煤矸石制砖工艺的探讨

吴智勇

摘要：煤矸石是一种固体废弃物，占地面积巨大，对周围环境造成严重影响。为了改善这种情况，对废物进行再次利用是一个很好的选择。煤矸石可以转化为建筑材料，煤矸石制成的矸石砖硬度高于普通石砖。本文对这项工艺进行了研究。

关键词：煤矸石制砖；工艺；要点

前言

煤矸石是采煤过程中开掘的岩石和选煤过程中洗排出来矸石的总称。煤矸石任意堆放不仅对周围环境造成污染，还影响居民身体健康。采煤产生的大量废弃物煤矸石排放和堆放问题更严峻。目前针对煤矸石资源化利用的研究很多，其中煤矸石制砖消耗废渣量大，是主要利用手段之一。煤矸石制砖多为烧结砖，强度较高，但制砖过程浪费能源，环境污染大，且工作环境恶劣。

1煤矸石硬塑挤出成型制砖的技术分析

1.1原料制备把好关

原料的质量直接决定了接下来矸石砖成型后的硬度，对于煤矸石的成分分析来看，其中包含的成分种类复杂，有些元素对于生产矸石砖的硬度有着很大程度上的提升，但同样有些元素会在一定程度上影响成型之后的矸石砖硬度。其中在原材料上把控的关键在于选择不同成分的煤矸石经过科学比例的制定后混搅，经过不断的实验和科学的分析之后，发现在煤矸石颗粒的不同重量上混入比例都有一定的要求。在煤矸石粉碎粒度的控制上不能让其超过3mm，大部分的粒度应该控制在1mm以下。除此之外，在矸石砖的制作过程中还需要添加适量的水分，而水分的比例同样有着一定的要求，经过研究表明水量的比例应该控制在10％-14％之间，在这个条件下生产出来的矸石砖在硬度上有着很好的保障。

1.2坯体成型是关键

在原材料选择好之后，接下来就是让矸石砖的坯体成型，同样的坯体成型的过程中也需要添加适量的水分，而在水分的添加上主要有两个方面，第一是在物料投入的过程中，第二是经过原料的处理而形成湿坯的过程中也需要添加适量的水分，第一个过程中添加的水分比应该控制在13％以下，第二个过程中添加的水分比应该控制在11％-13％之间。在湿坯成型的步骤上做好科学合理能够在很大程度上提高接下来成型矸石砖的硬度，同样的这也是整个制砖过程的关键之处。

1.3把握好烧结过程

在矸石砖烧结的过程中最为主要的就是控制好烧结过程中的温度，除了干燥窑的热风温度上需要得到控制之外，在矸石砖烧成的过程中同样需要控制好温度。首先在干燥窑的热风温度上应该控制在120℃左右，这样能够保证坯体在干燥的过程中得到适宜的把控条件，在矸石砖烧成的过程中需要把温度控制在高于1000℃±10℃的环境下，保证烧结的过程矸石砖充分的成型。

2创新发展的思考

2.1原料

2.1.1不能烧结的煤矸石。这种原料单纯从化学和物理成分上分析，很难判断是否适应全煤矸石制砖，必须进行烧成试验。如山西某矿煤矸石的化学成分和物理性能初步试验没有多大问题，但在烧结试验中出现了不烧结现象，即使烧成温度达到1200℃也不能烧结，烧后的产品强度没有干坯强度高。试验证明，当煤矸石中氧化钙含量超过2％，粒径大于2mm，硫化铁含量超过3％，粒径大于2.5mm时，就会使制品结构破坏。应在选择原料时，尽量避免上述情况或者掺入其他原料对其原料组分比例加以改变。

2.1.2发热量过大的煤矸石。一般情况下，全煤矸石烧砖，采取人工干燥时，每千克制品热量不超过1.67×106J（400kcal）为宜；采取自然干燥时，每千克制品热量不超过1.17×106J（280kcal）为宜。如果煤矸石的热量超过指标，就会加长烧成周期，降低劳动生产率，出现砖面黑心、压花过重的现象，使产品质量受到影响，特别是抗冻性能难达到要求，影响产品外观。再就是窑炉设计因排放超余热量而复杂化，生产调试时间加长，难度增加，有时直接影响窑炉的使用寿命。

