烧结砖瓦原材料及处理——粉煤灰和煤渣

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什么是粉煤灰和煤渣？

粉煤灰和煤渣均为煤在锅炉中燃烧后的废渣。粉煤灰是煤粉在煤粉炉中燃烧后的灰烬，主要来源于火力发电厂的煤粉炉。煤粉炉中也产生少量的( 15%~20%)烧结渣（再生渣），往往与粉煤灰混合排弃。煤渣指块煤燃烧后的残渣，主要来源于各种箅式工业锅炉和采暖锅炉。
粉煤灰和煤渣的物理化学性质取决于煤的品种、燃烧方法和燃烧温度。其中，粉煤灰的性质还与煤的粉磨细度、收集方法以及排除方式（湿式与干式）等因素有关。
粉煤灰为细粉状，呈灰色或灰白色（含水时为黑灰色）。粉煤灰颗粒是一种具有巨大内比表面积的多孔结构，有许多玻璃质。粉煤灰的多孔结构，使之对水的吸附能力很大，往往含水量达30%的粉煤灰仍呈松散状态。粉煤灰的真密度为2000~2300kg/m³；松散干堆积密度一般在550~650kg/m³之间，高者达800kg/m³以上；细度以88um孔筛的筛余计，一般为10%—30%；比表面积为2700~3500c㎡/g；孔隙率为60%~75%。
煤渣为块状，呈褐红色、灰色、灰黑色、绿黑色等。煤渣多为多孔状融结结构，也有呈密实岩石状或疏松土状的。煤渣真密度为2500kg/m³左右；松散干堆积密度为700~900kg/m³，以750~850kg/m³居多；颗粒表观密度为1250一l500kg/m³（孔隙率40%~50%）；吸水率为5.5% ~15%，一般为10%~12%。
采用粉煤灰和煤渣作制砖原料时，事先应对其进行放射性核素测量，符合国家有关标准要求后方可使用。我国原煤中放射性核素含量低于其他国家的平均值，因而，粉煤灰和煤渣在制砖工业中的应用前景看好。

粉煤灰和煤渣的主要矿物成分有哪些？

粉煤灰是已经过高温焙烧，且经过一系列物理化学反应的原料。它的矿物成分主要有：无定形玻璃、未燃尽的碳、晶态的莫来石、石英、磁铁矿、赤铁矿、金红石、长石、刚玉、红柱石、方解石等。含颗粒度大于0.002mm的非黏土矿物（瘠性料）很多，而小于0.002mm的黏土矿物很少。但它与胶粘剂掺配后的混合料矿物组成往往仍基本符合砖瓦对原料矿物组成的要求（其中的粉煤灰是已经过一次高温焙烧的生成物）。尤其当粉煤灰掺入高塑性黏土内，对改善黏土的成型、干燥、焙烧性能效果尤佳。如重庆发电厂粉煤灰的主要矿物组成为：玻璃体，颗粒为0.001~0.15mm，含量为60%~65%；莫来石，颗粒为0.001~0. 15mm，含量约为20%；碳屑，颗粒小于0.01mm，含量不小于10%；磁铁矿和赤铁矿，颗粒小于0.01mm，含量约为5%；石英，颗粒小于0.01mm，含量约为2%。这种粉煤灰与重庆地区的页岩以1:1（质量比）掺配使用，制出砖的抗压强度一般均超过1470N/c㎡( 150kg/ c㎡)。
煤渣的矿物成分与粉煤灰相近。

粉煤灰的颗粒度怎样划分？

粉煤灰的颗粒度大致分为粗、中、细三类：粗灰，经4900孔筛其筛余为40%以上；中粗灰，经4900孔筛其筛余为20%～40%；细灰，经4900孔筛其筛余为20%以下。在混合料塑性指数不变的情况下，灰的颗粒越细，其允许掺量越多。吉林市粉煤灰砖厂的经验证明，如混合料最多允许掺配50%的细灰时，改用中粗灰只能掺配45%左右，而改用粗灰则只能掺配40%左右。经试验测得，同种黏土掺入不同颗粒度的粉煤灰，对黏土塑性指数的影响如表2-7所示。

