利用煤矸石制造空心砖

2005/9/15 10:48:36

摘要　分析了煤矸石化学成分对煤矸石空心砖的影响，叙述了制煤矸石空心砖的工艺流程，通过试验说明了其在鸡西地区生产的可行性。利用煤矸石制造空心砖，实现了制砖不用粘土，烧砖不用燃料，其社会环境、经济效益均超过了粘土实心砖。
关键词　煤矸石　煤矸石空心砖

1　前　言
　　随着我国采煤和选煤技术不断发展，煤炭产量日益增多，煤矸石排量也愈来愈大，矸石山不断增加，矸石的堆积不仅侵占农田，而且自燃放出大量有害气体，污染环境，危害工农业生产和人民生活，所以综合利用煤矸石是当前一项急迫的重要任务。
　　利用煤矸石制空心砖，可以节省大量燃料，煤矸石既作原材料，又作燃料，制砖不用粘土，节省了土地。空心砖具有重量轻、保温、施工快、砌墙效率高的优点。

2　煤矸石中化学成分对煤矸石空心砖指标的影响
　　煤矸石的生成年代、产地、层别的不同，其化学成分波动很大，黑龙江省双鸭山市矿区煤矸石化学成分见表1，煤矸石的物理性质见表2。

　　　　　　　　　　　　表1　煤矸石主要化学成分　　　　　　　　　　　　　　　（％）

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	MnO	其他
56.77	18.26	2.58	0.61	0.61	0.75	3.29	1.08	0.04	16.01

表2　煤矸石物理性质

普氏硬度	耐火度（℃）	发热量（MJ/kg）	水分（％）	灰分（％）	粒径（mm）
3～4	1100～1200	2．06～3．34	0．7～3．0	82～86	0～200

　　用煤矸石制造空心砖，煤矸石中SiO₂的含量应保持在55％～70％，它可以降低矸石粉料的可塑性指数，减小矸石砖坯在干燥和焙烧中的变形与收缩，有助于缩短干燥周期，SiO₂的含量如果过高，会使产品的抗折强度明显下降，因此其含量应严格控制。矸石中Al₂O₃的含量应以15％～25％为宜，Al₂O₃的含量增高，将会提高焙烧温度，砖不易变形，但含量超过35％时，砖易出现欠烧，Al₂O₃能提高砖的抗压强度。矸石中Fe₂O₃的含量应控制在2％～8％，Fe₂O₃在还原的气氛中是一种较强的助熔剂，另外Fe₂O₃的含量与砖的外观颜色深浅成正比关系。矸石中CaO的含量应控制在2.5％以下，CaO在矸石中多以CaCO₃的形式存在。CaCO₃受热后化学反应如下：
　　CaCO₃→CaO＋CO₂↑
CaO吸水后化学反应如下：
　　CaO＋H₂O→Ca（OH）₂
Ca（OH）₂生成后其体积会比CaO大1.5～3.5倍，致使出窑后的成品砖出现“石灰爆裂”。
　　影响砖质量的另一个因素是泛霜，砖出现泛霜的根源是矸石中含有MgO和MgSO₄，在烧砖过程中因温度高而产生过烧，在表面生成泛霜，拖延了砖炸裂时间，所以是一种具有潜伏性的破坏物质。

3　制造煤矸石空心砖的典型工艺流程
　　制造煤矸石空心砖的典型工艺流程为：原料→粗碎→细碎→一次强力搅拌（加水）→陈化→二次强力搅拌（加水）→挤砖机→干燥→焙烧→产品。原料首先进行粗碎，破碎后物料粒度小于50mm，经过粗碎后再进行二次破碎，破碎后物料粒度均应在2.0mm以下，主要是1.0mm以下，但1.0～2．0mm必须占有一定量。对二次破碎后的物料进行强力搅拌，目的是使物料混合均匀，然后进入陈化仓进行陈化，陈化时间必须达到42h以上。陈化后的物料的水分应保持在14％～16％。经过陈化后的物料还要进行二次加水强力搅拌，目的是使物料混合更加均匀，然后物料被送入挤砖机，挤压成型。进入挤砖机前的物料水分应保持在17％～18％，最大不能超过20％，否则会引起挤出后的砖坯在码烧时变形。经过干燥后的砖坯要进行焙烧。在焙烧时炉温分三段：初段是常温，中段温度为700～800℃，高段在1050℃左右。

