粉煤灰作為火力發電廠的工業廢棄物, 在燒結磚領域的應用已有一定基礎, 但粉煤灰摻量的多少、摻灰后原料的成型性能、燒結工藝性能及產品應用性能等諸多方面, 在不同生產企業卻存在較大差異。有的生產企業為了提高原料的粉煤灰摻量, 在原料基礎工藝性能的改善上加大投入, 但因生產成本高于成品銷售價格或基本持平, 經過一段時期的生產經營, 結果企業虧損甚至負債累累, 為維持企業的生存與發展, 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域的合理應用, 還有待進一步探索。現結合本人在此領域的粗淺體會, 進行如下闡述。
1 粉煤灰的顆粒組成、化學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, 是一種硬質的在粘土制品中抵抗化學侵蝕的物質, 并且其細長晶體結構使產品強度增強, 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和礦物組成見表3。
粉煤灰各顆粒成分的化學組成并不完全一致, 原狀粉煤灰的氧化鐵富集于高鐵玻璃珠內, 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, 因而其化學活性較高。
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, 它們的結晶程度都很差。多孔玻璃體內有大量的莫來石和石英。多孔碳粒內粘結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 頁巖礦產分布、化學組成及礦物組成
2.1 頁巖礦產分布
頁巖礦產分布比較復雜, 但從一定地域來說, 又有一定的規律性, 總體來看, 頁巖礦體以群落式出現, 但各礦體之間又以山坡的形式散落分布。從地質形成角度來講, 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, 質地較軟, 塑性指數約在8～13 之間, 但縱深開采2～3 m 后, 礦體結合層間緊密, 莫氏硬度約在4～6 之間, 塑性指數為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、游離石英等雜質出現; 熱液侵蝕型類似火山灰質粘土, 質地柔軟、細膩, 塑性指數較高約9～15, 燒結收縮較小, 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 狀形式構成礦體, 同一礦體之間多以片狀形式存在。不同礦區頁巖化學組分變化范圍及性能變化見表4。
2.2 不同礦區頁巖性能變化范圍
塑性指數6~13; 干燥收縮2%～10%; 燒成收縮1%～6%; 燒結溫度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形式存在。
3 燒結多孔磚所用原料對化學成分與礦物組成的范圍要求
3.1 二氧化硅( SiO2)
它是燒結磚原料的主要成分, 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, 含量最高不得超過10%, 否則, 不僅會縮小制品的燒結溫度范圍, 給燒結帶來困難, 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, 含量越少越好, 不許超過3%,它的存在使制品出現泛霜, 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, 坯體產生大量干燥裂紋。
4 燒結磚生產工藝過程分析
a.初級原料的預處理: 對于礦山風化殘積型表層頁巖或塑性指數大于7.5 以上火山灰質的頁巖, 在不添加任何添加劑的情況下, 粉煤灰摻加量按質量比可以達到25%～45%, 基本滿足30%摻灰量的要求, 但對于大多數礦山深層頁巖來說, 在未經充分風化的情況下, 頁巖塑性指數一般小于7, 由于頁巖風化期一般為3～6 個月, 燒結磚為低附加值產品, 大多數生產企業以生產數量維持企業的運轉, 以生產原料配比為頁巖: 粉煤灰=70∶30, 燒結磚尺寸為240 mm×115 mm×90 mm,以孔洞率為30%的燒結多孔磚為例: 單塊干坯重量為3.8 kg/塊, 年產量為5000 萬塊, 生產周期以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, 對于一個生產企業來說, 為保證生產的連續穩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備消耗。因此從一個企業的生產經營能力來講, 只能采取邊開采邊利用的生產方式, 一般不進行初級原料的預處理。
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, 加大了設備的損耗和機械的磨損, 生產維護費用提高, 另外由于粉煤灰摻加量的減少, 原料生產成本增加, 相應生產經營成本加大。
