利用煤矸石生產(chǎn)建筑材料及其對(duì)性能特性的分析

摘 要：作為采煤與選煤過(guò)程之中的拋棄物，對(duì)煤矸石進(jìn)行長(zhǎng)期堆放，不僅會(huì)占用大量土地從而造成土地資源的浪費(fèi)，還可能對(duì)水質(zhì)以及大氣等造成污染。對(duì)煤矸石進(jìn)行回收利用，利用煤矸石進(jìn)行建筑材料的生產(chǎn)，可以有效地控制土地資源的浪費(fèi)，還能夠造福于生態(tài)環(huán)境，并且能夠產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。本文將對(duì)煤矸石的化學(xué)成分進(jìn)行分析，并著重探討煤矸石在生產(chǎn)建筑材料之中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤矸石；建筑材料；燒制磚；水泥

中圖分類號(hào)：TU521 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）11-0200-01

1 煤矸石的組成以及分類

要想對(duì)煤矸石進(jìn)行再利用，就必須要對(duì)煤矸石的組成以及化成成分進(jìn)行充分的了解和分析，只有這樣做才能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤矸石科學(xué)合理的利用。在通常情況下，煤矸石主要被分為煤巷矸、井研巷矸、洗選矸、剝離矸和自燃矸六大種類。

若按照巖石內(nèi)的礦物成分對(duì)煤矸石進(jìn)行分類，則煤矸石主要有高嶺石泥巖、伊利石泥巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖等。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中高嶺石泥巖以及伊利石泥巖主要可以用于生產(chǎn)多孔燒結(jié)磚、建筑陶瓷、含鋁精礦等。石灰?guī)r主要可以用于生產(chǎn)膠凝材料或是改善土壤性質(zhì)的石灰等。而砂質(zhì)泥巖和砂巖則可以用以生產(chǎn)碎石片以及混凝土中的骨料等。

通過(guò)對(duì)煤矸石中硅鋁（SiO2，Al2O3）等化學(xué)成分的比例的確定，也可以區(qū)分各種煤矸石之間的用處。在采用硅鋁比的情況下，可將煤矸石分為三個(gè)等級(jí)。

根據(jù)煤矸石中碳的含量的差異，也可以對(duì)煤矸石進(jìn)行分類：第一類，碳的含量小于4%；第二類，碳的含量在4%～6%之間；第三類，碳的含量在6%～20%；第四類，碳的含量大于20%。第一類與第二類煤矸石主要可用于混凝土骨料或是回填礦區(qū)的采空區(qū)等，而第三類可以被用于生產(chǎn)磚或水泥等建筑材料。

煤矸石中的硫的含量，也是對(duì)煤矸石進(jìn)行分類的重要指標(biāo)之一。根據(jù)硫含量可以將煤矸石分為四類：第一類，硫的含量小于0.5%；第二類，硫的含量在0.5%～3%之間；第三類，硫的含量在3%～6%之間；第四類，硫的含量超過(guò)6%。對(duì)于第四類煤矸石，可以對(duì)其中的硫精礦進(jìn)行處理回收。

2 煤矸石生產(chǎn)建筑材料的性能特性和技術(shù)要求

2.1 利用煤矸石燒制磚

由于我國(guó)大部分的煤矸石主要成分為粘土礦物，因而在制磚方面，煤矸石有很大的用武之地。在采用煤矸石制磚時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其物化性質(zhì)而確定。

煤矸石磚的燒制程度和質(zhì)量直接受到煤矸石內(nèi)化學(xué)成分的影響，表1是燒結(jié)磚對(duì)于煤矸石原料化學(xué)成分的要求。

SiO2作為一種在砂質(zhì)巖石以及泥質(zhì)巖中的一種瘦化劑，可以有效地將煤矸石內(nèi)泥料的塑性進(jìn)行降低，從而減少磚胚在燒制過(guò)程中的收縮作用。SiO2在焙燒的過(guò)程中，多次發(fā)生晶體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生的體積膨脹率為0.2%～14.7%，致使制品發(fā)生體積變化，進(jìn)而產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)SiO2含量超過(guò)了75%時(shí)，應(yīng)力引起制品的力學(xué)強(qiáng)度降低，特別是抗折強(qiáng)度降低顯著，同時(shí)在胚體進(jìn)入高溫段（>870℃）時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，從而嚴(yán)重影響制品的質(zhì)量[1]。因而，在對(duì)煤矸石進(jìn)行燒制之前，應(yīng)當(dāng)選用SiO2含量在55%～70%的為佳。

Al2O3通常是以一種鋁酸鹽礦物的形式存在于煤矸石之中，這種煤矸石主要包含了高嶺石以及伊利石。此種鋁酸鹽礦物能在煤矸石之中起到一種塑化劑的作用，可以有效地提高煤矸石的塑性指數(shù)，從而對(duì)胚體的強(qiáng)度能有一定程度的保障。但是當(dāng)鋁酸鹽的含量在超過(guò)了35%的時(shí)候，燒制品會(huì)出現(xiàn)欠火的現(xiàn)象。因此，在對(duì)煤矸石進(jìn)行燒制之前，應(yīng)當(dāng)選用Al2O3含量在15%～25%的為佳。

2.2 利用煤矸石生產(chǎn)水泥

煤矸石在水泥的生產(chǎn)之中，其本身就可以代替粘土而作為水泥的熟料進(jìn)行使用，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用之中，通常會(huì)用煤矸石作為早強(qiáng)水泥的原料或是以自然煤矸石作為熟料水泥的生產(chǎn)原料。

由于煤矸石的化學(xué)成分與粘土較為相近，但是混合煤矸石以及洗煤矸石在實(shí)際應(yīng)用上仍有差別。在選用煤矸石時(shí)，由于洗煤矸石普遍存在著Al2O3含量較高的現(xiàn)象，為了避免在熟料中形成大量的鋁酸三鈣，因此應(yīng)當(dāng)在配料的過(guò)程中摻入適量的石膏以及螢石復(fù)合礦化劑等降低鋁酸三鈣的含量，以提高熟料的質(zhì)量。表2為粘土與混合煤矸石和洗煤矸石的化學(xué)成本的比較。

在運(yùn)用煤矸石代替粘土燒制水泥熟料時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重選料以及配料的問(wèn)題，選料和配料一定要使所配生料的化學(xué)成分與各率值滿足生產(chǎn)水泥熟料的要求[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)每年通過(guò)采煤選煤而排棄的煤矸石大概在1.4億t左右，通過(guò)對(duì)煤矸石進(jìn)行回收并用于建筑材料的生產(chǎn)之中可以有效地在避免環(huán)境污染的同時(shí)，還能產(chǎn)生良好的社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)煤矸石在建筑材料的生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行推廣，有著良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭家惠.利用頁(yè)巖和煤矸石生產(chǎn)燒結(jié)多孔磚[J].磚瓦，2010（5）.

[2] 陳士香.用煤矸石代替粘土配料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料[J].水泥，2010（3）.

作者簡(jiǎn)介：陳立東（1973-），男，漢族，山西太原人；哈爾濱建筑大學(xué)本科畢業(yè)（學(xué)士），沈陽(yáng)建筑大學(xué)在職研究生畢業(yè)（取得碩士學(xué)位）。山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院任教，職稱：講師。研究方向：建筑材料、施工管理等。