利用页岩煤矸石生产空心砖 - 摘自《砖瓦》杂志

欧洲发达国家很早就采取了节约良田的举措:①利用劣质 原料作为制砖原料;②实心砖空心化。最近, 欧洲建筑材料的 革新和建筑节能又有了新的发展, 除充分利用各种工业垃圾如 煤矸石、粉煤灰、炉渣、页岩生产空心砖外, 还充分利用了品种 多且数量大的“建筑垃圾” 和“ 生活垃圾” 作为建筑材料来盖房 子。可见他们对新型建材的开发和对建筑节能的重视程度。对于经济尚不够十分发达的我国, 对此更应引起高度的重视。我在这里要介绍的是利用劣质页岩和煤矸石制砖的经验。这 些劣质页岩和煤矸石的塑性指数都比较低, 过去被认为是不能用的原料, 现在却用来成功地生产各种空心砖 。 

1 开发利用劣质原料生产空心砖的生产技术 

目前, 利用劣质原料生产空心砖的主要障碍是工厂没有完 全掌握生产空心砖的全套生产技术。生产空心砖的技术性要 远远高于实心砖, 从原料处理到干燥、焙烧、设备等方方面面的 知识都要做到活学活用才行, 尤其是对于利用劣质原料生产空 心砖的厂家更应如此。在我国由于技术不过关而中途夭折的 空心砖厂非常多。依靠科学、依靠技术、依靠人才, 就可以闯过难关, 就能利用劣质原料成功地生产合格的空心砖。下面两个 厂家的实例可以充分地说明这一点, 并详细阐述其中的一些经验。

某厂生产空心砖所用的原料是废弃矿-页岩。页岩的 塑性指数比较低, 而且其中的 SiO2 含量比较低, 只有 39 %～ 46 %;CaO 的含量比较高, 接近 10 %。该厂的半成品合格率只有 10 %, 成品合格率为零, 产品质量离国家标准相差甚远。另一空心砖厂生产所用原料是煤矸石。煤矸石的塑性指 数只有 www.csir.com.cn, 低于生产空心砖要求的下限( 要求最低是 7) 。该 厂成型工艺中的问题比较突出:成型出的泥条一出机口就开 裂, 四角全部开裂, 无法继续成型了。我们首先依据上述两个厂原料的化学分析报告和物理分 析报告进行了科学的分析, 找出了问题的根本原因。采用了新 技术, 制定了新的工艺, 改善了原先的技术装备, 计算出与生产 工艺相吻合的技术参数, 采取了一系列先进的技术措施以后, 砖产品的各项检测指标均达到了国家标准。 

2 砖厂原始的工艺参数 

2 .1 页岩和煤矸石的主要原料性能 

页岩和煤矸石的原料性能见表 1、表 2、表 3 、表 4 、表 5 、表 6 、表 7。

2 .2 页岩砖厂原生产工艺 页岩砖厂原生产工艺如下:

2 .3 煤矸石砖厂原生产工艺

煤矸石粉碎后颗粒粒级分布为:>5mm 0 %, >2mm www.csir.com.cn %, >1mm www.csir.com.cn %, >www.csir.com.cn www.csir.com.cn %, >www.csir.com.cn www.csir.com.cn %, <www.csir.com.cn www.csir.com.cn %。 

2 .4 页岩砖成型主要参数 

坯体孔洞率 25 %, 真空挤出机机口压力 1 .6 ～ www.csir.com.cn MPa, 真空度 www.csir.com.cn～ 0 .088 M Pa, 成型水分 www.csir.com.cn %( 干基) 。 

2 .5 煤矸石砖成型主要参数 

坯体孔洞率 27 %, 真空挤出机机口压力 www.csir.com.cn～ 2 .3 MPa, 真 空度 www.csir.com.cn MPa, 成型水分 13 .6 %( 干基) 。 

2 .6 页岩砖厂干燥参数 

干燥室采用正负压排潮。主要参数如下: 

