关于煤矸石、粉煤灰烧结砖.

关于煤矸石、粉煤灰生产烧结砖

我们把煤矸石、粉煤灰用来作为烧结砖的主要原料，实在不是因为它们是制砖的好东西，而是因为它们是数量最大的而且最没用的工业污染废弃物。特别是“禁实”后，用它们做用粘土的替代品，有着环保节能、节土、节地等方面的综合积极意义。但是都给我们的工艺生产技术，以及工装设备带来许多新的难题，尤其是高掺量制砖。

我们分别谈一下煤矸石和粉煤灰生产烧结砖的一些问题。因为煤矸石与粉煤灰作为制砖原料性能上差别很大，有的方面甚至根本不一样。所以它们的生产工艺及设备差别也很大。

先谈一下煤矸石做砖。

一、不是所有的煤矸石都可以直接用来制砖：

1．从制砖原料的矿物成份来看：

人类制造砖瓦的历史已经有几千年了。但过去长久以来，无论是中国还是世界其他各国制砖的原料都是粘土，烧结后成为坚固的材料。这是因粘土原料是以高岭石、伊利石（水云母）等粘土矿物为主，在高温焙烧后生成新的莫来石晶（3Al2O3?2SO2）。而莫来石是一种硬质的、抗化学侵蚀的物相，其细长的晶体结构使制品的强度增高，是使烧结砖瓦制品最终获得较高机械强度的主要原因。焙烧过程从950℃开始产生。到1300℃可最终完成其晶体稳定成份。同时粘土中含有长石和细粉状的石英。粘土原料在塑性状态下，长石和石英起着成型后的产品中控制收缩和变形的填充料的作用。在焙烧阶段，长石则是一种助熔剂，易玻化，补偿了耐火粘矿物和惰性石英不易溶融的不足。而石英除了惰性填充料外，它还起着提供干燥和焙烧过程中坯体强度的作用。

根据这个道理，能够用来烧结的原料应该是具有的粘土特点，即含有高

岭石、伊利石（水云母）等粘土矿物及长石、石英非粘土矿物这几种基本矿物的物质。一般粘土矿物总量应占到50%左右。

那么，除粘土之外，自然界还具有和粘土矿物成份类似的物料，那就是页岩。页岩在远古时代曾就是粘土，是疏松的粘土经过自然界长期的成岩作用而形成的，具有薄片状或薄页状原理构造的粘土岩，它的主要矿物成分有高岭石、伊利石、胶岭石、拜来石、并常含有石英、长石、云母等碎屑混入物。

页岩比粘土硬，但比一般岩石软。

按所含杂质不同页岩分为：钙质页岩、铁质页岩、硅质页岩、油页岩、泥岩、碳质页岩等。

按成岩作用不同又可分如下表所示的几种为（页岩是一种沉积岩，沉积岩的成岩作用有两种，一种的物理成岩作用；另一种是物理和化学混合成岩作用。）煤矸石是含有碳的页岩，它也有两类不同成岩原因形成的煤矸石：

可见，和不是每一种粘土、页岩拿来就做砖一样，煤矸石也不是全都可以轻易用来做砖：

煤矸石有的属粘土性含碳页岩，适于制砖，有的是非粘土性质的含碳页岩（特别是物理化学成岩的矸石），是不适合制砖的，起码不适合高掺量烧结砖，更不适合全煤矸石烧结砖。

2.从原料的化学成分来看：

大家都知道，烧结砖的原料的化学成分有一定基本要求：

SiO2Fe2O3Al2O3CaO Mgo SO3K2(Na2)O 烧结量

适宜55-70 3-10 10-25 0-15/10 0-5 0-3 适量3-15

允许45-80 2-15 5-30 0-15/10 0-5 0-3 适量3-15道理很简单，原因很清楚。就是再好的粘土其化学成分组成严重背离上述要的范围也是很难做出合格的砖，当然煤矸石也是如此，我们公司实验室近几年先后做全国各地近200个煤矸石试样也确实证明这一点。

化学成分中主要是SiO2和Al2O3两种成分。一是量要够，各自占的百分比要适合上述表的范围，相差能太远，比如Al2O3过多则烧成温度高，较困难。再如SiO2、Al2O3总量少了就形不成足够量的莫来石晶相。二是硅、铝比要合适（谈不上合理），一般要求硅:铝比大于2.5。

