§ 3煤矸石制砖

1、 3煤矸石制砖教学目标 1、掌握煤矸石物理和化学特性 2、了解煤矸石主要用途 3、掌握煤矸石制砖主要流程 4、掌握煤矸石制砖主要原理及主要指标要求教学重难点1、煤矸石物理和化学特性基础知识的掌握2、煤矸石制砖主要流程、原理及主要指标要求教学方法及授课时数教授法、讨论法、多媒体法等，8个课时教学道具 电脑及投影仪教学内容 3.1煤矸石介绍1、 煤矸石的概念、来源和分类 1、煤矸石的概念： 煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。2、煤矸石的主要来源：煤矸石是与煤伴存的岩石。在煤的采掘进和煤的洗选过程，都有煤矸石排出。0.10

2、.2t煤矸石/t原煤。在煤矿的上，中、底层的页岩，挖掘煤层之间的巷道时排出的砂岩、石灰岩以及其他岩类都属煤矸石之列。3、 煤矸石的分类（1）、煤矸石依其所含矿物组分可分为： 碳质页岩、泥质页岩和砂质页岩；（2）、依其来源可分为： 掘进矸石，开采矸石和洗选矸石。（3）、煤矸石堆放过程，其中的可燃组分缓慢氧化、自燃，故又有自燃矸石与未燃矸石的区分。4、 煤矸石的组成矿物组成： 粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、石英、方解石、黄铁矿。 化学组成：氧化物sio2+al2o3占6090。 煤矸石的化学成分sio2al2o3caomgofe2o3na2o+k2o烧失量5165163617142912.5

3、217煤矸石发热量一般为8001500卡/克,其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。 3.2煤矸石主要用途1、 煤矿井下充填及地面塌陷区充填 推广煤矸石矿井充填技术，采用煤矸石不出井的采煤生产工艺，充填采空区，减少矸石排放量和地表下沉量。 该矿矸石充填开采技术就是将全岩掘进工作面的矸石，用矿车运至采煤工作面，全部充填至采煤工作面老空区，实现矸石井下回填。这一技术的运用，不仅降低了生产成本，而且减少了地面塌陷，避免了地面矸石山占用土地和环境污染。通过矸石充填，鄂庄矿将在今年年底全面实现矸石不上井，并且逐步消灭地面矸石山。2、 利用煤矸石作为塌陷地复垦的充填材料,既可以使采煤塌

4、陷地得到恢复,又可减少矸石侵占土地的面积。 将煤矸石作为回填和填注材料有两个有利条件: (1)矿区煤矸石中含有大量 sio2 和al2o3组分(见下图) ,将其掺加适量石灰或水泥可以调制成作为注浆材料的灰浆,提高了充填体的强度; (2) 煤矸石的颗粒级配程度均匀,可以提高充填体的密实性,并且充当了护巷材料的替代品。3、 煤矸石生产农肥及改良土壤煤矸石中含有炭质页岩和含炭粉砂岩,有机质含量在l5 %左右,并含有植物 生长所需的 b、zn、cu、co、mo、mn 等微量元素,所以可以用煤矸石改 良土 壤。近年来开始发展以煤 矸石为载体生产的无机复合肥和微生物肥料就是 优质、高效、营养全面、对环境无

5、污染的新型肥料。据不完全统计,全国有微 生物菌肥厂几十余座,年生产能力上百万t,大部分 以煤 矸石为载体,获得了显著的环境效益和社会效益。煤矸石山的污染治理重点是其酸性和重金属的治理。将矸石山的酸性和重金属污染有效治理才能达到复垦种植的目的 , 而只有对煤矸石山进行复垦种植才能最终改善矸石山造成的污染 , 从而达到改善矿区生态环境的目的。4、 煤矸石发电 除岩巷掘进矸石外,煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成分 ,因此可作为燃料使用。热值在400kj/ kg以上的煤矸石可作为沸腾炉的燃料直接燃烧 ,用作矿区供热或发电。峰峰、邯郸矿务局都建有煤矸石电厂 ,其流程均以洗煤厂洗矸为原料 ,经破碎、脱硫处

