利用劣质煤矸石生产优质烧结砖

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利用劣质煤矸石生产优质烧结砖
煤矸石虽然是煤炭生产、加工过程产生的固体废弃物，但还是有一定的利用价值，是可利用的资源。例如，含碳量较高、发热量较高的煤矸石可以当燃料烧锅炉，用于发电；
含高岭土矿较多的煤矸石可以当做生产水泥、陶瓷的原料适量掺配使用，还可以直接煅烧优质高岭土；含氧化铝多的煤矸石可以作为生产耐火材料的原料，可以生产氯化铝、硫酸铝，提炼氧化铝；含黄铁矿多的高硫煤矸石可以用于生产硫酸、硫酸铵等化工产品、复合肥料；用含碳酸钙多的煤矸石生产氧化钙等。凡是这些可利用价值较高的煤矸石均可称为优质煤矸石。
但是，不是所有的煤矸石都可以生产这些较高价值的产品，更多的煤矸石因为所含可利用的各种物质都较少，没有更好的利用价值，就是劣质煤矸石。对于这些没人要的劣质煤矸石，除了填坑铺路之外似乎就没有什么用途了，其实不然，完全可以采用先进、科学、合理的工艺技术生产优质烧结砖。


利用劣质煤矸石生产优质烧结砖的要点：
一、首先对煤矸石进行化学、物理性能检测和烧结热工试验。

主要检测的项目有化学成分组成、发热量、塑性指数、干燥敏感性系数、颗粒级配、硬度、干燥线收缩、焙烧线收缩、烧成温度、烧成温度范围、烧成后吸水率、石灰爆裂试验和泛霜试验等，必要时检测矿物成分组成。
通过分析检测和试验获得的数据，确定该煤矸石是否可以用于生产烧结砖；可以生产什么砖（实心砖、空心砖还是空心砌块等）；以及采用什么工艺、设备、窑炉来生产，切不可盲目建厂生产。
需要强调的是，在测定煤矸石的塑性指数时，需把全部试样破碎到1mm以下，然后用液塑限联合测定仪检测。这是因为同一种物料，颗粒的大小对该物料的塑性影响很大。例如某地的页岩，粉碎到1mm以下时测得的塑性指数是7.2，同样这种页岩粉碎到0.5mm以下时测定的塑性指数是11.2，差别很大。

实验室确定破碎颗粒1mm以下，比较接近实际生产物料破碎控制粒度（2mm）。如果实验室也把物料颗粒放大到2mm，容易造成测定仪平衡锥下落时被较大颗粒挡住受阻，造成测试结果不准。
另外，煤矸石发热量的测定方法目前没有国家标准，实际工作中都是按照按GB/T 213-2003《煤的发热量测定方法》测定。不可用工业法测定，因为工业法是利用经验公式检测计算，针对不同的煤种有不同的应用公式，一般都不适用煤矸石。

二、使用煤矸石生产烧结砖必然是内燃焙烧工艺。

如果煤矸石化学成分和物理性能均适合制砖，那它的发热量就成为决定生产工艺技术的主要因素。当其发热量在450×4.17kj/kg左右，比较适合生产全煤矸石、全内燃烧结砖，不需掺配其他物料和燃料。如果发热量较高，则成为超内燃焙烧了，但全煤矸石制砖原料的发热量最高不可超过600×4.17kj/kg。
对超内燃焙烧，则需要改进生产工艺，延长焙烧时间，并且要根据发热量超值的多少专门设计适当加长的焙烧隧道窑，在窑头窑尾均应设置两道窑门，并酌情设计安装余热回收系统、烟气再燃系统、增加烟气哈风调控系统、循环风系统、急冷助燃系统、窑外鼓风系统、窑底平衡降温系统、富余热量排放系统等，控制制品在低温燃烧阶段和烧成温度范围内将坯体内的过多可燃物缓慢燃尽，方能够确保生产优质产品（产品强度可达WU20以上）。
如果煤矸石发热量过低，则需在制坯原料中掺配适量原煤或中煤，或窑外补充投煤（不推荐窑外投煤，因为会增加烟气颗粒物浓度）。
如果煤矸石发热量过高，则要掺配适量可以用来制砖的没有发热量的物料，比如页岩、黏土、过火煤矸石等。如果没有可掺配的物料，可视煤矸石的具体情况筛选、风选、浮选或低温燃烧脱碳后，再按混合后发热量450×4.17kj/kg左右掺配使用，解决发热量过高的问题。
三、煤矸石多为块状岩石，一般塑性指数都较低（含有蒙脱石的例外），采用湿塑挤出成型较为困难，可以通过以下几种办法解决：

1、提高煤矸石的破碎细度。
生产普通砖将原料破碎到极限颗粒2mm以下，生产大孔洞率薄壁产品为1mm以下。先机械破碎、过筛，然后将部分筛上大颗粒料再用磨机细磨到0.5mm以下，与筛下细料混合，增加混合料中的细小颗粒，并且颗粒级配合理，可大大提高混合料塑性指数。
2、选用硬挤出真空成型机。近几年我国砖瓦生产装备的技术、性能、质量都发展很快，砖瓦成型真空挤出机挤出压力可以达到4.0MPa以上，坯体成型水分可以低到13%。对塑性指数小到5的原料都可以挤出高质量的坯体，可适用塑性指数相对较低的煤矸石。


