高掺量粉煤灰烧结砖

粉煤灰烧结砖是一种良好的新型墙体材料，用于建筑物上，具有轻质、高强和保温、隔热的良好性能。

研究表明，当粉煤灰掺入的质量比达到60%时，烧结普通砖（实心砖）的密度可小于1400公斤/立方米，抗压强度可达20－30兆帕，制品导热系数低，实心砖的热工性能可以和粘土或页岩、煤矸石多孔砖媲美，这些都是其它传统墙体材料不可比拟的。

通过大量消化使用粉煤灰生产烧结砖可有效的保护土地资源，有利于工业废弃物的回收利用，同时可以保护环境，节省能源，符合国家当前提出的建设节约型社会和循环经济政策，目前“禁实”工作已由170个城市开始推向全国各地作为一种利废节能的新型墙体材料，粉煤灰烧结砖的推广和使用呈现出快速发展的态势。

我国研究和生产粉煤灰烧结砖已有三十年的历史，高掺量粉煤灰烧结砖的出现还只是近十年内的事情，2002年在河北建设的国内第一条掺量90%以上的粉煤灰烧结砖生产线，标志着粉煤灰烧结砖的生产在我国已经朝着高掺量和超高掺量用灰方向发展，这一成果对我国粉煤灰综合利用和国内新型墙体材料的发展产生了极大的推动作用。

粉煤灰是发电厂经过高温燃烧排放的一种固体废弃物，可塑性很差,由于尚有一定的剩余热量。

最初是作为添加剂（内燃料和瘦化剂）受到制砖行业关注的，那时的掺灰量一般不超过30%，如今我们从利废这个角度将粉煤灰作为制砖的主要原料来进行研究和应用，首先粉煤灰的化学成分与粘土十分接近,用来做砖应该是可以的，但粉煤灰的矿物组成和物理性能与粘土存在着很大的差异，尤其在高掺量(质量比50%以上)的情况下制砖，无论是原料的制备，成型还是坯体干燥，焙烧过程中，仍沿用过去粘土砖或煤矸石砖，页岩砖生产工艺和设备都会遇到一些技术难题，高掺量粉煤灰制砖已成为非粘土烧结砖技术研究的重点。

一、粉煤灰及混合料的基本性能要求1、粉煤灰烧结砖的原料构成主要是粉煤灰和粘结料，粉煤灰应选用干灰或经脱水(含水率10%左右)的微细灰，粉煤灰颗粒越细越有利于掺配使用，目前选用的粘接料主要是粘土，页岩，煤矸石，淤泥或膨润土等。

粘结料的可塑性指标是决定掺灰量大小的重要因素之一，粘结料塑性指数越高，粉煤灰掺兑量越大。

2、混合料的化学成分应符合制砖的基本要求。

3、粉煤灰必须掺兑一定数量高塑性粘结料才能制砖，粉煤灰混合料的塑性指数一般应大于7。

4、粉煤灰的发热量差异很大，高的可达1千多大卡/公斤，低的仅有几十大卡/公斤，粉煤灰须经过热值测定才能用来做砖，混合料(因粘接料中煤矸石也含有一定的发热量，故应测定混合料)的发热量以400--500大卡/公斤为最佳，因为这个范围内的热量与砖烧成所需要的热量基本相符。

也就是常说的烧砖不用煤，如果粉煤灰发热量较高可以适当减少粉煤灰掺兑比例会对产品产量和质量产生严重影响，采用超热焙烧必须通过窑炉余热系统，将多余热量抽走用于房屋采暖。

如粉煤灰自身热值低，就需要补充部分热量才能将砖烧成。

二、原料制备、成型及技术装备为提高高掺量粉煤灰烧结砖原料的可塑性能，改善原料的成型能力，原料的细化处理、均化处理和陈化处理，在原料制备过程中都必不可少。

1、原料颗粒大，可塑性差，不仅直接影响砖坯的成型还会使坯体的内燃料不能充分燃烧，造成制品黑心，抗冻性能差，同时过大的原料颗粒还加剧挤泥机泥缸和绞刀的磨损，因此高掺量粉煤灰与粘结剂伴合前，粘合料必须进行破碎细化处理，粘结料细化后，比表面积加大，毛细管引力加大，其内聚力和对水的吸附能力也同时加大，可塑性提高。

