粉煤灰作為火力發(fā)電廠的工業(yè)廢棄物, 在燒結(jié)磚領(lǐng)域的應(yīng)用已有一定基礎(chǔ), 但粉煤灰摻量的多少、摻灰后原料的成型性能、燒結(jié)工藝性能及產(chǎn)品應(yīng)用性能等諸多方面, 在不同生產(chǎn)企業(yè)卻存在較大差異。有的生產(chǎn)企業(yè)為了提高原料的粉煤灰摻量, 在原料基礎(chǔ)工藝性能的改善上加大投入, 但因生產(chǎn)成本高于成品銷售價格或基本持平, 經(jīng)過一段時期的生產(chǎn)經(jīng)營, 結(jié)果企業(yè)虧損甚至負債累累, 為維持企業(yè)的生存與發(fā)展, 又不得不將粉煤灰的摻量降到十分可憐的地步, 因此粉煤灰在燒磚領(lǐng)域的合理應(yīng)用, 還有待進一步探索?，F(xiàn)結(jié)合本人在此領(lǐng)域的粗淺體會, 進行如下闡述。
1 粉煤灰的顆粒組成、化學(xué)成分分析及礦物組成
1.1 粉煤灰的顆粒組成
粉煤灰的顆粒基本上由低鐵玻璃珠、高鐵玻璃珠、多孔玻璃體和多孔碳粒等組成。玻璃珠占粉煤灰總量的40%～85%, 我國現(xiàn)在排放的大部分低鈣粉煤灰中玻璃珠含量較低, 往往只有50%, 而高鐵玻璃珠僅占一小部分, 其余為低鐵玻璃珠, 玻璃珠的平均粒徑為10～30 μm。多孔玻璃珠占粉煤灰總量的10%～30%, 低鈣粉煤灰含量較高, 其粒徑為10～30 μm, 大部分在45μm 以上。多孔碳粒占粉煤灰總量的1%～20%, 其粒徑為10～300 μm。我國低鈣粉煤灰化學(xué)組成變化范圍見表1。
1.2 粉煤灰的礦物組成
粉煤灰的主要物相為玻璃體, 其含量一般在70%以上, 其次是莫來石、石英、氧化鐵、碳粒等, 我國現(xiàn)在排放的大部分低鈣粉煤灰中玻璃珠含量較低, 往往只有50%左右, 多孔玻璃體含量較高, 氧化鐵含量不高,而莫來石偏高, 莫來石是粉煤灰冷卻過程中形成的微小針狀晶體, 是一種硬質(zhì)的在粘土制品中抵抗化學(xué)侵蝕的物質(zhì), 并且其細長晶體結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品強度增強, 實際上并不單獨存在, 而是粘附在玻璃微珠的表面, 或在微珠的玻璃中形成網(wǎng)狀骨架。我國低鈣粉煤灰礦物組成變化范圍見表2, 粉煤灰各顆粒成分的化學(xué)和礦物組成見表3。
粉煤灰各顆粒成分的化學(xué)組成并不完全一致, 原狀粉煤灰的氧化鐵富集于高鐵玻璃珠內(nèi), 其富集量相當于原狀灰的四倍, 而不定形氧化硅和氧化鋁基本富集在多孔玻璃體內(nèi), 因而其化學(xué)活性較高。
粉煤灰各顆粒成分的礦物組成: 從低鐵玻璃珠、高鐵玻璃珠、多孔玻璃體和多孔碳粒的X 射線衍射圖可知: 低鐵玻璃珠內(nèi)主要為低鐵玻璃體, 它夾雜的晶體礦物最少, 主要為莫來石和石英以及微量的磁鐵礦和金紅石。高鐵玻璃珠除含高鐵玻璃體外, 常有一定量的磁鐵礦和赤鐵礦, 它們的結(jié)晶程度都很差。多孔玻璃體內(nèi)有大量的莫來石和石英。多孔碳粒內(nèi)粘結(jié)著一定量的硅酸鹽礦物和玻璃體, 這些硅酸鹽礦物主要是莫來石、石英、剛玉以及微量磁鐵礦、長石等。
2 頁巖礦產(chǎn)分布、化學(xué)組成及礦物組成
2.1 頁巖礦產(chǎn)分布
頁巖礦產(chǎn)分布比較復(fù)雜, 但從一定地域來說, 又有一定的規(guī)律性, 總體來看, 頁巖礦體以群落式出現(xiàn), 但各礦體之間又以山坡的形式散落分布。從地質(zhì)形成角度來講, 多為風化殘積型和熱液侵蝕型兩種。風化殘積型礦體一般表層風化程度較好, 質(zhì)地較軟, 塑性指數(shù)約在8～13 之間, 但縱深開采2～3 m 后, 礦體結(jié)合層間緊密, 莫氏硬度約在4～6 之間, 塑性指數(shù)為5.5～7, 且以層狀、脈狀和透鏡狀等多種形式存在, 其間常伴有白云石、游離石英等雜質(zhì)出現(xiàn); 熱液侵蝕型類似火山灰質(zhì)粘土, 質(zhì)地柔軟、細膩, 塑性指數(shù)較高約9～15, 燒結(jié)收縮較小, 層間一般夾雜細小游離石英顆粒, 此類頁巖常以層狀、覆盆狀或V 狀形式構(gòu)成礦體, 同一礦體之間多以片狀形式存在。不同礦區(qū)頁巖化學(xué)組分變化范圍及性能變化見表4。