隧道式干燥室共 12 条。每条尺寸:宽×高×长为 www.csir.com.cn m × 1 .1 m ×60 m 。 

预热段 27 m, 干燥段 18 m, 冷却段 15 m 。 

干燥周期 25 h, 排潮温度33 ℃, 排潮湿度 85 %～ 95 %, 送热温度 100～ 130 ℃。 

送热风机:D =1800 mm, 1 台, 风压 167 mmH2O, 风量 121000 m3/ h, N =45 kW, 转数=580 r/min。 

排潮风机:D=1000 mm, 排潮风量 36000 m3/h, 转速 1000 r/min, 每台风机供 3 条干燥室排潮, 共 4 台。 

2 .7 煤矸石砖厂的干燥参数 

干燥室采用正负压排潮。主要参数如下: 

隧道式干燥室共 3 条。每条尺寸:宽×高×长 www.csir.com.cn m × 1 .68 m ×83 m 预热段 26 m, 干燥段 36 m, 冷却段 21 m 。干燥周期 25 h, 排潮温度33 ℃, 排潮湿度 80 %～ 85 %, 送 热温度 100～ 160 ℃。 

送热风机:每条干燥室 1 台 12 号加 1 台 11 号离心风机。 

12 号风机参数:D=1200 mm, 1 台/ 每条干燥室, 风压 1176Pa, 风量 55010 m3/h, 转速 960 r/ min, N =30 kW 。 

11 号风机参数:D =1100 mm, 1 台/ 每条干燥室, 风压 987 Pa, 风量 42371 m3/h, N=22 kW, 转速 960 r/ min 。 

排潮风机:1 台轴流风机/每条干燥室 D=1000 mm, 排潮 风量 46700 m3/ h, 转速 1000 r/ min, 风压 24 mmH2O。 

2 .8 页岩砖厂的焙烧参数 

焙烧窑炉:38 门轮窑, 两把火焙烧 焙烧周期 54 h, 焙烧温度 959 ℃ 轮窑焙烧预热带 5 个窑室, 焙烧带 10～ 12 排火眼, 保温带 20 排火眼, 冷却带 3 个窑室。 

2 .9 煤矸石砖厂的焙烧参数 

焙烧窑炉:隧道窑 

隧道窑的尺寸:宽×高×长为 2 .5 m ×www.csir.com.cn m ×145 M ;预热带 53 m, 焙烧带 36 m, 保温带 28 m, 冷却带 28 m 。 

针对上述两个砖厂生产中出现的问题, 分别采取了不同的 技术措施。生产的产品都达到了国家质量标准。 

3 采取的相应技术措施 

3 .1 对页岩砖厂采取的措施 

a.该厂页岩原料的特点是石灰石含量高, 砖焙烧范围狭 窄, 温度稍高即“ 流缸” , 出“ 面包砖” ;温度稍低, 出生砖, 焙烧工 很难正常操作。另外, 砖中大颗粒原料的存在引起了石灰石爆 裂。技改中我们对页岩进行了细碎处理, 保证其粉碎后的颗粒 小于 2 mm 。这样既保证了小颗粒的石灰石能够在原料中均匀 分布, 又根除了大颗粒石灰石的爆裂 。同时, 在页岩原料中还 掺一定量的石灰石含量较低的砂性粘土, 这既降低了原料中石 灰石的含量, 又加宽了焙烧温度的范围, 焙烧工容易稳定地掌 握焙烧温度, 提高了制品的强度。焙烧工艺进行得非常顺利, 产品质量非常稳定。 

b .加强对页岩原料的机械处理, 将粉碎机、搅拌机、轮碾机 等主要原料处理设备调整到最佳工况, 发挥设备的最佳潜能。例如:保证粉碎机的锤头与内板的间隙小于 3 mm, 使粉碎机处 于最佳产量和质量;保证搅拌机的叶片与“ W” 型机腔壁的间隙 小于 5 mm, 充分发挥搅拌机的功能;保证轮碾机的刮板与底孔 面的间隙小于 5 mm, 发挥轮碾机的潜能。这一系列技术措施 提高了机械处理原料的效率, 提高了页岩塑性指数, 提高了挤 出机的成型性能。 

