Утилизация отходов обогащения каолина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глава 1. Гидравлические способы обогащения глинистых материалов

Гидравлические способы обогащения широко используются как на предприятиях тонкой керамики, так и на горно-обогатительных предприятиях, непосредственно добывающих минеральное сырье. Мокрогравитационное обогащение как один из способов основано на различной скорости падения частиц в потоке жидкости (воды). Есть много способов мокрогравитационного обогащения от отмучивания до обогащения в гидроциклонах и центрифугах. В их основе лежит классификация частиц по глотности и крупности, а также различной смачиваемости зерен отдельных минералов водой (флотация). Скорость флотации регулируют вводом в водную суспензию флотационных реагентов (сосновое масло, древесный деготь и др.). Пену с частицами полезного минерала удаляют на сгущение (разрушение пены), фильтрование и сушку осадка. Полученный концентрат поступает потребителю. Осевшие частицы удаляются как отходы. Расход флотационных реагентов 100 г/т породы. Кроме этого, существуют способы ультразвукового и химического, а также комбинированные способы обогащения глинистого сырья.

Каолин обогащают мокрогравитационным (электролитным) и воздушно-гравитационным (сухим) способами с целью удаления не только красящих веществ, но и кварца, слюды и других минеральных примесей. Мокро-гравитационный способ применяют на Просяновском, Глуховецком и Кыштымском каолиновых комбинатах. Последовательность основных процессов обогащения каолина приведена на рис. 4.

Рис. 4. Электролитное обогащение каолина

Расход жидкого стекла 15-- 20 кг/т обогащенного каолина.

Добавление электролита интенсифицирует процесс обогащения, способствует повышению плотности каолиновой суспензии до (1,15--1,25) · 103 кг/м3 при одновременном снижении расхода воды в 4--5 раз, улучшает условия отделения частиц от примесей. Содержание каолина в промывном песке (отходах) не должно превышать 2%.

Обезвоживание суспензии производится в камерных фильтр-прессах при давлении 1 МПа и времени фильтрации 50 мин. Сушка фильтр-прессных коржей, предварительно измельченных, осуществляется в сушильных барабанах. Температура теплоносителя на входе 800-- 900° С, на выходе 100--150° С. Далее каолин тарируется в мешки и поступает на склад готовой продукции.

Основной недостаток этого способа при использовании в качестве коагулянта известкового молока -- трудность получения каолина со стабильными свойствами, из-за чего может произойти ухудшение литейных свойств шликера и формовочных свойств масс. Выдерживание каолина на складе в течение 2--3 мес способствует переходу гидрата оксида кальция Са(ОН)2 в карбонат СаCO3, что положительно влияет на свойства каолина. При использовании в качестве коагулянтов 10%-ного раствора уксусной кислоты, 0,05%-ного раствора полиакрилами-да, калиево-алюминиевых квасцов, соляной кислоты этот недостаток в значительной мере устраняется, хотя эти добавки за исключением полиакриламида по эффективности слабее известкового молока. При безэлектролитном обогащении каолинов, особенно содержащих в значительных количествах песок фракции <5 мкм, наиболее целесообразно использование аппаратов, работа которых основана на центробежной силе: гидроциклоноа и центрифуг. Обезвоживают каолиновую суспензию на фильтр-прессах или в распылительных сушилках при централизованном приготовлении массы. Преимущества гидроциклонов перед центрифугами в том, что они не имеют вращающихся частей, просты по устройству и высокопроизводительны.

