粉煤灰作为火力发电厂的工业废弃物, 在烧结砖领域的应用已有一定基础, 但粉煤灰掺量的多少、掺灰后原料的成型性能、烧结工艺性能及产品应用性能等诸多方面, 在不同生产企业却存在较大差异。有的生产企业为了提高原料的粉煤灰掺量, 在原料基础工艺性能的改善上加大投入, 但因生产成本高于成品销售价格或基本持平, 经过一段时期的生产经营, 结果企业亏损甚至负债累累, 为维持企业的生存与发展, 又不得不将粉煤灰的掺量降到十分可怜的地步, 因此粉煤灰在烧砖领域的合理应用, 还有待进一步探索。现结合本人在此领域的粗浅体会, 进行如下阐述。
1 粉煤灰的颗粒组成、化学成分分析及矿物组成
1.1 粉煤灰的颗粒组成
粉煤灰的颗粒基本上由低铁玻璃珠、高铁玻璃珠、多孔玻璃体和多孔碳粒等组成。玻璃珠占粉煤灰总量的40%～85%, 我国现在排放的大部分低钙粉煤灰中玻璃珠含量较低, 往往只有50%, 而高铁玻璃珠仅占一小部分, 其余为低铁玻璃珠, 玻璃珠的平均粒径为10～30 μm。多孔玻璃珠占粉煤灰总量的10%～30%, 低钙粉煤灰含量较高, 其粒径为10～30 μm, 大部分在45μm 以上。多孔碳粒占粉煤灰总量的1%～20%, 其粒径为10～300 μm。我国低钙粉煤灰化学组成变化范围见表1。
1.2 粉煤灰的矿物组成
粉煤灰的主要物相为玻璃体, 其含量一般在70%以上, 其次是莫来石、石英、氧化铁、碳粒等, 我国现在排放的大部分低钙粉煤灰中玻璃珠含量较低, 往往只有50%左右, 多孔玻璃体含量较高, 氧化铁含量不高,而莫来石偏高, 莫来石是粉煤灰冷却过程中形成的微小针状晶体, 是一种硬质的在粘土制品中抵抗化学侵蚀的物质, 并且其细长晶体结构使产品强度增强, 实际上并不单独存在, 而是粘附在玻璃微珠的表面, 或在微珠的玻璃中形成网状骨架。我国低钙粉煤灰矿物组成变化范围见表2, 粉煤灰各颗粒成分的化学和矿物组成见表3。
粉煤灰各颗粒成分的化学组成并不完全一致, 原状粉煤灰的氧化铁富集于高铁玻璃珠内, 其富集量相当于原状灰的四倍, 而不定形氧化硅和氧化铝基本富集在多孔玻璃体内, 因而其化学活性较高。
粉煤灰各颗粒成分的矿物组成: 从低铁玻璃珠、高铁玻璃珠、多孔玻璃体和多孔碳粒的X 射线衍射图可知: 低铁玻璃珠内主要为低铁玻璃体, 它夹杂的晶体矿物最少, 主要为莫来石和石英以及微量的磁铁矿和金红石。高铁玻璃珠除含高铁玻璃体外, 常有一定量的磁铁矿和赤铁矿, 它们的结晶程度都很差。多孔玻璃体内有大量的莫来石和石英。多孔碳粒内粘结着一定量的硅酸盐矿物和玻璃体, 这些硅酸盐矿物主要是莫来石、石英、刚玉以及微量磁铁矿、长石等。
2 页岩矿产分布、化学组成及矿物组成
2.1 页岩矿产分布
页岩矿产分布比较复杂, 但从一定地域来说, 又有一定的规律性, 总体来看, 页岩矿体以群落式出现, 但各矿体之间又以山坡的形式散落分布。从地质形成角度来讲, 多为风化残积型和热液侵蚀型两种。风化残积型矿体一般表层风化程度较好, 质地较软, 塑性指数约在8～13 之间, 但纵深开采2～3 m 后, 矿体结合层间紧密, 莫氏硬度约在4～6 之间, 塑性指数为5.5～7, 且以层状、脉状和透镜状等多种形式存在, 其间常伴有白云石、游离石英等杂质出现; 热液侵蚀型类似火山灰质粘土, 质地柔软、细腻, 塑性指数较高约9～15, 烧结收缩较小, 层间一般夹杂细小游离石英颗粒, 此类页岩常以层状、覆盆状或V 状形式构成矿体, 同一矿体之间多以片状形式存在。不同矿区页岩化学组分变化范围及性能变化见表4。
2.2 不同矿区页岩性能变化范围
塑性指数6~13; 干燥收缩2%～10%; 烧成收缩1%～6%; 烧结温度900～1200℃。
2.3 矿物组成
高 岭土类约占50%～80%, 伊利石类20%～40%, 另外, 方解石和游离石英以杂质形式存在。
3 烧结多孔砖所用原料对化学成分与矿物组成的范围要求
3.1 二氧化硅( SiO2)
