Procédé de fabrication de produits céramiques
PROCEDE DE FABRICATION DE PRODUITS CERAMIQUES
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de produits céramiques à partir d'argile cuisant rouge, d'un matériau de rebut silicaté et éventuellement d'une matière minérale carbonatée chamottée avec un matériau de rebut silicaté. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication de produits céramiques dont la durée de cuisson est plus courte et la température de cuisson est moins élevée que dans les procédés usuels.
En outre, la présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de carreaux céramiques pouvant subir un traitement d'émaillage.
Les procédés les plus généralement utilisés pour la fabrication de carreaux céramiques consistent à cuire une pâte céramique crue contenant le plus souvent une argile grésante, une argile cuisant rouge et une terre siliceuse, pendant environ 24
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la surface émaillée soit lisse et uniforme.
Un des inconvénients de ces procédés antérieurs réside dans le fait que la température de cuisson doit être maintenue dans l'intervalle étroit compris entre 1200 et 1250 [deg.]C et que cette température doit de plus être maintenue pendant un temps très long afin de conférer aux produits obtenus les caractéristiques mécaniques indispensables.
De plus, comme l'approvisionnement en matières premières, c'est-à-dire en argile de bonne qualité, devient de plus en plus aléatoire, il serait dès lors intéressant de posséder un procédé dans lequel non seulement la température de cuisson puisse varier de plus ou moins 50 [deg.]C autour de la valeur de consigne, sans pour autant influer sur les propriétés physiques et mécaniques des produits céramiques obtenus, mais de plus un procédé qui permette d'éliminer l'argile au maximum des compositions de pâtes céramiques, sans pour autant nuire aux propriétés physiques et mécaniques des produits à préparer.
On a déjà proposé d'utiliser des matériaux de rebut silicaté en remplacement d'une partie de cette argile. Il est apparu cependant que le choix du matériau de rebut silicaté est important, si l'on veut obtenir des produits céramiques de très bonne qualité et exempts de défauts en surface après émaillage.
On a maintenant trouvé d'une façon surprenante que si
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silicaté, en présence ou non d'une chanotte d'une matière ninérale basique carbonatée et du matériau de rebut silicaté, les carreaux céramiques obtenus répondent.aux critères ci-dessus.
L'objet de la présente invention consiste en un nouveau procédé de fabrication de produits céramiques pouvant être soumis à un traitement d'émaillage, qui permet d'utiliser dans les compositions de pâtes céramiques, un matériau de rebut silicate qui est facilement disponible à un prix de revient relativement bas.
La présente invention a également pour objet un nouveau procédé de fabrication de produits céramiques ayant des propriétés physiques et mécaniques au moins équivalentes à celles des produits céramiques traditionnels.
Le procédé de fabrication de produits céramiques pouvant subir un traitement d'émaillage de la présente invention est caractérisé en: ce que l'on cuit une pâte céramique crue de granulométrie contrôlée, comprenant de l'argile cuisant rouge, de la poussière de porphyre comme matériau de rebut silicaté et éventuellement une matière minérale basique carbonatée chamottée avec un matériau de rebut silicate, selon un cycle programmé de chauffage ne dépassant pas 6 heures, à une température de palier de cuisson
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.La durée totale du cycle de chauffage dans le procédé de l'invention ne dépasse pas 6 heures, et pour des raisons économiques, on peut prendre un cycle de 3 heures ou encore un cycle de durée moindre.
Le choix de la durée du cycle de chauffage peut être considéré comme résultant d'un compromis entre les qualités des produits céramiques obtenus et de la dépense énergétique à consentir pour obtenir ces qualités. Dans de nombreux cas, les qualités de résistance mécanique et de porosité sont suffisantes avec un cycle court de chauffage.
La température de palier de cuisson est inférieure à celle utilisée dans les procédés usuels, mais de plus, elle peut fluctuer entre 1070 [deg.]C et 1170 [deg.]C, sans que cela produise un effet néfaste sur les propriétés physiques et mécaniques des produits céramiques obtenus.