Суспензия каолина после предварительной очистки от крупнозернистого песка поступает в гидроциклон (рис. 5) тангенциально через подводящий патрубок под давлением 0,2--0,4 МПа, отчего она приобретает вращательное движение. Содержащиеся в суспензии тяжелые частицы песка, прижимаясь к внутренней стенке цилиндрической части (диаметр гидроциклона 50--350 мм), опускаются и удаляются через выводное отверстие конуса. Тонкие частицы каолинита остаются во взвешенном состоянии и выносятся со сливом через верхнюю (торцовую) стенку гидроциклона. Потери каолина с песком не превышают 5--10%. Влажность осветленной суспензии после выхода из гидроциклона 70--75%. Производительность гидроциклона до 900 кг/ч. Гидроциклоны, изготовленные из чугуна или стали, должны футероваться внутри твердой резиной. В промышленных установках предусматривается каскадная, ступенчатая установка гидроциклонов для многократного пропуска суспензии.

Рис. 5. Общий вид гидроциклона диаметром 150 мм 1 -- вкладыш подводящего патрубка; 2 -- отверстие подводящего патрубка; 3 -- песковая насадка; 4 -- коническая часть; 6 -- сливной патрубок

При установке гидроциклонов на фарфоровых заводах обогащенная глинистая или бентонитовая суспензия заливается в шаровые мельницы или мешалки, что учитывается при расчете количества воды для роспуска каолина.

На каолиновых комбинатах после очистки каолиновый концентрат перемешивают в чанах с флокулянтом (коагулянтом) -- полиакриламидом (25 г/м3 суспензии) и обезвоживают на фильтр-прессах с последующей сушкой в сушильных барабанах или ленточных сушилках. Возможно обезвоживание суспензии в распылительных сушилках. Гидроциклоны позволяют получать каолин с остатком на сите № 0056 в пределах 0,03--0,15%, что невозможно достигнуть другими методами обогащения. Недостатком гидроциклонного обогащения является то, что сильно разбавленная каолиновая суспензия требует значительных затрат на ее обезвоживание.

Глава 2. Способ получения кордиеритовой керамики

Известен способ получения анортит-кордиеритовой керамики из цеолитов [1].

Недостатком этого способа является использование в качестве исходного материала дорогого синтетического цеолита, с химическим составом, значительно отличающимся от стехиометрической формулы кордиерита, вследствие чего получают кордиеритовую керамику смешанного кордиерит-аноритового состава с пониженным содержанием кордиерита и недостаточной термостойкостью керамики.

Известен способ синтеза кордиеритовой керамики непосредственно из оксидов с составом, мас.%: МgО 13,7; Al2О3 34,0 и SiО2 51,4 [2].

Недостатком этого способа для промышленного производства кордиеритовой керамики являются отсутствие или высокая цена исходных материалов - оксидов и узкий температурный интервал синтеза керамики (15-20оС).

Известен также способ получения кордиеритовой керамики путем обжига сырьевой смеси, состоящей из природных материалов - талька, высококачественной огнеупорной глины и третьего компонента - искусственного технического глинозема или электроплавленного корунда [1]. Исходные материалы измельчают, прессуют или формируют, обжигают при температуре в пределах 1300-1410оС, получают кордиеритовую керамику с содержанием около 80% кордиерита и примесями экстатита, муллита и стеклофазы. Такая керамика обладает высокой термостойкостью.

Однако известный способ обладает существенным недостатками. Сырьевая смесь состоит из дефицитных природных материалов талька и высококачественной огнеупорной глины и третьего наиболее дорогого и дефицитного компонента - технического глинозема или электроплавленного корунда. Кроме того, на основе такой сырьевой смеси кордиеритовую керамику получают обжигом в очень узком температурном интервале (15-20оС), поскольку в процессе нагрева быстро нарастает масса жидкой стекловидной фазы кордиерита и резко снижается термостойкость керамики. Узкий интервал нагрева затрудняет производство такой керамики, не позволяет регулировать ее свойства и для расширения температурного интервала обжига до 40-50оС вводят дорогие и дефицитные специальные добавки. Термостойкость известных марок кордиеритовой керамики лежит в пределах 640-700оС (табл.3, прототип) [2].

