Керамічна маса

Керамічна маса для виробництва санітарних керамічних виробів, що містить глину, каолін, кварцовий пісок та топник, яка відрізняється тим, що вона як топник містить лужний (первинний) каолін Катеринівського родовища, новополтавський граніт та польовий шпат при такому співвідношенні компонентів, мас. %: пологівська глина ПЛГ-С 19-24 веселовська глина «Керамік-Веско» 5-6 пологівський каолін відбірний (первинний) ПЛК-O 7,7-14 просянівський каолін (вторинний) КФН-2 6-7 катеринівський каолін (первинний) лужний 16-20 новополтавський граніт 8,3-11 польовий шпат флотаційний ПШФ 13-14 авдіївський кварцовий пісок 7,5-9 череп-бій 6,0. Винахід відноситься до галузі виробництва будівельних матеріалів, зокрема для виготовлення санітарних керамічних виробів з фарфорових мас методом лиття в гіпсових формах. Традиційно виготовлення санітарних керамічних виробів засноване на приготуванні шлікерної керамічної маси, яка містить в собі такі сировинні матеріали як глина, каолін, топники, кварцовий пісок, електроліти, що вводяться понад 100 % (рідке скло, кальцинована сода, вуглелужний реагент (ВЛР), гідрат окису барію) з подальшим оформленням виробів методом лиття в гіпсових формах, сушки, глазування і випалення. («Технологія кераміки і вогнетривів» П.П.Будников, А. С. Бережний і ін. Держбудвидав, 1962 р., стор. 672). Від виконання технологічних операцій по приготуванню шлікера, таких як розробка оптимальної керамічної маси, співвідношення компонентів, дослідження мінералогічного, хімічного і гранулометричного складу вихідної сировини, умов їх змішу вання і помелу, оптимального введення електролітів залежить якість шлікера. що безпосередньо впливає на наступні технологічні операції, такі як сушка, глазурування, випалення і визначає фізикохімічні властивості готових виробів і їх якість. Головну роль у виробництві санітарних керамічних виробів відіграють технологічні показники сировинних матеріалів, такі як пластичність, дисперсність, литтєві властивості глинистих компонентів, мінералогічний склад топників і певний вміст в них лужних оксидів К2О і Na2O. При виробництві санітарних керамічних виробів відома керамічна маса, яка містить глини, первинні та вторинні, каоліни, пегматит, кварцовий пісок слідуючого складу, мас. %: глина ново райська - 7,0; глина веселовська - 10,0; глина латненська - 3,0; каолін глуховецький мокрого збагачення 16,0; каолін глуховецький сухого збагачення - 4,0; каолін новоселівський - 8,0; пегматит чупінський 20,0; кварцовий пісок - 22,0; фарфоровий череп UA (11) 77109 (13) (21) a200502798 (22) 28.03.2005 (24) 16.10.2006 (46) 16.10.2006, Бюл. № 10, 2006 р. (72) Чеберко Андрій Іванович, Кривоносова Ніна Тимофіївна, Молчанович Тамара Михайлівна (73) Чеберко Андрій Іванович, Кривоносова Ніна Тимофіївна, Молчанович Тамара Михайлівна (56) UA 31981, A, 16.06.2001 UA 40033, A, 16.07.2001 UA 63245, A, 15.01.2004 SU 1008195, A, 30.03.1983 SU 1178734, A, 15.09.1985 SU 1057470, A, 30.11.1983 SU 1350156, A1, 07.11.1987 RU 2167121, C2, 20.05.2001 DE 10145537, A, 10.04.2003 EP 0360547, A, 28.03.1990 SU 698955, 25.11.1979 SU 1063797, A, 30.12.1983 RU 2167122, C2, 20.05.2001 RU 2136627, C1, 10.09.1999 C2 2 (19) 1 3 77109 4 бій - 10,0 (ВНДІЕСМ науково-технічний збірник сприяє крихкості черепка і наявності такого дефек"Керамічна промисловість", серія 5, вип. І - 1980 р., ту як «холодний тріск». стр. 12). Ця керамічна маса містить в собі 48 % У основу винаходу встановлено завдання з глинистих компонентів і 52 % спіснювальних матеметою зниження температури випалювання і підріалів, що сприятливо впливає на швидкість набовищення фізико-технічних властивостей (усадка, ру керамічної маси на гіпсовій поверхні в процесі механічна міцність, деформація) розробити таку лиття. Позитивним в даній керамічній масі є і те, керамічну масу для виробництва санітарних керащо вона містить первинний новоселівський каолін мічних виробів, в якій введення нових нетрадиційнезбагачений, який не містить в собі ні розріджуюних компонентів природної сировини