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1、页页岩岩 烧结烧结 砖砖所用所用 原料原料 的研究的研究页岩烧结砖所用原料的研究我国1964年开始生产页岩烧结砖，42年来，由小到大，已形成了年产350亿快标砖规模，并且有了年产1.6亿块标砖的生产线，成为很有发展前景的新型墙体材料之一，也是取代粘土烧结砖的最好的产品之一。这是因为它原料来源丰富、不毁田，而且产各项技术指标比粘土烧结砖好，符合中国的国情，所以发展很快。对页岩烧结砖所用原料及高塑性页岩生产烧结砖出现的问题及解决办法作一探讨。1页岩烧结砖所用材料页岩烧结砖所用原料主要是页岩。页岩是古代页岩经过化学风化、分解产生的粘土矿物及少量粉砂质碎屑，呈悬浮状态被搬运到沉积场所，以机械方式沉积焉
2、，经成岩作用固结而成的。用于页岩烧结砖的页岩，形成于各个地质时代，分布十分广泛，不像其他矿产有明显地域性。现已查明:各省都有储量可观、质量优良的页岩可供页岩烧结砖开采利用。1.1页岩的岩石类型页岩所含的矿物主要是粘土矿物，其次是陆源碎屑矿物和自生的非粘土矿物，以及在有些情况下还含有有机物质。按着页岩中主导粘土矿物的种类，可将页岩划分为三种主要岩石类型:A伊利石页岩。伊利石页岩，又称水云母页岩。它是分布最广、古生代的页岩中，80%以上的页岩都是伊利石页岩。在中生代的页岩中，60%以上的页岩都是伊利石页岩。伊利石页岩是生产烧结页岩砖最理想的原料。B蒙脱石页岩。蒙脱石页岩就其分布而言，比伊利石页岩少
3、，比高岭石页岩多。元古代绝无蒙脱石页岩，古生代早期也很少、约占30%，古生代晚期、中生代略有增多，约占20%。C高岭石页岩。在页岩的3种主要岩石类型中，高岭石页岩中最少见的一种，在元古代和古生代，不足5%，在中生代略有增多，但也只有15%-20%。1.2页岩矿物成分页岩中所含的粘土矿物平均值为25%，且主要存在于粘粒级中，碎屑矿物石英平均值22.3%，长石平均值为30%，主要存在于砂粒级中，见表1。具体到每个点上，则有所变化，见表2。表1页岩的平均矿物成分及其赋存粒度矿物名称平均含量砂粒级尘粒级粘粒级1%0.005mm-0.005mm0.005-0.001mm0.001mm粘土矿物25.07.
4、517.023.2石英22.336.719.313.1方解石白云石30.012.67.27.3褐铁矿赤铁5.63.05.58.0矿黄铁矿重矿物等11.41.72.01.7其他矿物表23种页岩矿物成分实例页岩岩石类型实例粘土矿物碎屑矿物伴生矿物伊利石页岩广西(泥盆系)伊利石70%蒙脱石20%石英3%-5%白云石%贵阳(侏罗系)伊利石70%蒙脱石15%-20%石英3%-10%方解石10%-25%白云石长石0%-5%铁质矿物1%-2%蒙脱石页岩北京蒙脱石7%-39%石英长石7%-12%方解石3.8%伊利石30%-46%长石长石18%-23%白云石5.2%高岭石页岩湖南(下石炭系)高岭石32%-33%
5、石英43%铁钛矿物少量伊利石10%长石5%白云长石6%-7%北京高岭石25.9%石英18.4%炭质4.3%伊利石17.8%长石33.3%1.3页岩的化学成分页岩的主要成分是SiO2和AI203。SiO2来自于石英、长石和粘土矿物，AI203来自于粘土矿物。表3列出页岩的平均化学成分，表4列出我国部分烧结页岩砖厂所用原料的化学分析结果。表3页岩的平均化学分析结果(%)SiO2AI203Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3失烧量58.5315.474.0330122.453.251.310.655.58表4我国部分页岩烧结砖厂所用原料的化学成分分析结果(%)产地地质时代页岩岩石类型SiO2A