细化的粘结料与粉煤灰混合，均化，润湿包容在一起，可呈现混合料总体的可塑性，同时粉煤灰的保水性能也得到了改善。

粉碎设备一般由原料的粒度要求、硬度和含水率来确定设备的类型。

例如颗粒大，比较坚硬的页岩、煤矸石等原料可先采用颚式破碎机进行粗碎，然后用锤式破碎机配合筛分进行细碎，也可以先用反击式破碎机进行破碎，经筛分后用带筛板的锤破对含水率稍高的原料进行粉碎。

在国内海兰公司首先使用雷蒙磨对膨润土、页岩等原料进行细磨处理，对加大粉煤灰掺灰量（如衡水生产线的掺灰量达到90％以上）对提高混合料的塑性挤出能力，对制品质量的提高都起到了非常积极的作用，得到了行业的认可，并广为采纳。

2、混合均化是高掺量粉煤灰烧结砖原料制备非常重要的工作。

由于混合料是由两种以上不同的物料组成的，各种物料对水的吸附能力、膨胀收缩系数等物理性能不同，如果不能将它们均匀、紧密的结合在一起，在坯体的挤压成型、干燥和焙烧过程中就会产生和释放大小不同的应力，使坯体出现分层、裂纹、不成型等严重质量缺陷。

通常原料通过箱式给料机进行定量配送料，粘结料和粉煤灰在加水拌合前最好先用冲击式的混料机打散、混合。

混合料在搅拌过程中加水，使原料的含水率满足成型要求（一般到真空挤出机上级时原料尽量不再加水），然后进行72小时的陈化困存。

对于掺灰量60％以下的高掺量粉煤灰烧结砖生产线，混合料陈化后可显著改善坯料的成型性能。

对于超高掺量粉煤灰烧结砖生产线混合料的陈化效果有待于进一步研究。

原料陈化后还需做进一步的揉练熟化处理。

这里可用湿式轮碾机进行碾压、用搅拌挤出机或练泥机进行挤压，也可采用几道对辊机来完成混合料成型前的均化处理。

3、试验和经验证明，高掺量粉煤灰烧结砖生产适宜采用软塑挤出成型工艺，成型水分20%左右，适宜使用双级真空挤出机。

由于粉煤灰掺量较高时混合料的保水性和流动能力都很差，坯体成型工艺参数的选定不可完全参照生产粘土砖或煤矸石、页岩砖。

如真空度过高时会吸走坯体部分表层水分，使原料流动性变得更差。

还有泥料在泥缸里往往会发生旋转，产生剧烈的摩擦，导致泥缸温度急剧上升，水分流失加剧，很容易使泥料在泥缸头部造成阻塞或出现泥刀夹料的情况。

因此，挤出成型应充分考虑高掺量粉煤灰原料流动性差的特点，挤出机的设计一般被认为是高掺量粉煤灰烧结砖生产线的主要技术难点，使挤出机的技术性能达到设计指标要求。

设备厂家应对绞刀等关键部件的结构，参数等进行优化设计。

坯体成型前对原料加热，也是增加坯料塑性，改善成型能力，防止干燥裂纹产生的有效方法之一，具体做法是在坯料成型前加入蒸气。

由于过热蒸气的渗透速度高于冷气几十倍，在原料湿化和搅拌过程中向搅拌箱内喷射饱和或过热蒸气，使泥料温度迅速达到40－50℃左右，与干燥室入口的温度相当。

避免坯体表面温差变化引起的裂纹，蒸气加热可以减少原料的成型阻力，降低挤出机的能耗。

双级真空挤出机一般在上级搅拌槽的下部设置有热蒸气输送机构。

原料进入主机下级之前进行加热，与在前道搅拌工序加热相比较，可以避免热量在泥料输送过程中流失。

一般选用1吨至2吨锅炉即可解决坯料的加热问题。

三、码坯与干燥由于高掺量粉煤灰烧结砖生产广泛采用二次码烧工艺坯体成型后需用机械或人工将湿坯码放到干燥车上，两种码坯方法在国内都有采用。

当粉煤灰掺量较高时，由于湿坯的初始强度较低，一般采用人工码坯，人工轻拿轻放，坯体不会产生变形和裂纹，使用两层干燥车，湿坯上下层码放及采用底层立码和立卧结合的码坯方法都有利于提高半成品质量。