它是烧结砖原料的主要成分, 含量宜在55%～70%之间, 当大于70%时, 原料的塑性太低, 成型困难, 而且烧结时体积膨胀较大, 制品强度也会降低。
3.2 三氧化二铝(Al2O3)
含量宜在10%～25%, 过低时将降低制品机械强度, 不抗折; 过高时提高烧结温度, 加大能耗, 制品颜色变淡, 同时抗冻性能降低。
3.3 三氧化二铁( Fe2O3)
是烧结砖原料的着色剂, 含量宜为3%～10%, 太高时将降低制品的耐火度, 并使其颜色加深。
3.4 氧化钙(CaO)
在原料中常以石灰石(CaCO3) 的形式存在, 是一种有害物质, 含量最高不得超过10%, 否则, 不仅会缩小制品的烧结温度范围, 给烧结带来困难, 当其粒径大于2 mm 时, 还会造成制品的石灰爆裂, 或吸潮、松解、粉化。
3.5 氧化镁(MgO)
是一种有害物质, 含量越少越好, 不许超过3%,它的存在使制品出现泛霜, 甚至剥层、风化。
3.6 矿物组成
原料中的长石将降低制品的抗冻性能, 其含量超过15%时制品将不抗冻; 蒙脱石粘性高, 吸水后体积膨胀, 干燥后收缩较大, 当其线性收缩率超过13%～23%时, 坯体产生大量干燥裂纹。
4 烧结砖生产工艺过程分析
a.初级原料的预处理: 对于矿山风化残积型表层页岩或塑性指数大于7.5 以上火山灰质的页岩, 在不添加任何添加剂的情况下, 粉煤灰掺加量按质量比可以达到25%～45%, 基本满足30%掺灰量的要求, 但对于大多数矿山深层页岩来说, 在未经充分风化的情况下, 页岩塑性指数一般小于7, 由于页岩风化期一般为3～6 个月, 烧结砖为低附加值产品, 大多数生产企业以生产数量维持企业的运转, 以生产原料配比为页岩: 粉煤灰=70∶30, 烧结砖尺寸为240 mm×115 mm×90 mm,以孔洞率为30%的烧结多孔砖为例: 单块干坯重量为3.8 kg/块, 年产量为5000 万块, 生产周期以360 d 计算, 则页岩消耗量为160 t/d。如此巨大的页岩消耗量和漫长的风化期, 对于一个生产企业来说, 为保证生产的连续稳定性则必须具备一个巨大的原料堆场, 同时附加巨额的油料消耗和机械设备消耗。因此从一个企业的生产经营能力来讲, 只能采取边开采边利用的生产方式, 一般不进行初级原料的预处理。
b. 从原料的制备工艺和原料成本分析的角度来看, 由于页岩的塑性较低、硬度相对较大, 加大了设备的损耗和机械的磨损, 生产维护费用提高, 另外由于粉煤灰掺加量的减少, 原料生产成本增加, 相应生产经营成本加大。
c.从成型工艺角度来看, 由于页岩塑性较低, 在挤出成型过程中易出现烂角、烂心、断肋和壁部裂纹现象, 坯体干燥后机械强度不高, 码坯成垛后坯体易折断, 产品质量严重滑坡。
d.从烧结工艺角度来看, 由于低塑性页岩掺灰量较少, 按质量比一般为10%～15%, 致使制品烧结范围变小, 烧结产品易出现烧结裂纹、压痕、变形等质量缺陷。
e.从能源综合利用方面看, 由于粉煤灰残余部分有热量, 其热量按页岩: 粉煤灰=70∶30原料配比计算,可以减少20%～30%的热量投入。
从整个生产工艺过程来看, 由于原料塑性的降低,造成粉煤灰掺量的不足, 无论从原料成本控制、产品质量提高还是能源的综合利用, 都是一种缺憾。
5 原料配比与成本分析
从表5 可以看出, 在不添加塑化剂的情况下, 随着粉煤灰掺加量的增加, 原料成本价格呈下降趋势, 但对页岩塑性要求则越高。页岩掺灰量按质量比一般在10%～35%之间; 在添加塑化剂的情况下, 随着粉煤灰掺加量的增加, 塑化剂的使用量加大, 原料成本价格呈上升趋势。由于我国建筑材料市场价格普遍偏低, 产品利润空间较小, 而且各种烧结砖的价格基本持平, 按目前240 mm×115 mm×90 mm多孔烧结砖的销售价格为0.35元/块来讲, 原料成本的每一项投入, 都意味着有限利润空间的减小, 因此掺灰烧结砖的粉煤灰的掺量能达到国家30%要求的生产企业并不多, 粉煤灰的烧结砖领域的实际应用情况并不乐观。
