Спосіб виготовлення керамічних виробів

1. Спосіб виготовлення керамічних виробів, що включає операції приготування шлікерної суспензії шляхом роздільного мокрого помолу непластичних і глинистих компонентів керамічної мАси, що містить глину, каолін, топник, кварцевий пісок та череп-бій випалених виробів, який відрізняється тим, що в якості топника вводять граніт Шевченківського родовища при такому співвідношенні компонентів, мac.%: глина 20,5-26,0; каолін 22,0-25,0; граніт Шевченківського родовища 39,0 36981 суміш додається 20% глини. (Опублікована заявка на патент Росії 94011816, С04В 33/24, оп. 27.12.96 р., бюл. 36). Введення в керамічну масу пегматиту сприяє утворенню при випалі більш однорідної склоподібної фази завдяки різноманітності мінералогічного складу (польовий шпат, біотит, мусковіт та ін.), що, в свою чергу, сприяє утворенню фарфорового черепа при нижчій температурі випалу (1220-1230 °С) з низьким водопоглинанням (0,10,2). Роздільний мокрий помол непластичних і глинистих компонентів зменшує енергетичні затрати, а введення 20% глини в суміш непластичних при їх помолі робить часточки непластичних компонентів більш підготовленими до подальшого змішування з глинястими компонентами. Недоліком відомого технічного рішення є обмежена сировинна база, тому що якісні пегматити привозні і дорогі (Чупинський, КондопожськийКольський п-ів, Росія, Білогорський - Казахстан інші), наприклад пегматит Єлисеєвський, мають нестабільний хімічний склад, що приводить до нерівномірності спікання фарфорового черепа (водопоглинання від 0,2 до 1,8 %), чому сприяє утворення при випалі черепа кристалічної фази кристобаліту. Це веде до виникнення дефекту готових виробів "холодний тріск". Значна кількість кварцевого піска також негативно впливає на фізико-хімічні перетворення при випалі. При мокрому помолі непластичних компонентів додаванням 20% глини збільшується енергозатрати на помол, крім того, не враховуються інші умови помолу, наприклад вологість суміші при помолі, що також впливає на якість шлікеру. В основу винаходу покладено завдання створити такий спосіб виготовлення керамічних виробів, який завдяки введенню в керамічну масу в якості плавня нової, місцевої сировини та поліпшеним умовам помолу непластичних матеріалів дозволив би забезпечити однорідність шлікерної суспензії та склоподібної фази при випалі і за рахунок цього підвищити рівномірність спікання, зменшити водопоглинання без підвищення температури випалу та знизити собівартість виробів. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі виготовлення керамічних виробів, що включає операції приготування шлікерної суспензії шляхом роздільного мокрого помолу непластичних і глинистих компонентів керамічної маси, що містить глину, каолін, топник, кварцевий пісок та череп-бій видалених виробів, відповідно до винаходу в якості топника вводять граніт Шевченківського родовища при такому співвідношенні компонентів, мас.%: глина 20,5-26,0, каолін 22,0-25,0, граніт Шевченківського родовища 39,0-42,0. кварцевий пісок 5,0-7,0, череп-бій випалених виробів 4,0-6,0. В якості глини та каоліну в керамічну масу вводять пологські глини та каолін при такому співвідношенні компонентів, мас. %: пологський каолін відбірний, ПЛК - 0 6,0-7,0; пологськйй каолін першого сорту, 12,0-14,0; ПЛК–1 просянівський каолін, КС 4,0-5,0; пологська глина другого сорту, 5,5-7,5; ПЛГ-2 пологська глина третього сорту, 11,0-13,5; ПЛГ-3 дружківська глина 4,0-5,0; граніт Шевченківського родовища 39,0-42,0; кварцевий пісок 5,0-7,0; череп-бій випалених виробів 4,0-6,0. Помол непластичних матеріалів здійснюють з додаванням 10 мас. % глини від загальної її кількості при вологості суспензії 28-30%. Спосіб, що розглядається, відрізняється від прототипу