利用劣质煤矸石生产烧结砖的特点

利用劣质煤矸石生产烧结砖的特点

王晋麟（山西建筑材料工业墙材协会，山西

太原

030013）

摘要：详细分析了利用劣质煤矸石生产烧结砖时在原料处理、原料性能测试、坯体成型、干燥焙烧时采取的应对措施。

关键词：劣质煤矸石；发热量；烧结砖；坯体成型

中图分类号：TU522.0

文献标识码：A

文章编号：1001-6945（2019）06-0031-04

Characteristicsofproducingfiredbricksbyusingcoalgangue

WANGJin-lin

Abstract:Thispaperanalyzesthecountermeasuresadoptedintherawmaterialprocessing,rawmaterialperfor⁃mancetest,greenbodymolding,dryandfiringwhenusingcoalganguetoproducefiredbricksindetail.KeyWords:coalgangue,calorificvalue,firedbrick,greenbodymolding

煤矸石虽然是煤炭生产加工过程产生的固体废

弃物，但还是有一定的利用价值，是可利用的再生资源。其中，发热量较高即含碳量高、灰分少的煤矸石可以当燃料使用，直接烧锅炉，用于发电；含高岭石矿物较多的煤矸石（即煤系高岭土）可以做生产水泥、陶瓷的原料，适量掺配使用，生产地聚水泥，有的品位高的还可以直接煅烧优质高岭土，用于造纸、纺织、涂料工业；含蒙脱石矿物多的煤矸石则有更多、更有价值的用途，可以用于石油开采，还可以用作土壤改良剂，提纯后可以制药、饲料等；含氧化铝多的煤矸石可以作为生产耐火材料的原料，可以生产氯化铝、硫酸铝，提炼氧化铝；含黄铁矿多的高硫煤矸石可以用于生产硫酸、硫酸铵等化工产品、复合肥料；用含方解石、石灰石等碳酸钙多的煤矸石可生产氧化钙，或者直接当石料用；含石英多的可以加工生产人工砂。凡是这些可利用价值较高的煤矸石，我们均可称为优质煤矸石。但是，不是所有的煤矸石都可以生产这些有较高价值的产品，更多的煤矸石因为所含可利用有价值的物质都较少，或开发加工成本太高等原因而不能被重视和充分利用，这些我们可称为劣质煤矸石。

对于这些没有其他更好用途、没人利用的劣质煤

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矸石，除了填坑铺路之外似乎就没有什么用途了，

有的填坑铺路都不能用，被遗弃堆积成矸石山，或被倒到深山沟里，造成严重的环境污染。其实，这些劣质煤矸石绝大部分都可以采用先进、科学、合理的工艺技术用来生产优质煤矸石烧结砖。

利用劣质煤矸石生产矸石烧结砖的要点：1首先对煤矸石进行化学、物理性能检测和烧结热工试验

不论什么原料，能不能做砖，都首先应该对该原料进行化学、物理性能检测和烧结热工试验，对劣质煤矸石更不能例外。主要检测的项目有化学成分组成、发热量、塑性指数、干燥敏感性系数、颗粒级配、硬度、干燥线收缩、焙烧线收缩、烧成温度、烧成温度范围、烧成后吸水率、石灰爆裂试验和泛霜试验等，必要时还需要检测它的矿物成分组成。通过分析检测和试验获得的数据，确定该煤矸石是否可以用于生产烧结砖；可以生产什么砖（实心砖、空心砖还是空心砌块等）；以及采用什么工艺、设备和什么窑炉来生产。只有各项检测参数和试验指标均在适当合理的范围之内，才可以考虑建厂使用。必要时，有条件的企业还因进行工业化试验（中试），切不可轻易盲目建厂生产。

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需要强调的是，在测定煤矸石的塑性指数时，需把全部试样破碎到1mm以下，然后用液塑限联合测定仪检测。因为同一种物料，颗粒的大小对该物料的塑性影响很大。例如某地的煤矸石，粉碎到1mm以下时测得的塑性指数是7.2，同样这种煤矸石粉碎到0.5mm时测定的塑性指数是11.2，差别很大。这是因为原材料颗粒愈细小，比表面积愈大，水对颗粒的结合力越大；加水后的泥料毛细管半径愈小，毛细管力增加，因此塑性增高。一般工业生产普通砖的原料粒度控制在2mm以下，实验室确定原料破碎颗粒1mm以下测定塑性指数，2mm比较接近实际生产时原料破碎控制到大控制到粒度时成型状态。如果实验室也把物料颗粒放2mm，容易造成测定仪平衡锥下落时被较大颗粒挡住受阻，影响测试结果不准。

