烧结砖瓦生产技术问答二.doc
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1、砖瓦世界2023(10期)烧结砖瓦生产技术问答(二)赵镇魁第二部分原材料及解决47什么是黏土矿物?黏土矿物中包含哪些类型的矿物 ? 由于这些矿物最先多在黏土中发现,或因黏土及黏土岩重要由这类矿物组成,故称为黏土矿物。黏土矿物是一些具有层状构造的含水铝硅酸盐矿物,重要有高岭石、蒙脱石、水云母(伊利石)、绿泥石等。黏土矿物是构成黏土岩(页岩、煤矸石等)土壤(黏土等)的重要矿物组分。黏土矿物颗粒极细,一般呈小于 0.01mm 的细小鳞片,具有可塑性、耐火性、烧结性等。黏土矿物的含量及种类与烧结砖瓦原材料、成型、干燥、焙烧乃至产品质量的关系密不可分。在其他材料中也包具有黏土矿物。此处所讲之“黏土矿物”
2、重要是指高岭石、蒙脱石、伊利石(水云母)、绿泥石和混合层(伊 - 蒙混合层)矿物五大类别。黏土矿物的总量也是指这五种重要黏土矿物的合计数量。48烧结砖瓦原料的重要矿物成分有哪些? 烧结砖瓦原料一般是黏土质矿物和非黏土质矿物多成分的混合物,但必须具有一种或几种黏土矿物,否则就不能生产烧结砖瓦。因此烧结砖瓦原材料中的黏土矿物也成为基本矿物。特别是生产高孔洞率空心砖,黏土矿物含量应在 35% 以上。黏土矿物又是多种细微矿物的混合物(重要是含水铝硅酸盐矿物),它的颗粒一般小于 0.02mm,多为0.01mm 以下。砖瓦原料的黏土物质重要由伊利石、绢云母、绿泥石、高岭石、耐火土、蒙脱石等组成。鉴于制品的
3、性能规定,希望具有较多的耐火土和伊利石。虽然蒙脱石的塑性很好,但由于其颗粒非常细小,比表面积大,假如不同时存在大量其他黏土矿物,会大幅度提高原料的干燥敏感性系数,故它的含量一般控制在 3% 以下。重要由蒙脱石等构成的黏土称为膨润土。 几种黏土矿物的比表面积如表 5 所示。除黏土矿物外,烧结砖瓦原材料中尚有其他的非基本矿物,这些常见的非基本矿物见表 6。49生产砖瓦的原料属哪种岩石? 岩石按成因的不同,分为岩浆岩(或称火成岩)沉积岩(或称水成岩)和变质岩三大类。生产砖瓦的原料属沉积岩。沉积岩虽只占地壳质量的 5%,但因其分布于地壳表面,面积约占 75%,因此它是一种重要的岩石。黏土、页岩和泥岩、
4、黄土等生产砖瓦原料的属类见图 1 所在的位置。50生产砖瓦的原料有哪些? 生产砖瓦的重要传统原料是黏土。随着我国建设事业的不断发展,节约农田、节约能源以及工业废料的综合运用已成为砖瓦工业的重要方针。因此,运用煤矸石、粉煤灰、煤渣等工业废料和江河湖泊淤泥作为制砖(瓦)原料,实行内燃烧砖,已在全国推广应用。此外,有些地区页岩很多,运用页岩烧制砖瓦,不仅能解决原料的来源,并且还能开山造田。 但是,万变不离其宗,任何原料必须具有一定量的黏土矿物,否则无法生产出具有良好技术性能和建筑物理特性的砖瓦制品。因此,从矿物学观点来看,它们都是同属种的材料。51什么是黏土?黏土矿物典型的性能有哪些? 所谓黏土就是