△ 表2-7 不同颗粒度的粉煤灰对同种黏土塑性指数影响
煤渣多为块状，需经过粉碎后方能与胶粘剂（黏土、页岩、煤矸石）掺配制砖。

干排粉煤灰的输送方法有哪些？

(1)空气输送斜槽输送
空气输送斜槽可输送含水率不大于5%的灰。其斜度越大（向下），则物料流动越快，输送量亦越大；斜度小则有利于工艺布置。输送干灰的斜槽斜度以采用6º左右较合适。输送距离以不超过50m为宜。
斜槽的优点是无转动零件，因而它磨损小、易维护、耗电省、无噪声、密闭好、构造简单、操作安全可靠、易于改变输送方向和可多点喂卸料等；其缺点是在布置上有斜度要求，当输送量过少时往往不能顺利输送。
(2)气力输送
北京市西郊烟灰制品厂采用气力输送干排粉煤灰。气力输送的优点是布置简单、灵活，密闭性能好，易于机械化，检修维护工作量小，单位运距设备质量轻，土建工程量小；其缺点是耗电量较大。气力输送一般运距为500~600m。
(3)罐装汽车输送
砖厂采用的罐装汽车的容量，小的为6—7t/辆，大的达32t/辆。罐装汽车将干灰运到砖厂后用气泵打人圆形深筒仓中储存。个别厂也有倒人原料棚中，这样做扬尘大，不可取。

干粉煤灰的储存方法有哪些？

一般由电厂用气力输送的方式，将干粉煤灰通过管道直接送到砖厂储仓内供生产时使用。粉煤灰贮仓多采用圆形深筒仓。筒仓仓壁可采用钢筋混凝土制作，或用砖砌筑（需配筋，内壁用水泥砂浆抹平），筒仓下部的锥体部分可采用钢板锥体或上半部为钢筋混凝土而下半部为钢板的混合结构。常用的筒仓有两种：①∮6m，锥体部分高度5m，锥体出口内径∮0.4m，出料用刚性叶轮给料机∮400×400或∮300×400；②∮8m，锥体部分高度6m，锥体出口内径∮0.Sm，出料用刚性叶轮给料机∮500×500或∮400×500。
   ∮6m和∮8m圆形筒仓容积和容量如表2-8所示。

△表  2-8
筒仓进出料的技术要求：①设置集灰装置和除尘装置；②安设的刚性叶轮给料机上口与筒仓出料口之间应设单向螺旋闸门，以备事故检修用。
现就近几年来砖厂采用的筒仓及其进、出料工艺举例简介如下：
A砖厂：罐装汽车容量15t/罐，2台；7 t/罐，1台；28t/罐，l台。在电厂装满干灰的罐装汽车以气泵将灰打人圆形筒仓中，容量为15t/罐的汽车打入筒仓中历时约27min。圆形筒仓2个，全钢制作，容量150t/个。筒仓中灰采用气力搅拌，防止结饼。其顶部设脉冲喷吹袖袋式除尘器。出料口设螺旋给料机。
B砖厂：罐装汽车容量28 t/罐，2台；32t/罐，1台。圆形筒仓2个，全钢制作，容量257t/个。筒仓中灰采用气力搅拌，其顶部设压力式袖袋除尘器。出料口为叶轮给料机，再下到螺旋输送机。
C砖厂：罐装汽车容量32t/罐，2台；15t/罐，1台。圆形筒仓2个，全钢制作，容量281t/个。筒仓中灰采用气力搅拌，其顶部设压力式袖袋除尘器。岿料口为螺旋给料机。

