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粉煤灰烧结砖生产工艺的特点
更新时间:2015/9/17 14:41:11   来源:南方墙材网   点击数:1264

人类制造和使用砖瓦的历史已经有几千年,但无论是我国还是世界其他各国,历史上长久以来用于烧砖的原料几乎全是粘土。我们现在用粉煤灰替代粘土作为原料生产烧结砖,在生产工艺技术方面与粘土制砖相比有许多不同,有的方面甚至是完全的不同。 

 

1 粉煤灰与粘土物化性能不同的主要特点

1.1 矿物成分不同特点 

可以用来制烧结砖的粘土中含有的矿物很多,其中对制砖有用的、所必须的、最基本的矿物有四类,这就是高岭石、伊利石(水云母)、长石和细粉状的石英类,我们可以称这四类矿物为制砖的基本矿物。其中的高岭石、伊利石为粘土矿物。粘土矿物在制砖过程中的主要作用之一是提供可塑性,再一作用是在高温焙烧时能形成莫来石。例如高岭石加热形成新物相过程的普通化学反应式为:

Al4[(Si4O10)](OH)8           2Hl2O3·SiO2+2SiO2+4H2O

高岭石                      莫来石    方石英    水

而莫来石是一种硬质的抗化学侵蚀的物相,其细长的晶体结构使制品的强度增高,是使制品具有较高机械强度的主要原因。伊利石在焙烧后的新生物相主要也是莫来石。而长石和石英属非粘土矿物,起着成型后产品中控制收缩和变形的填充料的作用。在焙烧阶段,长石则是一种助熔剂,易玻化,补偿了耐火粘土矿物和石英不易熔融的不足;石英除为惰性填充料外,它还起着提供干燥和焙烧过程中坯体强度的作用。因此,我们可以这样认为:只要有这四类矿物,并且只需有这四类矿物,按适当的比例配合之后,(一般粘土矿物合计占总量的50%以上)就可以生产出各种高质量的传统烧结砖瓦制品。

实际上自然界的粘土还存在有许多种其他矿物,我们称为制砖的非基本矿物,它们有的对制砖有益,有的无害,但有的确实有害,或者至少是无益的。例如:方解石可引起石灰爆裂等。从这一点来讲,也不是所有的粘土都可以直接用来制烧结砖的。

有的页岩也可以用来制烧结砖,是因为页岩是由远古时代的粘土经自然界长期物理成岩作用下形成的沉积粘土岩,它们的前身本来就是粘土,它们的矿物成分没有经过化学作用因而基本没有什么变化,所以经粉碎后可以当做粘土一样用来制砖。煤矸石是含有炭的页岩,其矿物成分和形成它的粘土相当,只不过夹杂一定量的有机炭成分,所以煤矸石破碎后也可以用来做砖。但如果是经自然界长期的物理和化学成岩作用形成的页岩(包括含炭的煤矸石),则不适宜制砖,因为有化学作用下原来的矿物会发生反应,形成新的含有较多为石灰石、方解石、白云石等新矿物,则对制砖不利。从这一点来讲,也不是所有的页岩或煤矸石都可以直接用来制烧结砖的,起码不能生产全煤石砖。

而粉煤灰则和粘土、页岩完全不同。它是煤炭经粉碎后,在锅炉内高温燃烧后的灰烬。粉煤灰的前身是煤炭,煤炭除含有有机炭外,也夹杂有一定量的粘土矿物与非粘土矿物,但经高温燃烧过程后,剩余的灰烬的成份则与其前身大不相同,和粘土的矿物成分则更不相同。粉煤灰中存在的晶体矿物主要是晶态莫来石和低温石英,很少有高岭石、伊利石等粘土矿物,而大量的是无定形玻璃体和有机碳。

