Технология производства керамического кирпича

Технология производства керамического кирпича

Перед началом работ по добыче глины на карьерах проводят подготовительные и вскрышные работы, обеспечивающие в дальнейшем нормальную бесперебойную работу по добыче.

При подготовительных работах удаляют растительность, устраивают водоотводные канавы и подъездные пути. В качестве машины для удаления растительности служат кусторезы, корчеватели.

При вскрышных работах удаляют растительный слой, почву, подзол, песок, т.е. все непригодные для производства слои, покрывающие толщу глины. Землеройное оборудование и способ вскрышных работ выбирают в соответствии с особенностями месторождения и рельефа местности на основе проекта разработки карьера. Для вскрышных работ применяют колесные скреперы, бульдозеры, иногда многоковшовые экскаваторы, а в отдельных случаях гидромониторы [22,23].

В качестве глинодобывающих машин применяют, как правило, многоковшовые и одноковшовые экскаваторы. В отдельных случаях используют скреперы, бульдозеры и струги. Однако эти машины целесообразно применять лишь при благоприятных горногеологических условиях, равномерном и однородном залегании сырья и достаточной мощности.

Свойства глины, добываемой в карьере, неоднородны. По толщине залегания обычно меняется пластичность, засоренность, влажность и химический состав сырья. Поэтому глины, залегаемые в карьерах в их естественном состоянии, без предварительной подготовки непригодны для изготовления кирпича. Для того чтобы получить из имеющегося сырья высококачественный кирпич, необходимо сделать глиняную массу однородной, т.е. усреднить ее.

Усреднение глины производят в процессе ее добычи в карьере, а также путем перевалки ее в открытые глинозапасники, так называемые "конусы" или же в стационарные глинохранилища закрытого типа.

Усреднение глины с дополнительным ее вылеживанием даже в больших массивах улучшает перемешивание разнородных по свойствам слоев глины, содействует некоторому разрушению ее природной структуры, повышает эффективность последующей ее механической обработки [23,27].

В зависимости от объема потребляемой глины, расстояния от места добычи глины к месту ее потребления и рельефа местности выбирают тот или иной вид транспорта: безрельсовый — автомашины, скреперы, бульдозеры; рельсовый — мотовозы, электровозы, канатная тяга. Для внутрицехового транспортирования глины и добавок применяют ленточные конвейеры и ковшовые элеваторы [18,19].

Подготовка добавок

Добавки, применяемые в кирпичном производстве, требуют подготовки, которая заключается в измельчении их до заданного зернового состава или в просеивании. Для подготовки добавок применяют щековые, валковые и молотковые дробилки, шаровые мельницы, барабанные грохоты и др. Выбор дробилки зависит от твердости и размеров кусков измельчаемых добавок. Перед измельчением кварцевый песок подвергают просеву через сито с отверстиями 3 мм для отделения крупных включений. Древесные опилки просеивают через сито с отверстиями 8 — 10 мм.

Угли различных марок (каменные, бурые, антрациты), а также отходы обожженных изделий для приготовления шамота, шлак измельчают на щековых, затем на молотковых или валковых дробилках и просеивают через сито с отверстиями 2 — 3 мм. Прошедший через сито уголь используют как выгорающую добавку в производстве кирпича. Золу ТЭЦ, находящуюся в гидроотвалах и имеющую высокую влажность, сначала при помощи экскаватора и бульдозера окучивают в бурты, в которых зола хранится до потери избыточной воды. Затем до начала зимы золу ТЭЦ завозят на территорию завода и предохраняют от промерзания в крытых запасниках. Из запасников золу ТЭЦ без дополнительной подготовки можно подавать в бункер ленточного дозатора. Подготовка пластифицирующих добавок (бентонитовой глины, сульфитно-спиртовой барды и др.) заключается в смешивании их с водой и доведении до жидкого состояния [27,28].

Дробление глины

Глину, поступающую в производство, подвергают первичному дроблению в стругачах, камневыделительных и дезинтеграторных вальцах, предназначенных также для одновременного удаления из массы твердых включений. Если глину не отделять от включений, то в дальнейшем каменистые твердые включения могут понизить прочностные характеристики кирпича и могут повредить оборудование для его производства[29].

Дезинтеграторные камневыделительные вальцы служат для предварительного дробления пластичных глин и частичного удаления каменистых включений (рис.5.1.2.1). Вальцы состоят из двух валков различного диаметра и с различной скоростью вращения, из которых валок большего диаметра гладкий, а меньшего диаметра ребристый.

Рис.5.1.2.1 — Дезинтеграторные камневыделительные вальцы СМ-150:

а — общий вид, б — схема; 1 — гладкий валок, 2 — ребристый валок, 3 — съемные стальные ребра, 4 — шкив малого валка, 5 — шкив большого валка, 6 — подшипник, 7 — пружина, 8 — передвижные салазки, 9 — рама, 10 — кожух, 11 — воронка, 12 — направляющий лоток, 13 — отводной лоток.

Дезинтеграторные вальцы работают следующим образом: глина, поступающая через загрузочную воронку 11 по направляющему лотку 12, попадает на быстроходный ребристый валок 2. Под ударами ребер этого валка она отбрасывается на гладкий тихоходный валок, который затягивает ее в зазор между валками. Каменистые включения при ударе ребер отбрасываются в сторону гладкого валка, ударяются о верхнюю крышку кожуха 10 и выбрасываются через отводной лоток 13. Эти вальцы применяют для преимущественно в качестве машины для грубого дробления плотных и пластичных глин [19,20].

