燒結磚生產首要因素——原料

時至今日，制磚原料早已不局限于粘土，而包括了粘土、頁巖、煤研石、粉煤灰、爐渣、某些礦渣、生活垃圾、江河淤泥及多種原料的混合材料。為了使其具備制磚所必須具備的技術性能，應根據具體情況對它們分別進行粉碎、攪拌、混勻、陳化、碾練等一系列加工，進行改性處理，以滿足工藝要求。

一般來說，凡是能燒制普通磚的原料都能生產空心磚，只不過空心磚孔多壁薄坯體弱，對原料的制備和內燃料的摻配要求更嚴，有害雜質應更少，顆粒級配應更合理，礦物組分應更充分疏解、松散、分布均勻，以保證制磚原料的塑性和良好的結合能力。對原料的基本要求，主要在于其化學成份、礦物組成和物理性能。

一、原料主要化學成份對制磚的影響

二氧化硅(Si02)：是燒結磚原料中的主要成份，含量宜為55～70％。超過時，原料的塑性太低，成型困難，而且燒成時體積略有膨脹，制品的強度也會降低。

三氧化二鋁(AL2O3)：在制磚原料中的含量宜為10～25％。過低時，將降低制品的強度，不抗折；過高則必然提高其燒成溫度，加大燒成煤耗，并使制品的顏色變淡。

三氧化二鐵（Fe203)：是制磚原料中的著色劑，含量宜為3～10％。太高時將降低制品的耐火度，并使其顏色更紅。

氧化鈣(CaO)：即生石灰，在原料中常以石灰石(CaC03)的形式出現，是一種有害物質，含量不得超過5％。否則，不僅會縮小制品的燒結溫度范圍，給焙燒帶來困難，當其粒徑大于2mm時，還會造成制品的石灰爆裂，或吸潮、松解、粉化。

氧化鎂(MgO)：是一種有害物質，含量越少越好，不許超過3％。它和硫酸鈣(CaS04）、硫酸鎂(MgS04)一樣，都將使制品出現“泛霜”，甚至剝層、風化。

硫酐(SO3）：最好完全沒有，最多也不能超過1％。否則，制品將在焙燒時產生氣體，使磚體積膨脹、疏解粉碎。

二、礦物分析

對原料進行礦物分析，有助于了解其某些物理性能，以便采取相應的工藝措施，予以改變，以滿足制磚的要求。如：原料中的長石將降低制品的抗凍性能，當其含量超過15％時制品將不抗凍。又如蒙托石（澎潤土），粘性極高，吸水后使體積劇烈膨脹，干燥后又強烈收縮，其線收縮率高過13～23％，造成坯體大量干燥裂紋，實踐證明：當原料中蒙脫石的含量達到20％時，干燥裂紋已無法避免。生產中常利用高塑性膨潤土作為粉煤灰的粘合劑，以生產各種優質的粉煤灰磚。

三、物理性能

1、顆料組成：或稱顆粒級配。

盡管原料粒度越細，其表面積越大，水份滲透越好，原料的塑性也越好。但制磚原料絕不是越細越好。因為，全是太細的原料不利于制品的干燥和焙燒，不同粒度的原料在制品中所起的作用是不一樣的。

粒徑小于0.05mm的粉料顆粒稱為塑性顆粒，用于產生成型所需要的塑性。當然，這些細小的顆粒必須是粘土或具有類似粘土性能的頁巖、煤矸石或其它材料。否則，如對于河沙，粉磨得再細，也是沒有塑性的。

粒徑為0.05～1.2mm的物料顆粒成為填充型顆粒，其作用是控制產品所發生的過度的收縮、裂紋及在塑性成型時賦予坯體一定的強度。

粒徑為1.2～2mm的粗顆粒，在坯體中起到骨架作用，稱為骨架顆粒，有利于干燥時排出坯體中的水分。

空心磚生產原料顆粒不宜大于2mm。

合理的顆粒組成應該是塑性顆粒占35～50％；填充性顆粒占20～65％；骨架顆粒<30％；絕不允許有大于3mm的顆粒。因其不僅會降低制品的強度，還會因收縮不勻而產生干燥裂紋。