人工码坯比机械码坯可节省投资100多万元，采用机械码坯自动化程度高，其中编组系统、上下架系统和码坯机需投资约200余万元。

由于机械码坯对湿坯强度有较高要求，因此在实际生产中粉煤灰掺量相对少些。

机械码坯要求坯体成型压力大、强度高，生产效率相对低，主机能源消耗较大。

机械码坯适用于混合料塑性较好或生产粉煤灰高档装饰砖。

粉煤灰烧结砖的生产广泛采用小断面隧道式干燥方式，干燥热源利用轮窑或隧道窑焙烧的余热，通过调节系统调节送风温度及风量大小，保证砖坯干燥质量。

四、焙烧由粉煤灰的化学成分、物理性能和矿物组成，表明高掺量粉煤灰烧结砖大多具有烧结温度高，烧结范围窄的特点。

坯体的焙烧，砖厂应针对这些特点采用相适宜的工艺参数和窑炉。

高掺量粉煤灰烧结砖的生产都是在轮窑或隧道窑中完成焙烧的。

轮窑是当前砖瓦厂用的最多的一种窑型，轮窑特点是结构简单，相对技术成熟，投资较低，缺点是工作环境差工人劳动强度高，温度不易控制，烧成制品质量不稳定，但对于生产普通墙体用砖，规模不大又受投资条件限制的企业来讲，当前用性能可靠的轮窑进行高掺量粉煤灰烧结砖的焙烧仍不失为一种“短平快”的理性选择，当然这里指的不是那些能耗高、产量低没有抽取余热的老式轮窑。

隧道窑分为3米以下中断面隧道窑和4.6米以上的吊平顶大断面隧道窑，二者机械化程度明显高于轮窑，制品烧成质量也好于轮窑，同等规模中断面隧道窑总体造价（含窑车）是轮窑的二倍左右由于技术成熟，系统简单，投资适中，运行成本不高，中断面隧道窑也被高掺量粉煤灰烧结砖的生产广泛采用。

吊平顶大断面隧道窑是近来我国采用技术性能最先进一种窑炉。

这种窑炉自身设有排烟系统、燃烧系统、抽余热系统、冷却系统、窑顶换热系统、车底冷却压力平衡系统、温度压力测控系统和窑车运转系统，多数大端面吊平顶隧道窑还配备自动化码坯的“上下架”系统和码坯系统，这种窑断面温差小，保温性能好，焙烧热工参数稳定，便于控制，制品焙烧质量好，是我国采用现代制砖技术大力推广的焙烧设备，适合于高档清水砖、装饰砖的烧制造价相对较高。

五、高掺量粉煤灰烧结砖生产中应该注意的几个问题1、粉煤灰掺兑量大小依据粉煤灰粒径大小，发热量大小以及所选用粘结料塑性指数高低来确定，还应对不同原料的成本进行经济分析。

2、粉煤灰烧结砖的产品定位，从最大量消化粉煤灰的角度来讲，应该是以生产粉煤灰烧结普通砖为主，前面谈到高掺量粉煤灰烧结普通砖的密度、强度及热工性能都不亚于粘土多空砖，而且粉煤灰可以掺到最大量。

粉煤灰掺兑起一定生产空心砖工艺技术难度加大，生产出来的制品抗折性能较差，质量不易保证，生产高档清水砖、装饰砖需要控制制品的吸水率应适当降低原料中粉煤灰掺兑量。

3、由于各地粉煤灰及选用的粘结料不同特性各异，高掺量粉煤灰烧结砖生产线应由专业人员根据不同的物料进行科学的工艺设计，工艺设备应在对高掺量粉煤灰烧结砖生产技术熟悉并有成功业绩的设备生产厂家进行选购，可以少走弯路，回避风险。

我国高掺量和超高掺量粉煤灰烧结砖的发展过程是历史形成的。

上世纪七十年代，由于技术的限制，我国火电厂使用的锅炉，排放的粉煤灰颗粒都较粗大，热值较高，大比例掺兑无法用于制砖。

随着静电除尘技术和电厂燃料热量利用效率的提高，为砖厂大掺量用灰提供了可能。

此外，西方发达国家火电厂极少，大规模的高速的建筑发展时期已过，粉煤灰烧结砖生产可以借鉴的经验很少，因此对高掺量粉煤灰的生产技术和装备国内科研部门和砖瓦生产，设备制造企业基本都靠自主研究，积累了不少成功的经验。

海兰公司从上世纪九十年初，为吉林市提供了第一台粉煤灰烧结砖生产设备，随后与内蒙古等发电厂共同完成了高掺量粉煤灰烧结砖生产工艺的中试研究。

2000年为阜新矿务局矸石电厂高掺量粉煤灰烧结砖生产线提供了全套技术装备，用50%（质量比）的粉煤灰和50%的粘土，成功的生产了大孔空心砖、多孔砖和实心砖。