і їх співвідчих, ні коагулюючих добавок, що істотно впливаношення забезпечить процес регулювання ють на розрідження шлікера. Проте через його фазового, хімічного складів, інших технологічних мінералогічний і гран склад вводити в керамічну факторів, стабільний процес виробництва при масу більше 6-8 % не рекомендується, оскільки він зниженні його втрат і витрат на виготовлення висприяє появі такого дефекту на виробах, як треробів. щинуватість. Крім того, новоселівський каолін місПоставлене завдання вирішується тим, що кетить до 10-15 % вільного глинозему у формі гідрорамічна маса, що містить традиційні сировинні аргилліта, що негативно впливає на спікливість матеріали, такі як глина, каолін, топник і кварцовий черепка. пісок, містить в собі первинний лужний каолін КаЯк негативне в даній масі можна відзначити теринівського родовища Донецької області як зате, що вона є досить високовогнетривкою, малоемінник польово шпатової сировини при такому кономічною за рахунок вживання такої сировини як співвідношенні компонентів, мас. %: глуховецький каолін мокрого збагачення і особлиПолозська глина ПЛГ-С 19,0-24,0 во каолін глуховецький сухого збагачення, привеВеселовська глина «Керамікзений здалека чупінський пегматит (Кольський Веско» 5,00-6,0 півострів, Р.Ф.), латненська глина високовогнетриПолозській каолін відбірний вка (Воронежська обл., Р.Ф.). Новорайська глина (первинний) ПЛК-0 7,70-14,0 значно відрізняється від традиційно вживаних веПросяновський каолін (втоселовських глин по мінералогічному складу, маюринний) КФН-2 6,00-7,0 чи в 2-3 рази менший ендотермічний ефект по Катеринінський каолін (пердиференціально-термічному аналізу (ДТА) при винний) лужний 16,0-20,0 900-1000°С, що суттєво впливає на формування Новополтавський граніт 8,30-11,0 черепка при випаленні. Польовий шпат флотаційний Найбільш близькою по складу за технічною ПШФ 13,0-14,5 суттю є керамічна маса для виробництва санітарАвдіївській кварцовий пісок 7,50-9,0 них керамічних виробів із застосуванням глин, каЧереп-бій 6,00-6,0 олінів, кварцового піску, як топники - перліту і Від керамічної маси прототипу дана маса відсклобою такого складу, мас. %: глина - 20-25; каорізняється тим, що вона містить природний незбалін - 20-30; кварцовий пісок - 10-24; перліт-10-20; гачений первинний лужний каолін Катеринінського склобій-6-20 (А.С.СССР № 698955 пл. СО 4В 33/24 родовища як сировину (значно економічніше за ГрузНIIстром). У даній масі застосовується основвартістю від раніше вживаних топників) що містить на традиційна сировина: глини Веселовського ров собі достатню кількість топників у вигляді лужних довища, каоліни Глуховецького родовища, а як оксидів К2O і Na2O, а також каолін і кварцовий замінник дорогого привезеного здалека топника пісок. перліт Арагацького родовища і склобій як місцева Лише сукупність всіх позитивних ознак при сировина. вживанні лужного каоліну, що заявляється, дозвоПозитивним в даній керамічній масі є те, що ляє досягти результатів згідно поставленого завиключене вживання привезеного здалека топника вдання. Склад лужних каолінів представлений як - пегматіта Чупінського родовища, а також наявний багатокомпонентний із вмістом мінералів кварцу, досить широкий діапазон вживання вихідних компольового шпату, каолініту і незначним вмістом понентів, що дозволяє зробити більш спіснену або слюдяних мінералів. пластичнішу масу при виробничій необхідності. Мінералогічний склад катеринінського лужного Проте, вживання таких традиційних топників, каоліну %: як перліт і склобій, не є оптимальним варіантом каолініт 27,0 для виробництва санітарних керамічних виробів. кварц 35,0 Так, при введенні перліту потрібен спеціально мікроклин 36,0 розроблений режим випалу і ретельне дотримання інші 2,00 всіх фазових температурних змін його при випаКварцові зерна мають неправильну окатану і ленні, оскільки перліт при певних температурних куто-окатану форму з звивистими контурами, звирежимах (900-1000°С) спучується, що сприяє розчайні оптичні властивості. Польові шпати предстапушуванню маси, зниженню механічних показників влені мікроклином із характерною спайністю і обпалених виробів і підвищенню таких дефектів на двійниками. Слюдяні мінерали представлені мусних як посічки та поява тріщин. ковітом і біотітом. У глинистій складовій частині Склобій має вузький інтервал спікливості (100каоліну переважає каолініт і зрідка монтморілоніт. 