2、塑性指數

塑性指數是評價制磚原料的一項重要參數，在制磚行業，塑性是指物料和水的混合物在它的最大稠度時能夠被擠壓成型并在解除壓力后能保持成型后形狀的一種能力。這種能力的大小以塑性指數來表示。

高的塑性指數雖有利于擠出成型，但干燥和焙燒時容易產生裂紋；塑性指數偏低，雖有利于干燥和焙燒，但又會給成型帶來困難。如果塑性指數低于7，不僅擠出成型困難，制品的強度也較低。

一般認為：塑性指數大于15時稱為高塑性泥料，小于7則稱為低塑性泥料，只有塑性指數為7～15時的中塑性泥料最適宜于擠出成型。制品的孔洞率越高，孔型越復雜、壁越薄，成型時需要的塑性指數也越高。

各種原料的塑性指數差距十分懸殊。粘土的塑性指數較高，有的可達25以上，煤矸石較低，有時還不到7，泥質頁巖居中，常為7～18。

通過一定的技術手段可以在一定范圍內調整原料的塑性指數或改善其擠出成型時的技術性能。對于塑性指數過高的原料，可以適當摻人煤灰、爐渣、粉煤灰、或廢磚粉進行瘦化；對于塑性指數較差的原料更應該提前開采、自然風化、適當提高細度、淋水松解以及用機械方法進行攪拌、輥壓、陳化、混合、擠壓等方法加以改善。還可以適量摻入塑性指數較高的粘土、頁巖粉，以調整混合料的整體塑性指數。在生產粉煤灰磚時還可以適量摻人膨潤土作為粘合劑，使每一粒粉煤灰的表面都粘有薄薄的一層膨潤土，通過混合、均化、擠壓提高塑性，滿足成型。

必須指出：當采用多種原料進行生產時，其首要條件是充分混勻。否則，不僅起不到預期的效果，反而會造成因各種原料的收縮率不一樣而產生的干燥、收縮裂紋。

由于擠出磚坯的質量不僅主要取決于原料的塑性，還和原料顆粒之間的摩擦系數有著直接的聯系。表面光滑而呈球形的顆粒就比表面粗糙而不是球形的顆粒更容易在被擠壓時流動而互相靠攏擠實。采用在原料中加人某種添加劑以及造紙廠的黑液，化工廠、電鍍廠的廢酸液，由于其與泥料顆粒表面所產生特殊的離子吸附和潤滑作用，大大改善了泥料在被擠壓時的流動性能，而更容易被擠壓密實而產生出表面光滑而致密的磚坯。

3、收縮率

坯體在干燥過程中，由于水分蒸發，顆粒自然靠攏，體積收縮，是所謂干燥收縮。其收縮的長度與坯體原來長度的百分比叫干燥線收縮率。對于干燥線收縮率較大的原料，其制品更應緩慢干燥，否則，坯體將出現嚴重的干燥裂紋而成廢坯。生產中，要求原料的線收縮率小于6％，否則，應對原料進行瘦化處理。

焙燒時，由于所發生的一系列物理、化學變化及原料中某些物質的燒失，成品不僅比磚坯輕了，體積也略有收縮叫燒成收縮。其收縮的長度對于干燥后坯體長度的百分比叫燒成收縮率。

4、干燥敏感系數

干燥過程中，在坯體中水分逐漸被蒸發的同時，體積也逐漸縮小。由于坯體內、外的干燥速度和收縮速度總是外快內慢，即表層已經干燥開始收縮，而內部還“原封不動”，一旦其收縮的數量超過了泥料的彈性系數(1～2％），必將“脹裂”坯體表面，產生網狀裂紋，這叫泥料的干燥敏感性，并以干燥敏感系數來表示，干燥敏感系數越大，坯體在干燥過程中產生裂紋的威脅也越重，當干燥敏感系數小于1時，干燥過程中的問題較小，一旦干燥敏感系數大于2，其在干燥過程中產生裂紋的危險性也就十分嚴重了，必須加瘦化原料來降低干燥敏感系數。