2.2 不同礦區(qū)頁巖性能變化范圍
塑性指數(shù)6~13; 干燥收縮2%～10%; 燒成收縮1%～6%; 燒結(jié)溫度900～1200℃。
2.3 礦物組成
高 嶺土類約占50%～80%, 伊利石類20%～40%, 另外, 方解石和游離石英以雜質(zhì)形式存在。
3 燒結(jié)多孔磚所用原料對化學(xué)成分與礦物組成的范圍要求
3.1 二氧化硅( SiO2)
它是燒結(jié)磚原料的主要成分, 含量宜在55%～70%之間, 當大于70%時, 原料的塑性太低, 成型困難, 而且燒結(jié)時體積膨脹較大, 制品強度也會降低。
3.2 三氧化二鋁(Al2O3)
含量宜在10%～25%, 過低時將降低制品機械強度, 不抗折; 過高時提高燒結(jié)溫度, 加大能耗, 制品顏色變淡, 同時抗凍性能降低。
3.3 三氧化二鐵( Fe2O3)
是燒結(jié)磚原料的著色劑, 含量宜為3%～10%, 太高時將降低制品的耐火度, 并使其顏色加深。
3.4 氧化鈣(CaO)
在原料中常以石灰石(CaCO3) 的形式存在, 是一種有害物質(zhì), 含量最高不得超過10%, 否則, 不僅會縮小制品的燒結(jié)溫度范圍, 給燒結(jié)帶來困難, 當其粒徑大于2 mm 時, 還會造成制品的石灰爆裂, 或吸潮、松解、粉化。
3.5 氧化鎂(MgO)
是一種有害物質(zhì), 含量越少越好, 不許超過3%,它的存在使制品出現(xiàn)泛霜, 甚至剝層、風化。
3.6 礦物組成
原料中的長石將降低制品的抗凍性能, 其含量超過15%時制品將不抗凍; 蒙脫石粘性高, 吸水后體積膨脹, 干燥后收縮較大, 當其線性收縮率超過13%～23%時, 坯體產(chǎn)生大量干燥裂紋。
4 燒結(jié)磚生產(chǎn)工藝過程分析
a.初級原料的預(yù)處理: 對于礦山風化殘積型表層頁巖或塑性指數(shù)大于7.5 以上火山灰質(zhì)的頁巖, 在不添加任何添加劑的情況下, 粉煤灰摻加量按質(zhì)量比可以達到25%～45%, 基本滿足30%摻灰量的要求, 但對于大多數(shù)礦山深層頁巖來說, 在未經(jīng)充分風化的情況下, 頁巖塑性指數(shù)一般小于7, 由于頁巖風化期一般為3～6 個月, 燒結(jié)磚為低附加值產(chǎn)品, 大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)以生產(chǎn)數(shù)量維持企業(yè)的運轉(zhuǎn), 以生產(chǎn)原料配比為頁巖: 粉煤灰=70∶30, 燒結(jié)磚尺寸為240 mm×115 mm×90 mm,以孔洞率為30%的燒結(jié)多孔磚為例: 單塊干坯重量為3.8 kg/塊, 年產(chǎn)量為5000 萬塊, 生產(chǎn)周期以360 d 計算, 則頁巖消耗量為160 t/d。如此巨大的頁巖消耗量和漫長的風化期, 對于一個生產(chǎn)企業(yè)來說, 為保證生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定性則必須具備一個巨大的原料堆場, 同時附加巨額的油料消耗和機械設(shè)備消耗。因此從一個企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營能力來講, 只能采取邊開采邊利用的生產(chǎn)方式, 一般不進行初級原料的預(yù)處理。
