【应知应会】烧结砖原料的基础知识(上)

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一、常见的烧结砖原料及烧结砖原料的物理性能:

烧结砖原料有很多种,如现在较常用的原料有:黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰、尾矿、淤泥、建筑垃圾等。要想深层次对原料的了解,掌握原料的技术重点,都要从它的物理性能、化学原理去认识它、掌握它。只有掌握原料的内在性质,才能知道什么原料适应烧成合格产品。

 1.1煤矸石

煤矸石为伴生废石。在掘进开采洗煤过程中排出的固体废物。是碳质、泥质和砂质页岩混合物,具有低发热值。含20%~30%有些含腐殖酸中国历年已积存煤矸石约1000Mt,并且每年仍继续排放约100Mt,不仅堆积占地,而且还能自燃污染空气或引起火灾。

煤矸石排量很大,一般为煤碳贮量的15~20%。例如一个年产100万吨的煤矿,每年排出矸石量约为15~20万吨,那么这种数量可供一个年产7000万块标砖(若生产自保温砌块可达15000万块折标砖)使用量。用煤矸石做原料制砖,其发热量除能满足本身烧结的需要外,一般还可利用其余热干燥砖坯及加热锅炉使用等,大大节约热原用煤。我国各地矸石的物理、化学性能差别很大,煤矸石的种类也很多。有泥质矸石,砂岩质矸石,又有多年风化的陈矸石和刚开采新矸石;从颜色上看有白矸、灰矸、黑矸和红矸(过火矸石);地域不一样矸石的硬度也不同,有的硬度(莫氏硬度f)2~3称为软质页岩(矿物抵抗外来机械作用(刻划,***,研磨)的能力,称为硬度!通常用摩氏硬度表示,需要指出的是,摩氏硬度只是相对等级,并不是硬度的绝对数值!1°-滑石    2°-石膏  3°-方解石  4°-萤石  5°-萤灰石  6°-正长石  7°-石英  8°-黄晶   9°-刚玉  10°-金刚石),有的硬度为(f)4~5称为硬质页岩。发热量也高低不一,少的每公斤有200多千卡,多的达1000~2500千卡,粉碎后塑性指数低的5~7,高的可达18左右,自然含水率低的4~5%,高的达20%。

1.2粉煤灰:从煤粉炉烟气中收集的灰分称为粉煤灰。它是火力电厂等燃煤粉炉排的废料,堆放这些工业废料,需要占地,严重影响环境卫生,粉煤灰颗粒小(一般80微米方孔筛筛分余量小于8%),利用它掺和制砖可以减少破碎工序,节省劳力,是制砖的一种好原料。粉煤灰的化学成份,基本上接近制砖的粘土成份,它含的氧化铝氧化镁的含量略高,它的具体成分随原煤种类有很大关系,变化较大。粉煤灰有不同的排出方式,一般分为湿排干排两种。湿排的粉煤灰必须经过脱水处理,将水份降低到25%以下,然后才能使用,各地粉煤灰的发热量很不一样,一般在1000千卡/公斤以下,较差的只有200~300千卡/公斤。粉煤灰的颗粒可分为粗、中、细三类,粗灰经4900孔筛余量在40%以上;中灰经4900孔筛余量在20%~40%;细灰经4900孔筛余量为20%以下。粉煤灰的颗粒越细越可多掺配使用,如混合料能允许掺配50%的细灰时,改用中粒灰只能掺配45%左右,而改用粗灰时只能掺配40%左右。粉煤灰基本上无塑性,所以一般都要与粘土、页岩、煤矸石等粘结料掺和使用,才能生产烧结砖。经掺配后的粉煤灰混合料,为了使粉煤灰有较高的掺配量,要求混合料中粘结剂的可塑性尽可能要高一些,粉碎后的颗粒尽可能细一些。除对其可塑性,颗粒度及发热量等另有要求外,其它性能均应符合制砖的各项技术指标要求。

我国电厂粉煤灰化学组成 %

成分

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Na2O

K2O

烧失量

范围

34.3~65.76

14.59~40.12

1.50~6.22

0.44~16.80

0.20~3.72

0.00~6.00

0.10~4.23

0.02~2.14

0.63~29.97

均值

50.8

28.1

6.2

3.7

1.2

0.8

1.2

0.6

7.9

1.3

页岩是一种沉积岩,成分复杂,但都具有薄页状或薄片层状的节理,主要是由黏土沉积经压力和温度形成的。***含杂质(K2O、NaO、CaO、Fe2O3等)较多,外观有青灰,深红,黑,绿等颜色。其矿物类型为石英粉砂岩,长石(SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O Na2O粉砂岩等。页岩是生产烧结砖比较好的一种原料,它的化学成份一般与粘土相近,页岩的硬度一般为普氏硬度系数(f)1.5~3(软质),但也有结构致密性,为普氏硬度系数4~5(硬质),甚至更高,页岩粉碎后的粒度要求在2.5毫米以下,物料粒度越细,塑性越好,烧成制品致密高,强度也越高。



