專利名稱：以煤矸石為結(jié)合劑的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是以火力發(fā)電廠粉煤灰為主要材料，以煤矸石為結(jié)合劑的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚生產(chǎn)工藝，屬于廢渣綜合利用及墻體材料技術領域。
粉煤灰是火力發(fā)電廠排放的一種工業(yè)廢渣，是粉煤進入鍋爐燃燒室后，在急速、短暫的高溫(1400℃)作用下，發(fā)生脫水、排氣、氧化燃燒、相變?nèi)廴诘榷喾N物理化學變化后形成的，主要礦物組成為硅酸鹽玻璃相、莫來石和石英，這些礦物對燒結(jié)制品的物理性質(zhì)和力學強度、耐久性等性能有著決定的影響。由于粉煤灰是粒徑很小的硅鋁質(zhì)玻璃空心球體，在制磚成型過程中呈球形堆積，本身無塑性，當焙燒時，從常溫加熱到1000℃時，球體未發(fā)生變化，其化學、礦物組成也無變化。從1100℃起，球體開始收縮熔融。因而，做為粘結(jié)粉煤灰的結(jié)合劑的作用是在粉煤灰球體尚未熔融收縮時產(chǎn)生硅酸鹽液相和隱晶質(zhì)莫來石而充填于球形堆積的粉煤灰顆粒之間的間隙，并把粉煤灰微粒包囊，與其表面發(fā)生一系列高溫物理化學反應形成穩(wěn)定的、具有高強度的硅酸鹽玻璃相和莫來石相固體橋，將粉煤灰顆粒連結(jié)，使得坯體致密，強度增加。因此，合理選擇結(jié)合劑并確定其用量是生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚的關鍵。結(jié)合劑應滿足以下要求一是常溫時結(jié)合劑要與粉煤灰微粒表面具有良好的物理吸附和化學親合作用。
二是中溫下結(jié)合劑仍能較好地粘結(jié)粉煤灰微粒，使坯體強度不降低或有所提高。
三是高溫下應性能穩(wěn)定，能比常溫和中溫時更好地粘結(jié)粉煤灰微粒并能生成穩(wěn)定的有較高強度的硅酸鹽玻璃相和莫來石相。
四是便于就地取材，價格低廉，使燒結(jié)磚成本合理。
關于高摻量粉煤灰制磚，已有許多人從事了這一課題的研究，取得了很大的進展，但所取成果得于廣泛推廣使用者很少，其原因關鍵是由于所選取的結(jié)合劑來源和成本所限，使制造成本大幅度增加，或是工藝方案選擇而使一次性建廠投資大，超出企業(yè)的承受能力。中國專利局1996年5月8日公布的CN1121902A無粘土粉煤灰燒結(jié)磚及其制法中記載，粉煤灰摻量80-97％，鈣質(zhì)膨潤土3-20％，壓制成型為坯體，這種工藝對原料要求高，制備工藝復雜，壓機笨重龐大，控制、監(jiān)控技術復雜，燒結(jié)溫度高，粉煤灰及結(jié)合劑之間是多點接觸，且粉煤灰摻量大，結(jié)合劑摻量少，而導致物料顆粒不能埋置于粘結(jié)材料的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。在燒結(jié)過程中結(jié)合劑不能很好的粘結(jié)粉煤灰微粉，影響硅酸鹽玻璃相和莫來石相固體橋的形成，經(jīng)過實踐證明，其生產(chǎn)的燒結(jié)磚質(zhì)量難以保證其物理性能和強度，且成品表面光潔，在建筑施工中影響磚和砂漿的粘結(jié)親合，因此，此技術不易推廣。
國家專利局1997年12月17日公開的CN11676A號專利資料記載了一種高摻量粉煤灰粘土燒結(jié)磚的生產(chǎn)工藝，其粉煤灰摻加量一般為60-85％，粘土15-40％，并指出，對粉煤灰和粘土均無特殊要求，也不需加入無機或有機粘結(jié)劑，可生產(chǎn)普通磚及各種規(guī)格的空心磚。這種提法不現(xiàn)實，之所以用粘土做結(jié)合劑，主要是由于粘土具有可塑性和可燒結(jié)性，取決于粘土的礦物組成的化學組成及加工過程中的各種工藝措施。由于產(chǎn)地、產(chǎn)狀不同，雜質(zhì)種類和數(shù)量也不一，可塑性范圍差異很大，塑性指數(shù)從1到20之間不等，其礦物組成和化學成分變化也較大，粉煤灰由于煤質(zhì)的不同，其質(zhì)量也存在差異，只強調(diào)工藝制作而忽視粉煤灰和結(jié)合劑質(zhì)量的提法是不現(xiàn)實的，沒有合適的原料，再好的工藝設備也不可能生產(chǎn)出好的產(chǎn)品。
目前，粉煤灰燒結(jié)磚技術往往是選用與現(xiàn)行磚瓦行業(yè)的生產(chǎn)方式大同小異的工藝路線，即
