煤矸石燒結(jié)空心磚技術(shù)分析及發(fā)展前景

文_朱靜 張永強(qiáng)

1.揚(yáng)州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校；2.江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院

1 煤矸石空心磚的特點(diǎn)

由于我國政策要求各大城市禁用實(shí)心黏土磚，因此多孔黏土磚以及廢渣磚成為現(xiàn)代建筑行業(yè)常用的建筑材料，同時(shí)要求行業(yè)要積極開發(fā)新型材料。煤矸石作為煤炭開發(fā)中產(chǎn)生的一種固體廢物，每年排放量超過1億t。該材料長期堆積不但占用土地資源，同時(shí)可能導(dǎo)致環(huán)境污染，因此需要思考煤矸石的合理利用，節(jié)省土地資源的同時(shí)創(chuàng)造新的價(jià)值。

1.1 降低建筑能耗

煤矸石空心磚是利用煤矸石燒制的一種磚，性能與黏土磚相同，甚至有部分性能優(yōu)于黏土磚。近年來研究發(fā)現(xiàn)煤矸石空心磚具有較好的使用性能，不但具有隔聲隔熱、保溫、防震的功效，同時(shí)抗壓強(qiáng)度高。更重要的是煤矸石空心磚使用的原材料為煤矸石，能夠節(jié)約大量資源，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。煤矸石空心磚的強(qiáng)度較高，大約為15MPa，同時(shí)具有較好的使用性能，其制成的墻體符合現(xiàn)代建筑的要求，能夠作為各種承重墻與非承重墻的施工材料，且由于孔洞率＞15%，因此具有較好的保溫性能，能夠進(jìn)一步減輕建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。此外，煤矸石空心磚與黏土磚相比，能夠減少20%砂漿的使用量，同時(shí)能夠減少運(yùn)輸費(fèi)用，提高施工效率，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

建筑能耗在社會(huì)能耗中占據(jù)較高的比例，因此建筑節(jié)能成為社會(huì)關(guān)注的重要問題。建筑能耗中主要以暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗最大，尤其是北方地區(qū)。為了進(jìn)一步降低建筑能耗，需要提高建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的效率，同時(shí)也要提高建筑的保溫性能，從而減少冷熱損失。煤矸石空心磚具有較好的保溫效果，同時(shí)煤矸石空心磚具有較高的熱阻，對(duì)于建筑節(jié)能具有積極影響，能夠進(jìn)一步提高墻體表面溫度的穩(wěn)定性，有助于改善室內(nèi)環(huán)境，提高室內(nèi)空間的舒適性。因此煤矸石空心磚可以作為墻體施工的首選材料。

1.2 節(jié)約土地資源

煤矸石空心磚與黏土磚相比，能夠減少煤矸石所占用的土地資源，同時(shí)能夠減少煤矸石堆積造成的環(huán)境污染；煤矸石空心磚制作相比于黏土磚來說，能夠有效提高生產(chǎn)效率，同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)成本，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。我國作為一個(gè)煤炭生產(chǎn)大國，煤矸石堆積量大，因此通過生產(chǎn)煤矸石空心磚能夠解決煤矸石堆積問題，能夠變廢為寶，合理利用資源，進(jìn)一步提高建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 煤矸石空心磚技術(shù)分析

2.1 原料性能

煤矸石空心磚制作工藝與一般的黏土磚相比有較大的不同，這主要是由于不同產(chǎn)地的煤矸石的成分存在較大的差異，從目前市場調(diào)查的情況分析，各地生產(chǎn)的煤矸石的理化性能基本能夠滿足煤矸石空心磚燒制的要求，但是仍有部分煤矸石無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

①燒結(jié)困難：部分煤矸石的礦物組成復(fù)雜，無法燒結(jié)。②發(fā)熱量過大：部分煤矸石原料的發(fā)熱量超標(biāo)，導(dǎo)致燒成周期較長，影響煤矸石空心磚質(zhì)量，尤其是保溫性能無法達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。③塑性低：部分煤矸石的塑性較低，無法成型，因此很難獲得合格的煤矸石空心磚。

