煤歼石劈开砖的研制及生产

煤矸石劈开砖的研制及生产湖南省湘潭炜达陶瓷有限公司梁文源]前言：我国是世界最大的煤矸石排放国，较大的煤矸石山有1500多座，累计堆存30多亿吨，侵占大量土地，并污染水、土和大气环境，是一大公害。煤矸石等煤工业废弃物的资源化和综合利用，具有环境和经济两重意义。目前，中国已将煤矸石用于发电和造气，生产各种化工产品、建筑材料和复合肥料等。然而，总的说来，开发利用煤矸石在中国还属于起步阶段。利用规模还很小，大约为产出总量的10%，即每年全国约利用1000万t煤矸石。因此，必须加强对煤矸石的开发利用工作，变废为宝，变害为益。随着环境意识的增强和研究程度的深入，可以预见，煤矸石的应用领域和规模必将不断扩大。经实践证明，大量的煤矸石达到生产劈开砖的原料性能要求，另外劈开砖配方中再加入废瓷粉，工业尾矿渣等，利用煤矸石作为主要原料，通过配方和工艺条件的试验和优化，可以制造出达到国家标准的劈开砖。经权威机构检测，产品质量完全符合国家标准的质量要求。日前国内的劈开砖系列产品，正被广泛应用于中、高档建筑(别墅、TownHouse等)内、外墙装饰。该产品颜色通体，它与目前建筑装饰用的彩釉砖、釉面砖、无釉砖的显著区别有两点，一是有各种凹凸线条、表面光洁或粗糙、可施釉、也可不施釉、质地粗犷自然、颜色美观、具有明显的立体感；二是背面有较深的砂浆槽，燕尾槽，铺贴牢固，特别是用在高层建筑上的安全系数高。日本等国家的建筑物，明确规定高层建筑外墙不允许使用背面无沟槽的饰面砖，以防止脱落伤人，劈开砖由于表面硬度高，耐磨，热稳定性好，越来越受到建筑业的广泛重视和推广。劈开砖风格形态古朴、典雅、质感柔润、自然。基于它的特殊性能，使其具有很高的文化品味。消费量逐年递增，市场潜在需求量巨大，发展前景极为广阔。这项技术的产业化有望形成地方经济新的增长点，为煤炭行业和资源型城市调整产业结构，盘活煤炭资源枯竭的老企业，对降低生产成本、减少环境污染，具有极高的社会效益和经济效益。摘要:对于陶瓷原材料资源缺乏的现状来说，利用煤矸石生产劈开砖有着极其重要的意义。本文根据国内成功改造生产劈开砖的经验，论述了砖厂利用其煤矸石原料生产劈开砖;介绍了生产劈开砖的工艺流程，原材料配方的选择、成型、干燥和焙烧参数的控制及克服缺陷的方法。为开发利用煤矸石生产低价优质的建筑陶瓷装饰材料提供行之有效的方法，以便在劈离砖生产同行中交流和起到指导生产目的。关键词：劈开砖、煤矸石、配方、成型、干燥、烧成1、劈开砖的原材料1．1劈开砖对煤矸石原料的要求：劈开砖是将原料粉碎后采用真空挤出成型方法，其产品的特点决定了其原料一般具有挤出性能好、干燥和烧成收缩小的特点。结合煤矸石的实际情况：（1）劈开砖坯体化学组分中CaO、MgO、SO3的要在合适的范围，大致如下：坯体成份MgOCaOSO3含量0～21～90～1实践证明：煤矸石中方解石、白云石含量控制在4%左右，其它有害矿物在小于1%左右；如果超此范围，对石灰石含量较高的煤矸石，必须要求其粒度控制在小于0.5mm以下。因为刚成型坯体中煤矸石中的CaCO3成为细散的微粒均匀分布，那么它对砖的质量还不致有大的害处，如果含量适当，还可以作熔剂降低坯体的烧成温度；并且适当提高砖坯的烧成温度，延长烧成时间，使它们在高温下充分化合、反应，以避免有害物质的产生，消除或减轻爆裂程度，以保证劈开砖产品的质量。目前，国内煤矸石的原料基本符合这样的要求，如果煤矸石性质稍微差的，可以在配方和生产工艺控制上加以调整，以使配方和工艺满足生产；1、2煤矸石按其矿物性质分类常见的煤砰石有泥质页岩煤砰石、炭质页岩煤砰石、砂质页岩煤歼石、砂岩煤砰石和石灰岩煤研石。1)泥质页岩煤砰石:深灰色或灰黄色，即伊利石属粘土页岩，片状结构，不完全解离，质软，受大气作用和日晒雨淋后，易崩解风化，加工时易粉碎。2)炭质页岩煤砰石:黑色或黑灰色，含炭质粘土页岩，层状结构，表面有脂油光泽，不完全解离，受大气作用后易风化，其风化程度稍次于泥质页岩，易粉碎。3)砂质页岩煤砰石:深灰色或灰白色，含砂质、泥质、石英粉砂岩，结构较泥质、炭质、页岩粗糙而坚硬，不完全解离，出矿井时，块度较其它页岩为大，在大气中风化较慢，加工中难以粉碎。