5、在自然界中碰到松散的、膏状的或紧密的一种含水铝硅酸盐矿物,它的粉末在加水后能塑成各种形状,干燥后产生收缩,但不失原状,焙烧到适当温度后,其中的化学结合水即蒸发,继续提高温度,则获得坚硬如石而又保持原形的物体。凡具有这些特点的岩石,我们统称之为黏土。黏土是含长石类岩石经长期风化而成,是矿物的混合物,没有固定的化学式表达。 与其他矿物相比,黏土矿物特有的性能是颗粒尺寸小,因而具有大的比表面积。由于黏土矿物这些独有的性能,使它有着大量的反映机理可以运用,这些反映机理与其他矿物不同,使它从本质上变得故意义。黏土矿物的典型性能是它与水的结合能力、与此关联的吸湿膨胀、对有机和无机材料高度的吸附能力、绝热能
6、力、可塑性及在焙烧后变成致密固体的特性,且材料易得。52黏土如何分类? 由于形成黏土的来源不同,它的成分和性质也不同样。(1)按成因分类根据黏土的生成情况看,可分为一次黏土和二次黏土。一次黏土(又称残留黏土)它的岩石重要是长石经风化而留在母岩区的产物,岩石风化后生成高岭土、石英及可溶性盐类。可溶性盐类由于雨水冲洗溶解而去,残留下来的仅为高岭土和石英砂。由于石英砂的存在,可塑性较差,这种土通常称为高岭土。二次黏土(又称漂积黏土)它是由一次黏土经雨水河流漂流而转移到其他地方再次沉积的黏土矿。它的重要特点是:a. 在漂流过程中,由于粗颗粒石英砂较重而先行沉积除去,而黏土自身亦经摩擦而变细,故可塑性较
7、好;b.在漂流过程中,有其他矿物或有机物混入,因而减少了黏土矿物的纯度。(2)按其构成黏土的重要矿物分类高岭石类属于这一类的有高岭石、珍珠陶土、迪开石和多水高岭石。高岭石因最初在我国江西景德镇附近的高岭地方发现而得名。重要由它们构成的黏土称为高岭土,如我国著名的苏州高岭土,湖南界牌高岭土,四川叙永多水高岭土等。蒙脱石(微晶高岭石)类属于这一类的有蒙脱石、拜来石等,重要由它们构成的黏土称为膨润土,如东北黑山、福建连城的膨润土等。伊利石(水云母)类曾有一些学者建议用美国伊利诺州的缩写来称呼该类矿物,故名伊利石。属于这一类的有水云母、绢云母等。这一类单独构成黏土的很少,多数是包含在其他黏土中。以伊利
8、石为主的黏土重要是水云母质黏土或绢云母质黏土,如河北章村土,尚有江西、安徽等省所产的瓷石中亦涉及此类。叶蜡石类叶蜡石并不属于黏土矿物,因其某些性质近于黏土,而划归黏土之列。如福建的寿山石和浙江青田、上虞叶蜡石等。水铝英石类这一类是不常见的黏土矿物,往往少量包含在其他黏土中,呈无定形状态存在。如河北唐山的 A、B、C 级矾土。除了上述 5 种黏土矿物之外,未风化的母岩碎屑及运迁过程中混入的其他物质,以夹杂矿物的形态存在于黏土中,如石英、长石、碳酸盐类、硫酸盐类、铁钛质矿物,以及有机物质等。(3)按耐火度分类耐火黏土:耐火度在 1580以上。含氧化铁不超过 3%4%,杂质总量最高 6%8%。难熔黏
9、土:耐火度为 13501580。易熔黏土:耐火度在 1350以下。具有大量杂质,一般含铁量较高。耐火黏土可以用来制造合用于冶金炉、硅酸盐工业窑炉、炼焦炉等方面的衬砖。耐火黏土在煅烧后呈灰色或淡黄色、呈白色的是制造瓷器的最佳原料。难熔黏土可以用来制造瓷砖、陶器、炻器等。易熔黏土可以用来制造砖瓦等粗陶器。(4)按习惯分类高岭土:是最纯的黏土。可塑性差,烧后颜色从灰到白色。黏性土:一般都是二次黏土,故其颗粒较细,可塑性好,含杂质较多。瘠性黏土:较为坚硬,遇水不松散,可塑性很小,不易形成可塑性泥团。如山西大同土。页岩:其性质与瘠性黏土相仿,但含杂质(K2O、Na2O、TiO2、CaCO3、Fe2O3等