Винтовые камневыделительные вальцы служат для первичного дробления рыхлых глин и одновременно выделения из них каменистых включений (рис. 5.1.2.2). Винтовые вальцы этого типа имеют винтовую спираль на одном валке, другой валок гладкий. Спираль в виде выступающих ребер отводит поступающие с глиной камни в лоток, находящийся у конца валка.

Рис. 5.1.2.3 — Схема камневыделительных винтовых вальцов СМ-416А:

— электродвигатель, 2 — упругая муфта, 3 — редуктор, 4 — уравнительная муфта, 5 — зубчатые шестерни, 6,8,10,12,14 и 15 — подшипники, 7 — гладкий валок, 9 — винтовой валок, 11 — цепная передача, 13 — очистной винтовой скребок.

К валкам прикреплены очистные скребки. Неподвижный скребок очищает гладкий валок, а подвижный скребок 13 — винтовой валок. Камни выходят с противоположной от привода стороны [35,36].

Формование кирпича

При производстве керамического кирпича используется метод полусухого прессования и метод пластического формования, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. При наличии рыхлых глин и глин средней плотности с влажностью не выше 23-25% применяют пластический способ переработки глин; для слишком плотных глин, плохо поддающихся увлажнению и обработке с низкой карьерной влажностью (менее 14-16%),-полусухой способ переработки.

Технологическая схема производства изделий с пластическим способом подготовки массы, несмотря на свою сложность и длительность, наиболее распространена в промышленности стеновой керамики. Метод формования из пластических масс исторически сложился на основе пластических свойств глин и широко используется в керамической технологии. Способ пластического формования позволяет выпускать изделия в широком ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и большей пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкость таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья [27].

При переработке глин в сыром виде схема подготовки сырья несколько проще и экономичней, поскольку нужно меньше перерабатывающего оборудования, следовательно, меньше энергоемкость. Все оборудование более надежно и просто в обслуживании. Температура обжига изделий примерно на 50 0 С ниже, чем у изделий полусухого прессования, что позволяет также снизить энергозатраты на обжиг и в какой-то мере компенсируют высокие затраты на сушку.

Недостатком способа пластического формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого, большая усадка материала при сушке и наличие отдельного процесса сушки затрудняет возможность механизации трудоемких операций при садке сырца на сушку, перекладке высушенного сырца для обжига и совмещения в одном агрегате процессов сушки и обжига.

Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить каменистые включения, разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а также придать массе надлежащие формовочные свойства.

Еще одним недостатком метода пластического формования является то, что для получения качественного кирпича глину необходимо качественно переработать, что требует больших затрат на электроэнергию. Поэтому большинство отечественных предприятий использует минимальный комплект перерабатывающего оборудования, что отнюдь не способствует качеству выпускаемого кирпича.

Также пластический метод формования имеет еще несколько преимуществ — широкий ассортимент продукции — от поризованной керамики с пустотностью 50 % и с плотностью до 700-800 кг/м3 до полнотелого клинкерного кирпича с плотностью до 2200-2300 кг/м3, получение кирпича с высокой маркой и морозостойкостью, отработанность технологии, как самой распространенной в мире, большой выбор оборудования.

После ознакомления со всеми недостатками и достоинствами методов формования в дипломной работе для изготовления керамического кирпича будет использоваться пластичный метод формования [22,23,29].

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Глина для производства керамического кирпича

Качественные характеристики керамического кирпича ( морозостойкость, прочность, внешний вид) напрямую зависят от глинистого сырья, используемого в производстве. Собственно глина представляет собой горную породу, очень сложную и непостоянную по составу входящих в нее минералов, а также по физическим и технологическим свойствам. Глины обладают способностью размокать, распускаться в воде на отдельные частицы, образуя, в зависимости от количества воды, либо пластичное тесто, либо жидкие смеси, в которых мельчайшие частицы глины находятся во взвешенном состоянии.

Основными требованиями к глине как главному сырью для производства керамического кирпича являются низкое содержание крупно-зернистых включений, хорошие сушильные свойства и способность сырья к формованию. Кирпичные глины не должны содержать щебня, гальки, гравия, крупных кусков известняка, гипса и других примесей. Чаще всего для производства кирпича используются легкоплавкие песчанистые и мергелистые глиняные породы, различные по минеральному составу и цвету.

Чтобы выпускать продукцию с высокими техническими характеристиками, необходимо длительное время использовать в производстве постоянный состав глины. Это позволяет подобрать наиболее оптимальный вариант режимов сушки и обжига. В ином случае достичь хорошего качества кирпича не удастся.

Едва ли не самое главное свойство глины, которое необходимо учитывать в производственном процессе, — пластичность. Под « пластичностью» понимается способность глиняного теста принимать и сохранять любую форму в сыром виде. В зависимости от степени пластичности выделяют 5 групп глин — от высокопластичных до непластичных. В этой же связи распространено деление глин на « жирные» и « тощие» ( супеси, суглинки) , по степени загрязненности глинистого сырья кварцевым песком. Кварцевый песок — наиболее частая и почти всегда преобладающая примесь в глинах, особенно в месторождениях глин остаточного типа. В « жирных» глинах песка мало, а в « тощих» его много.

Для производства качественного керамического кирпича наиболее подходят глины, не требующие дополнительных добавок, преимущественно средней пластичности ( жирности). Если глина будет слишком жирной, то кирпич долго сохнет, может давать трещины. В свою очередь, использование тощих глин негативно отразится на важнейших характеристиках кирпича — прочности и морозостойкости. Тем более не стоит применять сырье, содержащее включения известняка. При обжиге известняк превращается в известь, которая гасится под действием влаги воздуха, увеличивается в объеме и разрушает изделие.

