煤矸石页岩烧结砖的原料制备工艺

1、煤矸石页岩烧结砖的原料制备工艺江嘉运，盖广清，金玉杰（吉林建筑工程学院，吉林 长春 !$&&+!）摘要：原料制备是制砖工艺的基础，在现有技术水平基础上，改进原料制备工艺，能够生产出高质量、高孔洞率的煤矸石页岩烧结空心砖和装饰砖。介绍原材料特性，并对原料制备工艺中的原料预均化，露天风化，原料破 碎，陈化处理及湿式轮碾作了详细的论述。关键词：煤矸石；页岩；烧结砖；原料制备中图分类号：A,+!>$文献标识码：B文章编号：!&&!C9&+D（+&&3）&3C&&3"C&$!"#"

2、 年，双鸭山东方工业公司煤矸石空心砖厂从法国西方公司引进制砖设备，历时 $ 年建成了年产 %&&& 万块全煤 矸石烧结空心砖生产线。随后，国内有关企业克服重重困难， 进行全面消化吸收和创新发展，把我国煤矸石制砖技术水平 向前推进。原料制备工艺是坯体挤出成型和码烧过程的基 础，当要求产品产量大、空心率高和具有装饰效果时，对原料 制备技术也提出了更高的要求。煤矸石的热值过大，对烧结砖的产量和质量不利，实践表明：混合料的发热量由 3!#& 67 8 65 降为 !%9&:+&"& 67 865 时，窑炉净容积的普通砖日产量可提高近 !

3、 倍。我国 %! 个地区煤矸石的平均热值为 3%$ 67 8 65，超热值焙烧较为 普遍。如果煤矸石的热值太低，可掺入少量内燃煤粉来解 决。!+ 页岩制砖的混合料中引入页岩主要有 + 个目的：一是控制煤 矸石的发热量，将过高的热值降下来；二是提高混合料的塑 性指数。页岩矿床分为 $ 种类型：陶土质、硅质和石灰质。陶土 质页岩含有粘土，由沉积而成，若风化较好，是一种理想的 制砖原料。硅质页岩由砂质物堆积而成，含少量粘土，只能 作为少量的填充料使用，起降低砖坯收缩的作用。石灰质页 岩内部含有连续分布、含量变化的方解石和白云石，焙烧后 会因吸收环境中的水分使制品膨胀发酥。后 + 种类型的页 岩应避免

4、使用。制砖页岩的主要化学成分符合表 ! 的要求 较合适。!原料煤矸石选用粘土沉积岩煤矸石!（包括泥质页岩煤矸石和炭质页岩煤矸石）为制砖原料较合适。煤矸石化学成分中，()*+含量在 ,&-左右./0+*$ 含量在 +&-左右，有害成分 12* 含 量不超过 "3-，45* 含量不超过 +"-，(*$ 含量小于 !-较 合适。因为 12* 含量过高制品易发生石灰爆裂，(*$ 含量过 高 易 造 成 白 霜 ，45* 和 (*$ 含 量 过 高 制 品 易 膨 胀 开 裂 ，造 成松散或崩溃。煤矸石的化学成分与塑性大小没有必然联 系，破碎粒度愈小，塑性愈好。煤矸石

5、矿物成分中，属粘土矿 物的伊利石、蒙脱石、高岭石总量在 3&-以上；有害矿物方 解石、白云石、硅灰石总量应小于 ,-，二水石膏含量应低于+-。表 ! 适宜制砖页岩的主要化学成分-丘陵地区的页岩矿床厚度不均，山土是页岩经多年风化而成的岩石土，塑性指数较好，是较好的原料。应对制砖页岩 进行塑性测试，也要对磨细的制砖混合料进行塑性试验，以 选出最佳配合比。收稿日期：+&&$C&"C!9作者简介：江嘉运，男，!"%3 年生，副教授，主要从事无机非金属材料 及工业废渣综合利用研究。地址：吉林省长春市红旗街 +9 号，电话：&3$!C,"

6、;$,&""。()*+/0+*$;<+*$12*(*$45*=+*>?2+*,:9&!&:+&+:!&!&!$!$孔的双轴搅拌机。借助螺旋挤出力，使原料通过前端带孔的篦子筛，杂质被滞留在篦子筛前端的杂质收集区内，自动控 制 ! 个篦子筛轮换使用，卸下篦子筛的同时清除掉杂质，不 会中断供料。除去金属杂质的设备包括：（#）除铁器。除铁器 的磁力由电磁铁或永磁铁产生，电磁铁的磁力较高；永磁铁 不需电流，磁力可持续保持，常优先采用。除铁器一般安装在 原料输送带上方或输送带的出料口，可除去原料中的废铁 丝、螺丝钉等杂质。（!