總體來說，煤矸石空心磚的原料需要滿足以下幾方面要求

①化學(xué)性能：二氧化硅含量不能超過70%，否則會(huì)影響原料的塑性；三氧化二鋁含量在15%～25%，若超過這一標(biāo)準(zhǔn)會(huì)增加能耗，若低于這一標(biāo)準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的強(qiáng)度下降；三氧化二鐵含量在2%～8%，若超過或低于都會(huì)影響磚塊的外觀顏色；氧化鈣含量要低于2.5%，這主要是由于含量過高會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)困難甚至在燒結(jié)中變形；氧化酶含量要低于3%，若高于這一標(biāo)準(zhǔn)會(huì)影響煤矸石空心磚的質(zhì)量。②物理性能：為了便于原料處理，煤矸石的普氏硬度一般不超過4；煤矸石的顆粒越細(xì)，所生產(chǎn)的煤矸石空心磚質(zhì)量越高，這主要是由于物料顆粒越細(xì)，塑性越好，結(jié)合能力越高，并且能夠提高物料的均勻性，從而提高磚胚的密實(shí)度，加快燒結(jié)速度，分散有害雜質(zhì)，預(yù)防磚塊燒結(jié)過程中出現(xiàn)爆裂的情況，進(jìn)一步提高煤矸石空心磚的強(qiáng)度；煤矸石容易自燃，若發(fā)熱量過大，容易導(dǎo)致燒結(jié)的磚塊變形，或者是內(nèi)部?；潭炔蛔愕膯栴}，導(dǎo)致磚塊的強(qiáng)度下降。因此很多生產(chǎn)商采用數(shù)種不同的煤矸石混合制作，從而確保發(fā)熱量處于合適范圍內(nèi)。煤矸石粉碎處理之后獲得的物料加水之后能夠獲得一定的塑性，這主要與粉碎后的細(xì)度有關(guān)，最佳塑性在10～12，若不足6則很難成行，可以加入粘土或頁巖來提高塑性。煤矸石是由多種無機(jī)物組成的混合物，沒有明確的熔點(diǎn)，只有比較明確的融化范圍，為了確保煤矸石空心磚的生產(chǎn)效益，一般選擇熔點(diǎn)在1250℃的煤矸石作為生產(chǎn)原料。

2.2 煤矸石比例

可塑性較差的煤矸石在制作過程中基本無法成型，外觀粗糙且有斷裂的現(xiàn)象，隨著頁巖數(shù)量的增加，泥段的外觀以及質(zhì)量也有所提升，強(qiáng)度得到提升。一般情況下煤矸石的發(fā)熱量在1670～2500kJ/kg比較適合燒結(jié)，若熱量超過這一水平，不但會(huì)影響煤矸石空心磚的生產(chǎn)質(zhì)量，導(dǎo)致磚塊出現(xiàn)黑心、裂痕，且燒結(jié)時(shí)間增加，且燒結(jié)過程比較難控制，還會(huì)增加生產(chǎn)成本。

2.3 原料制備

原料塑性是一種綜合性的指標(biāo)，其性能對(duì)于胚胎的密實(shí)度有直接的影響，而塑性主要與煤矸石的細(xì)度有關(guān)，而煤矸石細(xì)度則與其干燥敏感系數(shù)、氣孔率、抗凍性能等因素有關(guān)。一般原料細(xì)度越高，粒度越小，制作的成品越好，能提高胚體的密實(shí)度、抗壓強(qiáng)度，在燒結(jié)過程中能夠提高反應(yīng)速度，同時(shí)有助于降低燒結(jié)溫度，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化原料的制備措施，進(jìn)一步提高其細(xì)度，從而提高煤矸石空心磚的生產(chǎn)質(zhì)量。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)度達(dá)到0.177mm之后，顆粒細(xì)度對(duì)于胚體可塑性的影響不明確，而對(duì)于生產(chǎn)成本來說，顆粒細(xì)度的提升會(huì)導(dǎo)致破碎成本的增加，因此實(shí)際生產(chǎn)中并不意味著越細(xì)越好，需要根據(jù)煤矸石的性能特點(diǎn)、粉碎機(jī)的性能以及產(chǎn)品的質(zhì)量來確定實(shí)際的原料細(xì)度，一般情況下在1～2mm即可。