我们实际生产中因为煤矸石中化学成分组成严重不当两不能制砖的情况很多，特别是掘进矸，洗矸要相对好些。比如：抚顺某厂的煤矸石，SiO2仅为28.85%，Al2O为16.43（硅铝比为1.76）。而烧失量为40.81%，这是我们公司这几年所做全国各地200多个样品中（矸石）SiO2含量最少的一个典例之一，还有一个更少的是24.31%。所以用它制砖高温后发酥，掉渣，无强度。另外在96个样品中，SiO2含量少于45%的有21个，占22%.这些

矸石基本上不能生产全矸石烧结砖。只能部分掺配使用。

3.从煤矸石的发热量来看：

大家知道，烧结砖瓦一般全内燃焙烧耗能为400-500大卡/kg。概据原料、制品、窑炉、工艺等因素不一致。有的少的可为350大卡/kg。多的可能会超过600大卡/kg。

而各种煤矸石的发热量很不一致，且掘进矸石与洗矸石又不一样。我们试验做过157个各地不同样品，范围为133～3597伏/kg，其中超过500大卡/kg的为108个，占总数的68.8%.那么显然这些矸石生产全煤矸石结砖都不太合适，需掺配其他一定量的、无热值的、合适的原料，要不然，我们就不是生产空心砖，应该是生产蜂窝煤了。降低生产所用原料煤矸石的发热量，除掺配无热值的物料外，还有一个有效的办法，就是筛除含碳多的细小矸石。因为矸石（特别是洗矸）发热量高的一个重要原因是混有许多煤沫，小炭块。可以在使用前先过较粗的筛子，筛下的煤沫，小炭块可做燃煤用，筛上矸石发热量则大大降低。

有趣的是，大多发热量高的煤矸石，同时有两个特点，一是SiO2含量低，二是烧失量大。从这两个方面同样反应不适宜全矸石的烧结砖。

4.从原料中有害杂质来看：

煤矸石中存在的对制砖有害杂质很多，有的量少，影响不大；但有的量多或量少但对产量、质量则影响很大。我们常见的有：

.碳酸盐岩石引起的石灰爆裂危害。

碳酸盐岩类主要是含有CaCO3的方解石、白云石等，它们的破坏作用是石灰爆裂。

如果是物理化学成岩作用的煤矸石，则因含有碳酸盐类的方解石、石灰石、白云石较多，则不适合制砖。即便化学分析CaO含量不多，比如邯郸峰五矿CaO为3.2%，混合料为2.03%；河南鹤壁五矿CaO为5.4%；河北磁

县6.94%，混合后4.16%；徐州卧牛山高钙矸石（5-12%的CaO）等。其CaO 基本为CaCO3，而无CaSO4等。要用则要采取综合措施：人工拣除；细碎0.1mm以下；高温焙烧；出窑淋水，添加剂；其他如少掺等。

.含MgSO4偏高的泛白，泛霜现象；防止办法：

适当高温焙烧、延长保温时间；掺添加剂（如CaC2,BaSO4,BaCI2；细磨到较小颗粒来增加密实。

.含硫高：原因硫的种类，危害。

防治措施：（略一般矸石比煤少，范围统计几种矸石含硫0-2.8%）

.大颗粒SiO2，若含量多，则易在石英晶格转化过程，体积膨胀大，收缩不均匀而产生裂纹。

.含蒙脱石矿物较多。如长春公主岭刘房子煤的煤矸石、主要危害是干燥裂纹。

防止办法：一、调整配方；二、细磨；三、提高焙烧温度和控制速度。

防治措施为调整掺配比例或加强干燥脱水收缩的控制等。

二、制砖用煤矸石的加工处理（原料处理）：

1.最佳合理配料。

a．主要从以下几个方面考虑合理掺配：（如果全煤矸石不可能的话）.发热量：450～500大卡/kg，基本全内燃即可。（冬季多，夏季少）。

.矿物成分的合理组成；

.化学成分的合理组成；

.塑性指数要求。一般矸石破碎后颗粒仍然较一般粘土大，塑性低。适用半硬挤出或硬挤出。但塑性指数不能低于6。

.其他针对性的添加剂。

6.主要掺配的物料有：

.低热值的有粘土、页岩、过火矸、废砖块。其他无热质的废弃土。

.提高塑性的有粘土高塑性的页岩、含蒙脱石的澎润土和其他有机物等。

.其他专用的化合物：如针对防止石灰爆裂、对防止泛霜的化合物等。

2矸石的破碎处理。

一但原料（或混合配比料）选定，其矿物组成、化学成分就确定不变了。那么这种原料能否适应制砖的性能就完全决定于其颗粒组成，也就是颗粒级配。完全有可能有这种情况：原料的矿物组成和化学成分都适宜，而因颗粒级配不当而不能生产合格产品。