7、）金属探测仪。安装在可倒转的输送带 上，一旦金属杂质出现，它会发出信号，使输送带产生瞬间倒 转，将含有金属杂质的原料卸到杂质箱中。除铁器和金属探 测仪常被联合采用。原料的硬度是选择粗碎、中碎和细碎设备的关键。硬度 大的煤矸石，粗碎应选用颚式破碎机；细碎选用锤式粉碎机 或风选锤式粉碎机。原料的含水率影响破碎设备的产量，当 含水率小于 21时，不会对上述粉碎设备产生不利影响；当含 水率在 21&#)1时，粗碎或中碎设备可选用颚式破碎机、反 击式破碎机，细碎设备可选用捏合机、单边笼式粉碎机、锤式 粉碎机、球磨机；当含水率在 #)1&#31时，粗碎可选用齿辊 破碎机，中碎或细碎选用单边

8、笼式粉碎机、捏合机和立锤式 粉碎机。细碎后，要求粒径小于 )"% ( 的颗粒含量不小于2)1，对高空心率制品4要求小于 )"% ( 的颗粒含量在5)1&6)1。!"3陈化处理陈化指将粉磨至所需细度的物料加水浸润，使其进一步 细化并促使水分分布均匀。陈化一般可使混合料的塑性指数 提 高 #"! &$，从 而 可 提 高 坯 料 的 成 型 性 能 与 干 燥 性 能 。陈化参数包括：（#）陈化时间。一般陈化 5! 7 的混合料塑性就可得到较大提高，再延长陈化时间，性能改善不明显 并导致成本增加。（全）硬塑成型的物料含水率较小，陈化时 间可以

9、稍长些；冬季陈化库内温度低，可适当延长陈化时间。 采用全封闭的陈化库进行陈化，效果最好。（!）陈化水分。物 料含水率应适当，一般陈化水分应稍小于成型水分或与成型 水分相同，使后续生产中水分既容易调节，又能达到陈化效 果。（$）陈化温度。提高陈化温度能加快水分浸润物料的速 度，使混合料均化程度提高，但夏季陈化库内温度太高，不利 于工人操作，并加快了水分蒸发；冬季陈化库内最低温度应 在 % 8以上，并要采取保温措施。!"%湿式轮碾陈化后的物料由挖掘机从陈化库中取出，经箱式给料机 计量的同时，如果原料中 .9、*+9和硫的含量较多，需加入外 加剂，以防止烧结砖析霜；在二次搅拌机中加水调整物

10、料至 成型含水量，最后由湿式轮碾机或对辊机对物料颗粒进行最!原料的制备!"#原料预均化由于煤矸石和页岩开采的部位与时间的不同，以及堆料 的不均匀，都会造成原料成分波动大。原料的预均化可以改 善产品质量，增加产量，降低成本。原料制备均化系统分为$ 个环节：煤矸石和页岩分别装车运输的合理搭配、原料堆场预均化及粉碎加水后的陈化均化。原料预均化指前 ! 个环节。 原料的运输一般通过自卸汽车完成，由装载机装料，装载机应有选择性地多点取料，使不同位置的原料在自卸汽车上完 成第 # 次均化。在预均化堆场，自卸汽车卸料后，用装载机堆 高，使不同时间开采的原料沿高度方向呈层状分布，经过一 定时间的均化

11、后，使用时由装载机从垂直竖向（端面）取料。!"!露天风化堆放在露天的煤矸石和页岩，受到阳光、风、雨、冰冻的 作用（体积胀缩变化），料块松解崩裂，颗粒细度提高，引起泛 霜的可溶性盐类被雨水洗除一部分，使原料可塑性提高，其 它工艺性能也得到改善。生产空心砖的原料最好经过 #"%&! 年的露天风化，即采用“隔年土”，这是一种十分经济、效果较 好的改善原料工艺性能的方法。将原料按使用的先后顺序编号，长条状堆放，料堆截面 呈梯形，上、下边长分别为 ( 和 #) (，高度 !"% (。因含有*+,-、.,-、,+,-!、/0,-! 等 可 溶 性 盐 类 而 造 成

12、产 品 轻 度 泛 霜的，可通过在原料中掺入除碱添加剂和改善烧结制度的方法 解决；对造成产品中度泛霜的，在原料风化处理过程中加入#$1左右的水，使可溶性盐溶解排出，以减少泛霜物质含量； 对造成产品严重泛霜的，可通过设置类似稻田型式的洗碱 池，用多量水浸泡原料的排水洗碱工艺来消除可溶性盐类 等，经过 $ 次浸泡和排碱，原料中的可溶性盐基本排除干净， 满足质量要求。!"$原料破碎风化后的煤矸石和页岩分别由装载机直接供入板式给 料机，经破碎机粗碎的煤矸石和页岩由箱式给料机分别计量 后，再混合配料进行细碎；亦可用铲车对煤矸石和页岩分别 计量先进行配料，再对物料混合粗碎和细碎。细碎后的物料 经