Un cycle programmé de chauffage est indiqué à titre d'exemple au Tableau Ici-après.
TABLEAU I
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Le cycle de 6 heures est un multiple du cycle de 3 heures.
Le choix de la durée du cycle de chauffage dépend notamment de la composition du mélange de départ, des propriétés désirées pour le produit:fini et de la variation autorisée- de la température de palier de cuisson.
Comme matériau de rebut silicate, on utilise particulièrement de la poussière de porphyre.
Le Tableau II ci-dessous montre une composition moyenne de la poussière de porphyre.
TABLEAU II
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Le Tableau II ci-dessus montre que la poussière de porphy-
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un élément important, et dès lors il n'apparaît plus nécessaire de mettre une argile grésante dans la composition *4 Selon un mode d'exécution avantageux du procédé de la présenta invention, on prépare d'abord une composition de pâte céramique crue à partir de 95 à 100 % en poids d'un mélange cons-
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porphyre comme matériau de rebut silicaté, et de 0 à 5 % en poids d'une chamotte basique constituée de 40 à 60 % d'une matière miné-
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silicaté, on soumet ensuite cette composition à une cuisson selon un cycle programmé de 3 heures, à une température de palier de cuisson comprise entre 1070 et 1170 [deg.]C, et notamment entre 1100 et
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sition, nuisent à la cohésion des carreaux cuits. De plus, bien que des compositions contenant 30 % en poids, basé sur le poids total de la composition, de poussière de porphyre donnent des résultats satisfaisants, il est préférable d'en introduire une quantité de 50 à 60 % en poids, basé sur le poids total de la composition, afin d'augmenter la plage thermique donnant lieu à des résultats acceptables.
Dans le cas éventuel où l'on emploie une chamotte basique, on peut notamment citer comme matières minérales basiques carbonatées, la dolomie, un filler de calcaire et autres matériaux de charge carbonatés à forte teneur en carbonate de calcium et en carbonate de magnésium. Cependant, pour des raisons économiques, on utilise de préférence la dolomie.
La chamotte basique est introduite en faibles quantités dans la pâte céramique crue, et se compose généralement d'un mélange en quantités approximativement égales de matériau de rebut .
silicaté et de matière minérale basique carbonatée.
L'élaboration de cette chamotte basique comporte trois stades. On réalise tout d'abord un mélange constitué de 40 à 60 en poids de matériau de rebut silicaté et de 60 à 40 % en poids de matière minérale basique carbonatée, que l'on comprime ensuite. On traite alors ce mélange thermiquement selon un cycle programmé de trois heures. Enfin on concasse et on tamise le fritté obtenu jusqu'à avoir un refus de 10 % au tamis de 90 microns.
Dans le but de favoriser au maximum la diminution de la porosité des produits céramiques cuits, et de faciliter la perte au feu au cours de la cuisson, on contrôle la granulométrie de la pâte crue en réduisant le matériau de rebut silicaté et l'argile
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de refus au tamis de 90 microns.
Les exemples suivants sont donnés afin de mieux illustrer la présente invention, mais sans pour autant en limiter la portée.
Exemple 1.
On a préparé une composition de pâte céramique qui conte-
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est donnée au Tableau II, et 40 Ci.' en poids d'argile cuisant rouge.
Afin de contrôler la granulonétrie de la pâte crue, la poussière de porphyre et l'argile ont été réduites, après séchage, en poudres fines jusqu'à obtenir 10 % de refus au tamis de 90 microns.
On a préparé ensuite des échantillons sous forme de plaquettes de 50 mm x 50 mm x 5 mm que l'on a pressés à environ
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selon le cycle de cuisson décrit au Tableau I.