制砖原料的颗粒要求：

主要有两项。一最大颗粒又称临界颗粒，极限最大颗粒；二是颗粒级配的合理（或叫颗粒组成）。总之，越细小越好。同一种原料，颗粒越细小，塑性指数越高。例如：同一种页岩，粉碎（mm以下测定塑性指数为9，而粉碎到0.1mm以下再测定塑性塑则为15.因此看物料的塑性指数首先要看粉碎处理到多么大的颗料范围。

特别强调一下颗粒级配要求。按成型方式不同，颗粒级配要求不一样。

这方面，因级配不合理的失败教训很多。这和塑性指数反应的问题不一致：塑性反应成型的难易，而级配除反应成型的难易外，还反应焙烧后的制品强度问题。塑性指数高，但颗粒级配不合理会造成焙烧制品的不合格。例：（1）赤道几内亚某地粘土：

砂粒＞20微米（0.02mm）的为19.4%，其中大于0.1mm的游离SiO2多。

粉粒0.002-0.02mm为7%；

粘粒＜0.002mm为54%；

虽然粘粒多、塑性高、成型好。但焙烧到1200℃还疏松，严重网裂、砖强度不足70kg/m2。

（2）抚顺华强页岩厂和双菱建材厂均有颗粒级配不合理影响生产的教训经历。

（3）典型的如长春某厂在成型时都有问题，产生“颗粒偏析现象”粗细颗粒发生分离而各自聚集的现象。是在砖机主轴转速快的情况下产生的，大颗粒分离到四解，小颗粒集中到中心。转速慢后好些。（当转速为零，相当“压制成型”，对颗粒级配要求不严格要松，“两头大，中间小”）。

.如何选用破碎设备的考虑点：

a．要达到的破碎粒度的要求，一是临界粒度的控制锤破的筛板；

（一级粗碎如鄂破、齿滚除外）对滚的间隙；

各种筛的筛网；

二是粒度级配的合理控制——除以上三种方式外，还

有反击式锤破机；

有加水陈化（特别是易风化物料可促使物料分化）；

筛上物再细磨（特别是不易风化的物料）b．针对物料自然含水量高低选用工艺设备：

当含水较低时：锤破

稍高时：笼式粉碎机；

太高时：细碎对滚；

c．针对煤矸石硬度大小选用设备：

软时：选对滚、轮碾、齿滚；

稍硬时：笼粉、对滚、锤破；

较硬时：锤破；

d.产量的要求：原则上先要满足质量，即以上a.b.c三方面。如果满足不了产量，则加相同的设备或同性能的大型大产量设备。

.均化设备的选用：

均化设备常用的有锤混机、搅拌机、轮碾机、圆盘筛式挖和给料机等。

选用考虑点：

a.两种以上原料混合则选2-4步上述设备，搅拌机是必选的，另外再选用其他1-2种均化设备；

b.混合料有粘土，且粘土较多时用圆盘机。因粘土不易产生“颗粒偏析”现象，且该设备价格低、耗电少；

c.混合料容重差别大时用轮碾。如矸石与粉煤灰、粘土与粉煤灰。因轮碾混料强度大，且有碾练破碎作用。

.陈化库的选用

首先，用陈化库在工艺上只有好处，没有坏处。只是投资大。

选用时考虑点：a.易风化矸石应选用；

b.塑性高的应选用；

c.和粘土、易风化页岩混合的应选用；

d.纯矸石、塑性低、不易风化的原料可慎重考虑。

后不选用，但破碎粒度要合格。

.成型设备的选用

煤矸石的粉碎，因经济成本方面的原因，工业生产上其破碎后的粒度一般均较粘土粗。