В процессе производства оптимальная густота глинистого сырья достигается добавлением строго определенного количества воды. Определить уровень густоты достаточно просто: глиняное тесто должно легко формоваться, но не прилипать к рукам. Жирные, очень пластичные глины приобретают нужную консистенцию при добавлении 30—40% воды, глины средней пластичности — при 20—30% и малопластичные глины — при 15—20% воды.

О качестве глины можно судить, сделав простой срез. Блестящий жирный срез — признак высокопластичных глин, которые в состоянии нормальной густоты прилипают к ножу. Чем более матовая и ровная поверхность среза, тем меньшей пластичностью характеризуется сырье. Определяют пластичность и таким образом: придав опытному образцу необходимую густоту, делают шарики диаметром 4-5 см. Затем кладут их на гладкую доску и сверху медленно надавливают дощечкой, пока не сплющатся до половины толщины. Если на смятом шарике не появится трещины, значит глина пластична, если трещины появятся — глина мало пластична. Образцы из очень тощей глины разваливаются на куски.

Степень пластичности глины показывает и усадка образцов при сушке: чем больше усадка, тем больше пластичность глины. Глины, усадка которых более 10%, высокопластичны, от 8 до 10% — выше средней пластичности, от 6 до 8% — средней пластичности и меньше 5% — тощие. Соответственно, для производства кирпича наиболее пригодны глины, имеющие 6—8% усушки. Если же показатели больше, то в глину следует добавлять отощители. В качестве отощителей применяют песок с крупностью зерен 0,5—2 мм, просеянные или дробленые шлаки не более 3 мм, а также опилки.

Одно из важнейших свойств глины — способность твердеть после обжига, давая материал, не размокающий в воде и непроницаемый для нее. Исходя из чувствительности к сушке выделяют 3 вида глин — от высокочувствительных до малочувствительных ( в зависимости от того, способна ли глина выдерживать высокие температуры, не давая трещин). При обжиге учитывается еще одно свойство глины — спекаемость, т.е. объем открытых ( сообщающихся с поверхностью) пор в отформованном и обожженном образце. Чтобы не допустить возникновения трещин и в то же время добиться быстрой и равномерной сушки, в глинистую массу вносят отощающие добавки, снижающие пластичность и увеличивающие размер пор и капилляров. При этом наибольший эффект получают при внесении крупнозернистых добавок. Чем больше в глинистой массе крупных частиц, тем крупнее в ней поры и капилляры и тем быстрее и равномернее идет сушка изделий, сформованных из такой массы. В настоящее время широко распространены органические добавки — древесные опилки и ископаемые угли.

Обожженная не при слишком высокой температуре глина не теряет своей пористости и способности впитывать влагу, но окаменевает, совершенно утрачивает способность размываться водою и давать с нею пластическую массу. Обжиг строительного кирпича производится при температуре 900—1000°С.

Глины могут иметь самый различный цвет — от белого до черного. И в известной степени цвет может характеризовать качество глины. Белые и светло-серые глины всегда содержат мало железа и обычно бывают огнеупорными или тугоплавкими. Красно-желтый или красно-бурый цвет глины указывает на то, что она не обладает огнеупорностью и пригодна только для грубой керамики. Черный цвет глины указывает на большую примесь в ней органических веществ. Хотя это никоим образом не определяет технологических свойств сырья. В ряде случаев такие глины могут оказаться вполне удовлетворительным керамическим сырьем, так как после обжига органические примеси выгорают и цвет черепка делается иногда почти белым.

Глины широко распространены в природе и обычно залегают на небольшой глубине от поверхности. Все это делает их дешевым видом минерального сырья. Тем не менее перевозки их на дальние расстояния нецелесообразны. В качестве производственного сырья глины стараются по возможности использовать на месте. Практически все кирпичные заводы обязательно строятся на самом месторождении глин, так как гораздо выгоднее подвозить к заводу более дорогое топливо, чем огромные массы влажной и очень тяжелой глины.

Поскольку кирпичное производство — самый крупный потребитель глин, в производстве особо строгих требований к сырью не предъявляется. Для выработки обычного строительного кирпича применяются широко распространенные легкоплавкие песчанистые ( « тощие») глины любого цвета. Месторождения таких глин встречаются почти повсюду и на них базируется большинство кирпичных заводов.

Добыча глины: разработка, способы добычи и лицензия

Глина — довольно распространенная горная порода. Согласно последним данным, она составляет примерно 50 % от общего количество всех горных пород, обнаруженных на земле. Этот материал активно используется в разных сферах деятельности, поэтому вопрос его добычи во все времена актуален.

Из чего состоит глина

Глина принадлежит к так называемым землистым породам. В чистом виде она состоит из мелких (до 0,01 мм) частичек глинистых минералов: каолинита, гидрослюды и др. Помимо этого, в состав породы входят и другие вещества: вода, алюминий, кремний. Существует также отдельная категория минералов, загрязняющих глину, — кварц, доломит, рутил, гипс и др.

Виды и разновидности глины

От того, какие именно компоненты образуют конкретный вид глины, зависит ее цвет. Она бывает не только желтой, но и черной, бурой, зеленой, и многих других оттенков. Вещество, преобладающее в составе, также формирует различные названия глины: галлуазитовая, каолинитовая и др. Если примесей в исходнике очень много, можно говорить уже о новых породах: глинистых песках или углях, мергелях и др.