Pour ces essais, la température de palier de cuisson était
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Après cuisson, on a déterminé pour les échantillons, la porosité P en pourcent en poids par le processus classique de la mise sous eau, et la résistance mécanique R en kg/cm estimée dans des essais de rupture par flexion des échantillons.
On a obtenu les résultats suivants :
R = 590 kg/cm<2>
<EMI ID=15.1>
Les carreaux céramiques cuits ont été soumis ensuite à un traitement d'émaillage, et on a obtenu des carreaux céramiques émaillés lisses et uniformes, exempts de défauts.
Exemple 2.
On a préparé une composition de pâte céramique qui conte-
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comprimé ce mélange et on l'a soumis à un traitement thermique selon un cycle programmé de 3 heures. Ensuite on a concassé et
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90 microns.
Afin de contrôler la granulométrie de la pâte crue, la poussière de porphyre et l'argile ont été réduites, après séchage,
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90 microns.
Les échantillons ont été préparés selon le procédé décrit à l'exemple 1.
Les essais ont été réalisés selon un cycle de cuisson programmé de 6 heures, qui est un multiple du cycle de 3 heures décrit au Tableau I..
On a effectué les essais à deux températures différentes de palier de cuisson : 1110 [deg.]C et 1130 [deg.]C.
Les résultas obtenus du point de vue résistance mécanique et porosité sont les suivants :
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Les carreaux céramiques cuits ont été soumis ensuite à un traitement d'émaillage, et on a obtenu des carreaux céramiques émaillés lisses et uniformes, exempts de défauts.
A titre de comparaison, on a soumis à un traitement d'émaillage, des carreaux céramiques cuits provenant d'une pâte céramique
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Les carreaux céramiques émaillés avaient une surface comportant des rugosités et étaient donc impropres commercialement.
Exemple 3.
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chamotte poussière de porphyre-dolomie comme celle décrite à l'exemple 2.
Après cuisson selon un cycle programmé de 3 heures comme décrit au Tableau I, on a déterminé les propriétés de résistance mécanique et de porosité des carreaux cuits, peur une température de palier de cuisson de 1095 [deg.]C.
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Porosité en poids : 0,04 %
Les carreaux céramiques cuits ont été soumis ensuite à un traitement d'émaillage, et on a obtenu des carreaux céramiques émaillés lisses et uniformes, exempts de défauts.
Exemple 4.
On a répété la méthode décrite à l'exemple 2 pour préparer la composition de pâte céramique suivante.
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d'une chamotte poussière de porphyre-filler de calcaire qui a été préparée selon le procédé décrit à l'exemple 2.
Après cuisson selon un cycle programmé de 6 heures qui est un multiple du cycle de 3 heures décrit au Tableau I, on a déterminé les propriétés de résistance mécanique et de porosité des carreaux cuits, pour une température de palier de cuisson de 112C[deg.]C.
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Les carreaux céramiques cuits ont été soumis ensuite à un traitement d'émaillage, et on a obtenu des carreaux céramiques émaillés lisses et uniformes, exempts de défauts.
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schiste rouge-filler de calcaire. Les carreaux céramiques émaillés avaient une surface comportant des rugosités et étaient donc impropres commercialement.
Exemple 5.
On a répété la méthode décrite à l'exemple 1 pour préparer
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Manufacturing process of ceramic products
CERAMIC PRODUCTS MANUFACTURING PROCESS
The present invention relates to a method of manufacturing ceramic products from red baking clay, from a silicate scrap material and optionally from a carbonated mineral material chamotte with a silicate scrap material. The present invention also relates to a process for manufacturing ceramic products whose firing time is shorter and the firing temperature is lower than in the usual methods.
In addition, the present invention relates to a method of manufacturing ceramic tiles which can undergo an enamel treatment.
The most commonly used processes for the manufacture of ceramic tiles consist in firing a raw ceramic paste, most often containing a sandstone clay, a red baking clay and a siliceous earth, for about 24
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the enamel surface is smooth and uniform.