b. 從原料的制備工藝和原料成本分析的角度來看, 由于頁巖的塑性較低、硬度相對較大, 加大了設(shè)備的損耗和機械的磨損, 生產(chǎn)維護費用提高, 另外由于粉煤灰摻加量的減少, 原料生產(chǎn)成本增加, 相應(yīng)生產(chǎn)經(jīng)營成本加大。
c.從成型工藝角度來看, 由于頁巖塑性較低, 在擠出成型過程中易出現(xiàn)爛角、爛心、斷肋和壁部裂紋現(xiàn)象, 坯體干燥后機械強度不高, 碼坯成垛后坯體易折斷, 產(chǎn)品質(zhì)量嚴重滑坡。
d.從燒結(jié)工藝角度來看, 由于低塑性頁巖摻灰量較少, 按質(zhì)量比一般為10%～15%, 致使制品燒結(jié)范圍變小, 燒結(jié)產(chǎn)品易出現(xiàn)燒結(jié)裂紋、壓痕、變形等質(zhì)量缺陷。
e.從能源綜合利用方面看, 由于粉煤灰殘余部分有熱量, 其熱量按頁巖: 粉煤灰=70∶30原料配比計算,可以減少20%～30%的熱量投入。
從整個生產(chǎn)工藝過程來看, 由于原料塑性的降低,造成粉煤灰摻量的不足, 無論從原料成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量提高還是能源的綜合利用, 都是一種缺憾。
5 原料配比與成本分析
從表5 可以看出, 在不添加塑化劑的情況下, 隨著粉煤灰摻加量的增加, 原料成本價格呈下降趨勢, 但對頁巖塑性要求則越高。頁巖摻灰量按質(zhì)量比一般在10%～35%之間; 在添加塑化劑的情況下, 隨著粉煤灰摻加量的增加, 塑化劑的使用量加大, 原料成本價格呈上升趨勢。由于我國建筑材料市場價格普遍偏低, 產(chǎn)品利潤空間較小, 而且各種燒結(jié)磚的價格基本持平, 按目前240 mm×115 mm×90 mm多孔燒結(jié)磚的銷售價格為0.35元/塊來講, 原料成本的每一項投入, 都意味著有限利潤空間的減小, 因此摻灰燒結(jié)磚的粉煤灰的摻量能達到國家30%要求的生產(chǎn)企業(yè)并不多, 粉煤灰的燒結(jié)磚領(lǐng)域的實際應(yīng)用情況并不樂觀。
6 發(fā)展思路與市場展望
6.1 生產(chǎn)經(jīng)營方面
企業(yè)經(jīng)營者的憂慮, 并非沒有道理。因為在市場價格普遍較低, 產(chǎn)品利潤空間狹小的前提下, 每一項原料成本投入都意味著風險, 每一項技術(shù)革新和產(chǎn)品開發(fā)都必須犧牲一定的利潤。同時在企業(yè)———開發(fā)商———用戶三者關(guān)系鏈中, 企業(yè)的產(chǎn)品必須得到開發(fā)商的認可和滿足用戶的需求, 只有得到開發(fā)商認可的產(chǎn)品, 才能占領(lǐng)市場; 只有滿足用戶需求的產(chǎn)品才能得到利潤的回報。因此生產(chǎn)企業(yè)欲使產(chǎn)品占領(lǐng)市場并能提高產(chǎn)品價格, 必須通過技術(shù)革新和產(chǎn)品研發(fā), 來提高產(chǎn)品技術(shù)含量, 滿足用戶不斷增長的對人居環(huán)境的要求, 才能得到用戶認可, 最終企業(yè)才能獲得足夠的利潤空間。因此生產(chǎn)企業(yè)必須增大技術(shù)投入, 徹底改善產(chǎn)品基本性能, 提高產(chǎn)品檔次, 才能維持企業(yè)的生存和發(fā)展, 當然每一項新產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣都需要經(jīng)過一個相當?shù)臅r間, 才可能得到市場的認可, 這一點企業(yè)經(jīng)營者應(yīng)該引起足夠的認識。
6.2 市場開拓方面
在頁巖粉煤灰燒結(jié)磚的發(fā)展初期, 產(chǎn)品在市場占有份額不足, 產(chǎn)品推廣的社會效益和深遠意義及在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣等方面, 需要政府給予大力扶持。