Известен способ получения кордиеритовой керамики путем обжига сырьевой смеси, состоящей из каолина и серпентинитовой породы (материала после обогащения) или хризотила [3]. Недостатком этого способа является отсутствие технического решения по достижению достаточно широкого интервала спекания при обжиге изделий и использование очень узкого соотношения серпентинитовой породы и каолина, равного 1:(2,5-2,8).

Целью изобретения является расширение температурного интервала обжига керамики.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения кордиеритовой керамики, включающем измельчение, смешивание компонентов сырьевой смеси, формование и обжиг изделий, сырьевую смесь готовят из серпентинитовой породы и каолина при их соотношении (1:1,5)-(1:5), обжиг проводят при температуре 1250-1400оС с температурным интервалом обжига 70-100оС. В качестве серпентинитовой породы используют отходы обогащения асбестовых руд при их соотношении с каолином (1:1,5)-(1:5).

Заявляемый способ отличается от известного тем, что сырьевую смесь для получения кордиеритовой керамики готовят из серпентинитовой породы и каолина при их соотношении от 1:1,5 до 1:5, обжигают изделия в пределах температуры 1250-1400оС с интервалом обжига 70-100оС.

Использование в составе сырьевой смеси природных материалов каолина и серпентинитовой породы, содержащей магнезиальные минералы и магнетит, улучшает процесс твердофазного спекания керамической массы, что обеспечивает расширение температурного интервала обжига керамики до 70-100оС и повышает ее термостойкость c сохранением необходимых значений пористости и прочности изделий, без введения дополнительных специальных добавок, т.е. имеет место новая совокупность признаков решения - новое количественное соотношение новых компонентов и новый режим проведения известного приема, приводящие в совокупности к новому свойству получаемой кордиеритовой керамики.

Изобретение является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано в производстве технической керамики.

Химический состав природных материалов для сырьевой смеси, представленных серпентинитовой породой и каолином, может изменяться в пределах, указанных в табл.1.

Серпентинитовую породу (С) и каолин (К) смешивают в массовом соотношении С:К=1:2, затем подготовленный порошок сырьевой смеси увлажняют до полусухого состояния с содержанием воды 2,5%. Прессуют из него в разных пресс-формах изделия различной формы и размеров - сплошные или с отверстиями, помещают изделия в печь, где обжигают поднимая температуру до 1250оС, делают выдержку 10-20 мин в зависимости от размеров изделий, далее повышают температуру до 1350оС, выдерживают при этой температуре 10-20 мин, затем изделия охлаждают. Получают изделия преимущественно кордиеритового состава (массовая доля 70-80), что следует из данных рентгеновского фазового анализа и данных оптической микроскопии. Полученный кордиерит по данным оптической микроскопии в основной массе слабо окристаллизован. Свойства полученной кордиеритовой керамики приведены в табл.3. Изделия отличаются высокой термостойкостью, не деформируются после пяти циклов нагрева до 1000оС и опускания в проточную воду, открытая пористость в изделиях разной формы и размеров варьирует от 30 до 38%.

Обжигают поднимая температуру до 1330оС, делают выдержку 10-30 мин в зависимости от размеров изделий, далее повышают температуру до 1400оС, выдерживают при этой температуре 10-30 мин в зависимости от их размеров, изделия охлаждают. Получают изделия преимущественно кордиеритового состава (массовая доля более 80%). Кордиерит, полученный в указанных температурном и временном режимах окристаллизован, особенно в изделиях малых размеров. Свойства полученных изделий приведены в табл.3. Открытая пористость значительно уменьшилась в сравнении с изделиями примера 1, термостойкость 1000оС.

