利用劣質煤矸石生產(chǎn)優(yōu)質燒結磚

煤矸石雖然是煤炭生產(chǎn)、加工過程產(chǎn)生的固體廢棄物，但還是有一定的利用價值，是可利用的資源。例如，含碳量較高、發(fā)熱量較高的煤矸石可以當燃料燒鍋爐，用于發(fā)電；含高嶺土礦較多的煤矸石可以當做生產(chǎn)水泥、陶瓷的原料適量摻配使用，還可以直接煅燒優(yōu)質高嶺土；含氧化鋁多的煤矸石可以作為生產(chǎn)耐火材料的原料，可以生產(chǎn)氯化鋁、硫酸鋁，提煉氧化鋁；含黃鐵礦多的高硫煤矸石可以用于生產(chǎn)硫酸、硫酸銨等化工產(chǎn)品、復合肥料；用含碳酸鈣多的煤矸石生產(chǎn)氧化鈣等。

凡是這些可利用價值較高的煤矸石均可稱為優(yōu)質煤矸石。但是，不是所有的煤矸石都可以生產(chǎn)這些較高價值的產(chǎn)品，更多的煤矸石因為所含可利用的各種物質都較少，沒有更好的利用價值，就是劣質煤矸石。對于這些沒人要的劣質煤矸石，除了填坑鋪路之外似乎就沒有什么用途了，其實不然，完全可以采用先進、科學、合理的工藝技術生產(chǎn)優(yōu)質燒結磚。

利用劣質煤矸石生產(chǎn)優(yōu)質燒結磚的要點：

       一、首先對煤矸石進行化學、物理性能檢測和燒結熱工試驗。主要檢測的項目有化學成分組成、發(fā)熱量、塑性指數(shù)、干燥敏感性系數(shù)、顆粒級配、硬度、干燥線收縮、焙燒線收縮、燒成溫度、燒成溫度范圍、燒成后吸水率、石灰爆裂試驗和泛霜試驗等，必要時檢測礦物成分組成。通過分析檢測和試驗獲得的數(shù)據(jù)，確定該煤矸石是否可以用于生產(chǎn)燒結磚；可以生產(chǎn)什么磚（實心磚、空心磚還是空心砌塊等）；以及采用什么工藝、設備、窯爐來生產(chǎn)，切不可盲目建廠生產(chǎn)。

需要強調(diào)的是，在測定煤矸石的塑性指數(shù)時，需把全部試樣破碎到1mm以下，然后用液塑限聯(lián)合測定儀檢測。這是因為同一種物料，顆粒的大小對該物料的塑性影響很大。例如某地的頁巖，粉碎到1mm以下時測得的塑性指數(shù)是7.2，同樣這種頁巖粉碎到0.5mm以下時測定的塑性指數(shù)是11.2，差別很大。實驗室確定破碎顆粒1mm以下，比較接近實際生產(chǎn)物料破碎控制粒度（2mm）。如果實驗室也把物料顆粒放大到2mm，容易造成測定儀平衡錐下落時被較大顆粒擋住受阻，造成測試結果不準。

另外，煤矸石發(fā)熱量的測定方法目前沒有國家標準，實際工作中都是按照按GB/T 213-2003《煤的發(fā)熱量測定方法》測定。不可用工業(yè)法測定，因為工業(yè)法是利用經(jīng)驗公式檢測計算，針對不同的煤種有不同的應用公式，一般都不適用煤矸石。

       二、使用煤矸石生產(chǎn)燒結磚必然是內(nèi)燃焙燒工藝。如果煤矸石化學成分和物理性能均適合制磚，那它的發(fā)熱量就成為決定生產(chǎn)工藝技術的主要因素。當其發(fā)熱量在450×4.17kj/kg左右，比較適合生產(chǎn)全煤矸石、全內(nèi)燃燒結磚，不需摻配其他物料和燃料。如果發(fā)熱量較高，則成為超內(nèi)燃焙燒了，