One of the drawbacks of these prior methods lies in the fact that the cooking temperature must be maintained in the narrow range of between 1200 and 1250 [deg.] C and that this temperature must moreover be maintained for a very long time in order to give the products obtained the essential mechanical characteristics.
Moreover, as the supply of raw materials, that is to say of good quality clay, becomes more and more uncertain, it would therefore be advantageous to have a process in which not only the firing temperature can vary plus or minus 50 [deg.] C around the set point, without affecting the physical and mechanical properties of the ceramic products obtained, but moreover a process which makes it possible to eliminate the clay as much as possible from the compositions of ceramic pastes, without affecting the physical and mechanical properties of the products to be prepared.
It has already been proposed to use silicate waste materials to replace part of this clay. It has appeared, however, that the choice of the silicate waste material is important if one wants to obtain ceramic products of very good quality and free from surface defects after enameling.
We have now surprisingly found that if
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silicate, in the presence or absence of a chanotte of a basic carbonated mineral material and of the silicate waste material, the ceramic tiles obtained meet the above criteria.
The object of the present invention is a novel process for the production of ceramic products which can be subjected to an enamel treatment, which enables the use in the ceramic paste compositions of a silicate waste material which is readily available at a relatively low cost price.
The subject of the present invention is also a new process for manufacturing ceramic products having physical and mechanical properties at least equivalent to those of traditional ceramic products.
The method of manufacturing ceramic products capable of undergoing glazing treatment of the present invention is characterized by: firing a raw ceramic paste of controlled particle size, comprising red baking clay, porphyry dust such as silicate scrap material and optionally a basic carbonated mineral material chamotte with a silicate waste material, according to a programmed heating cycle not exceeding 6 hours, at a firing plateau temperature
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The total duration of the heating cycle in the process of the invention does not exceed 6 hours, and for economic reasons, a cycle of 3 hours or even a cycle of shorter duration can be taken.
The choice of the duration of the heating cycle can be considered as resulting from a compromise between the qualities of the ceramic products obtained and the energy expenditure to be made in order to obtain these qualities. In many cases, the qualities of mechanical strength and porosity are sufficient with a short heating cycle.
The firing level temperature is lower than that used in the usual processes, but in addition, it can fluctuate between 1070 [deg.] C and 1170 [deg.] C, without this having an adverse effect on the physical properties and mechanics of the ceramic products obtained.
A programmed heating cycle is shown as an example in the Table below.
TABLE I
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
The 6 hour cycle is a multiple of the 3 hour cycle.
The choice of the duration of the heating cycle depends in particular on the composition of the starting mixture, on the properties desired for the finished product and on the authorized variation of the baking level temperature.
As the silicate waste material, porphyry dust is particularly used.
Table II below shows an average composition of porphyry dust.
TABLE II
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Table II above shows that porphyry dust
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an important element, and therefore it no longer appears necessary to put a sanding clay in the composition * 4 According to an advantageous embodiment of the process of the present invention, a composition of raw ceramic paste is first prepared from from 95 to 100% by weight of a mixture of
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porphyry as a silicate scrap material, and 0 to 5% by weight of a basic chamotte consisting of 40 to 60% of a mineral
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silicate, this composition is then subjected to baking according to a programmed cycle of 3 hours, at a baking level temperature of between 1070 and 1170 [deg.] C, and in particular between 1100 and
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sition, affect the cohesion of the fired tiles. In addition, although compositions containing 30% by weight, based on the total weight of the composition, of porphyry dust give satisfactory results, it is preferable to introduce an amount of 50 to 60% by weight, based on the total weight of the composition, in order to increase the thermal range giving rise to acceptable results.
In the possible case where a basic chamotte is used, there may be mentioned in particular as basic carbonated mineral materials, dolomite, a limestone filler and other carbonated filler materials with a high content of calcium carbonate and of magnesium carbonate. However, for economic reasons, dolomite is preferably used.
