页岩烧结砖所用原料的研究

页岩烧结砖所用原料的研究

页岩烧结砖所用原料的研究

我国1964年开始生产页岩烧结砖，42年来，由小到大，已形成了年产350亿快标砖规模，并且有了年产1.6亿块标砖的生产线，成为很有发展前景的新型墙体材料之一，也是取代粘土烧结砖的最好的产品之一。这是因为它原料来源丰富、不毁田，而且产各项技术指标比粘土烧结砖好，符合中国的国情，所以发展很快。对页岩烧结砖所用原料及高塑性页岩生产烧结砖出现的问题及解决办法作一探讨。

1页岩烧结砖所用材料

页岩烧结砖所用原料主要是页岩。页岩是古代页岩经过化学风化、分解产生的粘土矿物及少量粉砂质碎屑，呈悬浮状态被搬运到沉积场所，以机械方式沉积焉，经成岩作用固结而成的。用于页岩烧结砖的页岩，形成于各个地质时代，分布十分广泛，不像其他矿产有明显地域性。现已查明:各省都有储量可观、质量优良的页岩可供页岩烧结砖开采利用。

1.1页岩的岩石类型

页岩所含的矿物主要是粘土矿物，其次是陆源碎屑矿物和自生的非粘土矿物，以及在有些情况下还含有有机物质。

按着页岩中主导粘土矿物的种类，可将页岩划分为三种主要岩石类型: A伊利石页岩。伊利石页岩，又称水云母页岩。它是分布最广、古生代的页岩中，80%以上的页岩都是伊利石页岩。在中生代的页岩中，60%以上的页岩都是伊利石页岩。伊利石页岩是生产烧结页岩砖最理想的原料。

B蒙脱石页岩。蒙脱石页岩就其分布而言，比伊利石页岩少，比高岭石页岩多。元古代绝无蒙脱石页岩，古生代早期也很少、约占30%，古生代晚期、中生代略有增多，约占20%。

C高岭石页岩。在页岩的3种主要岩石类型中，高岭石页岩中最少见的一种，在元古代和古生代，不足5%，在中生代略有增多，但也只有15%-20%。

1.2页岩矿物成分

页岩中所含的粘土矿物平均值为25%，且主要存在于粘粒级中，碎屑矿物石英平均值22.3%，长石平均值为30%，主要存在于砂粒级中，见表1。具体到每个点上，则有所变化，见表2。

表1页岩的平均矿物成分及其赋存粒度

矿物名称平均含量砂粒级尘粒级粘粒级

1%0.005mm-

粘土矿物

石英

方解石

白云石

褐铁矿

赤铁

矿黄铁矿

重矿物等

其他矿物

表23种页岩矿物成分实例

页岩岩石

类型实例粘土矿物碎屑矿物伴生矿物

伊利石页岩广西

(泥盆系)伊利石70%

蒙脱石20%石英3%-5%白云石%

贵阳

(侏罗系)伊利石70%蒙脱石15%-20%石英

3%-10%方解石10%-25%白云石长石0%-5%

铁质矿物

1%-2%

蒙脱石页岩北京蒙脱石

7%-39%石英长石

7%-12%方解石3.8%

伊利石

30%-46%长石长石

18%-23%白云石5.2%

高岭石页岩湖南(下石炭系)高岭石

32%-33%石英43%铁钛矿物

少量

伊利石10%长石5%

白云长石

6%-7%

北京高岭石25.9%石英18.4%炭质4.3%

伊利石17.8%长石33.3%

1.3页岩的化学成分

页岩的主要成分是SiO2和AI203。SiO2来自于石英、长石和粘土矿物，AI203来自于粘土矿物。表3列出页岩的平均化学成分，表4列出我国部分烧结页岩砖厂所用原料的化学分析结果。

表3页岩的平均化学分析结果(%)

SiO2AI203Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3失烧量

表4我国部分页岩烧结砖厂所用原料的化学成分分析结果(%)

产地地质时代页岩岩石类型SiO2AI203Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3烧失量有机质

