煤矸石烧结砖的制作

煤矸石粉煤灰页岩烧结砖的研制

摘要：以工业废渣煤矸石、粉煤灰及风化页岩为主要原料研制成烧结砖，具有较明显的社会效益和经济效益。介绍了原料的性能、配方组成、工艺、产品性能；指出选用粘结剂，采用高压真空挤出成型工艺可提高半成品干燥强度；烧成审问速度在300℃以前以50~80℃/h，300℃以后以100℃/h左右为宜。

1.前言

煤矸石是我国排放量最大的工业废渣。据统计，我国的煤矸石总堆积量已经超过30亿吨，现在还以每年1亿吨的增长速度增长，而我国煤矸石的总利用率仅25%左右。我国粉煤灰每年排出量超出7000万吨，其中只有42%得到综合利用。目前，这两者已成为公众关注的社会问题。

煤矸石与粉煤灰含量有一定量的可燃成分，及丰富的氧化铝、氧化硅、氧化钙等，是可供开发和利用的二次资源。

风化页岩在我国北方的一些地区储量很大，其基本的化学组成和物理性质与黏土相差不太大。如何利用这一资源也是一个亟待解决的问题。

本研究利用煤矸石、粉煤灰和风化页岩研制实心烧结砖，粉煤灰的掺量可达40%，煤矸石的掺量也达20%。

2原料及试验过程

2.1原料的选择

粉煤灰为湘潭电厂的湿排灰，不需加工，可直接利用。煤矸石取自萍乡安源煤矿矸石山，经破碎、粉磨至粒度小于0.15mm后再利用。风化页岩选自河北石家庄，经破碎后使用。三者的化学组成和物理性质见表1和表2。

表1 原料的化学组成%

表2 原料的物理性质

2.2配方及工艺过程

一般煤矸石砖很容易出现黑心现象，使砖的强度降低，为避免这一现象，煤矸石的掺量限定在20%~30%，试验过程中还对风化页岩和粘土进行了对比试验，其结果相差不大，有粘结剂十几本可以不用粘土，选取了6个配方进行试验，如表3所示。

表3 试验配方%

各种原料按配方计量，经2次挤切搅拌混练，将从ZK50/45-20A

双级真空挤砖机上挤出的泥条切成半成品砖坯，半成品经干燥后人窑烧结，得到烧结砖成品，产品性能见表4（F配方半成品干燥强度低，故其性能没测）。

表4 烧结砖性能

2.3中试

在工厂以日配方（实际粘结剂昂用量为1.5%）进行了中试，机械干燥，轮窑烧成。干燥后半成品合格率96%，半成品烧成合格率92%，一级品率80%；产品外观规整，呈浅灰色至浅红色。任取15块砖测试，平均抗压强度16.89MPa，最大21.35MPa，最小12.16MPa。

3讨论

3.1粘结剂的选择

提高粉煤灰的掺比，减少粘土用量，整个混合料的粘结能力下降，故必须引入粘结剂以提高半成品干燥强度。当粉煤灰掺量超过50%时，粘结剂引入显得尤其重要。本试验先后选用了5种有机和无机系列的粘结剂，通过对比试验，最后选择有机的WG作粘结剂，使用时，根据配方及成型水分要求将WG溶于水中，再加入到粉煤灰、煤矸石、风化页岩或粘土的混合物中。

粘结剂WG掺比的确定与保证半成品强度、半成品成本及成型方式有关，这里主要讨论与前二者的关系。图1与图2以配方E为试验

基准，描述了粘结剂掺比与半成品干燥强度及半成品成本之间的关系。从图1、图2见，随W G掺比的增大，半成品成本和干燥强度均呈增加状态。

图1 粘结剂的掺比与干燥强度的关系

图2 粘结剂按比与半成品成本的关系

3.2成型方法

为了保证半成品干燥后的强度，采用了高压真空挤出成型工艺，挤出机为ZK50/45-20A双级真空挤砖机，配用ZKS-6型二级水环真空泵。该工艺有以下特点：

（1）原材料不需作过细的加工处理，粉煤灰不用于干燥，粘土不必粉碎（只要引入一台细碎对辊机碾细即可）。

（2）当粉煤灰掺比不超过40%时，不必引入粘结剂，依靠煤矸石与风化页岩或粘土的粘结作用可使砖坯半成品获得足够的强度。粉煤灰掺比过高使用粘结剂时，粘结剂用量也比同掺比采用其他成型法少得多，故成本较低。

（3）生产效率高，易实现工业化生产，也便于利用目前砖厂的生产设备开发新产品，具有较大的推广应用市场。

（4）由于挤出成型的砖坯水分含量高，故干燥能耗较高，干燥时间也较长。

3.3烧成

低温阶段，考虑到热冲击性和残余水分的影响，升温速率可适当慢些，一般以50~80℃/h为宜。温度达到300℃以上时，砖体内的燃料已开始燃烧，升温速率可以提高到约100℃/h，以这样升温速率一直到最高烧结温度。该阶段，过快的升温速率也不可取。因为升温速率过快，一方面试样中的一些反应不完全，将导致最终试样强度较差：另一方面砖体内的可燃物燃烧过于剧烈，可能导致砖体开裂。

表5列出了日组配方试样在不同温度下烧成的性能及外观状况。显然，随着烧成温度的升高，砖的表观密度随之增大，体积收缩率也相应增加；砖的耐压强度在1090℃左右有一个最大值，温度继续升高，砖体内可能局部瓷化，而使材料性质不均匀，降低强度。从表5的数据看，B组配方试样最高烧成温度确定在1060~1120℃比较合适。

表5 B组试样经不同温度烧成后的性能

注：保温时间均为2h

4结论

（1）以煤矸石、粉煤灰和风化页岩为原料研制烧结砖，减少了粘土的应用，并有效地利用煤矸石和粉煤灰中的可燃成分，降低生产能耗，经济效益和社会效益十分显著。

（2）选用WG为粘结剂和对传统成型工艺的改进，可以获得理想的成型效果。

（3）烧成时的升温速度，300℃前以50~80℃/h，300℃后约100℃/h为宜；烧成温度以1060~1120℃为宜。