введенням нового топника, використанням місцевої сировини та поліпшеними умовами помолу непластичних матеріалів. Тільки вся сукупність признаків дозволяє досягти зазначеного результату. Розглянемо хімічні та фізичні процеси утворення фарфорового черепа при випалі санітарних керамічних виробів. При вивалі спочатку іде відбір хімічно зв'язаної води з каоліну, потім розклад його на Al2O3 і SiO2, які поступово розчиняються в склоподібне розм'якшеному топнику - польовошпатних породах. При дальшому підвищенні температури топник розчиняє в підвищенній кількості крупнокристалічний кварц. По мірі того, як склоподібна фаза збагачується діоксидом кремнію, з неї утворюється мулліт (3Al2O 3.2SiO2) при температурі 12000С. Тому фарфоровий череп складається із склоподібної основної маси, яка пронизана тісно сплетеними між собою голковидними кристалами мулліту і зернами кварцу, що залишились нерозчинними. Тому від мінералогічного і хімічного складу топника, а також стану поверхні, гранулометрії часточок речовин, що приймають участь в утворенні склоподібної фази, залежить температура випалу, гомогенність, рівномірність спікання черепа, його щільність (водопоглинання), тріщиностійкість та інше. Введення в якості плавня Шевченківського граніту забезпечує оптимальний хіміко-мінералогічний склад топника в відповідній пропорції з іншими компонентами маси, що сприяє однорідності склоподібної фази та рівномірності спікання при випалі. Введення також місцевих глин та каолінів зменшує собівартість виробів і сприяє мінералізації литтьової маси. Мокрий помол непластичних компонентів з додаванням 10 мас. % глини від загальної її кількості при вологості 28-30% поліпшує умови помолу за рахунок створення оптимальних співвідношень непластичних і глини для одержання однорідної суспензії, що сприяє однорідності шлікерної суспензії в цілому. Граніт Шевченківського родовища відноситься до апліт-пегматоїдних гранітів і являє собою середньозернисту породу від жовтувато-рожевого до рожевого кольору з розміром зерен 0,1-5 мм. Мінеральний склад Шевченківського граніту, мас.%: мікроклин 40-60, плагіоклаз 20-45, кварц 30-35, біотит 5, серіцит І. Плагіоклаз представлений альбітом, анортитом та олігоклазом (проміжна сполука між альбітом та анортитом). Мікроклин являє собою калієвий польовий шпат, біотит - також мінерал класу силікатів, серіцит являється слюдою, різновидність мусковіта. Акцесорні мінерали представлені апатитом. Введення граніту Шевченківського родовища в кількості 39-42 мас. %: дозволяє значно зменшити кількість кварцевого піску, що вводиться в масу, сприяючи однорідності фізико-хімічних перетво 2 36981 рень при випалі, так як при помолі граніт і пісок ведуть себе по-різному (граніт при помолі руйнується як хр упкі тіла, а пісок має уже зруйновані природою часточки). Граніт Шевченківського родовища виступає і топником, і опріснювачем. Хімічний склад граніту Шевченківського родовища в порівнянні з іншими топниками приведено в таблицях 1, 2. Як видно з наведених даних, спостерігається збільшення кількості лужних та лужноземельних оксидів в порівнянні з Єлисеєвським пегматитом. Завдяки цьому в процесі випалу утворюється розплав підвищеної в'язкості. В такому розплаві спостерігається підвищена розчинність зерен кварцу, склоподібна фаза топника швидше насичується кремнеземом і прискорюється утворення мулліту, а мінералогічний склад сприяє проведенню процесу випаду при температурі 1200-12300С. Петрографічний аналіз граніту показав, що порода складена переважно ізометричними зернами плагіоклазу, мікрокліну та кварцу. При помолі порода руйнується як хрупкі тіла, на поверхні зерен в результаті подрібнення виникають механічні деформації у вигляді численних зім'ятих ділянок кристалів, різних по