關(guān)于煤矸石、粉煤灰燒結(jié)磚

1、關(guān)于煤矸石、粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)磚 我們把煤矸石、粉煤灰用來作為燒結(jié)磚的主要原料，實在不是因為它們是制磚的好東西，而是因為它們是數(shù)量最大的而且最沒用的工業(yè)污染廢棄物。特別是“禁實”后，用它們做用粘土的替代品，有著環(huán)保節(jié)能、節(jié)土、節(jié)地等方面的綜合積極意義。但是都給我們的工藝生產(chǎn)技術(shù)，以及工裝設(shè)備帶來許多新的難題，尤其是高摻量制磚。 我們分別談一下煤矸石和粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)磚的一些問題。因為煤矸石與粉煤灰作為制磚原料性能上差別很大，有的方面甚至根本不一樣。所以它們的生產(chǎn)工藝及設(shè)備差別也很大。 先談一下煤矸石做磚。 一、不是所有的煤矸石都可以直接用來制磚： 1從制磚原料的礦物成份來看：人類制造磚瓦的歷史已經(jīng)有

2、幾千年了。但過去長久以來，無論是中國還是世界其他各國制磚的原料都是粘土，燒結(jié)后成為堅固的材料。這是因粘土原料是以高嶺石、伊利石（水云母）等粘土礦物為主，在高溫焙燒后生成新的莫來石晶（3Al2O32SO2）。而莫來石是一種硬質(zhì)的、抗化學侵蝕的物相，其細長的晶體結(jié)構(gòu)使制品的強度增高，是使燒結(jié)磚瓦制品最終獲得較高機械強度的主要原因。焙燒過程從950開始產(chǎn)生。到1300可最終完成其晶體穩(wěn)定成份。同時粘土中含有長石和細粉狀的石英。粘土原料在塑性狀態(tài)下，長石和石英起著成型后的產(chǎn)品中控制收縮和變形的填充料的作用。在焙燒階段，長石則是一種助熔劑，易?；?，補償了耐火粘礦物和惰性石英不易溶融的不足。而石英除了惰性

3、填充料外，它還起著提供干燥和焙燒過程中坯體強度的作用。根據(jù)這個道理，能夠用來燒結(jié)的原料應(yīng)該是具有的粘土特點，即含有高嶺石、伊利石（水云母）等粘土礦物及長石、石英非粘土礦物這幾種基本礦物的物質(zhì)。一般粘土礦物總量應(yīng)占到50%左右。 那么，除粘土之外，自然界還具有和粘土礦物成份類似的物料，那就是頁巖。頁巖在遠古時代曾就是粘土，是疏松的粘土經(jīng)過自然界長期的成巖作用而形成的，具有薄片狀或薄頁狀原理構(gòu)造的粘土巖，它的主要礦物成分有高嶺石、伊利石、膠嶺石、拜 來石、并常含有石英、長石、云母等碎屑混入物。 頁巖比粘土硬，但比一般巖石軟。 按所含雜質(zhì)不同頁巖分為：鈣質(zhì)頁巖、鐵質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、油頁巖、泥巖、碳質(zhì)

4、頁巖等。 按成巖作用不同又可分如下表所示的幾種為（頁巖是一種沉積巖，沉積巖的成巖作用有兩種，一種的物理成巖作用；另一種是物理和化學混合成巖作用。）煤矸石是含有碳的頁巖，它也有兩類不同成巖原因形成的煤矸石：物理沉巖作用粘土沉積巖泥質(zhì)頁巖煤矸石深灰色、灰黃色、片狀結(jié)構(gòu)、伊利石頁巖不完全理解、易風化、易碎、適用制磚。炭質(zhì)頁巖煤矸石黑色、黑灰色層狀結(jié)構(gòu)、含碳粘土頁巖、油脂光澤、易風化、易碎、適用制磚。砂質(zhì)頁巖煤矸石深灰色、灰白色、含泥炭質(zhì)石英粉砂巖、塊較大、風化較慢、較難碎、較適用制磚。物理化學成巖作用碎屑、礫巖沉積巖_砂巖煤矸石黑灰色、深灰色。含砂質(zhì)、泥質(zhì)、石英砂巖。較硬、橢圓、不風化、難碎，不適用

5、制磚?；瘜W沉積巖_石灰?guī)r煤矸石灰色，粗糙堅硬，較脆，塊大、不易風化、難碎，不適用制磚。 可見，和不是每一種粘土、頁巖拿來就做磚一樣，煤矸石也不是全都可以輕易用來做磚： 煤矸石有的屬粘土性含碳頁巖，適于制磚，有的是非粘土性質(zhì)的含碳頁巖（特別是物理化學成巖的矸石），是不適合制磚的，起碼不適合高摻量燒結(jié)磚，更不適合全煤矸石燒結(jié)磚。 2.從原料的化學成分來看： 大家都知道，燒結(jié)磚的原料的化學成分有一定基本要求： SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO Mgo SO3 K2(Na2)O 燒結(jié)量適宜 55-70 3-10 10-25 0-15/10 0-5 0-3 適量 3-15允許 45-80 2-1

