专利名称：以煤矸石为结合剂的高掺量粉煤灰烧结砖工艺的制作方法
技术领域：
本发明是以火力发电厂粉煤灰为主要材料，以煤矸石为结合剂的高掺量粉煤灰烧结砖生产工艺，属于废渣综合利用及墙体材料技术领域。
粉煤灰是火力发电厂排放的一种工业废渣，是粉煤进入锅炉燃烧室后，在急速、短暂的高温(1400℃)作用下，发生脱水、排气、氧化燃烧、相变熔融等多种物理化学变化后形成的，主要矿物组成为硅酸盐玻璃相、莫来石和石英，这些矿物对烧结制品的物理性质和力学强度、耐久性等性能有着决定的影响。由于粉煤灰是粒径很小的硅铝质玻璃空心球体，在制砖成型过程中呈球形堆积，本身无塑性，当焙烧时，从常温加热到1000℃时，球体未发生变化，其化学、矿物组成也无变化。从1100℃起，球体开始收缩熔融。因而，做为粘结粉煤灰的结合剂的作用是在粉煤灰球体尚未熔融收缩时产生硅酸盐液相和隐晶质莫来石而充填于球形堆积的粉煤灰颗粒之间的间隙，并把粉煤灰微粒包囊，与其表面发生一系列高温物理化学反应形成稳定的、具有高强度的硅酸盐玻璃相和莫来石相固体桥，将粉煤灰颗粒连结，使得坯体致密，强度增加。因此，合理选择结合剂并确定其用量是生产粉煤灰烧结砖的关键。结合剂应满足以下要求一是常温时结合剂要与粉煤灰微粒表面具有良好的物理吸附和化学亲合作用。
二是中温下结合剂仍能较好地粘结粉煤灰微粒，使坯体强度不降低或有所提高。
三是高温下应性能稳定，能比常温和中温时更好地粘结粉煤灰微粒并能生成稳定的有较高强度的硅酸盐玻璃相和莫来石相。
四是便于就地取材，价格低廉，使烧结砖成本合理。
关于高掺量粉煤灰制砖，已有许多人从事了这一课题的研究，取得了很大的进展，但所取成果得于广泛推广使用者很少，其原因关键是由于所选取的结合剂来源和成本所限，使制造成本大幅度增加，或是工艺方案选择而使一次性建厂投资大，超出企业的承受能力。中国专利局1996年5月8日公布的CN1121902A无粘土粉煤灰烧结砖及其制法中记载，粉煤灰掺量80-97％，钙质膨润土3-20％，压制成型为坯体，这种工艺对原料要求高，制备工艺复杂，压机笨重庞大，控制、监控技术复杂，烧结温度高，粉煤灰及结合剂之间是多点接触，且粉煤灰掺量大，结合剂掺量少，而导致物料颗粒不能埋置于粘结材料的连续网状结构中。在烧结过程中结合剂不能很好的粘结粉煤灰微粉，影响硅酸盐玻璃相和莫来石相固体桥的形成，经过实践证明，其生产的烧结砖质量难以保证其物理性能和强度，且成品表面光洁，在建筑施工中影响砖和砂浆的粘结亲合，因此，此技术不易推广。
国家专利局1997年12月17日公开的CN11676A号专利资料记载了一种高掺量粉煤灰粘土烧结砖的生产工艺，其粉煤灰掺加量一般为60-85％，粘土15-40％，并指出，对粉煤灰和粘土均无特殊要求，也不需加入无机或有机粘结剂，可生产普通砖及各种规格的空心砖。这种提法不现实，之所以用粘土做结合剂，主要是由于粘土具有可塑性和可烧结性，取决于粘土的矿物组成的化学组成及加工过程中的各种工艺措施。由于产地、产状不同，杂质种类和数量也不一，可塑性范围差异很大，塑性指数从1到20之间不等，其矿物组成和化学成分变化也较大，粉煤灰由于煤质的不同，其质量也存在差异，只强调工艺制作而忽视粉煤灰和结合剂质量的提法是不现实的，没有合适的原料，再好的工艺设备也不可能生产出好的产品。
目前，粉煤灰烧结砖技术往往是选用与现行砖瓦行业的生产方式大同小异的工艺路线，即
由于高掺量粉煤灰烧结砖的生产具有自身的特殊性，传统的生产方式不能完全适应，原料处理是提高坯体干燥、烧成的关键。双轴搅拌机和双轴搅拌挤出机(真空砖机上级)在国内制砖工艺路线中应用比较广泛，是工艺线必备的设备，起到原料加水、增塑搅拌作用，但从使用效果上，原料处理的并不理想，因而挤出的坯体内在质量和外观质量差，废品率高，很难生产出高质量的烧结制品。因此，也就不能用此工艺来处理高掺量粉煤灰砖的原料，为适应高掺量粉煤灰烧结砖的生产，就需开发适应于高掺量粉煤灰烧结砖生产自有特色的工艺装备技术。