Пример 3. Готовят сырьевую смесь по примеру 1. Порошок увлажняют добавлением 25-27% воды, готовят однородную пластическую керамическую массу, формуют изделия разной формы и размеров. Изделия сушат на воздухе и нагревают в интервале температур 100-150оС до удаления основной массы поглощенной воды, помещают в печь, где поднимают температуру до 1270оС, выдерживают изделия в течение 10-20 мин, далее вновь поднимают температуру до 1350оС, выдерживают изделия в течение 10-20 мин, затем охлаждают. Получают изделия преимущественно кордиеритового состава (массовая доля 70-80%). Свойства кордиеритовой керамики приведены в табл.3, пример 3. Свойства этой керамики промежуточные между свойствами керамики по примерам 1 и 2. Пример 8. Проводят по примеру 1, но соотношение С:К=1:6, температурный интервал обжига 70оС. Свойства керамики приведены в табл.3.

Пример 9. Проводят по примеру 1, но керамическую смесь готовят смешиванием сырьевой смеси С:К=1:2, с массовой долей 60% и шамота, полученного из сырьевой смеси С:К=1:1 с массовой долей 40%, температурный интервал обжига 70оС. Свойства керамики приведены в табл.3.

Для сравнения основные свойства прототипа по составу сырьевой смеси и свойствам керамики приведены в табл.3, пример прототип.

В примерах 1-6 показана существенность выбранного соотношения компонентов сырьевой смеси С: К= (1: 1,5)-(1:5), при температурном режиме обжига 1250-1400оС с температурным интервалом обжига 70-100оС.

В примерах 7 и 8 показана нецелесообразность выхода за пределы выбранного соотношения компонентов сырьевой смеси, так как это приводит либо к оплавлению керамической массы в заявляемом температурном интервале обжига 70оС (пример 7) в пределах температур 1250-1320оС, либо к снижению термостойкости (пример 8).

Из данных, приведенных в табл.3, следует, что по предлагаемому способу получают кордиеритовую керамику с высокой термостойкостью 850-1000оС, с сохранением необходимых значений пористости и качества изделий при проведении обжига в широком температурном интервале 70-100оС.

Использование предлагаемого способа получения кордиеритовой керамики обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества.

1. Не требуется стехиометрического соответствия химического состава сырьевой смеси составу кордиерита, благодаря чему возможно использование практически всех природных материалов - серпентинитовой породы и каолина, имеющих указанные в табл.1 пределы изменения химического состава. Соотношения масс, процент серпентинитовой породы и каолина можно менять в весьма широких пределах от 1:1,5 до 1:5.

2. В сырьевую смесь в качестве шамота с целью удешевления керамической массы можно вводить до 40% кордиеритсодержащего материала, синтезированного из смеси серпентинитовой породы и каолина.

4. Используют сырьевую смесь, включающую каолин и серпентинитовую породу, в состав которой входят несколько магнезиальных минералов и магнетит, улучшающие процесс твердофазного спекания керамической массы, благодаря чему расширяют температурный интервал обжига до 70-100оС, в сравнении с прототипом в 3-5 раз, с сохранением прочности, необходимых значений пористости и повышением термостойкости изделий без введения дополнительных специальных добавок.

утилизация отход обогащение каолин фарфор

Глава 3. Утилизация отходов обогащения каолина в фарфофовом производстве

В производстве керамических материалов определяющим является использование качественного природного сырья, позволяющего изготавливать изделия с высокими эксплуатационными характеристиками. В частности, в технологии фарфора санитарного или хозяйственно-бытового назначения обычно применяются глины, каолины, полевые шпаты (пегматиты), кварцевые пески и т. п., причем к данному сырью предъявляются особенно жесткие требования по содержанию красящих оксидов Fe2O3, TiO2 и др.

Известно, что запасы такого сырья в Украине ограничены или иссякают, поэтому требуется постоянный поиск новых месторождений или материалов, способных равноценно их заменить.

В связи с отмеченным перспективными являются кварцевые отходы обогащения каолина, которые могут использоваться в составах масс взамен песка. Однако их введение в керамические массы при приготовлении керамического шликера вызывает некоторые трудности, связанные с неоднородностью гранулометрического состава указанных отходов, поскольку они имеют достаточно крупные частицы и требуют увеличения времени помола для достижения необходимой дисперсности шликерной массы, что соответственно повышает энергозатраты.