6、理后加入沸腾炉进行燃烧。电厂已正常运行多年 ,效果良好。煤矸石发电厂主要利用热值在 6.27mj/ kg 8.336mj/ kg以上 的洗矸、半煤岩巷排除的掘进矸石。目前,煤炭系统多采用流化床燃烧技术 ,采用最多、技术成熟的为5t/ h、75t/ h 的循环流化床锅炉。我国利用煤矸石发电已形成一定规模。全国煤矿已建成煤矸石电厂将近200座总装机容量约3000万千瓦占矿区用电的35 %,全国煤矸石电厂盈利6亿元以上。每年发 电实际消耗煤矸石约2000万t。利用煤矸石发是综合利用煤矸石的一条重要途径,不但可以节省好煤,缓解 煤矿力紧张局面,而且灰渣还可以生产建材,消除二次污染,是一项绿色环保工程,

7、 其经济效益、社会效益和环境效益都十分显著。5、 生产煤矸石砖、水泥等建筑材料 1、煤矸石制砖: 利用煤矸石制砖 ,主要包括生产烧结砖和做烧砖混合燃料 ,所用的煤矸石含炭量较高 ,热值一般控制在 20904180kj / kg 范围内。如果矸石含煤量过高 ,可在原料中掺少量黏土 ,避免烧砖过火。除对热值有一定要求外 ,利用煤矸石制砖对其化学成分也有规定 ,一般要求 sio2 含量为55% 70% ,al2o3 为15 %25% ,fe2o3 为 2%8%,塑性指数 715。 2、煤矸石制水泥: 煤矸石中的二氧化硅、三氧化二铝及三氧化二铁的总含量一般在 80 %以上 ,是一种天然的粘土质原料 ,

8、可以代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥和无熟料水泥;同时煤矸石还能释放一定热量 ,可代替部分燃料 ,减少水泥生产的能耗。在水泥生产方面,煤矸石和粘土的化学成分相近,并能释放一定的热量,用其代替粘土和部分燃料生产普通水泥能提高熟料质量。这是因为煤矸石配料的生料活化能比粘土配料低,用少量煤就可提高生料的预烧温度,且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸盐等矿物的熔解和形成;此外,煤矸石配入生料的表面能高,硅铝等酸性氧化物易于吸收氧化钙,可加速硅酸钙等矿物的形成。煤矸石用作水泥原料时的生产工艺过程与普通水泥的生产基本相同。将原燃料按一定比例配合,磨细成生料,烧至部分熔融,得到以硅酸钙为主要成分的熟料,再

9、加入适量石膏和混合材料,磨成细粉即可制成水泥。 3.2煤矸石制砖 煤矸石制砖主要过程， 按其生产工艺过程可分为原料选择、成型、干燥与焙烧五个环节。1、原料选择 首先，利用煤矸石制砖必须要求煤矸石原料的储量相当丰富，以满足长期大规模生产所需(20年）；再者，应熟悉掌握煤矸石原料的性能指标，看其化学成分和物理性能是否满足制砖要求和烧制全煤矸石砖的要求；另外，原料的运输条件是否优越，各种场地、堆场能否满足生产规模要求，这些也是建厂时应考虑的问题。2、原料处理2.1剔除杂物与有害成分 原料中常见的杂物有废铁、有机物、料礓石等，废铁一般情况下采用电磁除铁器去除废铁，有机物或料礓石等杂物采用机械或人工方法

10、清除，同时对于有害颗粒，破碎程度愈细愈好，cao颗粒小于1mm时，就不会对制品结构产生破坏。2.2 原料的配比要适当 原料的配比主要由以下两个因素决定，原料的发热量和原料塑性。一般情况下，每千克制品的发热量以400-500kcal为宜，最高不要超过700kcal。当制品发热量不够时，烧成时就需要外投燃料；当制品发热量超标时，就需烧成时将多余热量拿走。原料的塑性指数是制砖时挤出成型的重要指标，是能否生产高质量砖的先决条件，一般最佳指数为10-13，如果低于7，就难以成型了。2.3 颗粒级配要合理 原料粒度是质量保证的基础，合理的粒度级配也是能否成型的主要指标之一。煤矸石实心砖的一般要求是最大颗粒