150°С), що ускладнює процес випалу і створює в Каолініт має високу ступінь впорядкованості і криструктурі черепка завищену кількість склофази, що сталічності мінералу, що сприятливо впливає на технологічні властивості керамічної маси. У луж 5 77109 6 ному каоліні кварц-польовошпатової сировини вий польовий шпат сприяє більшій механічній міцміститься від 77,6 % до 81,2 % (середнє 79,5 %), ності, кращій термостійкості, ніж натрієвий. Оксид інше - каолін. калію з польового шпату збільшує інтервал спіканІз зменшенням зерна кварц-польовошпатової ня і додає високу в'язкість розплаву. Калієві частини лужного каоліну вміст SiO2 зменшується, польові шпати в розплавленому стані володіють вміст АІ2Оз зростає, сума Na2O+K2O росте. Тобто майже на порядок більшою в'язкістю, ніж натрієві, при відсортовуванні крупної фракції лужного каозабезпечуючи тому кращу стійкість керамічних ліну Катеринівського родовища (приблизно до 1,0виробів проти деформуючих зусиль при випалі. 0,5 мм) виходить якісна сировина із сумою лугів до Оксиди натрію і кальцію також сприяють зниженню 12 %, що є чудовим топником в порівнянні з чупінтемператури плавлення, але зменшують як інтерськім пегматітом, перлітом і склобоєм, представвал спікання, так і в'язкість системи, що сприяє леними в керамічних масах вищеописаних, в тому деформації виробів. Наявність такого співвідночислі - прототипі. шення легкотопних оксидів сприяє більш швидкоХімічний склад первинного лужного каоліна %: му процесу евтектики, а також зниженню темпераSiO2 70-75 тури випалу. Аl2О3 14-19 Із застосуванням катеринінського лужного каFе2O3 0,3-0,4 оліну значно підвищилися основні технологічні ТіO2 0,2-0,3 показники шлікера, напівфабрикату і готової проCaO 0,3-0,5 дукції. Так, пластичність маси підвищилася з 8,8 MgO 0,2 до 9. За рахунок кращої спікливості маси підвищиК2O 6-7 лася вогняна усадка з 7,1 % до 7,5 %, повна усадNa2O 0,1-0,3 ка з 9,7 % до 10,2 %, механічна міцність підвищив.п.п. 3,5 лася з 5,18 МПа до 5,67 МПа, деформація знизилася з 10,5 мм до 8 мм. По хімічному складу лужний каолін є цілком Згідно рецептури керамічної маси у вказаних прийнятним для виробництва санітарних керамічспіввідношеннях вихідних компонентів досягаютьних виробів з фарфорових мас за наявності неся найбільш високі технологічні показники і паразначного вмісту оксидів заліза (0,3-0,4 %) і титана метри, такі як пластичність, набір черепка при лит(0,2-0,3 %). Основною перевагою даного первинті, вогняна і повна усадки, механічна міцність, ного каоліну є значний вміст в ньому калієвого деформація. польового шпату (за наявності К2O 6-7 %). КалієТаблиця Хімічний аналіз шлікера шлікер експериментальний заводський П.п.п. 6,91 5,92 SIO2 64,45 64,8 АІ2О3 22,58 22,48 Згідно хімічного аналізу шлікера, при більшій спікливості підвищилися втрати при опалюванні (в.п.о.), змінилося співвідношення Na2O і К2О, що дозволило при меншому утриманні спільної кількості лугів підвищити спікливість та зменшити температуру випалення.. У запропонованій керамічній масі розроблено оптимальне співвідношення компонентів, що входять до складу, так при підвищенні вмісту глинистих компонентів подовжується набір черепка на гіпсовій поверхні при литті, збільшується деформація. При збільшенні каоліну в глинистій складовій підвищується тугоплавкість маси. При збільшенні твердих матеріалів прискорюється сушка виробів і підвищується їх схильність до появи тріщин, знижується механічна міцність сирцю. Збільшення кварцового піску в твердій частині маси знижує механічну міцність виробів, як в сирому, так і в випаленому вигляді, змінюючи фазовий склад випаленої маси за рахунок зниження муліту і підвищення склофази (крихка маса). Fе2О3 0,81 0,82 ТіО3 0,61 0,6 CaO 0,61 0,67 MgO 0,34 0,29 Na2O 1,83 2,32 K2O 2,25 2,11 Na2O+K2O 4,08 4,43 Суть технічного рішення, що заявляється, пояснюється на кількості прикладів: Використовували: Пологівськую глину ТУ У-322-7ПЛГ-С, 00190503-121-96 Веселовську глину «КеТУ У 21-533-2001 рамік-Веско», Пологівській каолін (пеТУ У - 322-7рвинний) ПЛК-0, 00190503 Просяновській каолін ТУ У 21-533-2001 (вторинний) КФН-2, Катеринівській каолін ТУ У 14.2(первинний) лужний, 32147675-001-2004 Польовий шпат флотаТУ 952814-2002 ційний ПШФ-0,2-17, Новополтавській граніт, ДСТУ Б.