3、掺配适量塑性高的物料。有条件的话，掺配适量塑性高的物料，比如淤泥、页岩、黏土等，是简单、经济、有效提高物料塑性的措施。对多种物料掺配混合使用，一是要掺配比例合理恰当，计量准确；二是要保证各种物料混合均匀，特别是密度差别较大的多种物料，除使用搅拌机等常用设备外，还应使用轮碾机、圆盘筛式挤料机等强制混合揑练设备。

4、对泥料蒸汽加热挤出成型。
在真空挤出成型之前的泥料搅拌机上增加蒸汽加热系统，加热后的泥料塑性明显提高，不但保证成型坯体外观和内在质量，还可以降低挤出机负荷，缩短湿坯干燥时间。蒸汽可在隧道窑上安装余热锅炉获得。
5、对泥料两次真空练泥处理。在泥料进入真空挤出成型砖机之前，将泥料输送入真空练泥机（真空搅拌挤出机）先进行一次抽真空揑练，然后再输送到真空砖机挤出成型。经过多次抽真空处理的泥料塑性可提高，挤出成型的坯体密度增大，湿坯强度提高，外观质量明显提高。

四、生产全煤矸石优质烧结砖选择一次码烧工艺，应采用隧道干燥室和隧道焙烧窑单独分设的“烟热分离”技术，便于生产当中分别调整和控制坯体的干燥过程和焙烧过程，可避免制品产生裂纹等缺陷，保证产品质量，并且易于焙烧烟气治理的达标。

五、全内燃煤矸石烧结砖选用一次码烧工艺，坯体多层叠压码垛，易在叠压层面产生黑斑压花，严重影响产品外观质量。
除采用“低温慢烧”工艺外，可在湿坯码垛之前在坯体顶上面撒一层薄砂，增加坯体叠摞之间的空隙，便于空气流通而减轻压花产生。或改坯体立着码垛为卧着码垛，使压花产生在坯体成型钢丝切割大面上，保证条、顶面没有压花而不影响使用外观。
六、劣质煤矸石往往含有许多对制砖有害的物质，极易造成产品质量缺陷，常见的有制品石灰爆裂和泛霜现象。

石灰爆裂是因为煤矸石中含有方解石、石灰石等矿物，焙烧后成生石灰（CaO）,出窑后吸收空气中的水分生成熟石灰【Ca(OH)2】,同时体积剧烈膨胀而破坏砖体。对这种煤矸石需粉碎到粒径小于2mm,并且把刚出窑产品立即饱和浸水，即可有效防止制品石灰爆裂，保证优质产品质量。
泛霜多为煤矸石中含硫物质和一些金属氧化物在焙烧过程中反应生成的硫酸镁、硫酸钠等可溶盐，吸水后溶解，又在干燥过程中随水分移到砖表面，水分蒸发后在砖表面析出结晶物，形成一层白色粉末，影响产品外观。并且可溶无机盐脱水结晶会体积膨胀，给砖建筑砌体造成一定的损害。
对此，可通过强化原料粉碎，提高原料细度和适当延长焙烧及保温时间，使可溶无机盐生成不溶于水的硅酸盐，或把无机盐“烧死”而不易溶水析出，减轻或杜绝泛霜现象。
七、关于煤矸石砖断面的“黑心”。

内燃砖打开断面，中间一般都是黑色的，煤矸石砖更是明显。造成的原因一个是焙烧温度及时间都不够，焙烧欠火，砖坯内部所含燃料没有燃尽。另一个原因是焙烧带升温较快，表层过早烧结，空气进不去砖坯内部缺氧高温“过火”燃烧，砖坯内氧化物多生成低价铁而显黑色。可通过控制升温速度、延长低温焙烧时间等措施，使窑内空气充分进入坯体，坯体内外的可燃物尽量足氧燃烧，可减少过火黑心砖，杜绝欠火黑心砖。

八、对其他某些化学成分、物理性能以及矿物组成较特殊的劣质煤矸石，也可按我们现在研发的生产工艺技术，选用针对性的相关措施解决处理后，均可以生产出优质烧结砖。

利用劣质煤矸石替代黏土、页岩等受保护的资源，采用我们已经掌握的成熟的生产工艺技术生产烧结砖，能够生产达到或超过国家标准GB/T 5101《烧结普通砖》、GB13544《烧结多孔砖和多孔砌块》各项质量指标的优质烧结砖。可实现大量处理煤矸石，并且不产生尾料、废渣等二次固体废弃物；可实现废弃资源有价值、有效的利用 ，彻底消除煤矸石对环境的污染 。
这应该成为我们煤矸石综合利用大力推广的、不可忽视的重点。
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