4　煤矸石空心砖的试验
　　从表3中我们可以看出，砂浆强度等级越高，砌体的抗压强度也越高。砌体的开裂载荷与破坏载荷比值一般为0.7～0．8，砌体强度越高，其比值也越大，即开裂得较晚，一旦出现裂缝，很快便产生巨大竖向裂缝而突然脆裂破坏。在试验中测得，当取砌体应力为破坏应力的1／2时，砌体的纵向压缩相对变形一般为（0.7～0．8）×10^－3mm，其数值比普通粘土砖小0．1×10^－3mm，原因是空心砖的厚度较普通粘土砖的厚度大。

表3　煤矸石空心砖结构试验

组　别	试样编号	沙浆强度等级	规范压强度标准值（MPa）	开裂荷载值		破坏荷载值		开裂荷／破坏荷	破坏强度／规范强度
组　别	试样编号	沙浆强度等级	规范压强度标准值（MPa）	荷载值（kN）	相应强度（MPa）	荷载值（kN）	相应强度（MPa）	开裂荷／破坏荷	破坏强度／规范强度
1	1－1			1240	6．84	1480	8．16	0．84		2．22
	1－2	M₁₀	3．66	1200	6．62	1460	8．05	0．83		2．20
	1－3			1220	6．73	1470	8．11	0．84		2．22
2	2－1			1100	6．06	1390	7．67	0．79		2．33
	2－2	M_7.5	3．29	1070	5．90	1388	7．66	0．77		2．33
	2－3			1075	5．93	1396	7．70	0．70		2．34
3	3－1			901	4．97	1235	6．81	0．73		2．34
	3－2	M₅	2．91	883	4．87	1226	6．76	0．72		2．32
	3－3			863	4．76	1233	6．80	0．70		2．34
4	4－1			740	4．08	1073	5．92	0．69		2．34
	4－2	M_2.5	2．53	716	3．95	1070	5．90	0．67		2．33
	4－3			720	3．97	1075	5．93	0．67		2．34

　　用鸡西地区的煤矸石制造空心砖试验结果见表4。从表4可以看出产品出现了轻微的泛霜。泛霜是一种砖或砖砌体外部的直观现象。它分为砖块和砌体两种泛霜，砖块的泛霜是由于砖内含有可溶性硫酸盐，遇水潮解，随着砖体吸收水量的不断增加，可溶解度由大逐渐变小。当外部环境发生变化时，砖内水分向外部扩散，作为可溶性的硫酸盐，也随之向外移动，待水分消失后，可溶性的硫酸盐形成晶体，集聚在砖的表面呈白色，称为白霜。出现白霜的现象称为泛霜。煤矸石空心砖的白霜是以MgSO₄为主，白霜不仅影响建筑物的美观，而且它会使砖体分层和松散，直接关系到建筑物的寿命。

表4　鸡西市煤矸石空心砖检验报告

检验项目	检验值	标准值	结　论
抗压强度　平均值	20.9	平均值≥ 20.0	20级
（MPa）　最小值	14.0	单块最小值 ≥14.0	合格
抗拆强度　平均值	15.2	平均值 ≥13.5	30级
（MPa）　最小值	11.4	单块最小值 ≥9.0	合格
干重损失（％）	干损0.1	≤0.2	合格
裂纹长度（mm）	裂纹微小，符合要求		合格
泛霜	轻微泛霜	不允许出现中等泛霜	一等品
石灰爆裂	符合优等品要求		一等品
吸水率（％）	0	≤25％	优等品

5　经济效益分析
　　对比发现，年产6000万块的砖厂制煤矸石空心砖比制粘土砖节约土地约34 000m²，少占地约1700m²，节约运费25万元，年节约煤炭6000万t。用煤矸石制砖每年消耗矸石16万t，减少因矸石自燃产生的有害气体385.2万m³，避免了环境污染。用空心砖砌墙可节约砂浆10％～15％，砌墙效率提高30％～40％。

6　结　语
　　煤矸石空心砖在鸡西大有发展前景。国家环保局正出台一些“节能利费”倾斜政策，我国作为一个煤炭大国，而鸡西作为煤城，矸石山随处可见，矸石长期堆放会自燃，既污染环境，又造成能源浪费，我们利用煤矸石制造空心砖不但解决了环境污染问题，而且节约了能源，变废为宝，使我国矿物利用趋于合理化。

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