В.2.7-75-98 Авдєєвській кварцовий ГОСТ 22551-77 пісок Череп-бій. 7 77109 8 Таблиця 2 вміст компонентів, % компоненти, властивості 1 глина ПЛГ-С «Керамік-Веско» каолін ПЛК-0 каолін КФН-2 Катеринівський лужний каолін новополтавській граніт польовий шпат ПШФ кварцовий пісок череп-бій арагацький перліт склобій веселовська глина температура випалення °С механ. міцність випалених виробів, МПа деформація, мм водопоглинання % Термостійкість (теплозміни) 19,0 5,0 14,0 7,0 16,0 11,0 13,0 9,0 6,0 1235 5,18 10,5 0,5 3 2 3 4 5 6 7 8 9 19,0 5,0 14,0 7,0 16,5 10,0 13,5 9,0 6,0 1235 5,23 10,3 0,45 3 19,0 5,0 14,0 6,5 17,0 10,0 13,5 9,0 6,0 1235 5,31 10,44 0,43 3 19,0 5,5 13,5 6,0 17,5 10,5 13,0 9,0 6,0 1235 5,36 10,0 0,41 3 19,5 5,5 13,0 5,5 18,0 10,5 13,5 8,5 6,0 1235 5,40 9,61 0,39 4 21,0 5,5 11,5 6,0 18,5 10,0 13,5 8,0 6,0 1235 5,40 9,5 0,35 4 24,0 6,0 8,5 7,0 19,0 9,0 14,5 6,0 6,0 1235 5,48 9,28 0,32 4 23,0 6,0 8,0 7,0 19,5 8,5 14,5 7,0 6,0 1235 5.53 8,75 0,27 4 24,0 6,0 7,7 6,0 20,0 8,3 14,5 7,5 6,0 1235 5,67 8,20 0,17 4 Шлікерну масу готували методом роздільного помелу: тверді матеріали (кварцовий пісок. граніт, польовий шпат і катеринівський лужний каолін) в кульовому млині. Глинисті матеріали (глини) розпускали в турборозчиннику. Помел твердих матеріалів із введенням до 3-5 % глинистих матеріалів з метою виключення осадження маси і 50 % від загальної кількості електролітів, проводили протягом 16 -18 ч до залишку на ситі 0063 не більше 1,0 %. Глинисті матеріали розпускали протягом 3-4 ч в турборозчиннику із введенням інших 50 % електролітів при вологості 38-40 %. Суспензію непластичних і глинистих матеріалів зливали в місткість з пропелерною мішалкою для активного перемішування, куди подавали для розпуску каолін з кар'єрною вологістю 15-20 %. Тонина помелу готового шлікера не перевищувала 2,5-3,0 % у вигляді залишку на ситі № 0063. В'язкість шлікера перевірялася на віскозиметре Галленкампа, при необхідності коректувалася рідким склом. Загальна кількість тих, що вводяться понад 100 %, електролітів, у вигляді рідкого скла, кальцинованої соди, гідрату окислу барію і ВЛР, складала 0,34-0,36 %. Витримка шлікера перед заливкою складала 3 дні. Основні технологічні параметри шлікера: Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Прототип 30,0 18,0 10,0 16,0 6,0 20,0 1250 4,48 11,2 0,3 3 вологість 30-31 % щільність 1,770-1,780 г/см3 в'язкість 278-290° тіксотропія через 1 хв. 10-20° тіксотропія через 5 хв. 30-45° коефіцієнт загуснення 1,6-2,2 рН 8,5-9,0. Литво санітарних керамічних виробів проводилося на механізованих стендах в гіпсових формах з подачею шлікера самопливом з напірних бачків і зливом надлишкового шлікера під малим тиском. Заливка і виїмка виробів проводилися в один день. Сушіння виробів проводили в камерній сушильні при температурі 70°С. Після сушіння вироби піддавалися гасовому контролю і глазурувалися методом пульверизації. Обпалювалися вироби в тунельній електричній печі при температурі 1235°С. У таблиці 2 представлені результати дослідних керамічних мас і їх якісні показники. Як видно із результатів, керамічна маса, яка пропонується, на основі лужного каоліну Катеринінського родовища в порівнянні з відомою масою, дозволяє знизити температуру випалу і підвищити такі фізико-технічні властивості, як механічна міцність випалених виробів, термостійкість, знизити водопоглинання виробів і деформацію. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601