另外，煤矸石发热量的测定方法目前没有国家标准，实际工作中都是按照按GB/T213-2003《煤的发热量测定方法》测定，但是煤矸石是低热值、灰分多、挥发分少的可燃物，在氧弹仪中的燃烧情况和煤的燃烧情况不同，表现为点燃不易和燃尽时间较长，试样量和燃烧时间都应该和煤样有区别。更不可用工业法测定，因为工业法是利用经验公式检测计算发热量的，公式很多，分别针对不同的煤种有相应不同的应用公式，而对煤的经验公式都不适用于煤矸石。2劣质煤矸石生产烧结砖的焙烧工艺特点2.1劣质煤矸石物理、化学性能测试

判断劣质煤矸石化学、物理性能检测和烧结热工试验的各项指标数值是否可以制砖。

判定方法基本和判断黏土、页岩制砖一样，但最主要的不同就是两类物料的发热量（或烧失量）差别很大。因煤矸石含有比黏土、页岩高许多的可燃煤炭，发热量较高，制成坯体入窑焙烧时，所含的可燃物，可以满足提供制品焙烧需要的热量，决定了生产工艺必须采用内燃焙烧工艺。

2.2劣质煤矸石发热量的测定及相应焙烧工艺

如果劣质煤矸石的化学成分和物理性能均适合制砖，那它的发热量就成为决定生产工艺技术的主要因素。当其低位发热量（下同）在400×4.17kJ/kg左右，比较适合生产全煤矸石、全内燃烧结砖，基本不需掺配其他物料和燃料。

如果发热量较高，则成为超内燃焙烧了，一般超内燃全煤矸石制砖原料的发热量最高为kg左右。对于这种超内燃焙烧，由于含有的煤炭过

600×4.17kJ/32

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技术交流多，则需要改变焙烧生产工艺，在严格控制焙烧温度

的同时，延长焙烧时间，把所含有的碳“慢慢”燃尽。这种延长焙烧时间的方法明显会降低窑炉的产量，那就可采用根据发热量超值的多少专门设计适当加长的焙烧隧道窑，按合理焙烧制度，把过多的燃料经过较长的隧道窑200m“慢慢”燃尽。有资料报道，石生产烧结砖。

长的隧道窑焙烧发热量为700×4.17kJ/kg国外有用的煤矸焙烧全内燃或超内燃的隧道窑要在窑头、窑尾均要设置两道窑门，并酌情设计安装余热回收系统（余热锅炉、余热发电等）、烟气再燃系统、增加烟气哈风调控系统、循环风系统、急冷助燃系统、窑外鼓风系统、窑底平衡降温系统、富余热量排放系统等。要能很好控制制品在较低温阶段燃烧和在烧成温度范围内将坯体内的过多可燃物缓慢燃尽，方能够确保生产优质产品（产品强度可达MU20以上）。

煤矸石发热量较高超内燃的制品焙烧时，内含的煤炭等可燃物在窑内燃烧时，产生的热量超过制品焙烧需要的热量。如果不及时将多余的热量抽取，窑内温度会很高，超过制品焙烧需要的合理的焙烧温度，制品会因过热过烧而严重玻化，轻者互相粘连，严重的会塌坯倒垛。所以，焙烧超内燃窑炉余热抽取系统需要设计配置较高，即抽取余热的位置相对要多，或换热面积要大；余热抽取热量要多，或换热效率要高，将多余的热量尽量及时抽取走，防止窑内过多的热量集聚而窑温过高。

全内燃煤矸石坯体码窑密度相对要稀，超内燃码窑则要更稀。比如拉大坯体与坯体之间的缝隙，加宽坯垛与坯垛之间的间隙等。除此之外，还可以根据具体情况采取每车或少码半垛、或少码一垛、或少码一排垛、或少码半车等，必要时甚至可以间隔几车进一辆空车，以防止窑内热量过多，保证窑内温度不要超高。