c.改变页岩原料在陈化仓内的陈化时间, 从理论上讲, 原 料陈化时间应该不少于 72 h 。可原先原料在陈化仓内的陈化 时间仅有几小时, 甚至不经陈化就直接挤出砖, 这是完全错误 的。由于陈化仓的容量比较小, 我们要求陈化时间不少于 48 h, 争取 72 h, 使原料在陈化仓内由于渗透压的作用而得到充分 均化, 提高了页岩的塑性指数。 

d.页岩中掺入一定量的石灰石含量较低的砂性粘土的另 一重要作用是, 砂性土中含有较多的 SiO2 , 弥补了页岩中 SiO2 的不足。页岩原料中 SiO2 的含量只有 39 %～ 46 %, 不足 55 %。当 SiO2 的含量不足 55 %时, 焙烧中坯体内形成的玻璃相 少, 会降低制品的抗冻性能。因此, 掺加一定量的砂性粘土, 既降低了石灰石的含量, 又增加了 SiO2 的含量, 保证焙烧中形成 足够的玻璃相, 提高了制品的强度和抗冻性能 。 

e.提高双级挤出机的真空度和挤压力。对于人工干燥而 言, 码坯高度应与坯体强度相适应, 这是保证干燥工艺顺利进 行的首要条件。原先设计干燥车上码 7 层, 这是比较高的。原料的塑性指数较低, 湿坯因强度低而造成干燥过程中的压裂。我们用高的真空度和高的挤压力来提高湿坯体的强度, 避免了 湿坯由于强度不够而造成干燥过程中的压裂。采取高真空处 理, 抽出了原料中的空气, 使原料颗粒进一步靠拢, 提高了颗粒 粘结能力, 原料容易成型, 成型后坯体的机械强度增加, 即使坯 体经过不平整的滚坯台也不会变形。同时, 我们又采用了蒸汽 加热原料, 提高了坯体进入干燥室的温度, 使其内扩散速度与 外扩散速度一致。结果干燥成品率达到了 95 %～ 98 %。 

f.稳定原料的成型含水率。含水率忽高忽低, 就会影响坯 体的质量。过高时, 降低坯体强度, 延长干燥脱水时间;过低时, 增加电耗和设备磨损, 甚至使坯体一出机口就开裂, 无法成型。生产上既要稳定物料的最佳含水率又要控制比较低的物料含水 率。因此, 要求在进陈化仓前的原料含水量基本接近或略低于 成型水分, 但不能等于或高于成型水分。加水由责任心较强的 工人完成, 尽量做到在成型时基本不加水或少加水。 

g.正确的设计机口。由于原料的塑性指数偏低, 原先设计的 机口长度短, 角度大, 挤出的泥条速度不均匀, 甚至开裂。我们把 机口加长了 30 mm, 机口的角度由原来的 6 ℃重新设计为 3 ℃。机口改进后, 成型出的泥条四周和中间部位的密实度均匀一致。 

h.重新计算了干燥参数。重新计算设计了干燥室的送热 风机。将原来的轴流式风机改为离心式风机。原先设计的送 风机是轴流送风机, 而轴流送风机的风量、风压都太低, 坯体在 预热段内得不到足够的热量, 反被含水量高的空气侵袭, 坯体 非但不能加热、排水, 反而吸水。到了加热段, 吸水的坯体部位 密实度降低, 坯体强度降低而容易开裂, 坯体开裂的原因实际 上是“ 湿裂” 。把送热风机由原来的轴流式改为离心式, 风压提 高了近 2 倍, 风量也提高了近 2 倍。离心式风机可把热量送到 预热带, 坯体在预热带开始加热升温并低速脱水, 不再受含水 量高的空气侵袭, 避免了“ 湿裂” , 而且还提高了干燥速度, 也提 高了干燥质量。在干燥过程中, 坯体开裂是限制干燥速度的主 要原因, 用蒸汽加热坯体, 可使坯体内部水分扩散速度加快, 与 外扩散速度同步。这是因为蒸汽加热提高了水分的扩散速度, 使内扩散速度和外扩散速度达到平衡, 使坯体的内外温度均匀 一致, 这样, 既减少了干燥裂纹, 又保证了坯体不再产生“ 湿裂”

 i .调整焙烧参数。焙烧温度控制在 950 ～ 1050 ℃, 预热带的长度 4 ～ 5 个窑室, 焙烧带的长度 1 .8 ～ 2 个窑室, 保温带的 长度 4～ 5 个窑室, 冷却带的长度 3～ 4 个窑室。 