розміру, формі, що залежить від структури, мінералогічного складу та умов помолу. При помолі створюються на поверхневому шарі часточок деформаційні напруги, що впливає на їх реакційну здатність. Як уявляє заявник, при мокрому помолі непластичних матеріалів з додаванням глини високодисперсні часточки глини оточують часточки н непластичних матеріалів, створюючи умови іонообміну між деформованою кристалічною решіткою поверхневого шару часточок граніту, кварцу та катіонами, адсорбованими глиною, що зменшує де формаційну напругу на поверхні часточок непластичних матеріалів, поліпшуючи їх реакційну здатність. Як установлено експериментально, при додаванні 10 мас. % глини від загальної її кількості створюється певне оптимальне співвідношення часточок непластичні матеріали - глина, утворюючи суспензію, в якій часточки непластичних матеріалів находяться в завислому стані, а вологість суспензії 28-30% забезпечує таку щільність часточок між собою, що не порушує безперервний зв'язок між ними. Така суспензія непластичних матеріалів більше гомогенізована і при подальшому змішуванні з розпущеною глиною завдяки їх подібності поліпшує литтьові властивості шлікеру, тим самим забезпечуючи також рівномірність опікання. Надлишок глини збільшує час помолу непластичних матеріалів до залишку на ситі 0063£1%, суміш непластичних матеріалів "замулюється". Зменшення кількості глини та зміна вологості в бік зменшення чи збільшення порушує стан суспензії непластичні матеріали - глина, що впливає на гомогенізацію суміші, виникає потреба в збільшені кількості електролітів, що небажано. Сукупність ознак, що відрізняють технічне рішення від прототипу, не була виявлена в інших рішеннях при вивченні даної та суміжних областей техніки. Разом з тим, заявнику відомо застосування гранітних відсівів як лугомісткого топника (патент України 22802А, С04В 33/00, оп. б. № 3, 1998 р.). Гранітні відсіви в керамічній масі використовують для отримання плиток для підлоги за швидкісною технологією, що не має нічого спільного з шлікерною технологією виробництва санітарних виробів і утворенням фарфорового черепа. Відомий також спосіб виготовлення керамічних виробів, переважно облицювальної плитки, з вводом в керамічну масу гранітного відсіву фракції 0,1-0,35 в кількості 11-17,5% (Патент України 21131А, С04В 33/00, оп. б. № 1, 1998 р.). Але по цьому способу гранітні відсіви вводяться в якості мінерального неорганічного наповнювача. Сукупність суттєви х ознак, що характеризують суть винаходу, може бути використана при виробництві санітарних та інши х виробів методом лиття. Суть технічного рішення, пояснюється на прикладах здійснення способу. Використовували такі матеріали та пристрої: шаровий млин мокрого помолу ф. "Велко", Італія, для непластичних компонентів; турборозчинник типу 300 для розпуску глини; ємність з пропелерною мішалкою для зміщування непластичних та глинистих компонентів; сита 0056, 0063, магнітний сепатотор; граніт Шевченківського родовища; пологський каолін відбірний, ПЛК-0; пологський каолін першого сорту, ПЛК-1; просянівський каолін, КС; пологську глину другого сорту, ПЛГ-2; пологську глину третього сорту, ПЛГ-3; дружківську глину; пісок кварцевий; череп-бій випалених виробів; електроліти: сода кальцинована технічна, рідке скло (розчинний силікат натрію), гідроокис барію, вуглелужний реагент, що вводяться в шлікерну суспензію понад 100% маси. Хімічний склад компонентів шлікерної маси приведено в табл. 2. Шлікерну суспензію готували наступним чином. В шаровий млин загружали граніт Шевченківського родовища, кварцевий пісок, черев-бій випалених виробів, 10% від загальної кількості глини, воду, електроліти до вологості суспензії 28-30%. Час помолу 15 годин до залишку на ситі 0063 не більше 1%. В