10、)较多,最高可超过 25%,烧后呈红、棕、黄、灰等色。(5)按塑性指数分类高塑性黏土,塑性指数大于 15;中塑性黏土,塑性指数 715;低塑性黏土,塑性指数小于 7。(6)按干燥敏感性高低分类高敏感性黏土,干燥敏感性系数大于 2;中档敏感性黏土,干燥敏感性系数 12;低敏感性黏土,干燥敏感性系数小于 1。(7)按颗粒组成分类黏土按颗粒组成分类如表 7 所示。53什么是页岩? 页岩是黏土岩的构造变种,它是具有页理构造(即岩石平行层理方面可分裂成层状或纸片状)的黏土岩。页岩成分比较复杂,除黏土矿物外,常有很多碎屑矿物和次生矿物,如长石、石英、云母、绿泥石、角闪电、石榴石、电气石、锐钛矿和沸石等。黏
11、土矿物中常以水云母为主。页岩化学成分的特点是氧化钾(K2O)含量较高,常达 2%3%,最高达 7%10%以上。页岩一般为灰色、棕色、红色、绿色等各种颜色。经常有清楚的层理。根据页岩中砂和粉砂质点含量,页岩又可以分为泥质页岩、含粉砂质页岩、粉砂质页岩、含砂质页岩和砂质页岩。 页岩中如含碳酸钙(CaCO3)、硅质等较多,可相应地称为钙质页岩、硅质页岩等。钙质页岩:含 CaCO310%30% 的页岩。硅质页岩:是含隐晶或极细颗粒的硅质组分的页岩。由于含硅质,硬度经常比一般页岩高。成分比较纯的页岩 SiO2的平均含量约为 58%,而硅质页岩 SiO2的含量可达 85% 以上。黑色页岩:是黑色的具有机质
12、的页岩,这种页岩中化石一般很少,常含黄铁矿。碳质页岩:这种页岩中具有肉眼能见到的粉末状碳质质点或碳质植物遗体,染手。碳质页岩在煤系地层中特别多。油页岩:油页岩是提炼石油的原料。它重要有焦性沥青质页岩和碳质油页岩(腐泥质油页岩)两种。泥岩与页岩的区别,重要在于泥岩不具页理构造而呈块状、层状。颜色往往较浅,且较坚硬(因含硅质较多的缘故)。54什么是砂岩?碎屑物质被其他物质(黏土、碳酸盐等)胶结而成的岩石称为砂岩。它属碎屑岩中的中碎屑岩。砂岩的重要类型又分为:(1)单矿物砂岩 单矿物砂岩组成成分简朴,以一种矿物颗粒占绝对优势;通常所见的为石英砂岩(相称的疏松岩为石英砂)。 石英砂岩组成特性是石英颗粒
13、占 90% 以上,仅含少量的长石颗粒(5%)及很少量的重矿物。石英颗粒常为很好的浑圆体、大小均一、表面光泽较暗。岩石粒度由粗粒到细粒的皆有。其胶结物以硅质(SiO2)最常见。岩石颜色通常为白色或灰白色。在胶结物为铁质时,则被渲染成褐红色。石英砂岩中的硅质胶结物有时可在碎屑颗粒上结晶次生增长,通过次生增长的石英砂岩称作“沉积石英岩”。肉眼很难区别其颗粒和胶结物。 石英砂岩矿物成分单一,颗粒磨圆度高,分选性好。假如砂岩中石英含量只占 75%90% 时,则成一般的砂岩。(2)多矿物砂岩 多矿物砂岩比较复杂,根据组成的不同,分为硬砂岩和长石砂岩两种。硬砂岩 硬 砂 岩 通 常 由 25%50% 的 石
14、 英 颗 粒、15%25% 的长石、云母以及岩石碎屑所组成,碎屑颗粒一般较粗、分选和磨圆度均较差。胶结物种类复杂,通常以泥质居多,胶结坚固。这种岩石最大特性是具有多量的岩石碎屑。岩石的颜色呈灰色、暗绿色或绿灰色、有时近于黑色。长石砂岩 长石砂岩重要是石英和长石碎屑(25% 以上)组成的。碎屑中长石含量在 25% 以上,石英含量一般在 30%60%。长石重要是钾长石或钠长石,有时有岩石(花岗岩、砂岩、页岩等)碎屑的混合物。岩石颜色多为浅色(淡红、浅棕、灰色等)。胶结物一般为碳酸盐(方解石)及铁质(褐铁矿)。从外貌上看,长石砂岩与花岗岩有些相象,但两者结构不同。砂岩除上述几种基本类型之外,尚有许多