Наиболее распространенная классификация глины базируется на ее свойствах: огнеупорности, пластичности и т. д. Согласно такому подходу, выделяют следующие типы данной породы:

• керамическая: применяется для создания посуды, статуэток;
• бентонитовая: формируется из вулканического пепла, широко используется в промышленности;
• абразивная: ее применяют для полировки металлических изделий;
• обожженная: очень крепкая и прочная;
• природная красная: в ее составе высокий процент железа, поэтому она отличается повышенной пластичностью;
• строительная: ее используют в разного рода строительных работах, в частности, для фундамента;
• тугоплавкая: из нее делают шамотные кирпичи;
• шамотная: идеально подходит для работ, связанных с внешней отделкой домов;
• монтмориллонитовая: обладает отбеливающими свойствами, применяется в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве, фармацевтической отрасли.
• порошковая: используется для создания разного рода смесей.

Преимущества и недостатки

Глина нашла широкое применения во многих сферах жизни и используется человечеством уже много столетий. Особенно часто она служит в качестве сырья для производства строительных материалов, например, кирпича. Среди ее главных преимуществ:

• абсолютная экологичность;
• повышенная устойчивость к высоким температурам;
• способность сохранять оптимальный уровень влажности в помещении;
• отличная воздухопроницаемость;
• способность поглощать (адсорбировать) опасные или вредные элементы;
• отсутствие отходов при эксплуатации.

Несмотря на неоспоримые плюсы, эта порода не лишена недостатков. Ее главный минус заключается в том, что она дает усадку во время высыхания. При использовании в строительстве это может вызвать деформацию стен или других элементов сооружения.

Технические характеристики и свойства

Глина обладает целым набором уникальных свойств, которые выделяют ее среди других пород. Речь идет о следующих особенностях:

1. Высыхая, этому материалу удается сохранить свою первозданную форму. При этом он немного уменьшается в объемах. В результате обжига прочность породы многоразово увеличивается. Это свойство используется при производстве кирпичей.
2. При контакте с водой глина расслаивается. При этом она может сохранить вид пластичной массы или же превратиться во взвесь.
3. Большинство видов глины обладают повышенной пластичностью, благодаря которой они могут принимать любую нужную форму.
4. Материал не пропускает воду (однако перед этим он должен быть достаточно увлажненным) и отличается хорошей связующей способностью и кроющими свойствами.
5. Глина отлично абсорбирует сторонние вещества.

Происхождение и добыча глины

Сама по себе глина — продукт земной коры. Она образуется как результат процесса распада полевого шпата. Глинистые породы могут иметь осадочное или остаточное происхождение. В первом варианте они образуются в результате накопления минералов на поверхности земли. Такие породы разделяют на континентальные и морские. Остаточное происхождение подразумевает формирование глины в результате выветривания горных пород.

Главное преимущество глины в том, что она широко распространена во многих регионах. Кроме того, она не залегает глубоко, что значительно удешевляет процесс добычи. Единственная проблема заключается в транспортировке. Порода довольно тяжелая, поэтому перевозить ее на дальние расстояния нецелесообразно. По этой причине производство, например кирпичный завод, зачастую строят неподалеку от мест добычи породы.

Разработка

Сегодня используются разнообразные варианты разработки карьеров для добычи глины. Чаще всего применяются экскаваторы, которые добывают породу с разной глубины карьерным методом. Если вещество залегает слишком глубоко или речь идет о больших залежах, специалисты пользуются подрывным методом. Для добычи голубой глины и каолина в условиях повышенной влажности необходимо применение гидромониторов.

• глины может проходить селективным или валовым методом. Валовый метод подразумевает одновременную выемку разных пластов глины, а при селективной разработке пласты породы вынимаются раздельно.

Оборудование

Главным «участником» добычи глины является экскаватор или специальная зубофрезерная машина. Выбор того или иного механизма во многом зависит от свойств добываемой породы, особенностей конкретной местности. Наибольшим спросом пользуются три вида экскаваторов:

• многоковшовые;
• одноковшовые;
• роторные.

Многоковшовые и одноковшовые экскаваторы используют преимущественно при валовой разработке месторождения, а роторные — при селективной. Кроме того, во время добычи активно используются канатные и транспортные скреперы, предназначенные для погрузки и перевозки породы.

Особенности добычи

Добыча глины начинается с подготовки территории. Этот процесс занимает довольно много времени и включают в себя: очищение территории от мусора и растительности, взрывные работы, сооружение путей для проезда машин и доставки оборудования.

При непосредственной разработке карьера большое внимание уделяется созданию правильной крутизны откоса. Этот параметр являет собой угол наклона откоса к горизонту или же соотношение высоты к слоям залегающей глины. В идеале при высоте 5 м он должен составлять 1:0,5, но если почва очень мокрая, то этот показатель может быть несколько иным — 1:1.

Как добывают глину в летнее время

Летом целесообразнее всего проводить добычу породы с помощью экскаваторов. Они снимают глину пластами, пока не достигнут мест залегания суглинка. На этом этапе работы в конкретном месте считаются завершенными, и экскаватор начинает работу в другой локации. Обычно глубина карьеров при добыче небольшая, но иногда порода залегает на уровне водоносного горизонта. В этих случаях необходимо оборудовать дренаж.

Как добывают глину зимой

В холодное время года при сильных морозах глину добывают посредством взрывного метода добычи. Кроме того, стараются не допустить глубокого промерзания грунта. Для этого почву в месте добычи укрывают опилками, торфом или другим материалом с низким уровнем теплопроводности. На далеком севере для этих целей используют тепляки — сооружения закрытого типа, оснащенные целым комплексом обогревательных устройств. Они эффективно разогревают почву в месторождения породы.

Транспортировка

Если производство расположено далеко от месторождения глины, возникает вопрос о ее транспортировке. Для этого лучше всего подходят железнодорожные вагоны. Однако нередко используются и грузовые автомобили. Если порода перевозится автотранспортом, необходимо позаботиться о тенте, которым накрывают груз.