В качестве объекта выбрана используемая в производстве санитарно-керамических изделий керамическая масса, содержащая глинистые компоненты (каолин, глину) и отощители (каолин щелочной, полевой шпат, пегматит, кварцевые отходы обогащения каолина и бой обожженных изделий).

Были изучены кварцевые отходы двух видов -- крупные и мелкие, основные характеристики которых представлены в табл. 1.

Известно, что оптимальная крупность кварцевой составляющей в литейных массах должна находиться в пределах 10--20 мкм. Отходы обогащения предварительно размалывали до остатка на сите № 0063 менее 1%. Необходимо отметить, что оптимальная дисперсность размолотых отходов достигается для обоих видов при одинаковом времени помола с той лишь разницей, что в крупных отходах иногда встречаются частицы со средним диаметром 35--40 мкм.

Керамические шликеры, имеющие одинаковый материальный состав, были приготовлены следующим образом: масса № 1 -- по традиционному способу с двухстадийной загрузкой сырьевых материалов. В первую очередь размалывали отощители, включая кварцевые отходы, затем добавляли глинистые составляющие и продолжали размол до остатка на сите № 0063 менее 1%; массы № 2 (с крупными отходами) и № 3 (с мелкими) размалывали аналогично, а заранее приготовленные кварцевые отходы вводили за 5 мин до окончания помола.

Для масс № 2 и 3 отмечено значительное сокращение общего времени приготовления. Это связано, по-видимому, с различной твердостью компонентов и соответственно с их различной размалываемостью: каждый материал при раздельном помоле измельчается и достигает однородной дисперсности быстрее. При совместном же помоле и наличии в системе материалов разной твердости (кварц -- 7, череп -- 6,5, микроклин -- 6 по шкале Мооса) для достижения однородности измельчаемой массы требуется более длительное время.

Опытные образцы в виде плиточек 50 ? 50 мм формовали методом литья в гипсовые формы, высушивали и обжигали при температурах 1180 и 1200°С. Свойства шликеров и обожженных образцов представлены в табл. 2 и 3.

Как показали результаты исследований, реологические свойства шликеров практически не зависят от способа подготовки компонентов. Однако после обжига явно прослеживается зависимость свойств изделий как от способа подготовки отощающих компонентов, так и от первоначальной дисперсности кварцевых отходов. При использовании изначально мелких кварцевых отходов (в составе № 3) образцы хорошо спекаются даже при 1180°С, о чем свидетельствует низкое значение водопоглощения. Последнее связано с более однородной дисперсностью кварцевых отходов при раздельном помоле и, как следствие, более равномерным распределением их в литейной массе. Присутствие же крупных зерен кварца в керамической массе, частично оплавляющихся и не успевающих раствориться в полевошпатовом расплаве в интервале температур обжига 1180-- 1200°С, ухудшает спекание и создает нежелательные напряжения в готовых изделиях, что снижает механическую прочность и даже может привести к их разрушению. Поэтому во избежание указанного явления при использовании крупных отходов (состав № 2) время их предварительного размола до получения оптимальной дисперсности необходимо увеличить.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что кварцевые отходы обогащения каолина являются хорошим заменителем кварцевого песка в фарфоровых массах. Кроме того, предварительный помол отходов до дисперсности 15 мкм позволяет сократить общее время приготовления массы в среднем на 30% и положительно сказывается на свойствах фарфоровых изделий.