一般說來，泥料的塑性指數越高，其干燥的線收縮率和干燥敏感系數也越高。

5、燒成溫度范圍

超過燒成溫度仍繼續升溫，坯體將慢慢軟化變形，甚至熔融，坯垛坍塌。顯然，低于燒成溫度時將會出現生磚或欠火磚；高于燒成溫度時，將會出現過燒、燒流甚至坯垛倒塌。顯然，這一燒結溫度范圍越寬，焙燒越容易掌握，對于空心磚來說，這一溫度范圍應不小于50℃。這是因為：窯室的斷面溫度不可能完全一樣，常常是中部溫度較高，邊部溫度較低，以及頂部和底部、內側和外側、窯墻和窯門附近，都會出現一定的溫差。如果燒成溫度范圍太窄，必將出現在同一個斷面上中間磚燒好了，邊上磚欠火；或邊上磚燒好了，中間磚燒焦，或者這一部分欠火那一部分過火的異常現象。

粘土磚的燒結溫度較低，約為900℃，煤矸石磚則較高，約為1000～1100℃左右，頁巖居中。

四、原料的制備處理

為使原料礦物組分顆料級配較為合理，確保整個原料均勻一致，具有適宜的塑性指數和干燥敏感系數，便于原料擠出成型并生產處合格的產品，就必須對原料進行系統地加工、處理。

1、剔除雜質

原料中的樹根、草皮、大塊的卵石、砂巖、石灰石等，可以用手工清除，但主要以機械為主可用除石對輥、各種篩式除石機予以剔除。銼式除石機能有效地在剝離了包裹在卵石上的粘土后把卵石剔除，擠出凈化機在對泥料攪拌、擠出的同時還能有效地剔除其中的樹根、草和礫石。由于采用了前置式的雜質清除裝置，可以在不停機的情況下排除雜質，十分方便。

2、自然風化

開采出來的原料在露天堆放一段時間，任其日曬、風吹、雨淋、冷凍，借助大自然的力量使其疏解、顆粒分散、水分均勻滲透，是勻化和增加其塑性、改善其干燥性能的簡單有效的好方法。對于頁巖，還可以通過風化過程使大塊分解為小塊，減少粉碎工序的負擔。

3、悶料困存（也是陳化的一種形式）

將經過粉碎、混合、適當加水攪拌后的泥料堆集悶存于料庫中72小時以上，使水分充分滲透，泥料疏解，松散勻化，不僅可以提高塑性，有利于成型，還可以減少干燥和焙燒時的應力，減免裂紋。我們有這樣的經驗：頭一天經過攪拌沒有用完的泥料，第二天特別容易擠出成型就是這個道理。

4、機械處理

機械處理的目的是改善泥料的某些技術性能。其手段包括粉碎、混合、攪拌、碾練等。

（1）粉碎

粉碎的目的是減小粒度，增加比表面積，使泥料能更充分地與水分接觸，縮短水分浸透泥料路徑，使泥料均勻而充分地濕透。應針對物料的物理性質、塊度大小及需要粉碎的程度選用適合的設備。

例如：對于脆、硬而自然含水率較低的原料宜選用擊打式的粉碎設備。如用各種錘式破碎機、反擊式破碎機來細碎各種中硬的煤矸石和頁巖；用籠形粉碎機來細碎各種較硬而自然含水率偏高的頁巖；用輥式粉碎機來擠碎自然含水率高的軟質頁巖；用干式球磨機來磨細自然含水率低于3％的硬質煤矸石或頁巖等；采用顎式破碎機或較大型的反擊式破碎機來中碎中等硬度以上的煤矸石或頁巖；采用齒輥機來中碎軟質頁巖及粘土。

（2）混合

混合的目的是使性質不同的粉料充分混勻，互相“滲透”，取長補短，改善粉料的整體性能，由于干粉的顆粒分散，相互接觸的機會多，容易混勻，而濕粉多已結成較大的粉團，粉料間相互接觸的機會少，充分混勻也就因難了。