4)砂岩煤砰石:黑色或深灰色，含砂质、泥质、石英粉砂岩，结构粗糙而坚硬，在大气中一般不易风化，难以粉碎。5)石灰岩煤砰石:灰色，结构粗糙而坚硬，较砂岩性脆，出矿井时，块度较大，在大气中一般不易风化，难以粉碎。根据劈开砖对原料的要求，以上只有泥质页岩煤砰石和炭质页岩煤砰石可作为主要原料生产劈离砖。在这两种页岩煤砰石中，泥质页岩的塑性最好，炭质的次之。页岩煤砰石除含有一定数量的炭外，其它成分都与粘土相似，属于伊利石粘土页岩。从化学成分及矿物成分可见，Al2O3含量在20%左右，粘土矿物占到40%以上。对于劈开砖成型来说，低、中、高塑性的泥料都可使用；在此项目中，由于是采用煤矸石作有主要原料生产劈开砖，所以页岩煤砰石、炭质页岩煤砰石是生产劈开砖的理想原料；砂质页岩煤砰石、砂岩煤砰石、石灰岩煤砰石属化学及生物化学沉积岩，再加上破粹极其困难，所以在此建议不使用。1、2煤矸石的组成煤矸石是采煤和洗煤的副产品，是无机质和少量有机质的混合物。煤矸石的化学成分主要是SiO2、Al2O3和C。其次是Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3、P2O5、N和H等。此外，也常含有少量Ti、V、Co和Ga等金属元素，煤矸石的化学成分不稳定，不同地区的煤矸石成分变化较大，但一般在表1所列的范围内。煤矸石的化学成分范围成分SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3K2ONa2OC含量30～6015～401～31～42～101～21～220～30煤矸石的矿物成分以粘土矿物和石英为主，常见矿物为高岭土、蒙脱石、伊利石、石英、长石、云母和绿泥石类。除了石英和长石外，以上矿物均属于层状结构的硅酸盐，这是煤矸石矿物成分的一个特点。1、3各地煤矸石化学成分和矿物组成各地煤矸石化学成分各地煤矸石矿物组成伊利石蒙脱石混层高岭石绿泥石石英滑石石膏钠长石方解石白云石菱铁矿黄铁矿徽斜长石透闪石未检出介休2544/23//23//1//2焦作35540232742////淄博2519330//25332422济宁3016535///3522/21、4煤矸石劈开砖的其它辅助原料（1）粉煤渣粉煤渣细度为全部通过30目筛，筛余量为10～20%（60目筛），其矿物组成主要为玻璃体（约占65%～80%），其次含有少量的石英和莫来石；粉煤渣的化学成份如下：成分SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3K2ONa2OIL含量54.6822.041.562.592.782.890.256.32（2）熔剂原料和熟料熔剂原料可选用长石、玻璃、低温工业尾矿渣等，在配方中加入适当的比例，可以促进烧结、降低烧成温度。生产中废弃的产品、筋条、瓷质砖废料，经雷蒙或其它破粹设备加工成所需级配的颗粒熟料，配方中加入适当的比例，可以产生不同的产原料SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3SO3K2ONa2OIL介休矸石46.9922.860.750.682.000.231.570.4222.49广元矸石44.4019.023.254.862.121.221.600.7623.20枣庄红矸52.8718.321.522.927.125.740.521.4010.54济宁矸石55.0419.381.310.626.770.650.511.8311.06淄博矸石53.2918.000.213.014.302.652.050.3114.75原料产地品风格，并且可以降低收缩；2配方的设计2．1设计要求根据劈开砖产品使用性能和满足其工艺流程的需要，结合本地实际情况有如下要求：1)由于劈开砖采用挤压成型的制品，坯体的塑性在成型过程中起着关键的作用，原料塑性直接影响坯体的干燥过程是否开裂，原料的塑性指标～般控制在塑性数值应大于2.5，最好3.5～4之间。