Нюансы получения лицензии на добычу

Как и в случае с другими ископаемыми, добыча глины в нашей стране может осуществляться только при наличии лицензии. Исключение составляют частные лица, которые добывают породу для личных потребностей без использования спецтехники на глубине не более 5 м.

Для получения лицензии необходимо хорошо знать все нюансы процедуры, поэтому лучше всего воспользоваться услугами специалиста. Этот процесс состоит из следующих этапов:

1. Выбор конкретного участка.
2. Подготовка документов, которые свидетельствуют о финансовом состоянии компании.
3. Оплата всех необходимых государственных пошлин.
4. Участие в аукционных торгах.

Непосредственно после получение лицензии необходимо разработать проект, который будет содержать все необходимые сведения о будущей разработке залежей породы.

Применение глины

Глину используют в разных целях:

1. В строительстве как основной материал для создания глинобитных строений или в качестве сырья для производства разных видов кирпича. Также ее применяют для изготовления цемента и других строительных продуктов.
2. В гончарном производстве. Глиняная посуда, различные предметы быта пользуются большой популярностью во всем мире.
3. В медицине. Порода содержит много минеральных солей, кроме того, она является отличным адсорбентом. Пероральный прием показан при отравлениях, дисбактериозе, диарее. Кроме того, распространено наружное применение в виде лечебных обертываний и других полезных процедур.
4. В косметологии. Глиняные маски нормализуют работу сальных желез, очищают лицо, борются с признаками старения. Кроме того, некоторые разновидности породы часто добавляют в кремы, средства для умывания.

Благодаря тому, что глина обладает многими уникальными и полезными свойствами, вполне вероятно, что область ее применения будет расширяться. Особенно учитывая тот факт, что современные мастера постоянно экспериментируют с этим материалом, и каждый раз открывают в нем новые возможности.

Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича.

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к стеновому (строительному) и дорожному (мостовому) клинкерному кирпичу, получаемых на основе камнеподобного глинистого сырья – аргиллита и его разновидностей. Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая аргиллит и воду, содержит аргиллит, измельченный до размера менее 1,0 мм при содержании фракции 0-0,5 мм не менее 80%, и дополнительно апатитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, масс. %: указанный аргиллит 76,5-83,5, апатитовый концентрат 0,5-5,5, вода 16,0-18,0. Технический результат – повышение прочности и снижение водопоглощения изделий. 1 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к стеновому (строительному) и дорожному (мостовому) клинкерному кирпичу, получаемых на основе камнеподобного глинистого сырья — аргиллита и его разновидностей.

Кирпич клинкерный — это изделие, имеющее высокую прочность и низкое водопоглощение, обеспечивающее эксплуатационные характеристики в сильноагрессивной среде и выполняющее функции декоративного материала.

Стеновой клинкерный кирпич выпускается согласно ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия» и предназначен для кладки стен, архитектурных элементов, цоколей, фундаментов, сводов, стен, подверженных большой нагрузке и т.д. Он должен иметь водопоглощение менее 6%, предел прочности при сжатии 30-100 МПа, предел прочности при изгибе — более 4,4 МПа, морозостойкость — не ниже F75.

Дорожный клинкерный кирпич выпускается согласно ГОСТ 32311-2012 «Кирпич керамический клинкерный для мощения» и предназначен для устройства дорог, тротуаров, пешеходных дорожек, архитектурно-декоративных ландшафтных элементов и т.д. Он должен иметь водопоглощение менее 2,5%, предел прочности при изгибе — более 7,5 МПа, морозостойкость — не ниже F200, истираемость — менее 1,5 г/см 2 .

В некоторых источниках в общем виде указывается на возможность получения изделий стеновой керамики на основе аргиллитов — «Временное руководство по проектированию предприятий по производству кирпича и керамических камней. Нормы технологического проектирования» (М., 1989), «Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Глинистые породы» (М., 2007). Однако конкретных рекомендаций, технологических параметров, свойств получаемых изделий в данных источниках не приводится.

Известна керамическая масса, включающая мас. %: аргиллиты — 69,0-74,8; диопсидсодержащая порода — 10-15; стеклобой — 9,5-10,5; гипс строительный — 4,92-5,1; алюминиевая пудра — 0,58-0,6; гидроксид натрия, 2 н. раствор — 29,6-30,0% сверх 100% от сухой смеси, В/Г — 0,42-0,45. Недостатком этой массы является сложный состав, низкая прочность и плотность изделий, и возможность их использования только как теплоизоляционных (см. патент RU 2484063 C1, С04В 38/02; 33/00, опубл. 10.06.13, бюл. 16).

Наиболее близким техническим решением является керамическая масса для изготовления строительного кирпича, включающая аргиллит, туфоаргиллит, железистый кек никелевого производства и воду при следующем соотношении компонентов, масс. %: аргиллит 15,35-17,85, туфоаргиллит 61,4-63,9, железистый кек 2,07-3,73, вода остальное (см. А.С. SU 1768555 A1, С04В 33/00, опубл. 15.10.92, бюл. 38).

Недостатком указанной массы является то, что данная керамическая масса склонна к вспучиванию при температурах обжига 1050-1100°С, изделия на ее основе обладают большим водопоглощением и относительно небольшой прочностью, что не позволяет на ее основе получить клинкерный кирпич.

Задачей изобретения является повышение прочности и снижение водопоглощения изделий, получение стенового и дорожного клинкерного кирпича, отвечающего требованиям нормативных документов на основе камнеподобного глинистого сырья (аргиллитов) за счет введения добавки апатитового концентрата.

