" запропоновано використання додатків до керамічної маси хлорвмісних відходів, які в малій кількості сприяють процесам дегідратації кальцію при низьких температурах. Недоліком цього методу є неможливість рівномірного усереднення цієї кількості домішок. Включення вапняку можуть бути знешкодженні каталітичною дією хлоридів натрію, введеного в глину в кількості 1%. При випалі таких мас утворюються сполуки 2CaO·SiO2 тa 3СаО·AІ 2О3. При використанні даного методу в ряді випадків при знешкодженні "видутка", на поверхні цегли з'являються водорозчинні солі NaCl, що при виробництві лицьової цегли недопустимо, Крім цього, вказану кількість домішок неможливо також рівномірно усереднити. Універсальним методом знешкодження висолів є додаток в керамічну масу різних сполук барію [1, 4, 5, 6]. Частіше всього використовують ВаСО3, інколи використовують Ва(ОН)2·8Н2О; ВаСІ 2·2Н2О; BaF2 та інші сполуки. Незважаючи на велику кількість праць, виконаних в цьому напрямку, використання Ва-вмісних сполук на підприємствах галузі не знайшло практичного впровадження за рахунок 2 факторів: по-перше це неможливість при існуючій технології виробництва цегли рівномірного усереднення в керамічній шихті сполук в кількості 0,5-1,0%; по-друге, це те, що використання навіть 1% Ва-вмісних сполук в складі керамічної шихти значно підвищую собівартість цегли. Таким чином, вказані аналоги не дозволяють повністю нейтралізувати дію "видутка" та водорозчинних солей на якість лицьової цегли та є економічно неефективними. В умовах розвитку ринкової економіки та захисту ринку від продукції європейських виробників перед керамічною промисловістю гостро стоїть задача виробництва якісної продукції. Дуже важливо отримати лицьову цеглу з поверхнею без будь-яких пошкоджень. Крім цього, необхідно, щоб ці пошкодження не з'явились в процесі експлуатації лицьової цегли. Особливості сировинної бази виробництва керамічної лицьової цегли ставлять задачу нейтралізації впливу вапняку та водорозчинних солей на якість лицьової цегли вже на етапі підготовки та формовки керамічної маси. Найближчим аналогом (прототипом) даного винаходу є спосіб подрібнення глини до крупності зерна менше 1мм [1]. На сьогоднішній день найбільш ефективним способом боротьби з включенням вапняку є його подрібнення до крупності зерна менше 1мм. Однак цього недостатньо при виробництві лицьової цегли. Якщо на лицьовій поверхні з'являється "видуток" навіть розміром менше 1мм , то це переводить цеглу в розряд рядової. Використання домішок Ва-вмісниих компонентів та хлорвмісних компонентів в складі керамічної маси в кількості 0,5-1% практично неможливе за рахунок недостатньої технологічної можливості рівномірного усереднення такої кількості домішок та значного росту собівартості цегли, що різко знижує її конкурентоспроможність на ринку будівельних матеріалів. В основу винаходу поставлено задачу нейтралізації дії "видутка" та водорозчинних солей, при зниженні собівартості лицьової цегли шляхом використання слідуючого способу виробництва: подрібнення компонентів керамічної маси до розміру зерна 0,8мм, вилежування маси в шихтосховищі на протязі 7 діб, пластичного формування при використанні мундштука зі зрошуванням. В ролі рідини для зрошення свіжовідформованого бруса використовується насичений розчин ВаСІ 2 або ВаСІ 2·2Н2О. Широко відомо в керамічній промисловості використання способу подрібнення компонентів керамічної шихти до зерна розміром не більше ніж, 1мм [1]. Відомо використання хлорвмісних компонентів як домішок в керамічну масу з метою нейтралізації дії вапняку [2, 3]. Також в літературі є дані про використання Ва-вмісних компонентів, в складі керамічної шихти, для зв'язування водорозчинних солей [1, 4, 5]. Використання комплексного способу включає в себе