湿排粉煤灰的脱水方法有哪些？

湿排粉煤灰的水灰比为100:1~100:5 。必须脱除大量水分，才能用作制砖原料。下面介绍几种常用的脱水方法：
(1)自然沉降法脱水
自然沉降法脱水一般在沉灰池内进行，不少砖厂是利用附近的山沟、凹地（或稍加人工修筑）作为沉灰池的。沉灰池最好配备3—4个循环使用，即一池注灰水沉降，一池静置脱水，一池挖灰使用，或另设一池备用。
(2)储灰棚脱水
储灰棚的作用：①若经自然沉降法脱水后含水率仍偏高，满足不了生产要求，可在储灰棚中风干，进一步脱水。②雨天沉灰池中灰的含水率增高，不宜取用，可取储灰棚里含水率合格的灰先用。要求储灰棚的通风良好，进出灰方便。
(3)浓缩-真空过滤法脱水
浓缩-真空过滤法是机械化连续作业的脱水方法。浓缩，是利用自然沉降原理使电厂排出的含水率为95%~99%的灰在耙式浓缩机中脱水增浓的工艺措施。浓缩后的灰含水率约为50%左右。真空过滤脱水是在真空过滤机中进行的，其原理是利用真空在过滤介质（滤布）两侧形成的压力差，使浓缩后的灰水达到固液分离的目的。真空过滤后的灰含水率一般在33%左右，在刚换新滤布（布眼堵塞少，滤水流畅）时可达29%左右。
滤饼的含水率主要与下列因素有关：
①真空度。要求真空度≤-0.055 MP。否则，灰的含水率会显著增高。造成真空度低的主要原因是真空泵的规格偏小或数量偏少。
②滤饼厚度。滤饼越薄，则灰的含水率越低。
③灰的颗粒度。灰越细，则含水率越低。
注意事项：
①预防浓缩池压耙。如遇停电等情况，浓缩池的耙子未转，电厂的灰水仍不断涌入池中，灰沉积多了，将耙压住，通电后难以启动。避免压耙事故的最好办法就是设置备用电源。如无备用电源，停电时灰水不应再进入浓缩池，而应放入外界灰场。
②如电厂灰、渣混排，在流人浓缩池前应先筛除粗颗粒渣等杂质，以免堵塞管道。和自然沉降法脱水相比，采用浓缩-真空过滤法脱水的主要优点是：①劳动强度大大降低，定员大大减少。北京东郊烟灰制品厂在用自然沉降法脱水时，两个班共需80人挖运灰，而改用浓缩-真空过滤法脱水后，三个班仅需15个操作工人。②不存在自然沉降法脱水遇到雨天灰含水率增高问题。
③不存在自然沉降法脱水遇到冬季沉灰池结冰难以取灰问题。实践证明，采用浓缩．真空过滤法脱水，即使在-15℃的情况下，由于浓缩池中耙在不停地运动，池水不但不结冰，而且还冒热气。
(4)烘干法脱水当灰经自然沉降法和储灰棚脱水，或经浓缩-真空过滤法脱水后，其含水率仍偏高，可再进行一次烘干法脱水。烘干法脱水是在烘干机内进行的。必须指出，烘干法脱水需要消耗大量的热能。为了节约能源，它应作为在用前几种脱水方法之后的补充脱水。用烘干法脱水，究竟是烘黏土等胶粘剂有利，还是烘粉煤灰有利？
上海某砖瓦厂的实践证明，烘粉煤灰比烘胶粘剂有利得多。其原因是：①粉煤灰呈小颗粒松散状。而胶粘剂不一样，它具有黏性，在烘干机内极易结团，形成坚硬外壳，阻止内部水分蒸发。故灰的蒸发强度大大高于胶粘剂。②粉煤灰单位质量水分蒸发热耗比胶粘剂低得多。大致是粉煤灰中每蒸发1kg水分耗热为4145kJ (990kcal)，而胶粘剂中每蒸发lkg水分耗热达8876kJ(2120kcal)。③为了避免黏土等胶粘剂在烘干过程中失去结晶水而降低塑性，烟气进烘干机温度不宜高于500℃；而烘干粉煤灰，烟气温度高达800℃也无妨。烘干粉煤灰时，如出灰含水率高于15%，基本无飞灰现象；含水率高于10%，飞灰甚少。随着出灰含水率的降低，飞灰不断增加。如含水率低至1%，飞灰高达20%。故出灰含水率低于10%时，必须采取收尘措施。

粉煤灰砖的焙烧特点有哪些？

粉煤灰砖的焙烧特点：
①烧成温度较高。其原因是灰已在电厂经高温焙烧过一次。这就要求胶粘剂产生较多的熔融物，将包括灰在内的大量固体颗粒之间的空隙充填，使其形成较致密的整体。
②烧结温度范围较窄。在焙烧过程中，粉煤灰参与化学反应“不积极”，主要靠胶粘剂起作用。如胶粘剂产生的熔融物过少，未能使成品砖形成较致密的整体，为欠火砖；如胶粘剂产生的熔融物过多，使成品砖软化变形，为过火砖。
故要求焙烧窑的横断面温差尽量小，以免降低成品合格率。由于高掺量粉煤灰受湿坯体强度的制约，不允许叠码得过高，为了使焙烧窑有较高的产量，一般采用二次码烧轮窑或二次码烧隧道窑焙烧。
亦有例外，如河南省焦作市某粉煤灰砖厂的原料配比：粉煤灰：黏土和外加剂= 70: 30（质量比），采用了隧道窑一次码烧工艺。该厂焙烧窑长108m，内宽2.5m，3条，窑车码7层；配3条长68m干燥窑，年产量4500万块普通实心砖。实践证明，原料中粉煤灰含量过多，则成型后的坯体易断裂，烧成型的产品性脆。