本发明提出一种以煤矸石为结合剂的高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术，现述如下1.物料配比粉煤灰50-80 煤矸石20-50 粘土0-20分散剂0-0.4 铁粉0-42.原料要求粉煤灰化学成分SiO250-80％ Al2O35-25％ Fe2O32-15％CaO 0-15％ MgO 0-5％ SO30-3％ Loss 3-15％细度0.008方孔筛余＜20％含水率＜18％煤矸石为泥质页岩煤矸石，细磨，比表面积≥3600cm2/g粘土化学成分SiO255-70％ Al2O315-20％ Fe2O32-8％ CaO＜1O％MgO＜3％ 有机物2.5-14％W塑≥12分散剂Na2CO3或其他铁粉Fe2O3≥36％。
3、结合剂制备要求磨细后的煤矸石塑料性指数大于12％，可单独做结合剂，若塑性指数≤12％，可加粘土和分散剂搭配使用。结合剂的塑性指数要≥12。高掺量粉煤灰烧结砖工艺路线如下
→真空挤出→切条→切坯→余热微波干燥→焙烧→成品工艺装备技术特征如下1、粉煤灰、煤矸石、粘土要符合原材要求2、各种原材料均以干基重量比用微机系统配料，由供料仓定量下落到皮带运输机上，进入混料机均化。
3、均化设备选用搅拌挤碾混泥机，该机主要有受料、喷水、搅拌、挤出、挤碾五部分组成。在搅拌槽入口处装有受料斗，在受料斗四侧分别装有喷嘴，当配好的物料经皮带输送机的送料端抛入加料斗时，喷嘴则根据物料流量和水份而定量空中喷水，原料受水量均匀。喷水量由微机配料系统控制。搅拌部分是由一根轴和若干把搅拌刀与搅拌槽组成，搅拌刀为长短两组，双螺旋反向排列。当搅拌刀做回转运动时，能使原料形成的泥流混在一起，相互融合交替运动，在移动中混合，并不断打破泥料间的平衡，自然填充搅拌刀运动轨迹所出现的空间，相互混合，上下左右翻腾，同时沿着槽长方向向前移动，搅拌均匀，效果好。单轴挤出部分由一组变径变距绞刀、挤碾刀和孔模板组成，孔模板孔呈扇形，内外两弧同绞拌轴同心，左右两边为绞拌轴外套园的切线，孔模板空心部分占有效部分的0.618。孔模板还具有随着物料挤切而自动切粒的功能，经搅刀的挤压、揉搓以及挤碾刀和孔模板相对运动对泥料的剪切、揉搓、挤碾成粒，使物料更均匀、密实，使粉煤灰颗粒埋置于结合剂材料的连续网状结构中，增加物料颗粒之间的亲合力，使塑性大大提高，利于缩短陈化时间。
4、将均化后的混合料放置陈化库(仓)内陈化6-12小时。
5、强力剪切混练，陈化后的混合料塑性虽有所提高，仍需进一步混练。本工艺选用强力剪切练泥机混练。该设备的特征是充分利用螺旋向相反和螺旋深浅的变化而使物料在运动中遭到强烈的剪切、翻动从而受到强烈揉搓、挤辗、均化的效果，进一步提高物料塑性的效果。
6、真空挤出，对现行的真空挤泥机进行改造，将上级双轴搅拌挤出机构改为单轴双线螺旋剪切挤碾碎粒机构，进一步增加物料间的亲合力，增大泥料的比表面积，便于抽去真空；下部结构改为长轴、变螺距绞刀，增加挤辗揉搓力，使材料进一步细化密实利于成型。
7、余热微波烘干，由挤泥机挤出的泥条经切坯、切条、分坯后，直接进入余热微波干燥室干燥，该系统的工艺特点是利用烧结冷却阶段排放的余热和微波进行干燥，砖坯单层放置。干燥时间为2-4小时，使水分降到5％左右。
8、干燥后的砖坯送入焙烧窑中焙烧，高温时1000℃±50℃。
本发明的优点和效果1、大量利用粉煤灰和煤矸石，可使废渣掺加量达80％以上，变废为宝，减少环境污染。
2、结合剂材料价廉易取；3、将剪切挤辗原理应用到均化、练泥、送料、挤出等物料处理的各个环节，能使物料得到更好的揉搓、捏合和挤辗，大幅度提高混合料的可塑性，解决了多种原料配比后的混合均化的难题。
4、利用余热微波单层快速干燥技术干燥砖坯，能充分利用焙烧过程中的余热，减少砖坯内部的温度、湿度梯度，使砖坯干燥均匀利于烧成。时间可缩短，仅为通常干燥工艺的1/4-1/6，所耗能量费用可降低50％，可大大减少有害物质的排放量，利于环境保护。