The basic chamotte is introduced in small amounts into the green ceramic paste, and generally consists of a mixture of approximately equal amounts of waste material.
silicate and basic carbonated mineral material.
The development of this basic chamotte involves three stages. First, a mixture consisting of 40 to 60 by weight of silicate waste material and 60 to 40% by weight of carbonated basic mineral material is produced, which is then compressed. This mixture is then heat treated according to a programmed cycle of three hours. Finally, the frit obtained is crushed and sieved until there is a refusal of 10% on a 90 micron sieve.
In order to promote as much as possible the reduction of the porosity of fired ceramic products, and to facilitate loss on ignition during firing, the grain size of the raw paste is controlled by reducing the silicate waste material and the clay
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of refusal through a 90 micron sieve.
The following examples are given in order to better illustrate the present invention, but without limiting its scope.
Example 1.
A ceramic paste composition was prepared which contained
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is given in Table II, and 40 Ci. ' by weight of red baking clay.
In order to control the granulonetry of the raw paste, the porphyry dust and the clay were reduced, after drying, to fine powders until a 10% residue was obtained through a 90 micron sieve.
Samples were then prepared in the form of 50mm x 50mm x 5mm platelets which were pressed to approximately
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according to the cooking cycle described in Table I.
For these tests, the firing level temperature was
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After curing, the porosity P in percent by weight was determined for the samples by the conventional process of immersion, and the mechanical strength R in kg / cm estimated in flexural failure tests of the samples.
The following results were obtained:
R = 590 kg / cm <2>
<EMI ID = 15.1>
The fired ceramic tiles were then subjected to a glazing treatment, and smooth and uniform glazed ceramic tiles free from defects were obtained.
Example 2.
A ceramic paste composition was prepared which contained
<EMI ID = 16.1>
This mixture was compressed and heat treated on a programmed 3 hour cycle. Then we crushed and
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90 microns.
In order to control the particle size of the raw paste, the porphyry dust and the clay were reduced, after drying,
<EMI ID = 18.1>
90 microns.
The samples were prepared according to the method described in Example 1.
The tests were carried out according to a programmed 6 hour cooking cycle, which is a multiple of the 3 hour cycle described in Table I.
The tests were carried out at two different firing stage temperatures: 1110 [deg.] C and 1130 [deg.] C.
The results obtained from the point of view of mechanical resistance and porosity are as follows:
<EMI ID = 19.1>
The fired ceramic tiles were then subjected to a glazing treatment, and smooth and uniform glazed ceramic tiles free from defects were obtained.
For comparison, fired ceramic tiles from a ceramic paste were subjected to an enamel treatment.
<EMI ID = 20.1>
Glazed ceramic tiles had a surface with roughness and were therefore commercially unsuitable.
Example 3.
<EMI ID = 21.1>
chamotte porphyry-dolomite dust such as that described in Example 2.
After baking on a programmed 3 hour cycle as described in Table I, the strength and porosity properties of the baked tiles were determined at a baking plateau temperature of 1095 [deg.] C.
<EMI ID = 22.1>
Porosity by weight: 0.04%
The fired ceramic tiles were then subjected to a glazing treatment, and smooth and uniform glazed ceramic tiles free from defects were obtained.
Example 4.
The method described in Example 2 was repeated to prepare the following ceramic paste composition.
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of a chamotte dust of limestone porphyry-filler which was prepared according to the process described in Example 2.
After firing according to a programmed 6 hour cycle which is a multiple of the 3 hour cycle described in Table I, the mechanical strength and porosity properties of the fired tiles were determined for a firing plateau temperature of 112C [deg. ]VS.
<EMI ID = 24.1>
The fired ceramic tiles were then subjected to a glazing treatment, and smooth and uniform glazed ceramic tiles free from defects were obtained.
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red schist-limestone filler. Glazed ceramic tiles had a surface with roughness and were therefore commercially unsuitable.
Example 5.
The method described in Example 1 was repeated to prepare
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