15、过渡型岩石。例如在石英砂岩和长石砂岩之间有长石石英砂岩(即其中长石的含量不够长石砂岩的标准)。石英砂岩中如具有一定量的岩屑则成为含岩屑石英砂岩。有时在长石石英砂岩中又具有岩屑,就应叫做含岩屑长石石英砂岩。55什么是粉砂岩? 这类岩石重要由 50% 以上直径为 0.10.01mm的碎屑经胶结而成。在成分上仍然以石英颗粒为最多,往往具有黏土质混合物。由于颗粒细小,已失去不少砂的特性,但还不成黏土。本类岩石的疏松岩称作粉砂,胶结的粉砂即为粉砂岩。(1)粉砂 粉砂的矿物成分除上述重要成分外,还具有许多夹杂物。因颗粒很小,肉眼一般不易分辨。在第四纪沉积物中,粉砂的分布很广,特别是黄土分布最广。(2)黄土
16、 黄土属于几乎没有被胶结过的、疏松的粉砂(大部分颗粒直径为 0.050.1mm)。呈浅黄色或暗黄色,质轻而多孔(孔隙度占总体积的 46%52%),很容易用手指研成粉末,没有层理,但有发育着直立的节理。由于具有可塑性和吸水性,质点间结合力很大,故能形成很高的峭壁。我国黄土分布很广,它西起青海,东到陕西、山西、河北、河南,面积达 40万平方公里,形成特殊的地形黄土高原。黄土是一种良好的砖瓦原料。(3)粉砂岩 粉砂胶结起来即成粉砂岩。岩石质地坚实,具有各种颜色,在显微镜下可以看到其中碎屑颗粒是带有棱角状的,粒度也不均匀,胶结物为钙质、铁质或硅质。从岩石的外表看,很像泥质岩石,但用手指摩擦,即会感到粗
17、糙。可借此与黏土岩区别。粉砂岩常具有水平薄层理特性,有时也发现倾斜不大的斜交层理。56页岩和粉砂岩、砂岩共生时如何命名? 页岩和粉砂岩、砂岩共生时的命名方法如表 8所示。57什么是煤矸石?为什么要用煤矸石作为生产砖瓦的原料? 煤矸石是在开采煤炭过程中,从煤层的顶部、底部或炭层周边挖掘出来的含碳量少,灰分在40% 以上不成煤的泥质、碳质、砂质页岩,是煤矿的工业废渣。煤矸石的排放量很大,约为煤开采量的 15%20%。一个年产 100 万 t 的煤矿,每年排放出的煤矸石约为 1520 万 t。可供一个年产50007000 万块普通砖的砖厂使用。煤矿排放出的煤矸石,若不及时解决,就要占用大量的土地进行
18、堆积,这样做必将污染环境,影响农作物生长和煤炭生产的顺利进行。运用煤矸石制砖的好处是:保护环境;煤矸石无需占用大量土地进行堆积;由于煤矸石中具有一定的发热量,可以做到烧砖不用煤或少用煤,节省能源;可不用毁田挖黏土制砖。做到一举几得。58煤矸石中的硫以何种形式存在?它的危害作用是哪些? 煤矸石中的硫,一般以化合物状态存在,如二硫化铁(FeS2)俗称黄铁矿,和硫酸钙(CaSO42H2O)俗称石膏。在二迭纪煤群的煤矸石中,硫的含量较高,而黄铁矿中的硫又占总含硫量的大部分。黄铁矿在煤矸石中有的成层状,有的嵌在煤的裂缝中成脉石状,尚有的成细粒状均匀地分布在煤矸石中。应当指出,在有些地区的煤矸石中,具有叫