如果煤矸石发热量过低，还要采用全煤矸石、全内燃焙烧，则需在制坯原料中掺配适量原煤。如果是部分内燃焙烧，则可通过窑顶投煤孔适当补充投煤，但窑顶投煤会明显增加烟气颗粒物排放浓度，建议尽量不要采用窑外投煤方法。不过，一般发热量过低的煤矸石含有其他物质较多，大多都是优质煤矸石而被用于他用，大多轮不到砖厂做砖使用。

对于发热量过高的煤矸石，还可以先采取脱碳处理，使煤矸石脱碳后的发热量达到400×4.17kJ/kg左右，便可以直接生产全煤矸石烧结砖。

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技术交流煤面，a.煤矸石的脱碳处理方法：

筛选法。有的煤矸石中的较小颗粒多为小炭块、发热量较高；较大的颗粒多为矸石，很少有炭块，发热量较低。视具体情况选用适当筛孔的溜筛、滚筒筛或振动筛把发热量较小的颗粒筛分出去当作燃料使用，剩下的较大颗粒发热量较低矸石用作制砖原料使用。

不大，b.但明显可以看出有的是炭块，风选法。如果煤矸石中块状颗粒的大小差别有的是矸石，则可以采取风选法。因为颗粒大小相同的煤矸石容重较大，而炭块容重较小。在一定的风力吹拂下煤矸石下沉，炭块上飘可被风选分离出去。这样，原来煤矸石中的炭块和矸石风选开，下沉剩下的煤矸石少了炭块，发热量就会降低。

技术和装备，c.洗选法。采用类似选煤厂的淘汰法或重介法的将含有煤炭较多的煤矸石再洗选一次，洗选后的煤炭另做燃料使用，最后得到的煤矸石发热量会大大降下来。对煤矸石再次洗选时要将煤矸石颗粒破碎的相对小些。

炉，通过将煤矸石低温燃烧而脱碳，d.燃烧法。将煤矸石投入最高温度降低它的发热量。750℃的脱碳脱碳炉燃烧生产的热量可回收利用。2.3掺配其他原料

有条件的话可掺配适量可以用来制砖的、没有发热量的物料，比如页岩、黏土、河泥、垃圾土、过火自燃的煤矸石等，掺配混合到发热量400×4.17kJ/kg左右使用，解决发热量过高的问题。

3劣质煤矸石制砖坯体成型的特点

煤矸石多为块状岩石，一般可塑性指数都较低含有蒙脱石的例外），如果采用湿塑挤出成型较为困难时，可以通过以下几种办法提高原料可塑性，解决成型困难问题：

3.1提高煤矸石的破碎细度

生产普通砖需要把原料破碎到极限颗粒2mm以下，生产大孔洞率薄壁产品为1mm以下。可先选用粉碎机将煤矸石粉碎到最大粒度3mm～5mm，再过1mm～2mm孔径筛，将其中筛下的细料直接使用。筛上部分的大颗粒料再选用磨机细磨到0.5mm以下，与筛下细料混合使用，增加混合料中的细小颗粒。这样，通过细磨处理的只是部分原料，需要的细磨设备及总的煤矸石细磨处理量不是很大，但因增加了混合料中的细小颗粒，即可大大提高煤矸石混合料的塑性指数。

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3.2

选用硬挤出真空成型机

近几年我国砖瓦生产装备的技术、性能、质量都

发展很快，4.0MPa数较小的煤矸石可以选用适当的硬塑真空挤出成型以上，砖瓦成型真空挤出机挤出压力可以达到坯体成型水分可以低到12%。对塑性指设备，也可以生产高质量的坯体。3.3掺配塑性高的物料

有条件的话，可适量掺配塑性高的物料，比如淤泥、页岩、黏土等。这是简单、经济、有效提高物料塑性的措施。但在对多种物料掺配混合使用时，一是要掺配比例合理恰当，计量准确；二是要保证各种物料混合均匀，特别是容重差别较大的多种物料混合，除使用搅拌机等常用设备外，还应考虑使用轮碾机、圆盘筛式挤料机等强制混合揑练设备。3.4泥料蒸汽加热挤出成型