另外，容重相近的粉料較容易混勻，而容重懸殊的粉料混勻則較為困難。例如：粉煤灰的容重只有頁巖或煤矸石的一半左右，輕者上浮，混勻就不那么容易了。因此，在生產粉煤灰頁巖磚或粉煤灰煤矸石磚時常把幾種干粉按比例同時送人籠形粉碎機或者取掉了篩條（篩板）的錘式破碎機中進行干混合，效果較佳。

（3）攪拌

粉料的塑性是靠水分的充分混勻和滲透來實現的，加水攪拌的主要作用就是要水分和粉料充分混勻，并盡量使水分充分滲透進每一顆粉料的內部而形成成型所需要的塑性。試驗表明：同樣的原料，只攪拌兩分鐘，擠出磚坯的干燥裂紋高達4％，而攪拌到3分鐘以上時，在同樣的條件下，干燥裂紋只有1％。強力攪拌機( 攪拌擠出機）在對泥料攪拌以后再經雙螺旋泥缸強迫擠出，使水分在泥料顆粒中滲透得更好，效果更佳。

如上所述，攪拌的目的是使水分與泥料充分混勻。為此，應在粉料進人攪拌之初就均勻灑水，以充分發揮其作用。

 （4）碾練

碾練的目的是使各種泥料進一步充分混勻，水分進一步滲透，使泥料的整體性能均勻一致，以利成型，并防止不均勻收縮造成的裂紋。就象揉面團一樣，“面揉得越好，饅頭才越好吃”。

目前，最常用的碾練設備有：各種細碎對輥機、輪碾機、捏合機以及攪拌擠出機。

細碎對輥機：制磚所用的對輥機由于兩個輥子表面的線速度相差較大，所以不僅是把泥料壓碎擠緊，還要把擠成的“泥皮”搓碾撕碎，以便下一道工序進一步混勻。

輪碾機：對輥機輥面的線速度為1Om/秒左右，高速細碎對輥在12m/秒以上，泥料在兩輥相切處被強力擠壓的時間極短。而輪碾機輪面的線速度小于2m/秒，因此，其對泥料作用的時間就長多了。而且輪面軸向各點的線速度又隨著其與碾盤中心的遠近而不同，故其在對泥料進行碾壓、粉碎的同時還有著搓揉、撕裂、拌合等多種作用，從而起著對輥機和攪拌機加起來的綜合效果。

塑化料

塑化料是能提高原料的可塑性、結合能力和流動性的添加材料。作為塑化料的有高塑性黏土和頁巖。其他塑化料主要有蘇打、水玻璃、羥甲基纖維素（CMC）、苛性鈉以及甲基纖維素（MC）等。

無機塑化料大多是通過改變pH值以及變更原料顆粒表面的吸附陽離子，從而影響水化膜厚度來增塑的。有機塑化料的分子在水溶液中能生成水化膜，并被原料顆粒牢固地吸附在表面上，使顆粒表面上有了一層水化膜和黏性很大的高分子，從而有效地提高原料的可塑性和結合能力。

除上述幾種常用的塑化料外，下列物質也能起到增塑作用：木質素（C18H30O16）、亞硫酸鹽廢液、鹽酸、纖基醋酸鈉等。

羥甲基纖維素

凡能提高原料的干強度及產品強度的添加料稱為強化料。通常，脊性料能減小干燥收縮，但往往同時減小原料的干強度。人們期望既減小干燥收縮，避免干燥過程中發生彎曲變形，又保證坯體具有一定的干強度，以免在以后坯體的運轉過程中發生破損。

提高干強度的添加料有：羥甲基纖維素（CMC）、蘇打、蒙脫石、氫氧化鈣、氫氧化鈉、石膏、陶瓷用黏土等、而耐火黏土、伊利石、硅灰石、黏土質頁巖、高嶺石、石灰、碳酸鈉、氯化鈉等能提高制品的抗彎強度、抗壓強度。 

耐火黏土

意大利生產一種新型抗風化磚。這種磚在拌料時加2%~2.5%的陶瓷碎渣，從而使磚的抗風化能力和力學強度顯著提高。

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