подрібнення компонентів керамічної шихти до зерна не більше 0,8мм; використання мундштука зі зрошенням; використання як зрошувальної рідини насиченого розчину ВаСІ 2 або ВаСІ 2·2Η2Ο, для нейтралізації видутка та водорозчинних солей - авторам невідоме. Використання винаходу дозволяє вирішити поставлену задачу за рахунок застосування наведеного способу знищення "видутка" та висолів. Вживання в ролі зрошувальної рідини насиченого розчину ВаСІ 2 або ВаСІ 2·2Η2Ο дозволяє досягнути необхідної мети за рахунок того, що згідно теорії електролітичної дисоціації при розчині в воді солі розпадаються на заряджені іони. ВаСl2=Ва2++СlВнаслідок дисоціації електролітів на іони збільшується загальна кількість часток в розчині і збільшується енергетична активність іонів , що в свою чергу збільшує вірогідність гашення зерен вапняку розміром менше 0,8мм іонами хлору, та нейтралізація водорозчинних солей катіонами барію. Хлористий барій - це є сильний електроліт, який в водних розчинах дисоціює повністю. Тому число іонів в них більше, ніж в розчинах слабких електролітів рівної концентрації. В цьому і заключається більша ефективність використання покриття з насиченого розчину хлористого барію, ніж добавка його в керамічну масу. В керамічній масі, вологість якої складає 22-24%, не є достатньо кількості водної фази для дисоціації хлористого барію на іони. При цьому треба використовувати більшу кількість солі, що сприяє росту собівартості продукції, при відсутності достатнього ефекту нейтралізації дії "видутка" та водорозчинних солей. При зрошуванні свіжевідформованого бруса насиченим розчином ВаСІ 2 або ВаСІ 2·2Η2Ο, брус просочується даним розчином на глибину від 2 до 5см, частинки вапняку розміром менше 0,8мм, які знаходяться на поверхні бруса, реагують з розчином ВаСІ 2 та зупиняють дифузію водорозчинних солей до лицьової поверхні цегли. Іони СІ - знижують температуру дисоціації та інтенсифікують процес дисоціації СаСО3, а іони Ва2+ зв'язують водорозчинні солі. Таким чином нейтралізується вплив СаСО3 та водорозчинних солей. Оптимізація коагуляційної структури, сформованої при просоченні насиченого розчину хлориду барію, провокує при випалюванні розвиток оптимальної кристалізаційної структури. Крім цього, насичений розчин ВаСІ 2, який просочив свіжевідформований брус, сприяє спіканню керамічної маси при випалюваннію. В цьому випадку ВаСІ 2 відіграє роль інтенсифікатора спікання. На основі оптимальної коагуляційної структури, сформованої внаслідок застосування способу, що заявляється, формується така кристалізаційна структура, яка при застосуванні способу, що заявляється, дозволяє крім бездефектної лицьової поверхні, отримати кращі фізико-технічні властивості цегли. Керамічні маси для отримання цегли по способу, що заявляється, готували шляхом сумісного помелу компонентів на каскаді вальців грубого та тонкого помелу до розміру часток не більше 0,8мм, вилежування маси в шихтосховищі на протязі 7 діб, пластичного формування з використанням мундштука зі зрошуванням, сушкою в камерних сушарках та випалом в тунельній печі на протязі 54 годин при максимальній температурі випалу 1000°С. Як рідина для зрошування використовувався насичений розчин ВаСІ 2 чи ВаСІ 2·2Η2Ο. При цьому розчинність ВаСІ 2 в воді складає 35,7г/100г води, розчинність ВаСІ 2·2Η2Ο в воді складає 44,6г\100г води. Глини, які використовувались для отримання лицьової цегли, відрізняються збільшеним вмістом СаО від 2,79 до 7,55% та присутністю водорозчинних солей. Хімічний склад глин наведено в таблиці 1. Вміст водорозчинних солей в глинистій сировині показано в таблиці 2. Як показують результати випробувань (див. табл.3) використання для отримання лицьової цегли способу, що заявляється, дозволяє суттєво знизити водопоглинання керамічних виробів