由于高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)具有自身的特殊性，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不能完全適應，原料處理是提高坯體干燥、燒成的關鍵。雙軸攪拌機和雙軸攪拌擠出機(真空磚機上級)在國內(nèi)制磚工藝路線中應用比較廣泛，是工藝線必備的設備，起到原料加水、增塑攪拌作用，但從使用效果上，原料處理的并不理想，因而擠出的坯體內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量差，廢品率高，很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的燒結(jié)制品。因此，也就不能用此工藝來處理高摻量粉煤灰磚的原料，為適應高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)，就需開發(fā)適應于高摻量粉煤灰燒結(jié)磚生產(chǎn)自有特色的工藝裝備技術。
本發(fā)明提出一種以煤矸石為結(jié)合劑的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚工藝技術，現(xiàn)述如下1.物料配比粉煤灰50-80 煤矸石20-50 粘土0-20分散劑0-0.4 鐵粉0-42.原料要求粉煤灰化學成分SiO250-80％ Al2O35-25％ Fe2O32-15％CaO 0-15％ MgO 0-5％ SO30-3％ Loss 3-15％細度0.008方孔篩余＜20％含水率＜18％煤矸石為泥質(zhì)頁巖煤矸石，細磨，比表面積≥3600cm2/g粘土化學成分SiO255-70％ Al2O315-20％ Fe2O32-8％ CaO＜1O％MgO＜3％ 有機物2.5-14％W塑≥12分散劑Na2CO3或其他鐵粉Fe2O3≥36％。
3、結(jié)合劑制備要求磨細后的煤矸石塑料性指數(shù)大于12％，可單獨做結(jié)合劑，若塑性指數(shù)≤12％，可加粘土和分散劑搭配使用。結(jié)合劑的塑性指數(shù)要≥12。高摻量粉煤灰燒結(jié)磚工藝路線如下
→真空擠出→切條→切坯→余熱微波干燥→焙燒→成品工藝裝備技術特征如下1、粉煤灰、煤矸石、粘土要符合原材要求2、各種原材料均以干基重量比用微機系統(tǒng)配料，由供料倉定量下落到皮帶運輸機上，進入混料機均化。
3、均化設備選用攪拌擠碾混泥機，該機主要有受料、噴水、攪拌、擠出、擠碾五部分組成。在攪拌槽入口處裝有受料斗，在受料斗四側(cè)分別裝有噴嘴，當配好的物料經(jīng)皮帶輸送機的送料端拋入加料斗時，噴嘴則根據(jù)物料流量和水份而定量空中噴水，原料受水量均勻。噴水量由微機配料系統(tǒng)控制。攪拌部分是由一根軸和若干把攪拌刀與攪拌槽組成，攪拌刀為長短兩組，雙螺旋反向排列。當攪拌刀做回轉(zhuǎn)運動時，能使原料形成的泥流混在一起，相互融合交替運動，在移動中混合，并不斷打破泥料間的平衡，自然填充攪拌刀運動軌跡所出現(xiàn)的空間，相互混合，上下左右翻騰，同時沿著槽長方向向前移動，攪拌均勻，效果好。單軸擠出部分由一組變徑變距絞刀、擠碾刀和孔模板組成，孔模板孔呈扇形，內(nèi)外兩弧同絞拌軸同心，左右兩邊為絞拌軸外套園的切線，孔模板空心部分占有效部分的0.618。孔模板還具有隨著物料擠切而自動切粒的功能，經(jīng)攪刀的擠壓、揉搓以及擠碾刀和孔模板相對運動對泥料的剪切、揉搓、擠碾成粒，使物料更均勻、密實，使粉煤灰顆粒埋置于結(jié)合劑材料的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，增加物料顆粒之間的親合力，使塑性大大提高，利于縮短陳化時間。
4、將均化后的混合料放置陳化庫(倉)內(nèi)陳化6-12小時。
5、強力剪切混練，陳化后的混合料塑性雖有所提高，仍需進一步混練。本工藝選用強力剪切練泥機混練。該設備的特征是充分利用螺旋向相反和螺旋深淺的變化而使物料在運動中遭到強烈的剪切、翻動從而受到強烈揉搓、擠輾、均化的效果，進一步提高物料塑性的效果。
6、真空擠出，對現(xiàn)行的真空擠泥機進行改造，將上級雙軸攪拌擠出機構(gòu)改為單軸雙線螺旋剪切擠碾碎粒機構(gòu)，進一步增加物料間的親合力，增大泥料的比表面積，便于抽去真空；下部結(jié)構(gòu)改為長軸、變螺距絞刀，增加擠輾揉搓力，使材料進一步細化密實利于成型。
7、余熱微波烘干，由擠泥機擠出的泥條經(jīng)切坯、切條、分坯后，直接進入余熱微波干燥室干燥，該系統(tǒng)的工藝特點是利用燒結(jié)冷卻階段排放的余熱和微波進行干燥，磚坯單層放置。干燥時間為2-4小時，使水分降到5％左右。
8、干燥后的磚坯送入焙燒窯中焙燒，高溫時1000℃±50℃。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果1、大量利用粉煤灰和煤矸石，可使廢渣摻加量達80％以上，變廢為寶，減少環(huán)境污染。
2、結(jié)合劑材料價廉易??；3、將剪切擠輾原理應用到均化、練泥、送料、擠出等物料處理的各個環(huán)節(jié)，能使物料得到更好的揉搓、捏合和擠輾，大幅度提高混合料的可塑性，解決了多種原料配比后的混合均化的難題。