5、能充分利用粉煤灰和煤矸石的发热量，使砖坯内燃，节约能源。
6、该系统可减少设备，降低功率消耗，有利于机械化和自动化操作，减少土地占用，节约投资和生产费用。
实施例取一组组合物泥质页岩煤矸石23％，粘土4.6％，铁粉2％，粉煤灰70％，分散剂(Na2CO3)0.4％，其各组分的化学成分和理化性能分别为
粉煤灰化学成分SiO250.46％，Al2O321.36％，Fe2O39.49％，CaO 9.33％，MgO 1.68％，SO30.65％，Loss 4.61％；细度0.008方孔筛余16％；含水率9.5％。
煤矸石为泥质页岩煤矸石，细磨，比表面积3800m2/g。
粘土化学成份SiO269.83％，Al2O311.76％，Fe2O35.61％，CaO 4.15％，MgO 1.79％，有机物4.35％；W塑＝13。
分散剂Na2CO3纯度92％。
铁粉FeO338％。
将以上各组物料按比例掺配后，加水至20％，用搅拌挤碾混泥机混料均化，陈化8小时，用强力剪切混料机混练造粒，真空挤出成型，经余热微波干燥3小时，使水份降到5％，再经轮窑焙烧即制成高掺量的粉煤灰烧结砖。
权利要求
1.一种以煤矸石为结合剂的高掺量粉煤灰烧结砖工艺，是用粉煤灰加结合剂经搅拌、陈化、混练、挤出、切坯、干燥、焙烧而制成，其特征在于粉煤灰烧结砖的材质构成是一组按一定比例配伍的，以粉煤灰为主要材料，以煤矸石为结合剂的组合物，其组合物中各物质的化学成分和理化性能都符合规定的标准，然后按以下的工艺路线进行，即粉煤灰、结合剂——按比例掺配——混合均化——陈化——强力剪切混炼——真空挤出——切条——切坯——余热微波干燥——焙烧——成品。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰烧结砖工艺，其特征在于以粉煤灰为主要原料，以煤矸石为结合剂的结合物的成分和配比是粉煤灰50-80％ 煤矸石20-50％ 粘土0-20％分散剂0-0.4％ 铁粉0-4％
3.根据权利要求1所述的粉煤灰烧结砖工艺，其特征在于组合物中各物质的化学成分和理化性能的标准是粉煤灰化学成分SiO250-80％ Al2O35-25％ Fe2O32-15％ CaO 0-15％MgO 0-5％ SO30-3％ Loss 3-15％细度0.008方孔筛余＜20％含水率＜18％煤矸石为泥质页岩煤矸石，细磨，比表面积≥3600cm2/g粘土化学成分SiO255-70％ Al2O315-20％ Fe2O32-8％ CaO＜10％MgO＜3％ 有机物2.5-14％W塑≥12分散剂Na2CO3或其他铁粉Fe2O3≥36％
4.根据权利要求1所述的粉煤灰烧结砖工艺，其特征在于其陈化时间为6-12小时。
5.根据权利要求1所述的粉煤灰烧结砖工艺，其特征在于在切条、分坯后，湿坯直接进入余热微波干燥室干燥，干燥时间为2-4小时，水份降至5％左右。
6.根据权利要求1所述的粉煤灰烧结砖工艺，其特征在于砖坯的干燥采用微波干燥技术。
全文摘要
一种以煤矸石为结合剂的高掺量粉煤灰烧结砖工艺,是以粉煤灰为主要材料,以煤矸石为结合剂的一组组合物,其中各物质的化学成分和理化性能都规定在一定标准内,然后按照比例掺配—混合物化—陈化—强力剪切混炼—真空挤出—切条—切坯—干燥—焙烧—成品的工艺路线,制做粉煤灰烧结砖。本发明具有粉煤灰利用率高,结合剂材料价廉易取、成品强度高、充分利用余热、节约能源、利于环保、节约投资和降低生产费用的特点。
文档编号C04B18/12GK1246460SQ9912160
公开日2000年3月8日 申请日期1999年10月8日 优先权日1999年10月8日
发明者曹务顺, 陈美涛, 周凯升, 任思涛, 吕英来, 朱士振 申请人:山东省济宁鲁西实业总公司