порівняно з масоюпрототипом. Крім цього, лицьова керамічна цегла характеризується лицьовою поверхнею без дефектів відсутністю висолів та "видутку" на поверхні цегли. Для встановлення можливості появи висолів і "видутка" в процесі експлуатації на лицьовій цеглі отриманої по способу, що заявляється, проведені її випробування на капілярне підсмоктування та кипіння. Як показують результати випробувань (див. табл.3) лицьової керамічної цегли, отриманої по способу, що заявляється, - дефекти лицьової поверхні відсутні. В той час на лицьовій поверхні цегли, отриманої по способу - прототипу, присутні висоли та "видуток". Таблиця 1 Хімічний склад глин, що використовувалися Найменування сировини SiO2 ТіО2 АІ2О3 Глина полімінеральна 63,68 0,79 14,09 монтморилонітвмісна Івано-Франківська обл. Глина полі мінеральна 50,05 1,20 18,51 монтморилонітвмісна Луганська обл. Глина полімінеральна 57,23 0,77 11,92 монтморилонітвмісна Сумська обл. Fe2O3 МnО MgO СаО Na2 O K2О Р2О5 5,52 0,04 0,84 2,79 2,19 2,26 8,43 0,10 2,33 4,29 0,58 5,09 0,08 0,85 7,55 1,24 S СІ Н2 О ррр 0,14 0,06 0,007 0,10 6,70 1,52 0,08 0,04 0,00 2,25 10,22 1,71 0,08 0,02 0,01 3,85 Таблиця 2 Вміст водорозчинних солей в глинистій сировині Найменування сировини Глина полімінеральна монтморилонітвмісна ІваноФранківська обл. Глина полі мінеральна монтморилонітвмісна Луганська обл. Глина полімінеральна монтморилонітвмісна Сумська обл. Вміст водорозчинних солей мг\екв. 1000г.глини Са2Mg2+ СІ SО420,09 Сумма мг\екв. 100г.глини 1,38 0,31 1,78 0,86 0,76 0,51 0,39 2,52 2,28 1,45 0,55 2,13 6,41 Таблиця 3 Властивості лицьової керамічної цегли, отриманої по способу-прототипу та по способу, що заявляється Властивості виробів Склад для зрошення свіжевідформованного бруса Спосіб ВаСІ2 Спосібпрототип зрошення відсутнє Температура Водопоглинання, випалу °С % ВаСІ2х2Η2 Ο зрошення відсутнє 1000 12-16 Характеристика поверхні після іспитів на капілярне підсмоктування та кипіння Після кипіння На лицьовій поверхні розкрилися тонкоприсутні включення тонкомолотого СаСО3, дисперсні включення СаСО3 З'явився наліт в деяких випадках на Характеристика поверхні після випалювання Спосіб, що 35,7г\100мл заявляєтьс Н2 О я Спосіб, що заявляєтьс я 1000 7-9 44,6г\100млН2 О 1000 6-8 лицьовій поверхні присутній наліт солей На лицьовій поверхні відсутній карбонатні включення та відсутній наліт солей На лицьовій поверхні відсутні карбонатні включення та відсутній наліт солей солей на лицьовій поверхні виробів На лицьовій поверхні відсутні карбонатні включення та відсутній наліт солей На лицьовій поверхні відсутні карбонатні включення та відсутній наліт солей Техніко-економічна ефективність впровадження винаходу в виробництва архітектурно-оздоблювальної кераміки, а саме лицьової керамічної цегли, обумовлюється збільшенням виходу лицьової цегли до 86%. Очікуваний економічний ефект тільки від збільшення випуску лицьової цегли до 86% в рік складе 18060000грн. в рік. Промислове впровадження винаходу на заводах по виробництву лицьової цегли Сумської обл. розпочнеться в 2007р. Література 1. Августиник А.И. Керамика. - Л.: Стройиздат, 1975. - 591с. 2. Нестеровский С.Г. Исследование влияния отходов цветной металлургии на качество грубой стеновой керамики пластического фомования. Автореф. дис... канд.техн.наук. Днепропетровск. 1980. - 21с. 3. Чемкасова СВ. Кальций и магнийсодержащие фазы в изделиях строительной керамики на основе карбонатных глин // Тр.ВНИИСТРОМа.1975. - Вып. 33(61). - С.140-143. 4. Зальманг Г. Физико-химические основы керамики. - М.: Госстройиздат, 1959. - 363с. 5. Б.И. Мороз, Б.М. Даценко Производство лицевого кирпича с использованием бариевых соединений. 6. Способы предотвращения высолов на глиняном кирпиче // Обзорн. информ. М.: ВНИИЭСМ. - 1977. - С.155.