6、5 5-30 0-15/10 0-5 0-3 適量 3-15 道理很簡單，原因很清楚。就是再好的粘土其化學成分組成嚴重背離上述要的范圍也是很難做出合格的磚，當然煤矸石也是如此，我們公司實驗室近幾年先后做全國各地近200個煤矸石試樣也確實證明這一點。 化學成分中主要是SiO2和Al2O3兩種成分。一是量要夠，各自占的百分比要適合上述表的范圍，相差能太遠，比如Al2O3過多則燒成溫度高，較困難。再如SiO2、Al2O3總量少了就形不成足夠量的莫來石晶相。二是硅、鋁比要合適（談不上合理），一般要求硅:鋁比大于2.5。 我們實際生產(chǎn)中因為煤矸石中化學成分組成嚴重不當兩不能制磚的情況很多，特別是掘進矸，

7、洗矸要相對好些。比如：撫順某廠的煤矸石，SiO2僅為28.85%，Al2O為16.43（硅鋁比為1.76）。而燒失量為40.81%，這是我們公司這幾年所做全國各地200多個樣品中（矸石）SiO2含量最少的一個典例之一，還有一個更少的是24.31%。所以用它制磚高溫后發(fā)酥，掉渣，無強度。另外在96個樣品中，SiO2含量少于45%的有21個，占22%.這些矸石基本上不能生產(chǎn)全矸石燒結(jié)磚。只能部分摻配使用。 3.從煤矸石的發(fā)熱量來看： 大家知道，燒結(jié)磚瓦一般全內(nèi)燃焙燒耗能為400-500大卡/kg。概據(jù)原料、制品、窯爐、工藝等因素不一致。有的少的可為350大卡/kg。多的可能會超過600大卡/kg。

8、 而各種煤矸石的發(fā)熱量很不一致，且掘進矸石與洗矸石又不一樣。我們試驗做過157個各地不同樣品，范圍為1333597伏/kg，其中超過500大卡/kg的為108個，占總數(shù)的68.8%.那么顯然這些矸石生產(chǎn)全煤矸石結(jié)磚都不太合適，需摻配其他一定量的、無熱值的、合適的原料，要不然，我們就不是生產(chǎn)空心磚，應(yīng)該是生產(chǎn)蜂窩煤了。降低生產(chǎn)所用原料煤矸石的發(fā)熱量，除摻配無熱值的物料外，還有一個有效的辦法，就是篩除含碳多的細小矸石。因為矸石（特別是洗矸）發(fā)熱量高的一個重要原因是混有許多煤沫，小炭塊。可以在使用前先過較粗的篩子，篩下的煤沫，小炭塊可做燃煤用，篩上矸石發(fā)熱量則大大降低。 有趣的是，大多發(fā)熱量高的煤矸

9、石，同時有兩個特點，一是SiO2含量低，二是燒失量大。從這兩個方面同樣反應(yīng)不適宜全矸石的燒結(jié)磚。 4.從原料中有害雜質(zhì)來看： 煤矸石中存在的對制磚有害雜質(zhì)很多，有的量少，影響不大；但有的量多或量少但對產(chǎn)量、質(zhì)量則影響很大。我們常見的有： .碳酸鹽巖石引起的石灰爆裂危害。 碳酸鹽巖類主要是含有CaCO3的方解石、白云石等，它們的破壞作用是石灰爆裂。 如果是物理化學成巖作用的煤矸石，則因含有碳酸鹽類的方解石、石灰石、白云石較多，則不適合制磚。即便化學分析CaO含量不多，比如邯鄲峰五礦CaO為3.2%，混合料為2.03%；河南鶴壁五礦CaO為5.4%；河北磁縣6.94%，混合后4.16%；徐州臥牛山

10、高鈣矸石（5-12%的CaO）等。其CaO基本為CaCO3，而無CaSO4等。要用則要采取綜合措施：人工揀除；細碎0.1mm以下；高溫焙燒；出窯淋水，添加劑；其他如少摻等。 .含MgSO4偏高的泛白，泛霜現(xiàn)象；防止辦法： 適當高溫焙燒、延長保溫時間；摻添加劑（如CaC2,BaSO4,BaCI2；細磨到較小顆粒來增加密實。 .含硫高：原因硫的種類，危害。 防治措施：（略一般矸石比煤少，范圍統(tǒng)計幾種矸石含硫0-2.8%） .大顆粒SiO2，若含量多，則易在石英晶格轉(zhuǎn)化過程，體積膨脹大，收縮不均勻而產(chǎn)生裂紋。 .含蒙脫石礦物較多。如長春公主嶺劉房子煤的煤矸石、主要危害是干燥裂紋。防止辦法：一、調(diào)整配