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爛角、爛心、斷肋和壁部裂紋現象, 坯體干燥后機械強度不高, 碼坯成垛后坯體易折斷, 產品質量嚴重滑坡。
d.從燒結工藝角度來看, 由于低塑性頁巖摻灰量較少, 按質量比一般為10%～15%, 致使制品燒結范圍變小, 燒結產品易出現燒結裂紋、壓痕、變形等質量缺陷。
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、產品質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, 產品利潤空間較小, 而且各種燒結磚的價格基本持平, 按目前240 mm×115 mm×90 mm多孔燒結磚的銷售價格為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, 因此摻灰燒結磚的粉煤灰的摻量能達到國家30%要求的生產企業并不多, 粉煤灰的燒結磚領域的實際應用情況并不樂觀。
6 發展思路與市場展望
6.1 生產經營方面
企業經營者的憂慮, 并非沒有道理。因為在市場價格普遍較低, 產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, 每一項技術革新和產品開發都必須犧牲一定的利潤。同時在企業———開發商———用戶三者關系鏈中, 企業的產品必須得到開發商的認可和滿足用戶的需求, 只有得到開發商認可的產品, 才能占領市場; 只有滿足用戶需求的產品才能得到利潤的回報。因此生產企業欲使產品占領市場并能提高產品價格, 必須通過技術革新和產品研發, 來提高產品技術含量, 滿足用戶不斷增長的對人居環境的要求, 才能得到用戶認可, 最終企業才能獲得足夠的利潤空間。因此生產企業必須增大技術投入, 徹底改善產品基本性能, 提高產品檔次, 才能維持企業的生存和發展, 當然每一項新產品的應用和推廣都需要經過一個相當的時間, 才可能得到市場的認可, 這一點企業經營者應該引起足夠的認識。
6.2 市場開拓方面
在頁巖粉煤灰燒結磚的發展初期, 產品在市場占有份額不足, 產品推廣的社會效益和深遠意義及在建筑領域的應用與推廣等方面, 需要政府給予大力扶持。
另外, 在宣傳燒結多孔粉煤灰磚高強、輕體、保溫、節能、利廢等優點方面, 生產企業還需加大宣傳力度。對施工過程中涉及到燒結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。總而言之, 在政府相關部門的大力支持下, 生產企業通過自身的不斷努力, 加大產品宣傳力度和技術開發力度, 提高產品檔次、改善產品使用性能, 努力協助使用單位解決使用過程中的疑難問題, 保證良好的信譽, 相信我們的產品會逐步被市場所認可, 我們的路子會越走越寬。
6.3 產品開發與實用功能
燒結多孔磚生產企業欲提高產品檔次、增大產品利潤空間, 首先必須改善產品實用功能、提高產品質量, 滿足用戶不斷增長的對人居環境的要求。參考國內外相關技術資料, 燒結多孔磚主要有以下兩大發展趨勢即: 建筑裝飾型和實用功能型。
建筑裝飾型是通過對燒結磚原料配比進行改進,使燒結磚整體呈現各種不同顏色; 或對坯體表面進行處理, 如噴砂、輥花、拉毛、噴涂等工藝處理后, 使燒結磚表面呈現各種藝術效果。免去建筑體的二次裝修, 從而節約建筑裝飾成本和部分人工費用, 這一點已經得到部分用戶的認可, 而產品價格也相應提高3～10 倍。
實用功能型是通過改變原料配比、優化粒徑級配、改進成型工藝或進行特殊工藝處理, 使燒結磚具有高強度、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, 達到增加產品附加值的目的。
7 結束語
從企業發展角度來看, 粉煤灰在燒結磚領域的應用前景是廣闊的, 它符合國家建材行業發展方向以環保、利廢為目標的要求; 從生產技術角度來看, 具備可行性, 不少企業通過生產實踐已經得到證明; 從成本分析角度來看, 如果生產企業不加大技術革新和產品開發的投資力度, 產品價格則很難走出普通產品價格低廉、徘徊不前的困境; 從生產經營角度來看, 由于企業
經營者前瞻性不夠, 或對產品性能和產品發展方向認識不足, 并缺乏相關技術管理人員的輔佐, 因此對新產品發展方向不明確, 對發展前景不樂觀, 致使產品檔次長期停留在建廠初期的水平; 由于長期無新產品推出,產品質量固步不前, 在對外輿論宣傳上表現底氣不足,普通用戶對粉煤灰燒結磚的應用概念模糊, 因此市場營銷處于朝不保夕、舉步維艱的局面。
總而言之, 提高企業經營者的前瞻性、增強決策信心, 加大技術投入和產品研發力度, 加強產品宣傳力度, 提高產品售后服務意識, 相信粉煤灰在燒結磚領域的應用會開辟出一片廣闊的天地。
參考文獻
1李慶繁, 李光復.高摻量粉煤灰燒結磚焙燒過程及機理探討.建材工業信息.2004( 10) .
2曹世璞.燒結多孔磚和空心磚生產技術.磚瓦.2002( 09)3許擁勝.表面處理在燒結裝飾磚領域的應用與發展.磚瓦.2006( 06)