Глава 4. Технология получения керамической массы из отходов

Однако данный состав керамической массы многокомпонентен по сырьевым (природным) материалам и содержит большое количество их, в частности каолина, что удорожает технологический процесс изготовления фарфоровых изделий. Наличие в известной керамической массе заданного процентного содержания каолина, глины приводит к увеличению в этом составе красящих оксидов, что снижает качество изготовляемых изделий по такому техническому показателю, как белизна черепка, при этом увеличенное процентное содержание глинистых материалов повышает также технологическое время, затрачиваемое на "созревание" и гомогенность процесса по приготовлению пластичной фарфоровой массы. Заданное процентное содержание в известной керамической массе черепа 2-го обжига увеличивает в химическом составе фарфоровых изделий треокиси серы (SO3), что ухудшает их качество.

Керамическая масса [2] содержит пегматит, кварцевый песок, каолин, огнеупорную глину, фарфоровый бой при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Пегматит - 26-29

Кварцевый песок - 29-31

Каолин - 14-18

Огнеупорная глина - 6-9

Фарфоровый бой - 20-22

Данный состав керамической массы используется для производства керамических изделий, преимущественно санитарно-технического назначения. В этом случае технические показатели используемых керамических масс по пластичности, по получаемой белизне черепка значительно ниже, чем для керамических масс, используемых для производства фарфоровых изделий художественного назначения. Указанные обстоятельства объясняются наличием в данной керамической массе значительного процентного содержания каменистых материалов.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбрана известная керамическая масса [1] , как наиболее близкая к заявляемому решению по рациональному составу используемых компонентов для производства фарфоровых изделий, в том числе художественного назначения.

Цель изобретения - снижение себестоимости производства художественных фарфоровых изделий за счет уменьшения используемых сырьевых компонентов в составе керамической массы и утилизации отходов при производстве изделий при одновременном улучшении качества последних по белизне, что особенно существенно для изделий художественно-декоративного назначения, при росписи которых используют преимущественно керамические краски.

Поставленная цель достигается тем, что в керамическую массу, содержащую пегматит, кварцевый песок, глину, каолин, череп 1 и 2-го обжига, согласно изобретению дополнительно вводят отходы фарфорового производства (обрезы при изготовлении методом литья и формовки), при этом указанные компоненты имеют следующее содержание, мас.%:

Пегматит - 21,2 - 24,3

Кварцевый песок - 17,5 - 20,6

Глина - 4,9 - 5,02

Каолин - 32,1 - 35,0

Череп 1-го обжига - 3,2 - 3, 4

Череп 2-го обжига (фарфоровый бой) - 1,6 - 1,7

Отходы (возвратные) фарфорового производства (обрезы при изготовлении изделий способом литья и формования) - 13,2 - 16,2

а используемые отходы фарфорового производству имеют следующий химический состав при содержании компонентов, мас.%:

SiO2 - 66,1 - 66,5

Al2O3 - 21,7 - 22,16

CaO - 1,06 - 1,16

MgO - 0,88 - 0,9

K2O - 2,39 - 2,41

Fe2O3 - 0,28 - 0,3

Na2O - 1,35 - 1,37

Неучтенные компоненты и ППП (потери при прокаливании) - Остальное

При реализации заявляемого изобретения в составе керамической массы оптимально используются сырьевые (природные) компоненты, а также образующиеся возвратные отходы производства, химический состав которых обеспечивает рациональный химический состав пластичных масс для производства фарфоровых изделий.

В результате использования данного состава керамической массы уменьшается расход сырьевых компонентов, обеспечивается утилизация отходов при одновременном улучшении качественных показателей получаемых изделий по белизне черепка, а также по улучшению показателей фарфоровой массы, в частности по механической прочности полуфабриката.

Прoведенный научно-технический анализ известного уровня техники показал, что предлагаемое техническое решение не следует явным образом из последнего, существенно отличается от него, при этом предлагаемое решение соответствует критериям изобретения - новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость, что и подтверждается нижеприведенным описанием.