2)原料的干燥敏感性，配方中引用过多的干燥敏感性原料，会引起坯体干燥时坯体干燥时极其容易开裂，但同时要控制干燥窑中的温度和湿度，适当的用量和合理的干燥制度，保证坯体在干燥过程中不会开裂和变形。3)原料中尽可能地少用含有机物较多，在３００～９５０℃氧化分解与晶型转化过程中产生各种气体，以免产生夹心、针孔、氧化不足等缺陷；4)生坯必须具备一定的强度。根据以上的基本条件，立足于煤矸石原料，以粉煤渣、熔剂原料和熟料为辅，经过实验室反复小试、中试、小批量生产实践证明，以下配方比例具有技术上可行、经济上合理的特点；坯料配方组成（％）原料页岩煤砰石炭质页岩煤砰石粉煤渣长石熟料用量3525201010坯体化学组成（％）成分SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3K2ONa2OIL含量66.6821.141.761.593.782.860.554.622劈开砖生产工艺设计劈开砖是挤出成型后数块合一、焙烧后劈离成单片的一种墙面及地面装饰材料。产品表面有施釉和非施釉两种，通常以生产表面非施釉的劈开砖为主。目前，原料制备有湿法工艺和干法工艺两种：1)湿法工艺流程生料、熟料粗碎→配料→球磨→浆池→压滤脱水→练泥→陈腐→双轴搅拌→真空挤出成型～切割→干燥→焙烧→劈离分检→包装人库。2)干法工艺流程原料配料→破碎(雷蒙磨或轮碾机或对辊机)→过筛→干混(双轴搅拌机或涡轮混粉机)→湿混(双轴搅拌机加水)→真空练泥→陈腐→破碎(筛式破碎机又叫蓖式破碎机)→真空挤出成形→定尺切坯→干燥→清灰→施釉后阴干(通常不需施釉)→焙烧→劈裂分离→拣选→包装人库。根据原料的性质、生产成本经济的角度考虑，选用了（2)流程：2．1主要流程和工艺参数简述1）陈腐制备的泥料在一定的湿度和潮湿环境放置24小时。即陈腐时间为24左右，陈腐水份为15～18%；泥料陈腐主要作用为使泥料的水分更均匀分布，有效的消除干湿不均形成的内应力，避免制品炸裂。粘土团泥粒在水的作用下膨胀疏解，增加细粒的含量，更能进行水化和离子交换，从而提高塑性。2）成型该配方成型含水率在16%～17%之间;真空度为-0.086MPa以上、挤出压力1.5～2.0MPa；泥料的可塑性，水分、原料混合的均匀对成型的好坏影响较大。成型调砖检测：劈开砖成型时，要经常检查坯条的截面的挤出速度是否一致，截面的挤出速度差在成型时不容易被发现，其潜在的缺陷在干燥过程中逐步暴露出来，使制品出现弯曲变形，成为废品，造成不必要的经济损失。因此，要经常检查坯条截面的速度，特别是在更换机嘴、芯具时很是必要。3）干燥砖坯成型后水分为16%～17%，须在室内采用自然干燥方法干燥24h，使其成型水分降至10%，再送入干燥室内干燥24h。采用80m明焰油烧隧道窑焙烧，砖坯的干燥方法为人工干燥。抽取窑内的余热烘干砖坯，使由砖坯原来成型时的水分16%～17%降至1%后才能窑。否则入窑的制品会炸裂；4）烧成本工艺采用80m明焰油烧隧道窑一次烧成，窑进车速度为45～50min/车，干燥收缩率5%，烧成收缩率7%，总收缩率为12%;烧成温度1130～1150℃;烧成周期33h;制品的吸水率小于6%;产品颜色为暗红色。3产生变形主要的原因和解决方法3.1配方的影响由于劈开砖成型采用的方法是真空挤出成型，对于粘土类原料在原料的物性上要求泥料要有一定的可塑性，干燥敏感度要低，较小的收缩率等。在进行泥料试配方以前，需要对各种原料的特性，原料供应的状况进行充分的了解；由于劈开砖产品成型时含水率大，所以干燥收缩较大，烧成收缩也很大，极容易造成变形。一般控制为：干燥收缩＜6％；烧成收缩＜10％，在生产过程中应根据真空挤出机的性能、配方类型的不同，来控制原料水份，对应的合适硬度，尽量使原料含水率小。另外原料的有机物含量太多，烧失量太大对变形也产生一定的影响；配方中粘土类原料和瘠性类原料配比是否合适影响也较大，粘土类原料过多，瘠性类原料过少，成型中较难出泥，坯体在干燥过程中收缩太大，生产中稍微控制不好，极容易使坯体变形；3.2成型工艺的影响：①挤出坯体大面弯曲变形问题。原因是模具中的分泥刀两边出