成分

低温石英

莫来石

高铁玻璃体

低铁玻璃体

玻态SiO2

玻态Al2O3

均值

6.4

20.2

5.2

59.8

38.5

12.4

8.2

极值

1.1-15.9

11.3-29.2

0-21.1

42.2-70.1

26.3-45.7

4.8-21.5

1.0-23.5

注:还含有少量的其他矿物:赤铁矿、磁铁矿、无水石膏、偏高岭石、刚玉、金红石、方解石等

表1 粉煤灰原料的化学成分

我国31个电厂的35种粉煤灰矿物组成均值及范围(%) 因其矿物组成与粘土完全不同,所以用粉煤灰做原料烧结砖的机理,则与粘土烧结砖完全不同。

1.2 化学成分组成的特点 

大家都知道,适合烧结砖的粘土原料的化学成分有一定的基本要求(%):


SiO2

Fe2O3

Al2O3

CaO

MgO

SO3

K2O

NaO

烧矢量

适宜:

55~70

3~10

10~25

0~15

0~5

0~3

适量

适量

3~15

允许:

45~80

2~15

5~30

0~15

0~5

0~3

适量

适量

3~15

注:因生产制品不同具体要求有差异

表2 烧结砖粘土原料的化学成分

 而粉煤灰的化学成份的组成因各地煤种不同,燃烧条件不同而差异很大。

双鸭山东方工业公司实验室前后测定35个电厂的样品,结果如下(%):

成分

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

烧失量

发热量
(Kcal/kg)

S

均值(%)

45.7

22.17

6.89

2.41

1.25

16.65

1160

0.21

极值(%)

9.5~
64.23

5.52~
32.53

1.38~
24.84

0.56~
13.65

0.36~
2.25

3.08~
57.18

48~
4.18

0~
0.77

表3 35种粉煤灰化学成份组成均值及范围

 从上表可以看出粉煤灰化学成分组成级不均匀。其中SiO2含量在45%以下的占53%,Al2O3含量在5%以下的没有一列;Fe2O3在2%以下的仅一例。烧失量普遍较高,其中超过15%的占41%;发热量超过500Kcal/kg的占65%,而超过800Kca/kg的占50%。从而可以从SiO2含量低和发热量高(即含碳高)两方面即可判定所测定35个样品中至少有65%不适合用来生产全内燃粉煤灰烧结砖,甚至体积比占90%的高掺量粉煤灰烧结砖也不能适用。这是我们使用粉煤灰做为原料生产烧结砖应重视的问题。

1.3 粉煤灰做烧结原料的其他特点

1.3.1 粉煤灰因为没有粘土矿物成份,所以没有可塑性,并且陈化无效果。 

1.3.2 粉煤灰的颗粒各电厂均有不同,但都较粘土粗大,均匀。细度0.045mm筛余量>12%,但小于0.002mm的细小颗粒较少。有的粉煤灰还含有较大的炉渣; 

1.3.3 粉煤灰吸附自由水的能力很强,成型水份较高,但对塑性影响不大,但成型水分范围较窄,这是因为开口玻璃体、多孔玻璃体吸收,并储藏了许多水分。 

1.3.4 烧成温度较高,比一般粘土砖烧结温度高出100℃~200℃不等,并且烧成范围较窄,成品因有大量细孔结构现象,则容重轻,吸水率高,但强并不一定低。 

1.3.5 湿坯强度较低。干燥初期坯体升温脱水时,储藏在多孔玻璃内的自由态水和受热膨胀溢出,会使坯体强度更加变软而易造成混坯现象。 

1.3.6 粉煤灰中大多均含有硫,但多数为煤炭燃烧后固化残留下的非可燃硫(CaSO4,MgSO4等),即便显示含硫较高也不会在焙烧过程中产生SO2气体。因为CaSO4等在正常烧砖的焙烧温度下不易分解,只有在1200℃以上才会大量分解。

1.3.7 粉煤灰坯体易干燥,脱水快,干燥收缩小,不易干裂。

 2 粉煤灰烧结砖生产工艺的特点

当我们了解粉煤灰与粘土在物理性能、化学成份、矿物组成等方面的区别,知道它作为生产烧结砖的主要原料所具有的特点后,就很容易知道生产粉煤灰烧结砖工艺技术与生产粘土烧结砖工艺技术不同的特点:

2.1 粉煤灰制砖必须掺配的添加剂

全粉煤灰是不可能用来制砖的,必须掺配添加剂,这是众所周知的,但是大家只重视掺配具有增加塑性的胶结剂,有关这方面的论述、经验报道很多,均值得到我们借签参考,这里就不再赘述。但笔者认为除了增加塑性的胶结剂外,还须重视以下几种添加剂的掺配:

2.1.1 矿化剂

矿化剂是促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入的适量物质。因为粉煤灰中几乎不含粘土矿物,所含具有活性的物质为游离酸性SiO2和Al2O3,但莫来石中的SiO2 和Al2O3因其高温稳定性能而不会参与焙烧反应,因此粉煤灰中具有焙烧时形成新晶相的物质较少,不利于制品强度提高,需要增加适量的矿化剂。

2.1.2 助熔剂

因为粉煤灰中的主要成分是莫来石和各类玻璃体,耐火度都在达1600℃以上,不易熔融玻化,使得焙烧温度较高,因此需掺配适当的助熔剂。

2.1.3 聚凝剂

因为粉煤灰中多孔玻璃体能吸收大量自由水而影响湿坯强度,需在成型过程中添加适当聚凝剂。 

2.1.4 常用的添加剂很多都同时具有胶结剂、增塑剂、矿化剂、助熔剂和聚凝剂的作用,我们在只考虑胶结剂增塑剂的同时也兼顾到了矿化剂、助熔剂、聚凝剂的功效。从综合功效的解度考虑有条件的话粉煤灰掺配添加剂最好是选用含有较高粘土矿物(如蒙脱石、高岭石、伊利石等)的粘土、页岩,这些物料均同时具有很强增塑作用和矿化作用。另外常用的添加剂还有CaO(石灰膏)具有增塑、聚凝、助熔作用;Fe2O3具有助熔作用;FeO对石英转化起矿化作用;氧化硼可作为尖晶石合成时的矿化剂;铁钛化合物有助于莫来石晶体的生成。具体使用哪种添加剂,掺配量多少则需根据粉煤灰的物理化学性能来确定。比如:

2.1.4.1 烧热量大的粉煤灰必须掺配其它可用制砖的物料,这种粉煤灰同时表现为含碳量高、烧失量大,甚至不易生产高掺量的粉煤灰烧结制品(以体积比50%为界);

2.1.4.2 SiO2含量少于50%的必须掺配其他相应物料;一般不宜生产高掺量的粉煤灰烧结制品;

2.1.4.3 Al2O3含量少于10%的需掺配相应物料

2.1.4.4 粉煤灰颗粒较粗的需掺配颗粒细小的高塑性添加剂比如膨润土、水玻璃等并且不宜生产高掺量烧结制品;

2.1.4.5 一般Al2O3、SiO2、Fe2O3均含量较高,且含碳少、颗粒细的粉煤灰才可能用来生产高掺量烧结砖,不是所有的粉煤灰都能达到高掺量制砖的要求。相反,Al2O3、SiO2、Fe2O3含量越少、且含碳越多,颗粒越粗的粉煤灰掺配则越少。

2.2 粉煤灰烧结砖生产的工艺特点

我们根据粉煤灰的物理、化学性能特点后,并掺配了适当适量的添加剂后,就可掌握使用粉煤灰生产烧结砖的工艺技术特点:

2.2.1 原料加工处理方面

2.2.1.1 粉煤灰制砖必须掺配一种以上的其他物料混合,所掺配的各种物料除适当适量,还必须粉碎的颗粒越细越小越好。特别是高掺量粉煤灰掺配的添加剂,甚至有必要用磨机细磨。这是因为一定剂量添加剂,必须细磨后才有可能产生大量细小粒子,只有足够多的包裹在每一个粉煤灰粒子周围,然后经加水搅拌后才可能形成细小粘膜状,在成型时尽量将对粉煤灰颗粒粘结为一体,在焙烧时矿化或玻化将粉煤灰不易产生化学反应的颗粒固化在一起,最终可焙烧成高强度的合格烧结制品。