昆明碧鸡关三迭系伊利石页岩

广西河池三迭系伊利石页岩

四川安县侏罗系伊利石页岩

广西临桂泥盆系伊利石页岩

山东历城蒙脱石页岩

河南密县蒙脱石页岩

黑龙江诺敏河蒙脱石页岩

北京蒙脱石页岩

北京高岭石页岩

页岩的粒度组成变化较大，部分页岩烧结砖厂所用的页岩粒度组成见表5。

表5我国部分页岩烧结砖厂所用原料的粒度组成(%)

产地地质时代页岩岩石类型

贵州三迭系伊利石页岩

贵阳侏罗系伊利石页岩

重庆市二砖厂侏罗系伊利石页岩

四川贵阳房建材料厂侏罗系伊利石页岩

四川内江建材厂侏罗系伊利石页岩

四川绵阳金堂砖厂侏罗系伊利石页岩

页岩的物理性能见表6。

表6我国部分页岩烧结砖所用页岩的物理性能

页岩石类型例塑性指数干燥线收缩(%)干燥敏感性系数结构脱水温度/℃矿物分解温度/℃

蒙脱石页岩北京

蒙脱石页岩黑龙江

蒙脱石页岩新疆

伊利石页岩各地7-

高岭石页岩各地3.10-，而用页岩烧砖在我国只有42年历史，两者有哪些异同呢?

从宏观上说，粘土和页岩都是由粘土矿物、碎屑矿物和自生矿物组成的，都具有制砖所必需的物理性能，但在微观上还是有区别的。粘土所含的粘土矿物主要是伊利石和蒙脱石和伊利石两者组成的，而页岩中的粘土矿物，不分时代新老，几乎都是伊利石，不见或少见其他粘土矿物。粘土中非粘土矿物，不但总的含量高，而且种类可达数十种，成分极为复杂，而页岩中的非粘土矿物，不但总的含量过低，种类也少至数种，特别是重矿物群比粘土中少的多，矿物组成比粘土更合理。

粘土没有经过成岩作用，质地松软，塑性指数多在7-15或更高，而页岩是经过成岩作用，质地较硬，需要破碎，塑性指数比粘土低，有的8-14，有的在8以下。

化学成分有差异，但差异不大。页岩中AI2O3K2O比粘土略高。

制砖性能比粘土好，页岩制砖，干燥收缩率基本上在6%以下，比粘土的3%-12%低。干燥敏感系数小于1，比粘土低。临界含水率高，成型水分低，低收缩、低干燥敏感系数，使干燥工艺水平更易掌握，不会因干燥而产生干燥裂纹，烧成也比较好掌握，烧成速度比土著人砖提高15%-20%。用页岩制，其质量比粘土砖好。(1)外观尺寸偏差小，只要生产工艺合理，不会出现坯体严重变形，特别是弯曲等外观缺陷;(2)强度高于粘土砖，而吸水率低于粘土著人砖，抗冻性能和耐久性能好于粘土砖;(3)页岩砖成型水分低，坯体密实度高，变形小，在砖坯搬运过程中，坯体损坏少，缺棱掉角现象明显比粘土著人砖少。

页岩烧结砖不毁田，不占地，符合国家"三农"政策，这一点是粘土著人烧结砖无法比拟的。

综观以上点，页岩烧结砖比粘土烧结砖占有优势。

3新建页岩烧结砖项目需要注意的两个问题

如前所述，页岩烧结砖有诸多优势，但少数页岩烧结砖厂也遇到不少麻烦，其中特别重要的有两点:

3.1石灰爆裂问题

有些页岩是夹杂着石灰石，有些页岩本身含有大量微粒方解石。用这些页岩烧制页岩烧结砖，会出现很严重的石灰爆裂，不少，砖厂因此而付出沉重的代价。

3.2高蒙脱石含量页岩烧砖的问题

我国绝大多数页岩都是伊利石页岩，但也有少数页岩砖厂手忙脚乱的原料是蒙脱石含量很高的页岩。例如北京外郊白系页岩，有的含蒙脱石含量高，还含有大量方解石。

蒙脱石含量高的页岩的最大特点是吸水率高、塑性指数高。塑性指数在8-14范围内，高一些有得成型，但大于14(有的高达32.5)不仅对成型不利，反而有害。它会使砖坯产生大量螺旋纹、S形纹和网状裂纹。吸水率高会使砖坯干燥收缩率增大，干燥敏感系数增大，产生干燥裂纹。在焙烧时，又会产生