煤矸石中由于存在石灰石、硫化鐵等有害物質(zhì)，當(dāng)原料中石灰石含量越高且粒度越大時(shí)，煤矸石空心磚的強(qiáng)度會(huì)因?yàn)槭覠Y(jié)中產(chǎn)生的爆裂現(xiàn)象而變差。當(dāng)石灰石粒徑較粗時(shí)，分解之后的氧化鈣顆粒越大，當(dāng)磚體受潮之后形成氫氧化鈣，會(huì)導(dǎo)致體積內(nèi)部膨脹過大，導(dǎo)致產(chǎn)品性能受到較大的影響。為了進(jìn)一步避免煤矸石中有害物質(zhì)的影響，需要有效控制燒結(jié)過程。雖然有研究指出當(dāng)煤矸石顆粒低于0.5mm時(shí)能夠基本避免石灰爆裂的問題，但是顆粒細(xì)度的增高會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)能耗的增大，因此從其他方面來進(jìn)一步規(guī)避這一問題。有研究指出通過延長煤矸石空心磚燒成時(shí)間，增加保溫時(shí)間，能夠進(jìn)一步減少石灰爆裂的情況發(fā)生，或者是將剛燒制成的煤矸石空心磚浸泡在水中能夠有效避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。為了進(jìn)一步測試上述兩種方法的效果，本次研究中通過實(shí)驗(yàn)室研究觀察發(fā)現(xiàn)第一種方法主要是通過延長燒結(jié)速率讓石灰與二氧化硅盡可能地結(jié)合，成品強(qiáng)度也相對(duì)提升，能夠有效抵抗石灰膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，進(jìn)一步減少磚塊裂縫的情況發(fā)生；而第二種方法僅適用于生產(chǎn)數(shù)量不高的生產(chǎn)線，不適用于大數(shù)量生產(chǎn)線，大數(shù)量生產(chǎn)線可以使用噴水澆濕的方法，能夠有效消解生石灰在水作用下產(chǎn)生的影響，減少石灰爆裂的情況發(fā)生，同時(shí)噴水還能夠減少磚塊裝卸過程中產(chǎn)生的粉塵，進(jìn)一步降低粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。此外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中還可以對(duì)原材料進(jìn)行挑揀，剔除石灰石含量大的煤矸石，從而有效減少石灰石含量。在實(shí)際生產(chǎn)之中需要采取多種措施來消除石灰石引起的爆裂問題，從而盡可能地提高生產(chǎn)效率，預(yù)防煤矸石空心磚質(zhì)量問題的發(fā)生。

3 煤矸石空心磚的發(fā)展前景

我國煤矸石累積堆放40億t，占地面積超過1萬公頃，且每年堆積數(shù)量不斷增多，是我國工業(yè)固體廢物中排放量的首位。煤矸石長期堆積不僅僅會(huì)占用土地面積，還會(huì)造成環(huán)境污染，對(duì)我國自然環(huán)境造成較大的威脅。煤矸石空心磚的推廣應(yīng)用不但能夠有效利用煤矸石，同時(shí)能夠節(jié)約資源，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的效果。煤矸石空心磚能夠轉(zhuǎn)廢為寶，進(jìn)一步降低燒結(jié)磚的生產(chǎn)成本，且其制作工藝相對(duì)比較簡單，通過不斷地優(yōu)化煤矸石空心磚技術(shù)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有較好發(fā)展前景。

4 結(jié)語

煤矸石空心磚具有多種優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)方面，能夠合理利用煤矸石，節(jié)約砂漿，生產(chǎn)效率高且成本低；在施工方面，能夠減少運(yùn)輸費(fèi)用，提高施工效率；在使用方面，具有較好的隔聲隔熱效果，提高建筑的舒適度。因此煤矸石空心磚目前在建筑行業(yè)中得到了推廣應(yīng)用，同時(shí)具有較高的發(fā)展前景。