经过上述技术改进后, 用塑性指数低、石灰石含量高的页岩也 生产出了产品质量达到了国家标准的空心砖。 

3 .2 对煤矸石砖厂采取的措施 

a.细碎煤矸石。使小于 www.csir.com.cn 的颗粒达到 35 %以上, 从 而提高煤矸石的塑性指数。 

b .更改机头设计。改进机头的基本指导思想是, 依据成型 时泥条四周与内部流速的差值, 有针对性的调整机头的结构和 形状。具体的讲, 就是通过加大或缩小机头某些部位的尺寸来 加大或缩小进泥量。首先, 分析泥条开裂的部位与对应的机头 形状之间关系, 从而加大或缩小机头的尺寸, 即在速度慢的部位 减少其阻力, 即去掉一部分金属材料;在速度快的部位增加阻力 即焊接一部分金属材料( 但不能使表面太粗糙) , 使出机头的泥 条内外速度基本同步。机头的改进要一边实践, 一边观察, 一边 测定, 一边总结。对于塑性指数比较低的煤矸石原料, 改进稍微 大一点, 就出现“物极必反” 的现象, 会使某些部位“ 过头了” 而造 成返工, 机头改进不得操之过急。因为对于低塑性的原料而言, 原料对机头结构的改变非常敏感。通过实践, 我们体会到:改进 的尺寸稍一过头, 就矫枉过正;稍微不足, 泥条就有速度差。机 头改进过程中要反复改进, 反复试验, 直到满意为止, 机头设计 的依据是原料的物理性能参数。 

c.重新设计机口。将机口的角度由原先设计的 9 ℃改为 3 ℃, 原机口的长度不变。在主机的电机能承受的情况下还可在 原来的基础上加长 20 ～ 30 mm 。机头和机口经联合改进后, 泥 条的成型十分顺利, 泥条内部和外部的密度非常一致, 也为后 面的干燥成功奠定了基础。 

d.干燥。低塑性指数煤矸石的干燥是一个脱水比较快的过 程, 但也应必须维护好早期的脱水速度, 这与码坯的方法有很大 关系。从该厂的干燥情况来看, 码坯采用卧码的方式开裂比较 严重( 坯体的孔垂直于窑车面) ;码坯采用立码的形式( 坯体的孔 平行于窑车面) 坯体的开裂较轻。这是因为立码时, 坯体相互接 触的是比较光滑的成型面, 阻止坯体干燥收缩的摩擦力比较小; 而卧码时坯体相互接触的是比较毛糙的切割面, 阻止坯体干燥 收缩的摩擦力比较大, 阻止了坯体的干燥收缩而引起坯体开裂。这同时也表明坯体自身的强度低, 因此, 我们用大型号的挤出机 成型, 提高坯体的强度。用 70/ 60 型挤出机成型, 用高的真空度 和高的挤压力成型, 挤压力保持在 0 .25～ 0 .30MPa, 真空度保持 在0 .08 ～ 0 .085MPa。由于该厂煤矸石的塑性指数比较低, 真空 度最高只能达到 www.csir.com.cn MPa。采取上述措施后, 坯体的强度得到 明显的提高, 即使采用立码( 坯体的孔平行于窑车面) 的形式, 坯 体也无压裂现象。 

e.焙烧。以煤矸石空心砖在隧道窑内焙烧, 煤矸石的发热 量能够满足焙烧要求, 无需外投煤。焙烧的制品质量达到了国 家标准。 

4 结论

通过上述两个厂家的实例可以看出, 对于塑性指数低的劣 质原料, 不管是页岩还是煤矸石, 只要采取相应的的技术措施, 仍然可以生产出优质的空心砖。过去, 有的厂家在生产空心砖 的时候, 只用塑性指数高的优质粘土, 把塑性指数低的劣质原 料抛弃不用, 是很可惜的。从国计民生出发, 应把塑性指数低 的劣质原料利用起来, 保护我们的土地资源, 保护我们的良田。

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