6 发展思路与市场展望
6.1 生产经营方面
企业经营者的忧虑, 并非没有道理。因为在市场价格普遍较低, 产品利润空间狭小的前提下, 每一项原料成本投入都意味着风险, 每一项技术革新和产品开发都必须牺牲一定的利润。同时在企业———开发商———用户三者关系链中, 企业的产品必须得到开发商的认可和满足用户的需求, 只有得到开发商认可的产品, 才能占领市场; 只有满足用户需求的产品才能得到利润的回报。因此生产企业欲使产品占领市场并能提高产品价格, 必须通过技术革新和产品研发, 来提高产品技术含量, 满足用户不断增长的对人居环境的要求, 才能得到用户认可, 最终企业才能获得足够的利润空间。因此生产企业必须增大技术投入, 彻底改善产品基本性能, 提高产品档次, 才能维持企业的生存和发展, 当然每一项新产品的应用和推广都需要经过一个相当的时间, 才可能得到市场的认可, 这一点企业经营者应该引起足够的认识。
6.2 市场开拓方面
在页岩粉煤灰烧结砖的发展初期, 产品在市场占有份额不足, 产品推广的社会效益和深远意义及在建筑领域的应用与推广等方面, 需要政府给予大力扶持。
另外, 在宣传烧结多孔粉煤灰砖高强、轻体、保温、节能、利废等优点方面, 生产企业还需加大宣传力度。对施工过程中涉及到烧结砖使用性能等方面的重大疑难问题有必要组织专家进行论述。总而言之, 在政府相关部门的大力支持下, 生产企业通过自身的不断努力, 加大产品宣传力度和技术开发力度, 提高产品档次、改善产品使用性能, 努力协助使用单位解决使用过程中的疑难问题, 保证良好的信誉, 相信我们的产品会逐步被市场所认可, 我们的路子会越走越宽。
6.3 产品开发与实用功能
烧结多孔砖生产企业欲提高产品档次、增大产品利润空间, 首先必须改善产品实用功能、提高产品质量, 满足用户不断增长的对人居环境的要求。参考国内外相关技术资料, 烧结多孔砖主要有以下两大发展趋势即: 建筑装饰型和实用功能型。
建筑装饰型是通过对烧结砖原料配比进行改进,使烧结砖整体呈现各种不同颜色; 或对坯体表面进行处理, 如喷砂、辊花、拉毛、喷涂等工艺处理后, 使烧结砖表面呈现各种艺术效果。免去建筑体的二次装修, 从而节约建筑装饰成本和部分人工费用, 这一点已经得到部分用户的认可, 而产品价格也相应提高3～10 倍。
实用功能型是通过改变原料配比、优化粒径级配、改进成型工艺或进行特殊工艺处理, 使烧结砖具有高强度、低容重、保温隔音效果好、耐酸碱腐蚀或具有透水、呼吸等特性, 从而使烧结砖具备多种或某种特殊实用性能, 满足不同用户多种需要, 达到增加产品附加值的目的。
7 结束语
从企业发展角度来看, 粉煤灰在烧结砖领域的应用前景是广阔的, 它符合国家建材行业发展方向以环保、利废为目标的要求; 从生产技术角度来看, 具备可行性, 不少企业通过生产实践已经得到证明; 从成本分析角度来看, 如果生产企业不加大技术革新和产品开发的投资力度, 产品价格则很难走出普通产品价格低廉、徘徊不前的困境; 从生产经营角度来看, 由于企业
经营者前瞻性不够, 或对产品性能和产品发展方向认识不足, 并缺乏相关技术管理人员的辅佐, 因此对新产品发展方向不明确, 对发展前景不乐观, 致使产品档次长期停留在建厂初期的水平; 由于长期无新产品推出,产品质量固步不前, 在对外舆论宣传上表现底气不足,普通用户对粉煤灰烧结砖的应用概念模糊, 因此市场营销处于朝不保夕、举步维艰的局面。
总而言之, 提高企业经营者的前瞻性、增强决策信心, 加大技术投入和产品研发力度, 加强产品宣传力度, 提高产品售后服务意识, 相信粉煤灰在烧结砖领域的应用会开辟出一片广阔的天地。
参考文献
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