11、粒径应小2.5mm，0.5mm 以下颗粒应占到60%以上；空心砖最大颗粒粒径应小于1.5mm，0.5mm以下颗粒占到 65%以上。2.4原料陈化 在陈化前，原料必须加入足够的水分（成型水分），原料搅拌均匀后进入陈化库，陈化时间不得少于72h，这样做的目的是为了消除颗粒内部应力，使其内外原料性质基础一致，这是提高原料塑性指数，使成型坯体表面光滑，消除干燥裂纹的重要一环。3、成型3.1 坯体内在质量 煤矸石砖成型采用硬塑或半硬塑挤出成型，半硬塑挤出成型时，成型水分在 16%-18%，挤出压力一般为15-20kg；硬塑挤出成型时，成型水分为13-15%，挤出压力在25-35%，采用哪种成型工艺好，要

12、看原料的塑性指数，塑性指数较高宜采用半硬塑成型；塑性指数较低，采用硬塑成型，同时要求真空度应大于90%。3.2 坯体表观质量 首先，应根据原料收缩率的不同，选择适宜的机口尺寸与切坯厚度，这样才能保证坯体烧成后的几何尺寸符合国标；其次，成型坯体应表面光滑，不允许出现裂纹、烂心、断肋、缺棱少角等现象，再者，也可增加喷砂、压花工艺，提高砖表面质量。4、干燥 干燥是利用通入的热风排除成型坯体中化学结合水以外的吸附水过程，干燥时温度要适中，一般要求控制在120左右，温度过高，易造成坯体脱水过快而产生裂纹；温度过低，坯体脱水太慢会影响产量，坯体脱水要平稳，应保证排潮湿度接近饱和（在95%100%），使高温

13、水气及时排掉，防止砖坯吸潮垮塌，即所谓的回潮现象，经过干燥的砖坯，其含水率应小于6% ，如果湿度太大，会使制品在焙烧时发生回潮现象影响强度，甚至倒塌。5、烧成 烧成是将干燥好的坯体经高温焙烧使其成为成品的操作，在窑内通过气体和物料之间逆向流动产生热交换，从而实现坯体生料变为熟料的热处理过程。焙烧室一般分为三带，从进车端依次为预热带、烧成带、冷却带，在烧成带，坯体达到烧成温度，坯体内部进行着激烈的物理、化学、物理化学及矿化学反应，这时所供空气量一定要足，让砖坯充分燃烧，在冷却带坯体冷却不能太急，否则也要影响产品质量。整个烧成曲线呈现马鞍形，中间高、两端低，在原料稳定的情况下，操作时一定要调整好风

14、量，严格按照烧成曲线来控温，这样才能保证焙烧的成品率。 3.3煤矸石主要指标 一、 制砖原料化学成分、矿物成分简析1、二氧化硅（sio2）: 二氧化硅是烧结砖原料中的主要成分，含量宜为55%70%。超过时，原料的塑性太低，成型困难，而且烧结时体积略有膨胀，制品的强度也会降低；含量过低时也会降影响品的强度。2、三氧化二铝（al2o3）： 三氧化二铝在制砖原料中的含量宜为1025%，过低时，将降低制品的强度，不抗折；过高则必然提高其烧成温度，加大烧成能耗，并使制品的颜色变淡。3、氧化钙（cao） 氧化钙即生石灰，在原料中常以石灰石（caco3）的形式出现，是一种有害物质，含量不得超过10%。否则，

15、不仅会缩小制品的烧结温度范围，给焙烧带来困难，当其粒径大于2mm时，还会造成制品的石灰爆裂，或吸潮、松解、粉化。4、三氧化二铁（fe2o3）： 三氧化二铁是制砖原料中的着色剂，含量宜为310%。太低时将会使制品的颜色变淡发白，太高时将降低制品的耐火度并使其颜色更红。5、氧化镁（mgo）： 氧化镁是一种有害物质，含量越少越好，不许超过3%。它和硫酸钙（caso4）、硫酸镁（mgso4）一样，都将使制品出现“泛霜”，甚至剥层、风化。6、硫酐（so3）： 硫酐在制砖原料中最好完全没有，顶多也不能超过1%。否则，制品将在焙烧时产生气体，使砖体膨胀、疏解粉碎；同时它产生的气体还将严重腐蚀干燥车、窑车等机