Сущность изобретения достигается за счет того, что керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая аргиллит и воду, дополнительно включает апатитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Технический результат заключается в следующем. Введение апатитового концентрата в тонкодисперсном состоянии способствует улучшению спекания формовочных масс и, соответственно, снижению водопоглощения и повышению прочности обожженных изделий. Это обусловлено тем, что апатитовый концентрат содержит в своем составе минерал апатит, краткая формула которого 3СаО⋅Р₂О₅. Данный минерал является сильным плавнем и минерализатором в процессе спекания. Минерализаторы — это вещества, вводимые в сырьевую смесь в небольшом количестве (от долей %) и активно участвующие в спекании и образовании новых минеральных фаз. Также апатитовый концентрат содержит в своем составе около 15% минерала — нефелин (K₂O⋅3Na₂O⋅2Al₂O₃⋅9SiO₂). Высокое содержание оксидов щелочных металлов делает этот минерал сильным плавнем. Он начинает плавиться при температуре 950°С. Содержание оксида фосфора, оксида кальция и оксидов щелочных металлов в апатитовом концентрате обуславливает его эффективность как активизатора спекания даже при вводе в небольших количествах. Важным является момент, что ввод апатитового концентрата позволяет получить черепок с высокой степенью спекания при температурах до 1100°С. Особенно это важно для керамических масс с повышенным содержанием оксидов железа, какими и являются массы на основе аргиллитов и аргиллитоподобных глин. Это связано с тем, что при температурах выше 1100°С из оксида железа частично происходит удаление кислорода:

При этом черепок уже в значительной степени уплотнен, поэтому кислород не может свободно удалиться и содействует вспучиванию. Поэтому период спекания при конечных температурах должен проходить достаточно продолжительное время, а это влечет за собой увеличение размеров печей, повышенный расход топлива на обжиг, количества обжиговых вагонеток и т.д., что экономически нецелесообразно. Поэтому обжиг желательно проводить при температурах не выше 1100°С.

При степени измельчения менее 0,5-1,0 мм аргиллиты приобретают удовлетворительные формовочные свойства, способность к интенсивному спеканию при обжиге и к активному взаимодействию между слагающими компонентами, что способствует получению изделий с необходимыми свойствами. Повышенная природная плотность аргиллитов способствует повышенной плотности обожженных изделий, их низкой пористости и водопоглощению.

Характеристика исходных материалов

Аргиллиты — камнеподобные породы, не размокающие в воде, образующиеся в результате уплотнения и эпигенеза глин. По минеральному составу аргиллиты практически не отличаются от глин. Согласно ГОСТ 21216-2014 «Сырье глинистое. Методы испытаний» (п. 3.3) сырье глинистое камнеподобное — это плотные и хрупкие глинистые породы влажностью 3-9%, не размокающие или плохо размокающие в воде. К камнеподобному глинистому сырью относят уплотненные и аргиллитоподобные глины, аргиллиты, туфоаргиллиты, глинистые и углистые сланцы, алевролиты, а также переходные разновидности между этими породами. На практике, как правило, все эти породы называют аргиллитами.

В среднем глинистая составляющая аргиллитов представлена в большей мере гидрослюдами (в среднем 50-70%), каолинитом (20-30%), хлоритом (5-15%) и в небольшом количестве могут присутствовать смешаннослойные глинистые минералы. Помимо глинистых минералов в аргиллитах всегда присутствуют кварц, полевые шпаты, слюды, глауконит, опал, халцедон, оксиды железа и целый ряд акцессорных минералов. Часто аргиллиты обогащены углефицированным органическим веществом.

По химическому составу аргиллиты не имеют принципиальных отличий от гидрослюдистых и гидрослюдисто-каолинитовых глин. Усредненный химический состав характеризуется содержанием, % по массе: SiO₂ 52,0-64,0; AI₂O₃ 15,0-24,0; Fe₂O₃ 4,0-7,0; CaO 0,5-7,0; MgO 1,0-3,0; К₂О 2,5-4,5; Na₂O 1,0-2,0. Особенностями являются повышенное содержание оксида алюминия в сравнении с суглинками и оксидов калия и магния, что согласуется с минералогическим составом.

При измельчении аргиллиты приобретают формовочные свойства. Наблюдается прямая зависимость — чем тоньше измельчено сырье, тем выше пластичность и лучше формуемость. Применяемые технологии и используемое оборудование в настоящее время при производстве кирпича позволяют измельчать сырье до фракции 0-0,5 мм. Более тонкое измельчение существенно увеличивает затраты и экономически нерационально. Черепок на основе аргиллитов в сравнении с суглинками и глинами отличается повышенной плотностью и прочностью. Россия располагает крупнейшей сырьевой базой камнеподобного глинистого сырья, однако, несмотря на многие положительные свойства аргиллитов и их большую ценность как сырья для строительной керамики, они не нашли широкого применения в силу ряда объективных и субъективных причин.

2. Апатитовый концентрат.

Апатитовый концентрат является продуктом переработки апатит-нефелиновых руд, служит высококачественным фосфатным сырьем и используется в основном для производства минеральных удобрений и фосфорных соединений. Производится АО «Северо-Западная Фосфорная Компания». Всего согласно ТУ 2111-001-64700723-2014, производится три сорта апатитового концентрата, большая часть которого поставляется на российские химические предприятия. Массовая доля пентаоксида фосфора (Р₂О₅) в пересчете на сухое вещество составляет 38,0-39,0%. Содержание собственно апатита составляет 84-86%. Также в количестве до 15% присутствует нефелин. Зерновой состав на 95% представлен фракцией 0-0,315 мм, при содержании фракции 0-0,16 мм составляет 70-90%. Апатитовый концентрат — негорючее вещество, пылевоздушные смеси пожаровзрывобезопасны.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250×120×65 мм и 200×100×62 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов. В качестве сырья был использован типичный аргиллит Южночеревковского месторождения Ростовской области.

