煤矸石燒結空心磚技術分析及發展前景

文_朱靜 張永強

1.揚州高等職業技術學校；2.江蘇城鄉建設職業學院

1 煤矸石空心磚的特點

由于我國政策要求各大城市禁用實心黏土磚，因此多孔黏土磚以及廢渣磚成為現代建筑行業常用的建筑材料，同時要求行業要積極開發新型材料。煤矸石作為煤炭開發中產生的一種固體廢物，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，同時可能導致環境污染，因此需要思考煤矸石的合理利用，節省土地資源的同時創造新的價值。

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，甚至有部分性能優于黏土磚。近年來研究發現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，同時抗壓強度高。更重要的是煤矸石空心磚使用的原材料為煤矸石，能夠節約大量資源，具有較高的經濟效益。煤矸石空心磚的強度較高，大約為15MPa，同時具有較好的使用性能，其制成的墻體符合現代建筑的要求，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，能夠進一步減輕建筑暖通空調系統的負荷。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，同時能夠減少運輸費用，提高施工效率，具有較好的應用價值。

建筑能耗在社會能耗中占據較高的比例，因此建筑節能成為社會關注的重要問題。建筑能耗中主要以暖通空調系統能耗最大，尤其是北方地區。為了進一步降低建筑能耗，需要提高建筑暖通空調系統的效率，同時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，同時煤矸石空心磚具有較高的熱阻，對于建筑節能具有積極影響，能夠進一步提高墻體表面溫度的穩定性，有助于改善室內環境，提高室內空間的舒適性。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，同時能夠減少煤矸石堆積造成的環境污染；煤矸石空心磚制作相比于黏土磚來說，能夠有效提高生產效率，同時節約生產成本，具有更高的經濟效益。我國作為一個煤炭生產大國，煤矸石堆積量大，因此通過生產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，進一步提高建筑行業的經濟效益。

2 煤矸石空心磚技術分析

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地的煤矸石的成分存在較大的差異，從目前市場調查的情況分析，各地生產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際生產的需求。主要表現在以下幾方面：

①燒結困難：部分煤矸石的礦物組成復雜，無法燒結。②發熱量過大：部分煤矸石原料的發熱量超標，導致燒成周期較長，影響煤矸石空心磚質量，尤其是保溫性能無法達到相應的標準。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化學性能：二氧化硅含量不能超過70%，否則會影響原料的塑性；三氧化二鋁含量在15%～25%，若超過這一標準會增加能耗，若低于這一標準會導致產品的強度下降；三氧化二鐵含量在2%～8%，若超過或低于都會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導致燒結困難甚至在燒結中變形；氧化酶含量要低于3%，若高于這一標準會影響煤矸石空心磚的質量。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，所生產的煤矸石空心磚質量越高，這主要是由于物料顆粒越細，塑性越好，結合能力越高，并且能夠提高物料的均勻性，從而提高磚胚的密實度，加快燒結速度，分散有害雜質，預防磚塊燒結過程中出現爆裂的情況，進一步提高煤矸石空心磚的強度；煤矸石容易自燃，若發熱量過大，容易導致燒結的磚塊變形，或者是內部玻化程度不足的問題，導致磚塊的強度下降。因此很多生產商采用數種不同的煤矸石混合制作，從而確保發熱量處于合適范圍內。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度有關，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物組成的混合物，沒有明確的熔點，只有比較明確的融化范圍，為了確保煤矸石空心磚的生產效益，一般選擇熔點在1250℃的煤矸石作為生產原料。

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象，隨著頁巖數量的增加，泥段的外觀以及質量也有所提升，強度得到提升。一般情況下煤矸石的發熱量在1670～2500kJ/kg比較適合燒結，若熱量超過這一水平，不但會影響煤矸石空心磚的生產質量，導致磚塊出現黑心、裂痕，且燒結時間增加，且燒結過程比較難控制，還會增加生產成本。

2.3 原料制備

原料塑性是一種綜合性的指標，其性能對于胚胎的密實度有直接的影響，而塑性主要與煤矸石的細度有關，而煤矸石細度則與其干燥敏感系數、氣孔率、抗凍性能等因素有關。一般原料細度越高，粒度越小，制作的成品越好，能提高胚體的密實度、抗壓強度，在燒結過程中能夠提高反應速度，同時有助于降低燒結溫度，因此需要進一步優化原料的制備措施，進一步提高其細度，從而提高煤矸石空心磚的生產質量。

通過實驗發現，當細度達到0.177mm之后，顆粒細度對于胚體可塑性的影響不明確，而對于生產成本來說，顆粒細度的提升會導致破碎成本的增加，因此實際生產中并不意味著越細越好，需要根據煤矸石的性能特點、粉碎機的性能以及產品的質量來確定實際的原料細度，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，當原料中石灰石含量越高且粒度越大時，煤矸石空心磚的強度會因為石灰燒結中產生的爆裂現象而變差。當石灰石粒徑較粗時，分解之后的氧化鈣顆粒越大，當磚體受潮之后形成氫氧化鈣，會導致體積內部膨脹過大，導致產品性能受到較大的影響。為了進一步避免煤矸石中有害物質的影響，需要有效控制燒結過程。雖然有研究指出當煤矸石顆粒低于0.5mm時能夠基本避免石灰爆裂的問題，但是顆粒細度的增高會導致生產成本以及生產能耗的增大，因此從其他方面來進一步規避這一問題。有研究指出通過延長煤矸石空心磚燒成時間，增加保溫時間，能夠進一步減少石灰爆裂的情況發生，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象的發生。為了進一步測試上述兩種方法的效果，本次研究中通過實驗室研究觀察發現第一種方法主要是通過延長燒結速率讓石灰與二氧化硅盡可能地結合，成品強度也相對提升，能夠有效抵抗石灰膨脹產生的應力，進一步減少磚塊裂縫的情況發生；而第二種方法僅適用于生產數量不高的生產線，不適用于大數量生產線，大數量生產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生的影響，減少石灰爆裂的情況發生，同時噴水還能夠減少磚塊裝卸過程中產生的粉塵，進一步降低粉塵爆炸的風險。此外，在實際生產過程中還可以對原材料進行挑揀，剔除石灰石含量大的煤矸石，從而有效減少石灰石含量。在實際生產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效率，預防煤矸石空心磚質量問題的發生。

3 煤矸石空心磚的發展前景

我國煤矸石累積堆放40億t，占地面積超過1萬公頃，且每年堆積數量不斷增多，是我國工業固體廢物中排放量的首位。煤矸石長期堆積不僅僅會占用土地面積，還會造成環境污染，對我國自然環境造成較大的威脅。煤矸石空心磚的推廣應用不但能夠有效利用煤矸石，同時能夠節約資源，達到保護環境的效果。煤矸石空心磚能夠轉廢為寶，進一步降低燒結磚的生產成本，且其制作工藝相對比較簡單，通過不斷地優化煤矸石空心磚技術，進一步提高產品質量，具有較好發展前景。

4 結語

煤矸石空心磚具有多種優點，在生產方面，能夠合理利用煤矸石，節約砂漿，生產效率高且成本低；在施工方面，能夠減少運輸費用，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中得到了推廣應用，同時具有較高的發展前景。