16、械设备。7、矿物分析 对原料进行矿物分析，有助于了解其某些物理性能，以便采取相应的工艺措施，予以改变，以满足制砖的要求如：原料中的长石将降低制品的抗冻性能，当其含量超过15时制品将不抗冻。又如蒙脱石（膨润土），粘性极高，吸水后使体积剧烈膨胀，干燥后又强烈收缩，其线收缩率高过1323% ，造成坯体大量干燥裂纹，实践证明：当原料中蒙脱石的含量达到20时，干燥裂纹己无法避免。生产中常利用高塑性膨润土作为粉煤灰的粘合剂，以生产各种优质的粉煤灰砖。二、 制砖原料物理性能简析1、 颗粒组成 或称颗粒级配。尽管原料粒度越细，其比表面积越大，水份渗透越好，原料的塑性也越好；但制砖原料绝不是越细越好。因为，全是

17、太细的原料不利于制品的干燥和焙烧。不同粒度的原料在制品中所起的作用是不一样的：粒径小于0.05mm 的粉料称塑性颗粒，用于产生成型所需要的塑性。当然，这些细小的颗粒必须是粘土或具有类似粘土性能的页岩、煤矸石或其它材料否则，如对于河沙，粉磨得再细，也是没有塑性的。其次是粒径为0.051.2mm的部份叫填充料的颗粒，其作用是控制产品所发生的过度的收缩、裂纹及在塑性成型时赋予坯体一定的强度。至于粒径为1.22mm 的粗颗粒，在坯体中起到骨架作用，有利于干燥时排出坯体中的水分。空心砖生产原料颗粒不宜大于2mm。合理的颗粒组成应该是塑性颗粒占3550% ；填充性颗粒占2065%，粗颗粒小于30%。2、塑

18、性指数 塑性指数是评价制砖原料的一项重要参数，在制砖行业，塑性是指粘土-水物质在它的最大稠度时能够被挤压成型并在解除压力后能保持成型后形状的一种能力。这种能力的大小以塑性指数来表示。高的塑性指数员有利于挤出成型，但干燥和焙烧时容易产生裂纹：塑性指数偏低，虽有利于干燥和焙烧，但又会给成型带来困难。如果塑性指数低于7不仅挤出成型困难，制品的强度也较低一般来说，适合的塑性指数为715 。制品的孔洞率越高，孔型越复杂、壁越薄，成型时需要的塑性指数也越高。 粘土的塑性指数较高，有的可达25 以上，煤歼石较低，有时还不到7，泥质页岩居中，常为718 。通过一定的技术手段可以在一定范围内调整原料的塑性指数或

19、改善其挤出成型时的技术性能。对于塑性指数过高的原料，可以适当掺入煤灰、炉渣、粉煤灰、或废砖粉进行瘦化；对于塑性指数较差的原料更应该提前开采、自然风化、适当提高细度、淋水松解以及用机械方法进行搅拌、辊压、陈化、碾练、混合、挤压等方法加以改善。还可以适量掺入塑性指数较高的粘土、页岩粉，以调整混合料的整体塑性指数。在生产粉煤灰砖时还可以适量掺入膨润土作为粘合剂，使每一粒粉煤灰的表面都粘有薄薄的一层膨润土，通过混合、均化、挤压提高塑性，满足成型。 必须指出：当采用多种原料进行生产时，其首要条件是充分混匀。否则，不仅起不到预期的效果，反而会造成因各种原料的收缩率不一样而产生的干燥、收缩裂纹。 由于挤出砖

20、坯的质量不仅主要取决于原料的塑性，还和原料颗粒之间的摩擦系数有着直接的联系。表面光滑而呈球形的颗粒就比表面粗糙而不是球形的颗粒更容易在被挤压时流动而互相靠拢挤实。采用在原料中加入某种添加剂以及造纸厂的黑液，化工厂、电镀厂的废酸液，由于其与泥料颗粒表面所产生特殊的离子吸附和润滑作用，大大改善了泥料在被挤压时的流动性能，而更容易被挤压密实而生产出表面光滑而致密的砖坯。3、 收缩率 坯体在干燥过程中，由于水分蒸发，颗粒自然靠拢体积收缩，是所谓干燥收缩。其收缩的长度与坯体原来长度的百分比叫干燥线收缩率，对于千燥线收缩率较大的原料，其制品更应缓慢干燥，否则，坯体将出现严重的干燥裂纹而成废坯。生产中，要求原料的线收缩率小于6 % ，否则，应对原料进行