Известная технология подготовки керамической массы заключается в следующем. Исходные отощающие каменистые материалы - кварцевый песок, череп 1 и 2-го обжига, а также пегматит вместе с глиной подвергаются мокрому измельчению в шаровых мельницах до остатка на сите - 2,5 - 3%. С учетом заданных технологических требований предварительно подготовленная по традиционной технологии каолиновая масса распускается и перемешивается с пульпой отощающих компонентов и глины, а также с заданным количеством по предлагаемому техническому решению отходов фарфорового производства. Суспензия керамической массы после гомогенизации процесса доводится до заданной по технологическим требованиям степени влажности, полученная коржевая масса вылеживается до "созревания". По окончании процесса созревания фарфоровые коржи распускаются до получения шликера, при этом технологические параметры последнего проверяются на заданную влажность, вязкость и плотность. Из полученной массы способом шликерного литья или способом пластического формования изготовляют изделия, которые подвергают затем сушке, утельному обжигу, обжигу до 900 - 920oC, изделия расписывают подглазурной кобальтовой краской, глазуруют и обжигают. При этом особенностью гжельского фарфора является присутствие мелкой пластики на корпусе изделий, что задает толщину изделий, а декорирование изделий подглазурными керамическими кобальтовыми красками - весь технологический процесс. Обжиг изделий после декорирования производится при температуре 1320-1350oC, его нарушение ведет к неправильной усадке фарфора и деформации формы, к нарушению цветового звучания кобальта. Полученные изделия подвергаются дальнейшей технологической обработке в соответствии с технологией производства художественной фарфоровой продукции.

Указанные возратные отходы в количестве 13,2-16,2 мас.% добавляются в пульпу керамической массы, которая содержит заданное весовое количество кварцевого песка, глины, пегматита, черепа 1 и 2-го обжига и каолина.

В производстве керамической массы используют сырьевые (природные) компоненты, химический состав которых соответствует пегматиту Чупинскому ГОСТ 7030-75, глине Часов-Ярской ТУ14-8-162-75, каолину Просяновскому ГОСТ 21286-82, песку кварцевому ГОСТ 22551-77.

Рецептура по составу керамических масс приведена в табл. 1 (примеры 1 - 11), при этом примеры 1 - 3 соответствуют предлагаемому составу керамической массы, примеры 4 - 9 - составам контрольным, примеры 10 - 11 - известные керамические массы [1,2].

Физико-технические показатели керамических масс (примеры 1 - 11) и полученных на их основе фарфоровых образцов приведены в табл.2.

При анализе керамических масс (примеры 1 - 11) установлено, что увеличение количества глины свыше 5,02 (пример 7) и каолина свыше 35% (пример 9) снижает белизну фарфоровых образцов, т.к. в этих компонентах содержится наибольшее количество красящих оксидов. Физико-технические свойства фарфоровых образцов имеют низкие показатели по белизне и в примере 10, при этом показатели по белизне в этом случае приближаются по показателям белизны в соответствии с примерами 7,9 за счет введения в состав керамической массы бентонита и глинозема. Однако использование данных сырьевых компонентов ухудшает технике-экономические показатели производства фарфоровых изделий, как уже отмечалось выше при анализе известного уровня техники [1]; уменьшение процентного содержания глины и соответственно каолина (см., например, пример 6) приводит к ухудшению пластичности фарфоровой массы и ее механической прочности. Аналогично увеличенное процентное содержание кварцевого песка (пример 11) снижает механическую прочность полученных фарфоровых образцов при Tсуш = 105-110oC. Заданное в соответствии с примерами 1 - 3 содержание кварцевого песка соответствует рациональному составу предлагаемой керамической массы для получения пластичной массы по условиям изготовления образцов изделий необходимой механической прочности в различных их состояниях (в воздушном сухом состоянии, высушенных при Tсуш = 105-110oC, обожженных при Tобж = 850 - 920oC и при Tобж = 1320 - 1350oC; изменение процентного содержания пегматита в сторону его увеличения или уменьшения (примеры 9, 11) приводит к повышению деформации фарфоровых образцов при обжиге; заданное процентное содержание таких отощающих компонентов, как черепа 1 и 2-го обжига в соответствии с примерами 1 - 3 (предлагаемое техническое решение), оптимально. Увеличение этих компонентов в керамической массе повышает общее процентное содержание каменистых (отощающих) материалов, что ухудшает технические показатели полученных фарфоровых образцов по их белизне и механической прочности (примеры 8, 10). Уменьшение процентного содержания данных компонентов технологически нецелесообразно, т. к. уменьшается общее количество используемых отходов в производстве фарфоровых изделий, увеличиваются затраты по расходу сырьевых компонентов; дополнительное введение в заявляемый состав керамической массы отходов фарфорового производства, образующихся при литье и формовании изделий, химический состав которых имеет следующее процентное содержаниe компонентов, мас.%:

SiO2 - 66,1 - 66,5

Al2O3 - 21,7 - 22,16

CaO - 1,06 - 1,16

MgO - 0,88 - 0,9

K2O - 2,39 - 2,41

Fe2O3 - 0,29 - 0,3

Na2O - 1,35 - 1,37

Уменьшение или увеличение отходов (возвратных) фарфорового производства в составе керамической массы (примеры 4, 5) приведет соответственно к общему увеличению или уменьшению количества используемых сырьевых компонентов, к изменению оптимального химического состава получаемой фарфоровой массы, что нецелесообразно. В этом случае изменяются отдельные физико-технические показатели получаемых фарфоровых изделий (табл.2).

Таким образом, заявляемый состав керамической массы (примеры 1 - 3) позволяет получить изделия с техническими характеристиками, которые удовлетворяют требованиям ГОСТа 28399 - 89 "Изделия фарфоровые", ТУ 5991-102-2953050-96 "Изделия художественные фарфоровые", с белизной 59-64%.

В производстве заявляемого керамического состава используется оптимальное количество сырьевых материалов и их компонентность, а также повторно утилизируется весь спектр технологических отходов, образующихся при производстве фарфоровых изделий, что снижает затраты технологического процесса не только за счет уменьшения используемых при производстве фарфора природных компонентов, но и за счет ускорения технологического процесса получения фарфоровой массы соответствующей гомогенности путем добавления в керамическую массу возвратных отходов фарфорового производства, предварительно гомогенизированных.

Указанные обстоятельства подтверждаются также и расчетом химического состава керамической массы по химическому составу компонентов, входящих в состав массы. Химический состав компонентов массы соответствует пегматиту Чупинскому, кварцевому песку (раменскому), глине Часов-Ярской, каолину Проснянскому, черепа 1 и 2-го обжигов с учетом параметров технологического процесса и отходов фарфорового производства в соответствии с их заявляемым химическим составом.

Химический состав предлагаемой керамической массы и известной (пример 10) приведен в табл. 3. Из нее следует, что в предлагаемой керамической массе количественное содержание оксидов титана, железа, неучтенных компонентов, в том числе SO3, ниже, чем в известной керамической массе (пример 10), что и приводит к увеличению белизны в среднем на 8%, понижается и кислотность фарфоровых изделий, изготовленных из предлагаемой керамической массы, что повышает качественные показатели художественных фарфоровых изделий, изготовленных из предлагаемого состава керамической массы.

Параметры выделения свинца и кадмия с внутренних поверхностей полых и плоских изделий при использовании заявляемой керамической массы не превышают требований ГОСТа 28390 - 89.

Таким образом, предлагаемая керамическая и полученная на ее основе пластичная фарфоровая масса для производства изделий по своим основным физико-техническим показателям (пластичность, механическая прочность, белизна и др. ) соответствует основным технологическим требованиям производства фарфоровых изделий декоративно-художественного назначения, температура обжига который соответствует 1320 - 1350oC.

Размещено на Allbest.ru