Образцы изготовлялись следующим образом.

Предварительно камнеподобная глинистая порода — аргиллит — измельчалась на щековой дробилке, молотковой дробилке и дезинтеграторе, после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек до максимальной крупности частиц менее 1 мм. При этом содержание фракции 0-0,5 мм составляло не менее 80%. Затем измельченный аргиллит тщательно перемешивался с апатитовым концентратом в заданном соотношении компонентов и равномерно увлажнялся до нормальной формовочной влажности, которая составляла в среднем 16%. Приготовленная смесь вылеживалась в условиях, исключающих высыхание в течение 6-12 часов, и затем из нее формовались изделия. После сушки в течение 48 часов изделия обжигались с выдержкой при максимальной температуре 1050 и 1100°С 4 часа.

Физико-механические показатели, подтверждающие свойства изделий, полученных на основе керамических масс, включающих аргиллит и апатитовый концентрат, представлены в таблице.

Результаты проведенных испытаний показали, что введение апатитового концентрата более 5,5% не приводит к существенному улучшению свойств изделий и по технико-экономическим причинам это нецелесообразно, так как необходимые свойства изделий уже получены. Без добавки апатитового концентрата получить дорожный клинкерный кирпич нельзя, а стеновой — только при температурах выше 1100°С. Полученные образцы изделий отвечают необходимым требованиям по морозостойкости, а для клинкерного кирпича и по истираемости и кислотостойкости (>95%).

Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича, включающая аргиллит и воду, дополнительно включает апатитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Обжиг кирпича в домашних условиях — производим качественный материал

От автора: здравствуйте, уважаемые читатели! Задумывая обжиг кирпича в домашних условиях, вы сразу представляете в голове образы огромных производственных помещений, жаркие печи, тяжелый труд работников, но не все так страшно! Вы удивитесь, но организовать изготовление кирпича из глины возможно и в домашних условиях.

Для начала можно сделать партию для своих потребностей, набить, так сказать, руку — отработать технологию, повысить качество и оптимизировать процессы. Если дело пойдет хорошо, то ничто не помешает открыть свой бизнес, так как кирпич во все времена является отличным строительным материалом, и на него постоянно будет спрос.

Критерии подбора качественной глины

Начинать нужно с определения места «добычи» или покупки основного материала для производства кирпича — глины. Самое главное — найти именно «правильный» материал! Отлично, если вы обладатель землевладения или карьера, и на них есть залежи ценного материала, а если нет? Отправляемся на строительную базу и тщательно изучаем характеристики глины, ее показатели жирности, ведь от этого зависит качество полученного кирпича.

Проверить самому, правильной ли жирности найденная вами глина, довольно просто. Лучше всего взять пробы материала с нескольких участков или мест продажи, достаточно будет приблизительно по полкилограмма.

Для чего нам нужно небольшое количество? Доливаем в каждый образец немного воды и тщательно размешиваем. Глина должна вобрать в себя воду и начать приставать к рукам — на этом можно процесс завершить. Из подготовленной массы сделайте шарики диаметром около 50 мм и лепешки диаметром 100 мм. Оставляем их в хорошо проветриваемом помещении или на улице под навесом и высушиваем в течение 2–3 дней. Понятно, что такие действия необходимо произвести с каждым образцом глины.

Теперь можно приступать к оценке наших образцов:

• если на шариках и лепешках появились трещины, то придется в процессе производства кирпича добавлять песок, у вашей глины — повышенная жирность,
• при отсутствии трещин необходимо шарик бросить без усилий с высоты 1 м. Если он не разрушится, значит, глина оптимальной жирности,
• при рассыпании шарика можно сделать вывод, что для образца была использована тощая глина, в этом случае придется добавлять жирную.

Дополнительные компоненты (песок или жирную глину), в зависимости от характеристик вашего материала, следует добавлять порциями, постоянно проверяя качество готовой массы. Вообще, чем больше пластичность глины, тем легче изготовить кирпич.

Совет: пробы и испытания необходимо продолжать до нахождения оптимального состава массы.

Для достижения хорошей пластичности сухой материал засыпают в емкости водой и оставляют в таком состоянии на некоторое время, периодически добавляя новые порции материала и перемешивая состав. Также способствует повышению пластичности вымораживание глины в зимние холодные месяцы.

После замачивания раствор обязательно должен вылежаться около трех дней.

Важно: в процессе нельзя использовать глины с примесями камней, гальки, грунта и карбонатов (белые составляющие размером более 1 мм).

Производство кирпича-сырца

Существует два метода получения кирпича из глины:

• необожженный (так называемый кирпич-сырец),
• обожженный.

Изготовленный по технологии и из хорошей глины, необожженный строительный материал сможет практически на равных соперничать с обожженным. Его с успехом применяют при строительстве небольших зданий на участке: одноэтажных строений, подсобных построек — сараев, саун и др. Разберем способ производства кирпича-сырца.

Изготовление форм (ручное и механическое)

Первый вариант — изготовление подручными средствами. Нам потребуются размеры форм, которые необходимо изготавливать, обычно это габариты обыкновенного кирпича 250120х62 мм. В качестве материала для них можно взять доски толщиной около 25 мм, также необходимо будет применить дополнительно листы фанеры.

Внутренняя поверхность формы выполняется гладкой. Для формирования в кирпиче пустот крышки должны быть изготовлены с выступами. Выступы изготавливают с уклоном, для облегчения процесса выемки готового изделия.

Составные части формы сбиваются гвоздями длиной 50–60 мм, при этом обеспечив свободный съем верхней крышки. Советуем сделать несколько одинаковых форм — это интенсифицирует ваше маленькое производство.