根据形成***时沉积情况的不同,页岩的塑性指数范围在5~23,有的页岩的塑性指数甚至超出了这一范围。故有的页岩实际上是不能作为烧结砖的原料的。页岩原料的干燥敏感性的高低,表现为多种多样的形式。通常用干燥敏感性系数来衡量,它的范围一般在0.4-1.6之间,对于有些塑性非常高的页岩来说,它的干燥敏感性系数可能更高。页岩的干燥线收缩率,根据其种类不同也有很大的变化,其变化范围在2.5%-10%。

1.4塑性指数

液限、液性指数(不叫液限指数)以及塑限、塑性指数在土力学中是评价粘性土的主要指标。  同一种粘性土随其含水量的不同而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。原料由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限;由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限。土的塑限和液限都可通过试验得到。塑性指数和液性指数可以根据土的塑限和液限通过计算求得:  
   塑性指数=液限含水量-塑限含水量;

液性指数(IL)=(土的天然含水量-塑限含水量)÷塑性指数。  
    根据塑性指数可以对
粘性原料进行分类;根据液性指数可以判断原料物理状态,原料的液性指数越小,土越硬,如下:  
  液性指数IL的范围决定原料的软硬状态  

   IL0 坚硬  
   0< IL0.25 硬塑  
  0.25< IL0.75 可塑  
  0.75
1 软塑  
  IL>1 流塑

塑性指数是评价制砖原料的一项重要参数,在制砖行业,塑性是指粘土和水的混合物在它的最大稠度时能够被挤压成型并在解除压力后能保持成型后形状的一种能力。这种能力的大小以塑性指数来表示。高的塑性指数虽有利于挤出成型,但干燥和焙烧时容易产生裂纹;塑性指数偏低,虽有利于干燥和焙烧,但又会给成型带来困难。如果塑性指数低于7,不仅挤出成型困难,制品的强度也较低。

一般来说,适合做砖的原料的塑性指数一般为7~15。制品的孔洞率越高,孔型越复杂、壁越薄,成型时需要的塑性指数也越高。在我们制砖行业常用的原料中粘土的塑性指数较高。有的可达25以上,煤矸石较低,有时还不到7,页岩居中,常为7~18,粉煤灰5-9。

收缩率:1)干燥收缩:坯体在干燥过程中,由于水分蒸发、,颗粒自然靠拢,体积收缩,是所谓干燥收缩。

2)、烧成收缩:焙烧时,由于所发生的一系列物理、化学变化及原料中某些物质的烧失,成品不仅比砖坯轻了,体积也略有收缩叫烧成收缩。

干燥敏感系数:干燥过程中,在坯体中水分逐渐被蒸发的同时,体积也逐渐缩小。由于坯体内、外的干燥速度和收缩速度总是外快内慢,即表层已经干燥开始收缩,而内部还“原封不动”,一旦其收缩的数量超过了泥料的弹性系数(1~2%),必将“胀裂”坯体表面,产生网状裂纹,这叫泥料的干燥敏感性,并以干燥敏感系数来表示,干燥敏感系数越大,坯体在干燥过程中产生裂纹的威胁也越重,当干燥敏感系数小于1时,干燥过程中的问题较小,一旦干燥敏感系数大于2,其在干燥过程中产生裂纹的危险性也就十分严重了,必须加瘦化原料来降低干燥敏感系数。 

式中:

G0:指坯体干透后的重量;

G1:指坯体成型时的重量;

G2:指坯体干燥收缩停止时的重量;

1.5制砖原料的物理性能和颗料级配

颗料组成:或称颗粒级配。尽管原料粒度越细,其表面积越大,水份渗透越好,原料的塑性也越好。但实践证明制砖原料绝不是越细越好。因为,全是太细的原料不利于制品的干燥和焙烧,不同粒度的原料在制品中所起的作用是不一样的;粒径小于0.05mm的粉料称塑性颗粒,用于产生成型所需要的塑性。这些细小的颗粒必须是具有粘性黏土、页岩、煤矸石或其它材料。否则,比如河沙(纯si02),粉磨得再细,也是没有塑性的。其次是粒径为0.05~1.2mm的部份叫填充料的颗粒,其作用是控制产品所发生的过度的收缩、裂纹及在塑性成型时给予坯体一定的强度。至于粒径为1.2~2mm的粗颗粒,在坯体中起到骨架作用,有利于干燥时排出坯体中的水分。空心砖生产原料颗粒不能大于2mm。

合理的颗粒组成是生产好的烧结制品的关键,一般来说合理的原料级配为:塑性颗粒占35~50%;填充性颗粒占20~65%;粗颗粒<30%,绝不允许有大于3mm的颗粒。因为大的颗粒不仅会降***品的强度,还会因收缩不匀而产生干燥裂纹。

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