19、做“硫铁蛋”的有害物质。这种“硫铁蛋”比较坚硬,并且都呈球状。经化验,“硫铁蛋”的重要成分是二硫化铁(Fe2)。(1)黄铁矿(FeS2) 黄铁矿和碳在同样的温度下分解和氧化,由于碳和水蒸气的存在使黄铁矿氧化受到影响。在缺氧环境下 482时二硫化物分解成为一硫化物:2FeS2 4822FeS+S2 在不缺氧环境下,黄铁矿的氧化分为两个阶段。第一阶段发生在上述温度下,第二阶段出现在约 588。按顺序其反映式为:2FeF2+ 3O24822FeS + 2SO34FeS + 9O2 5882Fe2O3+ 4SO3总的反映可用下式表达:4FeS2+ 15O2 2Fe2O3+ 8SO3黄铁矿焙烧后重要生成
20、三氧化硫(SO3)。三氧化硫(SO3)在 16.8以下为固体,16.8即熔解为液体,44.8沸腾且气化,它气化后与空气中的水蒸气作用生成硫酸雾:SO3+ H2OH2SO4 黄铁矿和水蒸气作用还产生下列反映:2FeS2+ 2H2O3FeS + 2H2S + SO2生成的二氧化硫(SO2)气体,遇水后生成亚硫酸(H2SO3);SO2+ H2OH2SO3 亚硫酸容易被氧化,在通常情况下,空气中的氧就能逐渐氧化亚硫酸成硫酸:2 H2SO3+ O2 2H2SO4(2)石膏(CaSO42H2O)石 膏(CaSO42H2O)在 6575 时 开 始 脱 水,至 107170时生成 CaSO41/2H2O,继
21、续加热至170200出现少量的 CaSO4,至 400以上完全脱水为 CaSO4,至 800以上 CaSO4部分分解,生成少量 CaO,这个反映一直连续到 1600以上:CaSO4 CaO+SO2+O2可见,黄铁矿和石膏在焙烧过程中放出大量硫的气化物(SO2、SO3)气体,致使制品膨胀、松散。较大颗粒的黄铁矿还会致使制品表面形成熔斑。故应严格控制黄铁矿和石膏的含量,并尽量提高物料细度,使其均匀分布在坯体之中。59煤矸石原料中应剔除哪些物质?(1)剔除“硫铁蛋”“硫铁蛋”的重要危害是:难以破、粉碎,极易损坏破、粉碎设备;在焙烧过程中生成大量二氧化硫(SO2)气体并产生膨胀,使制品松散。而电磁铁和
22、永磁铁又对它无吸引力,故一般均以人工剔除。(2)筛除煤粉、选除煤块有些煤矸石原料(特别是洗选煤矸石),混杂大量煤粉和煤块,致使其发热量偏高,塑性指数偏低,给砖瓦生产带来一定困难。如将这些粉煤、煤块去除,一方面可适当减少原料发热量、提高原料塑性指数,从而改善原料性能;另一方面又可将剔除出来的煤粉和煤块作为燃料充足运用。 通常剔除煤粉的方法有两种:一是在煤矸石堆场附近用溜筛或回转筛筛除;二是在破碎机前设立一台溜筛或高频电磁振动筛。筛孔尺寸一般用1020mm。 湖南株洲市砖厂在煤矸石原料中筛除 20% 煤粉后,砖坯的成型性能大大改善,窑炉的焙烧速度显著提高。且筛除的煤粉用作全厂生活燃料绰绰有余。煤块
23、一般是用工人拣出。(3)除铁 由于煤矸石中一般均具有道钉之类铁质夹杂物,因而极易损坏粉碎等设备。故煤矸石原料在进入粉碎等设备前,须先经磁选除铁解决。据重庆市几个煤矸石砖厂调查,凡采用磁选除铁的厂,平均每班除掉的铁质杂物达 23kg,铁质杂物损坏设备现象一般未有发生;反之,未采用磁选除铁的厂,铁质杂物损坏设备的现象却时有发生。磁选设备通常采用悬挂式永磁铁或胶带磁选辊筒(即电磁胶带轮)。60如何调整煤矸石原料发热量过高? 制 砖 一 般 要 求 矸 石 原 料 的 发 热 量 为16722090kJ/k(g400500kcal/kg)。如若发热量过高,将给生产(特别是焙烧)带来困难。故在这种情况下
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