2.2.1.2 粉煤灰尽可能与各种细碎后的添加料拌合均匀,和所加的水分拌化均匀。由于粉煤灰容重较粘土、页岩、煤矸石轻许多,甚至比水还轻,它们之间的均化较为困难。目前尚未有单台机设备能达到多种物料理想均化的机器,一般工艺上均采用多台设备连续处理的办法,比如锤混机、搅拌机、轮碾机、圆盘筛式捏和机等。其中轮碾机,圆盘筛式捏和机的强制搅拌功能强,适用粉煤灰低容重物料和其他高容重物料的混合均化。

另外,如果生产用的是干粉煤灰的话(最好使用干灰,因干灰的活性物质较湿灰多),经细磨后的添加剂采用事先加水为浆或膏状(如水玻璃、石灰膏等)后再与粉煤灰搅拌均化的方法较好,这是因其加水后流动性增加而极易与粉煤颗料均匀混合,达到粉煤灰颗粒与掺配物颗料,与水都充分湿合均化。

2.2.1.3 粉煤灰掺量多时,其他添加剂量少且细磨后(如膨润土等)的混合料陈化效果不明显,工艺上可不建陈化库,设一较小容量的陈化仓即可。但掺配的粘土、页岩或煤矸石量较大,很难做到细磨时还是有建陈化库的必要。

2.2.2 成型方面

成型水分控制一是要准确;二是要稳定。因为粉煤灰为主的原料成型水分较大,成型水分范围较窄。

高掺量粉煤灰制品应选用挤出压力较大的真空挤砖机,但生产空心砖不易,生产较大孔洞率的空心砌块几乎不可能,一般多生产实心砖。较低掺量粉煤灰的制品,如果配料为粘土,则可选用挤出压力较低的真空挤砖机软塑成型;如果配料为页岩或煤矸石则应选用半硬挤出或硬挤出成型工艺。粉煤灰掺量较少时,生产空心砖相对不是很困难。

2.2.2.1 成型真空度在适宜的范围内尽可能高,以提高制品密实度和湿坯强度。但往往因成型含水量较高,真空度不易提高。

2.2.3 干燥方面

掺有粉煤灰的湿坯一般干燥较容易、脱水快、不产生裂纹。但配料为高敏感性的粘土等物料较多时也需慎重。

采用一次码烧工艺还是二次码烧工艺主要决定三点:一是成型湿坯强度,半硬挤出或硬挤出成型坯体强度较大时可采用一次码烧工艺,反之则应采用二次码烧工艺;二是粉煤灰的掺量,高掺量粉煤灰坯体适用二次码烧,较少掺 量粉煤灰坯体可能适用一次码烧;三是产品纲领,生产空心砖最好为二次码烧;而实心砖在确认湿坯强度足够可采用一次码烧。当采用一次码烧工艺时,一定要警惕干燥初期可能有坯体软化造成的塌垛危险。

2.2.3.1 因掺粉煤灰的坯体成型水分较高,高掺量的坯体成型水分则更高,干燥时脱水量较大。注意干燥室的设计、风机的选用等方面较通常不同,一般风机的风量和风压均应适量大些。

2.2.4 焙烧方面

掺有粉煤灰的坯体焙烧时烧结温度较高,并且烧成范围较窄。制品较轻,吸水率较高。如果混合料掺配适当,一般制品的强度可以很高。

2.2.4.1 窑炉一定要根据原料的特性,包括各种掺配料的性能,混合后混合料的各种物理化学性能,来请有经验的专业人员进行选型和设计。

2.2.4.2 针对粉煤灰烧结砖的焙烧特点,可以采用“低温长烧”技术:即在较低的烧成温度下,延长恒温焙烧时间,促使制品更多新晶体的形成和玻化物的形成,达到提高产品强度的效果。

2.2.4.3 干坯残余水分较高时不能入窑焙烧,并且干坯不易在室外较长时间停留,要及时进窑焙烧。因为粉煤灰烧结砖原料中的添加剂多为吸水性强的物质,长时间室外停留可能吸附空气中的水蒸汽(特别是雨季),会因干坯吸潮而造成制品细小网状裂纹等缺陷。

【文章作者:佚名】  【文章录入:admin    责任编辑:admin 】
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