турборозчиннику розпускали глину вологістю 40% на протязі трьох годин. Електроліти добавляли в шарові млин (50%) та турборозчинник (50%). Загальна кількість електролітів (понад 100% керамічної маси): сода кальцинована 0,15%, гідроокис барію 0,06%, рідке скло 0,025%, вуглелужний реагент 0,05%, дефлон 0,075%. Суспензії непластичних та глинистих зливали в ємкість з пропелерною мішалкою, куди подавали каолін вологістю 17-20% і переміщували протягом трьох годин. В'язкість шлікера корегували при необхідності рідким склом. Шлікер витримували 3 доби. Показники готового шлікера: тонина помолу - залишок на ситі 0056 - 1%; рН=8,5-9,0; вологість 30-31%; густина 1,77-1,8%; І текучість 10-15 сек.; ІІ текучість 20-35 сек.; коефіцієнт загустіння 1,8-2,3. Лиття виробів здійснювали на механізованих стендах в гіпсові форми. Вироби сушили в камерній сушилці, Т=+708С, після чого глазур ували. Випалювання проводили в тунельній електричній печі в окислювальному середовищі при Т=12300С. 3 36981 В табл. 3 представлені приклади, технічні характеристики виробів, виготовлених вищезазначеним способом. Як видно з прикладів, спосіб дозволяє отримати санітарно-технічні вироби з місцевої сировини без підвищення температура випалу зі стабільним водопоглинанням та іншими показниками на рівні кращих зразків. Таблиця 1 Сировина SiO2 Кварцсерицитові сланці Кварцполевошпатовий концентрат Пегматит Єлисеєвський Граніт Шевченківського родовища Al2O 3 T1O 2 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O в п.п. 0,37 1,89 2,48 3,52 68,06 73,88 14,73 17,82 0,59 0,78 1,00 2,07 0,42 1,41 0,38 0,79 0,21 0,55 3,61 5,41 76,30 13,93 0,12 0,20 0,31 0,31 74,14 79,87 11,63 13,08 0,15 0,26 0,69 0,74 0,22 2,22 0,09 0,41 3,57 0,41 3,44 4,11 71,16 73,45 14,67 14,99 0,41 0,69 0,83 1,32 1,80 2,34 0,30 0,70 0,01 0,03 3,32 3,70 3,60 5,00 0,37 0,43 12,2 0,75 Таблиця 2 Сировина Пологський каолін відбірний (ПЛК-0) Пологський каолін І-го сорту (ПЛК-1) Пологський глина ІІ-го сорту (ПЛГ-2) Пологський глина ІІІ сорту (ПЛГ-3) Просянівський каолін КС Дружківська глина черепбій Пісок кварцевий Граніт Шевченківський SiO2 Al2O 3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O в п.п. 44,42 39,28 0,48 1,03 0,14 0,06 0,32 0,16 14,11 45,23 38,68 0,47 0,92 0,19 0,08 0,33 0,13 13,97 60,95 26,43 0,44 1,13 0,15 0,08 0,19 0,09 10,54 48,98 35,68 0,77 1,50 0,32 0,15 0,23 0,15 12,31 46,71 48,97 0,32 0,46 0,18 0,04 0,62 0,23 13,41 47,02 51,12 26,50 43,06 0,95 0,98 1,15 0,79 1,50 0,83 0,30 0,32 0,80 2,07 0,41 0,83 12,60 99,48 0,26 0,02 0,08 0,01 0,15 72,88 14,72 0,47 0,89 2,12 0,59 3,52 4,41 0,40 4 36981 Таблиця 3 Х Вміст компонентів, % Компоненти, властивості 1 х 2 х 3 глина 23,5 23,5 23,5 каолін 24,5 24,5 24,5 пегматит 41,0 Єлисеєвський Кварцевий 6,0 6,0 6,0 пісок череп-бій 5,0 5,0 5,0 випал. вироб. граніт Шев41,0 41,0 ченківського родовища ПЛК-0 ПЛК-1 каолін Просянівський КС ПЛГ-2 ПЛГ-3 глина Друж- ківська Т-ра випалу, 1230 1230 1230 8С Пластична міцність в 20,8 21,2 21,6 сирому вигляді, МПа Набір черепка на стінці 7,5 7,6 8,2 гіпсової форми за 1,5 год., мм Водопогли0,2 0,3 0,2 нання, % Термостій2 3 3 кість, цикли х – помол непластичних здійснювали з 4 5 6 7 8 9 по прототипу 20,0 30,0 22,0 7,0 6,5 6,0 5,5 6,0 6,0 5,0 21,0 6,0 5,0 6,0 5,0 5,0 5,0 4,0 7,0 39,0 39,5 40,0 41,0 41,0 41,0 43,0 6,6 13,4 7,0 13,5 6,7 13,0 7,5 12,0 6,5 13,5 6,5 13,5 6,5 13,5 4,5 4,0 4,8 5,5 4,5 4,5 4,5 6,3 12,7 7,0 13,5 6,5 12,5 7,5 11,0 6,0 13,0 6,0 13,0 6,0 13,0 4,5 4,0 4,5 5,0 4,5 4,5 4,5 1230 1230 1230 1230 1230 1230 1230 1230 21,8 22,0 22,7 23,9 24,4 24,1 22,1 14,5 8,2 8,2 8,3 8,5 8,5 8,2 7,8 7,4 0,15 0,2 0,17 0,2 0,2 0,25 0,4 0,7 3 3 4 4 4 4 3 1 х 20 мас.% від загальної кількості глини __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5 10