4、利用余熱微波單層快速干燥技術干燥磚坯，能充分利用焙燒過程中的余熱，減少磚坯內(nèi)部的溫度、濕度梯度，使磚坯干燥均勻利于燒成。時間可縮短，僅為通常干燥工藝的1/4-1/6，所耗能量費用可降低50％，可大大減少有害物質(zhì)的排放量，利于環(huán)境保護。
5、能充分利用粉煤灰和煤矸石的發(fā)熱量，使磚坯內(nèi)燃，節(jié)約能源。
6、該系統(tǒng)可減少設備，降低功率消耗，有利于機械化和自動化操作，減少土地占用，節(jié)約投資和生產(chǎn)費用。
實施例取一組組合物泥質(zhì)頁巖煤矸石23％，粘土4.6％，鐵粉2％，粉煤灰70％，分散劑(Na2CO3)0.4％，其各組分的化學成分和理化性能分別為
粉煤灰化學成分SiO250.46％，Al2O321.36％，F(xiàn)e2O39.49％，CaO 9.33％，MgO 1.68％，SO30.65％，Loss 4.61％；細度0.008方孔篩余16％；含水率9.5％。
煤矸石為泥質(zhì)頁巖煤矸石，細磨，比表面積3800m2/g。
粘土化學成份SiO269.83％，Al2O311.76％，F(xiàn)e2O35.61％，CaO 4.15％，MgO 1.79％，有機物4.35％；W塑＝13。
分散劑Na2CO3純度92％。
鐵粉FeO338％。
將以上各組物料按比例摻配后，加水至20％，用攪拌擠碾混泥機混料均化，陳化8小時，用強力剪切混料機混練造粒，真空擠出成型，經(jīng)余熱微波干燥3小時，使水份降到5％，再經(jīng)輪窯焙燒即制成高摻量的粉煤灰燒結(jié)磚。
權(quán)利要求
1.一種以煤矸石為結(jié)合劑的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚工藝，是用粉煤灰加結(jié)合劑經(jīng)攪拌、陳化、混練、擠出、切坯、干燥、焙燒而制成，其特征在于粉煤灰燒結(jié)磚的材質(zhì)構(gòu)成是一組按一定比例配伍的，以粉煤灰為主要材料，以煤矸石為結(jié)合劑的組合物，其組合物中各物質(zhì)的化學成分和理化性能都符合規(guī)定的標準，然后按以下的工藝路線進行，即粉煤灰、結(jié)合劑——按比例摻配——混合均化——陳化——強力剪切混煉——真空擠出——切條——切坯——余熱微波干燥——焙燒——成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰燒結(jié)磚工藝，其特征在于以粉煤灰為主要原料，以煤矸石為結(jié)合劑的結(jié)合物的成分和配比是粉煤灰50-80％ 煤矸石20-50％ 粘土0-20％分散劑0-0.4％ 鐵粉0-4％
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰燒結(jié)磚工藝，其特征在于組合物中各物質(zhì)的化學成分和理化性能的標準是粉煤灰化學成分SiO250-80％ Al2O35-25％ Fe2O32-15％ CaO 0-15％MgO 0-5％ SO30-3％ Loss 3-15％細度0.008方孔篩余＜20％含水率＜18％煤矸石為泥質(zhì)頁巖煤矸石，細磨，比表面積≥3600cm2/g粘土化學成分SiO255-70％ Al2O315-20％ Fe2O32-8％ CaO＜10％MgO＜3％ 有機物2.5-14％W塑≥12分散劑Na2CO3或其他鐵粉Fe2O3≥36％
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰燒結(jié)磚工藝，其特征在于其陳化時間為6-12小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰燒結(jié)磚工藝，其特征在于在切條、分坯后，濕坯直接進入余熱微波干燥室干燥，干燥時間為2-4小時，水份降至5％左右。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰燒結(jié)磚工藝，其特征在于磚坯的干燥采用微波干燥技術。
全文摘要
一種以煤矸石為結(jié)合劑的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚工藝,是以粉煤灰為主要材料,以煤矸石為結(jié)合劑的一組組合物,其中各物質(zhì)的化學成分和理化性能都規(guī)定在一定標準內(nèi),然后按照比例摻配—混合物化—陳化—強力剪切混煉—真空擠出—切條—切坯—干燥—焙燒—成品的工藝路線,制做粉煤灰燒結(jié)磚。本發(fā)明具有粉煤灰利用率高,結(jié)合劑材料價廉易取、成品強度高、充分利用余熱、節(jié)約能源、利于環(huán)保、節(jié)約投資和降低生產(chǎn)費用的特點。
文檔編號C04B18/12GK1246460SQ9912160
公開日2000年3月8日 申請日期1999年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月8日
發(fā)明者曹務順, 陳美濤, 周凱升, 任思濤, 呂英來, 朱士振 申請人:山東省濟寧魯西實業(yè)總公司