但全煤矸石制磚原料的發(fā)熱量最高不可超過600×4.17kj/kg。對超內(nèi)燃焙燒，則需要改進生產(chǎn)工藝，延長焙燒時間，并且要根據(jù)發(fā)熱量超值的多少專門設計適當加長的焙燒隧道窯，在窯頭窯尾均應設置兩道窯門，并酌情設計安裝余熱回收系統(tǒng)、煙氣再燃系統(tǒng)、增加煙氣哈風調(diào)控系統(tǒng)、循環(huán)風系統(tǒng)、急冷助燃系統(tǒng)、窯外鼓風系統(tǒng)、窯底平衡降溫系統(tǒng)、富余熱量排放系統(tǒng)等，控制制品在低溫燃燒階段和燒成溫度范圍內(nèi)將坯體內(nèi)的過多可燃物緩慢燃盡，方能夠確保生產(chǎn)優(yōu)質產(chǎn)品（產(chǎn)品強度可達WU20以上）。

如果煤矸石發(fā)熱量過低，則需在制坯原料中摻配適量原煤或中煤，或窯外補充投煤（不推薦窯外投煤，因為會增加煙氣顆粒物濃度）。如果煤矸石發(fā)熱量過高，則要摻配適量可以用來制磚的沒有發(fā)熱量的物料，比如頁巖、黏土、過火煤矸石等。如果沒有可摻配的物料，可視煤矸石的具體情況篩選、風選、浮選或低溫燃燒脫碳后，再按混合后發(fā)熱量450×4.17kj/kg左右摻配使用，解決發(fā)熱量過高的問題。

       三、煤矸石多為塊狀巖石，一般塑性指數(shù)都較低（含有蒙脫石的例外），采用濕塑擠出成型較為困難，可以通過以下幾種辦法解決：

1、提高煤矸石的破碎細度。生產(chǎn)普通磚將原料破碎到極限顆粒2mm以下，生產(chǎn)大孔洞率薄壁產(chǎn)品為1mm以下。先機械破碎、過篩，然后將部分篩上大顆粒料再用磨機細磨到0.5mm以下，與篩下細料混合，增加混合料中的細小顆粒，并且顆粒級配合理，可大大提高混合料塑性指數(shù)。

 2、選用硬擠出真空成型機。近幾年我國磚瓦生產(chǎn)裝備的技術、性能、質量都發(fā)展很快，磚瓦成型真空擠出機擠出壓力可以達到4.0MPa以上，坯體成型水分可以低到13%。對塑性指數(shù)小到5的原料都可以擠出高質量的坯體，可適用塑性指數(shù)相對較低的煤矸石。

 3、摻配適量塑性高的物料。有條件的話，摻配適量塑性高的物料，比如淤泥、頁巖、黏土等，是簡單、經(jīng)濟、有效提高物料塑性的措施。對多種物料摻配混合使用，一是要摻配比例合理恰當，計量準確；二是要保證各種物料混合均勻，特別是密度差別較大的多種物料，除使用攪拌機等常用設備外，還應使用輪碾機、圓盤篩式擠料機等強制混合揑練設備。

 4、對泥料蒸汽加熱擠出成型。在真空擠出成型之前的泥料攪拌機上增加蒸汽加熱系統(tǒng)，加熱后的泥料塑性明顯提高，不但保證成型坯體外觀和內(nèi)在質量，還可以降低擠出機負荷，縮短濕坯干燥時間。蒸汽可在隧道窯上安裝余熱鍋爐獲得。

 5、對泥料兩次真空練泥處理。在泥料進入真空擠出成型磚機之前，將泥料輸送入真空練泥機（真空攪拌擠出機）先進行一次抽真空揑練，然后再輸送到真空磚機擠出成型。經(jīng)過多次抽真空處理的泥料塑性可提高，擠出成型的坯體密度增大，濕坯強度提高，外觀質量明顯提高。