Второй вариант — если вы планируете масштабную стройку, то лучше взять в аренду станок для быстрого и эффективного производства кирпича.

Загрузка форм

Смачиваем водой внутренние части форм перед загрузкой смеси, а затем присыпаем мелкой пылью или цементом — это намного облегчит выемку изделий. Заполняем формы, периодически встряхивая, чтобы масса заняла весь объем. Выступающие избытки срезаются любым удобным металлическим приспособлением.

Закрыв форму верхней крышкой, выдерживаем некоторое время. Убираем крышку, переворачиваем форму и, аккуратно поднимая ее вверх, извлекаем содержимое на помост для сушки.

Сушка

Просушка заготовок — довольно сложный и важный процесс. Сушить их следует на стеллажах, которые имеют навес, чтобы защитить блоки от попадания солнечного излучения и осадков.

Если сушка осуществляется в подсобном помещении, например, в сарае, то в продолжение трех дней материал должен находиться в закрытом помещении, а потом необходимо организовать проветривание.

Если вы планируете сушку на улице, то сначала подготавливаем участок для размещения кирпича — необходимо изготовить деревянный настил или выполнить засыпку площадки сухим песком. По мере испарения жидкости происходит усадка заготовок, в результате первоначальный объем потеряет до 15%.

Важно: температура наружного воздуха при сушке на улице должна быть не ниже 10 оC.

На продолжительность сушки могут влиять многие атмосферные факторы: температура, влажность и скорость движения воздушных масс. Процесс длительный, может продолжаться от 6 до 15 дней. Кирпич без обжига готов, можно приступать к строительным работам.

Важно: стойкость кирпича, полученного таким способом, к воздействию воды очень низкая. Это необходимо учесть при возведении строений.

Можно ли обезопасить такой кирпич? Существует ряд стандартных методов, которые помогают защитить материал от попадания влаги:

• свес крыши должен быть длиной не менее 0,6 м,
• дверные и оконные проемы необходимо располагать на расстоянии не менее 1,5 м от углов построек,
• швы кладки должны быть хорошо перевязаны,
• готовые стены необходимо оштукатурить, также можно обложить облицовочным кирпичом или другим современным строительным материалом.

Технология изготовления обожженного кирпича

Настало время рассказать, как из кирпича-сырца получить обожженный обыкновенный кирпич. Эта технология значительно труднее, и в домашних условиях необходим более серьезный подход и подготовка. Тем не менее, маленькие партии, например, для достройки или облицовки дома, получить вполне по силам и самому. Собственно, обжиг заготовок происходит в 3 приема:

• разогрев (прогрев),
• обжиг,
• остывание под контролем.

Качество изготовленного кирпича зависит от многих факторов: времени разогрева и скорости набора температуры, окончательной температуры обжига, продолжительности воздействия этой температуры и скорости остывания.

Теперь детально познакомимся с технологией обжига заготовок, описывая каждый процесс поэтапно.

Обжиг

Сначала необходимо подготовить металлическую емкость, куда будут загружаться необожженные заготовки. Как вариант, можно взять железную бочку большого объема (200–250 л). Днище необходимо удалить.

Бочка устанавливается на печь без верха (жарочной плиты) или на костер. Если вы решили разогревать на костре, то лучше огонь разводить в яме на глубине около 0,5 м, а емкость расположить на ножках длиной 0,2 м. Это способствует равномерному распределению температуры и прогреву изделий, да и контролировать огонь будет проще.

Заготовки размещают в бочке послойно, но оставляя небольшой промежуток между слоями. После наполнения бочки следует накрыть ее железной пластиной, что не позволит холодному воздуху проникать в подогреваемый объем. Разжигаем огонь и в течение двадцати часов греем емкость.

Физика процесса

Что же делается внутри заготовки при обжиге? Наша задача — получить спекшуюся керамическую массу. Это может случиться при температуре: для легкоплавких глин — около 900 оC, а для тугоплавких — 1200 оC.

Из заготовки при этом испаряется жидкость — физически (гигроскопическая) и химически связанная (гидратная). Также выгорают все органические составляющие, частично разлагаются карбонаты, глинистые минералы разрушаются, а глина приобретает аморфное состояние и равномерно разогревается по всему объему.

Охлаждение

Это наиболее важный этап. Разогретый кирпич не переносит быстрой перемены температур и попадания холодного воздуха, поэтому должен остывать постепенно, без разгерметизации. Для этого температура регулируется путем уменьшения огня в топке.

Если нарушить эту рекомендацию, то может быть испорчена вся партия — кирпич покроется трещинами, разрушится. Такой материал точно не подойдет для строительства. Постепенно доводите температуру примерно до 650 оC, только после этого процесс можно немного ускорить, открыть же емкость следует после полного остывания, спустя около пяти часов.

Кирпич готов, по итогу обязательно проверяем качество полученного материала. Когда материал окончательно остынет, постучите по образцу молотком — звук должен быть звонким. Затем разбейте его на части: выполненный по технологии кирпич будет на разломе одинаковым по цвету и структуре. Далее следует эти части поместить в емкость с водой на несколько часов. За это время они не должны разрушиться или поменять цвет.

Полученный в домашних условиях кирпич, конечно, не сможет в полной мере соответствовать заводскому. Но, если вам нужна небольшая партия материала, или не хватает для окончания строительства нескольких элементов, то это будет хорошим решением проблемы.

Надеемся, что наши советы и рекомендации были полезны. Предложенные видео- и фотоматериалы будут дополнительным подспорьем в понимании процесса. Всего доброго, отличного выполнения работ и до новых встреч на страницах нашего сайта!