在真空挤出成型之前的泥料搅拌机上增加蒸汽加热系统对进入成型砖机之前的泥料加热。加热后的泥料塑性可明显提高，不但能保证成型坯体外观和内在质量，还可以降低挤出机负荷，缩短湿坯干燥时间，降低干燥耗能。蒸汽可通过安装在在隧道窑上的余热锅炉获得。用加热水搅拌泥料挤出成型也行，但热水比蒸汽热焓低得多，加的多了坯体成型水分高，坯体湿强度低；加得少了坯体温度不高，效果不明显。3.5对泥料两次真空练泥处理

在泥料进入真空挤出成型砖机之前，将泥料输送入真空练泥机（真空搅拌挤出机）先进行一次抽真空捏练，然后再输送到真空砖机挤出成型。经过多次抽真空处理的泥料塑性可提高，挤出成型的坯体密度增大，湿坯强度提高，外观质量明显提高。4一次码烧工艺和“烟热分离”码烧工艺

生产全煤矸石优质烧结砖，最好选择干燥室和焙烧窑单独分设的“烟热分离”码烧工艺技术，便于生产当中分别调整和控制坯体的干燥过程和焙烧过程，可避免制品产生裂纹等缺陷，保证产品质量。

全内燃煤矸石烧结砖选用一次码烧工艺，坯体多层叠压码垛，易在叠压层面产生黑斑压花，严重影响产品外观质量。除采用“低温慢烧”工艺外，可在湿坯码垛之前往坯体顶面上撒一层薄砂，增加坯体叠摞之间的空隙，便于空气流通而减轻压花产生。坯体顶面撒砂的方法还可以减轻砖坯的粘连。也可以改坯体立着码垛为卧着码垛，使压花产生在坯体钢丝切割的大面上，保证条、顶面没有压花而不影响使用外观。

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5

劣质煤矸石砖常见质量缺陷

技术交流减轻或杜绝泛霜现象。5.3内部“黑心”

内燃砖打开断面，中间一般都是黑色的，煤矸石砖更是明显。造成的原因一个是焙烧温度及焙烧时间都不够，焙烧欠火，砖坯内部所含燃料没有燃尽。另一个原因是焙烧带升温较快，表层过早烧结，空气进不去砖坯内部缺氧但高温“过火”燃烧，砖坯内氧化物多生成低价铁而显黑色。可通过控制升温速度、延长低温焙烧时间等措施，使窑内空气充分进入坯体，坯体内外的可燃物尽量足氧燃烧，可减少过火黑心砖，杜绝欠火黑心砖。6小结

总之，利用劣质煤矸石替代黏土、页岩等受保护的资源，采用我们已经掌握的成熟的生产工艺技术生产煤矸石烧结砖，能够生产达到或超过国家标准GB/T5101《烧结普通砖》、GB13544《烧结多孔砖和多孔砌块》各项质量指标的优质烧结砖。可实现大量处理煤矸石，并且不产生尾料、废渣等二次固体废弃物；可实现废弃资源有价值、高效综合利用，彻底消除煤矸石对环境的污染，值得我们大力推广。

收稿日期：2019-4-25

劣质煤矸石往往含有许多对制砖有害的物质，极

易造成产品质量的缺陷，常见的有：5.1石灰爆裂

因为煤矸石中含有方解石、石灰石等碳酸钙矿物，制成的坯体在窑内焙烧后，这些矿物成生石灰（CaO）,随制品出窑后吸收空气中的水分生成熟石灰Ca(OH)2,同时体积剧烈膨胀而破坏砖体。对这种煤矸石原料需粉碎到粒径小于2mm以下，并且把刚出窑产品立即饱和浸水，即可有效防止制品石灰爆裂，保证优质产品质量。5.2制品泛霜

煤矸石窑炉的产品泛霜，多为煤矸石中含硫物质和一些金属氧化物在焙烧过程中反应生成的硫酸镁、硫酸钠等可溶盐，吸水后溶解，又在干燥过程中随水分移到砖表面，水分蒸发后在砖表面析出结晶物，形成一层白色粉末，影响产品外观。并且可溶无机盐脱水结晶过程会体积膨胀，给砖建筑砌体造成一定的损害。对此，可通过强化原料粉碎，提高原料细度和适当延长焙烧及保温时间，使可溶无机盐生成不溶于水的硅酸盐，或把可溶无机盐“烧死”而不易溶水析出，

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