11、方；二、細磨；三、提高焙燒溫度和控制速度。防治措施為調(diào)整摻配比例或加強干燥脫水收縮的控制等。 二、制磚用煤矸石的加工處理（原料處理）： 1.最佳合理配料。 a主要從以下幾個方面考慮合理摻配：（如果全煤矸石不可能的話） .發(fā)熱量：450500大卡/kg，基本全內(nèi)燃即可。（冬季多，夏季少）。 .礦物成分的合理組成； .化學成分的合理組成； .塑性指數(shù)要求。一般矸石破碎后顆粒仍然較一般粘土大，塑性低。適用半硬擠出或硬擠出。但塑性指數(shù)不能低于6。 .其他針對性的添加劑。 6.主要摻配的物料有： .低熱值的有粘土、頁巖、過火矸、廢磚塊。其他無熱質(zhì)的廢棄土。 .提高塑性的有粘土高塑性的頁巖、含蒙脫石的澎潤

12、土和其他有機物等。 .其他專用的化合物：如針對防止石灰爆裂、對防止泛霜的化合物等。 2矸石的破碎處理。 一但原料（或混合配比料）選定，其礦物組成、化學成分就確定不變了。那么這種原料能否適應(yīng)制磚的性能就完全決定于其顆粒組成，也就是顆粒級配。完全有可能有這種情況：原料的礦物組成和化學成分都適宜，而因顆粒級配不當而不能生產(chǎn)合格產(chǎn)品。 制磚原料的顆粒要求： 主要有兩項。一最大顆粒又稱臨界顆粒，極限最大顆粒；二是顆粒級配的合理（或叫顆粒組成）?？傊郊毿≡胶?。同一種原料，顆粒越細小，塑性指數(shù)越高。例如：同一種頁巖，粉碎（mm以下測定塑性指數(shù)為9，而粉碎到0.1mm以下再測定塑性塑則為15.因此看物料的

13、塑性指數(shù)首先要看粉碎處理到多么大的顆料范圍。 特別強調(diào)一下顆粒級配要求。按成型方式不同，顆粒級配要求不一樣。 這方面，因級配不合理的失敗教訓很多。這和塑性指數(shù)反應(yīng)的問題不一致：塑性反應(yīng)成型的難易，而級配除反應(yīng)成型的難易外，還反應(yīng)焙燒后的制品強度問題。塑性指數(shù)高，但顆粒級配不合理會造成焙燒制品的不合格。例： （1）赤道幾內(nèi)亞某地粘土： 砂粒20微米（0.02mm）的為19.4%，其中大于0.1mm的游離SiO2多。 粉粒0.002-0.02mm為 7%； 粘粒0.002mm為 54%； 雖然粘粒多、塑性高、成型好。但焙燒到1200還疏松，嚴重網(wǎng)裂、磚強度不足70kg/m2。 （2）撫順華強頁巖廠

14、和雙菱建材廠均有顆粒級配不合理影響生產(chǎn)的教訓經(jīng)歷。 （3）典型的如長春某廠在成型時都有問題，產(chǎn)生“顆粒偏析現(xiàn)象”粗細顆粒發(fā)生分離而各自聚集的現(xiàn)象。是在磚機主軸轉(zhuǎn)速快的情況下產(chǎn)生的，大顆粒分離到四解，小顆粒集中到中心。轉(zhuǎn)速慢后好些。（當轉(zhuǎn)速為零，相當“壓制成型”，對顆粒級配要求不嚴格要松，“兩頭大，中間小”）。 .如何選用破碎設(shè)備的考慮點： a要達到的破碎粒度的要求，一是臨界粒度的控制 錘破的篩板； （一級粗碎如鄂破、齒滾除外） 對滾的間隙； 各種篩的篩網(wǎng)； 二是粒度級配的合理控制除以上三種方式外，還有反擊式錘破機； 有加水陳化（特別是易風化物料可促使物料分化）； 篩上物再細磨（特別是不易風化的物料） b針對物料自然含水量高低選用工藝設(shè)備： 當含水較低時：錘破 稍高時：籠式粉碎機； 太高時：細碎對滾； c針對煤矸石硬度大小選用設(shè)備： 軟時：選對滾、輪碾、齒滾； 稍硬時：籠粉、對滾、錘破； 較硬時：錘破； d.產(chǎn)量的要求：原則上先要滿足質(zhì)量，即以上a.b.c三方面。如果滿足不了產(chǎn)量，則加相同的設(shè)備或同性能的大型大產(chǎn)量設(shè)備。 .均化設(shè)備的選用： 均化設(shè)備常用的有錘混機、攪拌機、輪碾機、圓盤篩式挖和給料機等。 選用考慮點：a.兩種以上原料混合則選2-4步上述設(shè)備，攪拌機是必選的，另外再選用其他1-2種均化設(shè)備； b.混合料有粘土，且粘土較多時用圓盤機。因粘土不易產(chǎn)生“