利用煤矸石生产劈开砖的研究
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摘 要：本文利用煤矸石等原料进行劈开砖试验。通过对原料进行测试、分析，拟定配方进行试验。经过多次试验后，最终取得了比较满意的结果。
关键词：煤矸石；劈开砖；性能
1 试验原料
本实验的原料由辽宁某公司提供，共有黄矸二厂、黑矸二厂、红矸二厂、灰矸二厂、大兴矿灰矸、大兴矿黑矸、大兴矿红矸、A1粘土、A3粘土、A32粘土、西丰陶土、金家白、膨润土、钾长石、次钾长石、钠长石、粘土等原料17种。检测这些原料的白度和烧结性能，并作物理、化学性能测试。
1.1 原料的物理性能
对17种原料烧成性能进行研究，观察其烧后色泽、烧结情况等，为拟定配方提供依据。原料的物理性能如表1所示。1.2 原料的干燥性能测试
原料的可塑性、干燥敏感性、干燥收缩、干燥强度等是影响产品尺寸、产品收缩、素坯强度等的因素，其各项指标的性能测试结果见表2。
1.3 原料的烧结性能
原料的烧结性能直接影响产品的质量，笔者对原料进行了烧结性能测试，烧结温度范围为1170～1210℃。通过烧结性能测试，找出温度范围宽、烧成收缩小、吸水率低的原料作为配方原料,为制定配方打基础。其测试结果如表3所示。
由表3可知，大兴黑矸在1170～1210℃范围出现鼓泡现象，灰矸二厂原料在1170℃时出现大的变形，黑矸二厂在1210℃时出现大变形，大兴红矸、大兴灰矸、红矸二厂、黄矸二厂、膨润土等原料的烧成收缩和吸水率都比较大，因此，不适合作为劈开砖的原料配方。
1.4 原料的粒度分析
原料的粒度是影响劈开砖成形性能的重要指标，根据原料烧结性能，因此仅对大兴黑矸、大兴红矸、黄矸二厂、A1粘土、A3粘土、西丰陶土、钠长石、粘土等原料进行粒度分析。其分析结果见表4。
由表4可知，所有原料的粒径都小于0.5mm，且颗粒含量均大于60％，符合原料的粒度要求。
1.5 原料的化学性能
原料的化学成分见表5，通过X衍射分析出原料的矿物成分见表6。
2 劈开砖坯体试验
本项目的劈开砖原料均过35目筛后待用。通过烧结性能、物理性能、化学分析、矿物成分等的分析，以及根据陶瓷坯料对成分和工艺性能的要求，本试验选用A1粘土、A3粘土、西丰陶土、粘土、钠长石等作为劈开砖原料，进行配方试验。
2.1 工艺选择
生产劈开砖产品时，应根据原料、当地气候的不同，采用不同的制备方法，从而满足正常的生产要求。
劈开砖的生产工艺有两种：一种是湿法生产；另一种为干法生产。两种工艺的主要区别在于有无使用球磨机。湿法工艺的原料经过球磨机研磨，泥料颗粒细而均匀，经过压滤脱水能够去除有害的离子，有利于产品的成形。不足之处在于耗能、耗水。干法工艺的原料经破碎过筛后，进入练泥阶段，有利于节能降耗，但是泥料的均匀性稍差。 根据试验条件，笔者采用干法生产工艺进行配方试验。
2.2 工艺流程
劈开砖的生产工艺流程见图1。
2.3 坯体配方
坯体的颜色是原料本身含有一定量的着色成分，利用原料自身发色来进行着色的。根据配方将原料混合均匀，然后加水搅拌，加水量为17%~19％，陈腐时间为24～36h，待用。经多次试验，最终确定劈开砖坯体的配方见表7。
在表7中，A1粘土、西丰陶土和粘土的可塑性较强，在保证产品的可塑性的前提下，尽量少用，以保证产品具有较快的干燥和烧成速度。同时，也可降低产品的吸水率，提高产品的强度。
2.4 工艺参数
生产劈开砖的工艺参数有：
（1） 粉料粒度：＜40目；
（2） 泥料水分：17%~19%；
（3） 干燥收缩：＜4.5%；
（4） 可塑性指数：11~14；
（5） 干燥强度：＞3MPa；
（6） 真空度：90%；
（7） 干燥敏感性：中敏感性；
（8） 陈腐时间：24h；
（9） 烧成温度:1170~1190℃；
（10） 全收缩率：＜7.5%；
（11） 成品吸水率：6%~8%。
3 结果分析与讨论
3.1 劈开砖配方的粒度分布
在劈开砖配方中，原料的不同颗粒度的百分含量、累积百分含量分布图分别见图2、图3。
由图2、图3可知，劈开砖的原料粒度最好控制得细一些，如有可能，最好控制在40目以下。尤其是黄矸二厂和钠长石两种原料如能磨细至100目以下，产品的可塑性和强度均会有较大的提升。
3.2 差热曲线
1号劈开砖产品的差热曲线分析见图4。
由图4差热曲线，以及配方中所用原料的特性，可以确定：
（1） 在产品的干燥过程中，由于配方中含有较多的瘠性料，干燥周期可适当缩短。
（2） 在产品的烧成过程中，原料在350～800℃之间具有较大的吸热失重，显示有挥发物出现，因此该阶段应缓慢升温。
3.3 劈开砖产品的性能指标
劈开砖产品的性能指标见表8。
由表8可知，在煅烧温度相同的情况下，1号的吸水率比2号要小，其抗折、抗压强度、抗冻方面的性能都接近。相比之下，1号产品比2号产品的性能（下转第34页）更好。
5 结 论
（1） 以A1粘土、A3粘土、西丰陶土、粘土、钠长石等为主要原料生产劈开砖，在1150～1190℃范围内都能生产出合格的劈开砖产品，烧成温度范围较宽。
（2） 以A1粘土、A3粘土、西丰陶土、粘土、钠长石、黄矸二厂、红矸、黑矸生产劈开砖，由于黄矸二厂、红矸、黑矸是煅烧过的原料，所以不具有可塑性。钠长石也不具有可塑性，加入40%的无可塑性原料后，坯料的可塑性能变差，干燥敏感性降低。但通过降低原料细度，延长陈腐时间等也能生产出合格的劈开砖产品。
（3） 1号配方在350～800℃间吸热峰较陡，在进行窑炉设计，以及烧成时应加以注意。
参考文献
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