13、搅拌机加水搅拌，进入陈化库陈化。制砖原料中含有的树根、木屑、塑料、石块、金属等有害 杂质，应在原料粗碎之前被除去。除去非金属杂质的设备包 括：（#）筛式除石机。将原料输送到带有篦条孔的圆筒状筛子 上，借助筛子的旋转，使大块礓石、砾石等杂质与细粒原料相 分离。（!）对辊除石破碎机。可除去大粒径的硬质杂质，并将 粒径小的和较软的杂质破碎，消除杂质造成的危害。（$）带筛·%)·新型建筑材料!""#$#终的把关处理。（!）高效湿式轮碾机。该设备是对 " 种以上容重相差较 大的原料或粘性大的原料与分散的原料混合碾练的均化设 备。它的碾盘上没有筛孔，由刮板

14、将已碾压至少 " 遍的原料 从碾盘侧面刮出，混练效果非常好。轮碾机对小于 #$% && 颗 粒的细化作用略好于对辊机，即混合料颗粒愈细，其对颗粒 的细化作用和均匀混合的效果愈明显。轮碾机能使颗粒级配 更加合理，进一步提高混合料的塑性，改善坯料成型性能、干 燥性能。（"）高速细碎对辊机。现在国外最先进的高速细碎对辊 机辊圈的间隙小于 #$ &&，保证了挤出物料中最大颗粒尺 寸更小，使生产高质量制品有了根本保证。高速细碎对辊机 产量大，但因辊圈硬度大，对材质要求高，目前国内还未有制 造。表 (对混合料的物理性能要求混合料制备的工艺过程开采后的煤矸

15、石、页岩分别经装载机露天风化、板式给 料机、颚式破碎机粗碎和箱式给料机计量后!斗式提升机! 双链刮板输送机!钢料仓!单向螺旋闸门!立锤式破碎机 中碎!锤破出料器!封闭式胶带输送机!斗式提升机!刮 板式给料机!高效锤式粉碎机细碎!加水搅拌!陈化库! 液压多斗挖掘机!箱式给料机 （加入计量的外加剂）!第 " 次加水搅拌!高速细碎对辊机，完成混合料的制备。($(制砖种类和规格（见表 -）表 - 制砖种类和规格($"混合料制备工艺(北京石泉墙体材料有限责任公司于 !) 年引进法国西方公司的全自动多孔砖生产线，设计小时产量为 " 万块标准 砖，年产量 *# 万块标准砖，于

16、"#" 年 !" 月通过了当地墙 改办组织的技改项目验收：达到设计生产能力，产品质量符 合国家标准一等品的要求，强度等级为 +,"#。该生产线作为 国内技术水平较高、产量较大的示范线，除亚洲最大断面（!#$- &）的吊平顶隧道窑为国内企业设计、制造外，其它主 要设备从法国引进。生产线采用 ./0 可编程控制器，使整条 生产线从原料破碎、储存陈化、泥条半硬塑挤出成型、切坯码 运、干燥及焙烧均实现自动化中央控制。每年可利用煤矸石 "# 万 1 以上，节省煤矸石占地 !$2 万 &"，节约标准煤 #$2 万 1，替代粘土减少

17、毁地 !( 亩。!矩形孔；"用于隔墙；#有表面拉毛、加砂、多彩、辊花等品种可供选择。混合料制备的要求（!）原料配合比为：煤矸石含量大于 2#3，页岩含量小于(#3。（"）混合料颗粒粒径 )#3小于 #$ &&，最大粒径不超过! &&。（(）对混合料的化学成分和物理性能要求分别见表 " 和 表 (。表 " 对混合料的化学成分要求($!结语-（!）经过自然风化、三级破碎、陈化库陈化、高速细碎对辊或湿式轮碾处理等过程，能明显增加混合料的较小颗粒含 量，提高塑性指数，改善混合料的其它工艺性能，从而能够生 产出高质量、高孔洞率的多孔

18、砖或高孔洞率的空心砖。（"）采取控制原料的有害成分含量、加入外加剂、改善烧 成制度等措施，在技术上能够保证制造出一等品的具有装饰 性的清水砖。"·!·! " # $ % & ( & ! ) * + , " - & + .化学成分456"78"6(9:"6(0;6+<6含量 = 3#>2#!">"->!#?!#?(项 目规格 = &&孔洞率 = 3折合标准砖 = 块备注承重多孔砖"-#!)#(-$#!$2!模数多孔砖"-#!)#)#(-$%"$*!)#!)#)#(-$%"$"!)#!-#)#(-$%!$%-!)#)#)#(-$%!$#非承重 空心砖"-#!*#!#$#($-&quo