另外, 在宣傳燒結(jié)多孔粉煤灰磚高強、輕體、保溫、節(jié)能、利廢等優(yōu)點方面, 生產(chǎn)企業(yè)還需加大宣傳力度。對施工過程中涉及到燒結(jié)磚使用性能等方面的重大疑難問題有必要組織專家進行論述?？偠灾? 在政府相關(guān)部門的大力支持下, 生產(chǎn)企業(yè)通過自身的不斷努力, 加大產(chǎn)品宣傳力度和技術(shù)開發(fā)力度, 提高產(chǎn)品檔次、改善產(chǎn)品使用性能, 努力協(xié)助使用單位解決使用過程中的疑難問題, 保證良好的信譽, 相信我們的產(chǎn)品會逐步被市場所認可, 我們的路子會越走越寬。
6.3 產(chǎn)品開發(fā)與實用功能
燒結(jié)多孔磚生產(chǎn)企業(yè)欲提高產(chǎn)品檔次、增大產(chǎn)品利潤空間, 首先必須改善產(chǎn)品實用功能、提高產(chǎn)品質(zhì)量, 滿足用戶不斷增長的對人居環(huán)境的要求。參考國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料, 燒結(jié)多孔磚主要有以下兩大發(fā)展趨勢即: 建筑裝飾型和實用功能型。
建筑裝飾型是通過對燒結(jié)磚原料配比進行改進,使燒結(jié)磚整體呈現(xiàn)各種不同顏色; 或?qū)ε黧w表面進行處理, 如噴砂、輥花、拉毛、噴涂等工藝處理后, 使燒結(jié)磚表面呈現(xiàn)各種藝術(shù)效果。免去建筑體的二次裝修, 從而節(jié)約建筑裝飾成本和部分人工費用, 這一點已經(jīng)得到部分用戶的認可, 而產(chǎn)品價格也相應(yīng)提高3～10 倍。
實用功能型是通過改變原料配比、優(yōu)化粒徑級配、改進成型工藝或進行特殊工藝處理, 使燒結(jié)磚具有高強度、低容重、保溫隔音效果好、耐酸堿腐蝕或具有透水、呼吸等特性, 從而使燒結(jié)磚具備多種或某種特殊實用性能, 滿足不同用戶多種需要, 達到增加產(chǎn)品附加值的目的。
7 結(jié)束語
從企業(yè)發(fā)展角度來看, 粉煤灰在燒結(jié)磚領(lǐng)域的應(yīng)用前景是廣闊的, 它符合國家建材行業(yè)發(fā)展方向以環(huán)保、利廢為目標的要求; 從生產(chǎn)技術(shù)角度來看, 具備可行性, 不少企業(yè)通過生產(chǎn)實踐已經(jīng)得到證明; 從成本分析角度來看, 如果生產(chǎn)企業(yè)不加大技術(shù)革新和產(chǎn)品開發(fā)的投資力度, 產(chǎn)品價格則很難走出普通產(chǎn)品價格低廉、徘徊不前的困境; 從生產(chǎn)經(jīng)營角度來看, 由于企業(yè)
經(jīng)營者前瞻性不夠, 或?qū)Ξa(chǎn)品性能和產(chǎn)品發(fā)展方向認識不足, 并缺乏相關(guān)技術(shù)管理人員的輔佐, 因此對新產(chǎn)品發(fā)展方向不明確, 對發(fā)展前景不樂觀, 致使產(chǎn)品檔次長期停留在建廠初期的水平; 由于長期無新產(chǎn)品推出,產(chǎn)品質(zhì)量固步不前, 在對外輿論宣傳上表現(xiàn)底氣不足,普通用戶對粉煤灰燒結(jié)磚的應(yīng)用概念模糊, 因此市場營銷處于朝不保夕、舉步維艱的局面。
總而言之, 提高企業(yè)經(jīng)營者的前瞻性、增強決策信心, 加大技術(shù)投入和產(chǎn)品研發(fā)力度, 加強產(chǎn)品宣傳力度, 提高產(chǎn)品售后服務(wù)意識, 相信粉煤灰在燒結(jié)磚領(lǐng)域的應(yīng)用會開辟出一片廣闊的天地。
參考文獻
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