2.1.3低塑性煤矸石。塑性指标是煤矸石制砖挤出成型的主要指标，对于砂岩性质的煤矸石，特别是风化性能差的低塑性煤矸石，就无法挤出成型。虽然我国制砖机压力和真空度提高较快，但煤矸石原料缺乏基本的黏性，就是勉强成型，也很难保证外观质量。

2.2产品

利用煤矸石生产实心砖不是未来产品的发展方向，从建筑节能的角度考虑也不宜发展煤矸石实心砖。煤矸石烧结制品的发展方向应该是多孔、节能、高强、装饰。多孔与节能紧密相关，合理的孔型设计会较大程度地改善产品的热工性能。在某种意义上讲，合理的孔型排布设计比单纯提高孔洞率更为重要。例如，产品外形尺寸均为240mm×240mm×115mm的两种多孔砖，一种为3孔，3孔的空心砖孔洞率为52％；另一种为13孔，孔洞率为47％。13孔砖导热系数仅为0.399W/（m·K），而3孔空心砖导热系数为0.672W（/m·K），两者相差甚大，说明13孔砖热工性能明显优于3孔砖。只要孔型和孔型布局设计合理，就能达到建筑节能的要求。高强与装饰密切相关。强度指标是保证烧结煤矸石砖在建筑结构中安全使用的重要参数。从砌体强度指标计算公式看，确定砌体轴心抗压强度的重要依据是砂浆和砖的强度，适当提高煤矸石多孔砖强度，有利于大幅度提高砌体强度。黑龙江省双鸭山市煤矸石空心砖厂生产多孔砖强度等级一直稳定在15MU以上，砌体抗压强度试验值比设计规范标准值高出120％。20世纪90年代末期在双鸭山建起的13层煤矸石多孔砖砖混结构住宅楼，其层数设计比规范规定层数高出了5层，创出了我国多孔砖砖混建筑最高楼层。如果没有煤矸石多孔砖的高强度，13层的砖混结构也无法实现。煤矸石多孔砖的强度对建筑清水墙体的美化装饰效果有一定的影响，一般情况下，强度高的多孔砖耐久性好。清水墙多孔砖外露在大气中，对耐久性指标要求更高。用煤矸石做成的清水墙多孔砖，不但具有良好的装饰效果，而且可显著降低墙体造价。煤矸石烧结制品的多孔、节能、高强和装饰特点，使产品具有了承重、保温隔热和建筑墙体装饰的复合功能，这也是煤矸石砖未来创新发展的重要方向。

2.3工艺流程

随着码放湿坯的窑车不断地从窑尾推入，窑内的每一个窑车依次地朝窑头的方向推进一个车位，窑车上所装载的砖坯经过预热带预热干燥后在烧成带被高温焙烧，直至烧结完毕再送入冷却带中与大量低温气体接触，此过程中烧结品温度逐渐降低，最终完成整个焙烧过程。内燃式烧结砖通常采用煤粉为燃料，参杂在生砖坯内的煤粉经过烧成带时燃烧释放出大量热量，促使砖坯性质发生改变，从而完成焙烧过程。而外燃式隧道窑通过控制天然气、燃油等燃料的燃烧在烧成带形成一个温度场，砖坯在其中完成烧结。

结束语

煤矸石作为煤矿产煤的废弃物对周边的环境有着很大的影响，煤矸石的堆放也占据了不少空间。利用煤矸石全硬塑制砖技术能够很好的做到废物利用，在制砖的过程中需要严格把控好各个生产工艺的适宜条件，这样才能保证矸石砖的生产质量。

参考文献：

[1]吴红，孔德顺，张绪勇，等.六盘水矿区煤矸石理化特性及热活化研究[J].硅酸盐通报，2016,35(11):3814-3818.

[2]许红亮，程维高，武予宁，等.煤矸石烧结砖厂废气凝结物的研究[J].环境工程，2015,31(1):77-80.

[3]方家溪．烧砖隧道窑监控系统开发及焙烧过程优化操作指导方法研究[D]．南宁：广西大学，2012