       四、生產(chǎn)全煤矸石優(yōu)質燒結磚選擇一次碼燒工藝，應采用隧道干燥室和隧道焙燒窯單獨分設的“煙熱分離”技術，便于生產(chǎn)當中分別調(diào)整和控制坯體的干燥過程和焙燒過程，可避免制品產(chǎn)生裂紋等缺陷，保證產(chǎn)品質量，并且易于焙燒煙氣治理的達標。

       五、全內(nèi)燃煤矸石燒結磚選用一次碼燒工藝，坯體多層疊壓碼垛，易在疊壓層面產(chǎn)生黑斑壓花，嚴重影響產(chǎn)品外觀質量。除采用“低溫慢燒”工藝外，可在濕坯碼垛之前在坯體頂上面撒一層薄砂，增加坯體疊摞之間的空隙，便于空氣流通而減輕壓花產(chǎn)生。或改坯體立著碼垛為臥著碼垛，使壓花產(chǎn)生在坯體成型鋼絲切割大面上，保證條、頂面沒有壓花而不影響使用外觀。

       六、劣質煤矸石往往含有許多對制磚有害的物質，極易造成產(chǎn)品質量缺陷，常見的有制品石灰爆裂和泛霜現(xiàn)象。

石灰爆裂是因為煤矸石中含有方解石、石灰石等礦物，焙燒后成生石灰（CaO）,出窯后吸收空氣中的水分生成熟石灰【Ca(OH)2】,同時體積劇烈膨脹而破壞磚體。對這種煤矸石需粉碎到粒徑小于2mm,并且把剛出窯產(chǎn)品立即飽和浸水，即可有效防止制品石灰爆裂，保證優(yōu)質產(chǎn)品質量。

泛霜多為煤矸石中含硫物質和一些金屬氧化物在焙燒過程中反應生成的硫酸鎂、硫酸鈉等可溶鹽，吸水后溶解，又在干燥過程中隨水分移到磚表面，水分蒸發(fā)后在磚表面析出結晶物，形成一層白色粉末，影響產(chǎn)品外觀。并且可溶無機鹽脫水結晶會體積膨脹，給磚建筑砌體造成一定的損害。對此，可通過強化原料粉碎，提高原料細度和適當延長焙燒及保溫時間，使可溶無機鹽生成不溶于水的硅酸鹽，或把無機鹽“燒死”而不易溶水析出，減輕或杜絕泛霜現(xiàn)象。

      七、關于煤矸石磚斷面的“黑心”。內(nèi)燃磚打開斷面，中間一般都是黑色的，煤矸石磚更是明顯。造成的原因一個是焙燒溫度及時間都不夠，焙燒欠火，磚坯內(nèi)部所含燃料沒有燃盡。另一個原因是焙燒帶升溫較快，表層過早燒結，空氣進不去磚坯內(nèi)部缺氧高溫“過火”燃燒，磚坯內(nèi)氧化物多生成低價鐵而顯黑色。可通過控制升溫速度、延長低溫焙燒時間等措施，使窯內(nèi)空氣充分進入坯體，坯體內(nèi)外的可燃物盡量足氧燃燒，可減少過火黑心磚，杜絕欠火黑心磚。

       八、對其他某些化學成分、物理性能以及礦物組成較特殊的劣質煤矸石，也可按我們現(xiàn)在研發(fā)的生產(chǎn)工藝技術，選用針對性的相關措施解決處理后，均可以生產(chǎn)出優(yōu)質燒結磚。

利用劣質煤矸石替代黏土、頁巖等受保護的資源，采用我們已經(jīng)掌握的成熟的生產(chǎn)工藝技術生產(chǎn)燒結磚，能夠生產(chǎn)達到或超過國家標準GB/T 5101《燒結普通磚》、GB13544《燒結多孔磚和多孔砌塊》各項質量指標的優(yōu)質燒結磚。可實現(xiàn)大量處理煤矸石，并且不產(chǎn)生尾料、廢渣等二次固體廢棄物；可實現(xiàn)廢棄資源有價值、有效的利用 ，徹底消除煤矸石對環(huán)境的污染 。這應該成為我們煤矸石綜合利用大力推廣的、不可忽視的重點。

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