6、I203Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3烧失量有机质昆明碧鸡关三迭系伊利石页岩58.4920.6310.9710.955.376.91.1112.72.67广西河池三迭系伊利石页岩60.1719.147.930.880.961.620.127.66四川安县侏罗系伊利石页岩50.1312.14.4612.572.632.090.890.0413.8广西临桂泥盆系伊利石页岩68.6218.184.590.270.81.970.340.497.16山东历城蒙脱石页岩60.4914.985.646.361.912.951.540.055.16河南密县蒙脱石页岩57.8616.836.4110
7、.271.842.52.09黑龙江诺敏河蒙脱石页岩52.0613.835.419.332.243.24北京蒙脱石页岩60.3416.456.171.811.544.711.560.015.53北京高岭石页岩61.4714.596.731.471.298.681.4页岩的粒度组成页岩的粒度组成变化较大，部分页岩烧结砖厂所用的页岩粒度组成见表5。表5我国部分页岩烧结砖厂所用原料的粒度组成(%)产地地质时代页岩岩石类型0.05mm0.05-0.005mm0.005mm贵州三迭系伊利石页岩13656.3230.32贵阳侏罗系伊利石页岩24.637.138.3重庆市二砖厂侏罗系伊利石页岩61.2327.
8、1411.38四川贵阳房建材料厂侏罗系伊利石页岩33.9244.921.21四川内江建材厂侏罗系伊利石页岩36.640.622.8四川绵阳金堂砖厂侏罗系伊利石页岩61.9628.019.941.5页岩的物理性页岩的物理性能见表6。表6我国部分页岩烧结砖所用页岩的物理性能页岩石类型例塑性指数干燥线收缩(%)干燥敏感性系数结构脱水温度/矿物分解温度/蒙脱石页岩北京12.137.51.55蒙脱石页岩黑龙江14.19.741.76400-600500-700蒙脱石页岩新疆32.51.551.55伊利石页岩各地7-15.53.65-5.730.44-0.94300-450400-700高岭石页岩各地3.
9、10-7.002.00-2.380.30-.050350-550600-8002页岩与烧砖已有几千年的历史，而用页岩烧砖在我国只有42年历史，两者有哪些异同呢?从宏观上说，粘土和页岩都是由粘土矿物、碎屑矿物和自生矿物组成的，都具有制砖所必需的物理性能，但在微观上还是有区别的。粘土所含的粘土矿物主要是伊利石和蒙脱石和伊利石两者组成的，而页岩中的粘土矿物，不分时代新老，几乎都是伊利石，不见或少见其他粘土矿物。粘土中非粘土矿物，不但总的含量高，而且种类可达数十种，成分极为复杂，而页岩中的非粘土矿物，不但总的含量过低，种类也少至数种，特别是重矿物群比粘土中少的多，矿物组成比粘土更合理。粘土没有经过成岩
10、作用，质地松软，塑性指数多在7-15或更高，而页岩是经过成岩作用，质地较硬，需要破碎，塑性指数比粘土低，有的8-14，有的在8以下。化学成分有差异，但差异不大。页岩中AI2O3K2O比粘土略高。制砖性能比粘土好，页岩制砖，干燥收缩率基本上在6%以下，比粘土的3%-12%低。干燥敏感系数小于1，比粘土低。临界含水率高，成型水分低，低收缩、低干燥敏感系数，使干燥工艺水平更易掌握，不会因干燥而产生干燥裂纹，烧成也比较好掌握，烧成速度比土著人砖提高15%-20%。用页岩制，其质量比粘土砖好。(1)外观尺寸偏差小，只要生产工艺合理，不会出现坯体严重变形，特别是弯曲等外观缺陷;(2)强度高于粘土砖，而吸水
11、率低于粘土著人砖，抗冻性能和耐久性能好于粘土砖;(3)页岩砖成型水分低，坯体密实度高，变形小，在砖坯搬运过程中，坯体损坏少，缺棱掉角现象明显比粘土著人砖少。页岩烧结砖不毁田，不占地，符合国家“三农“政策，这一点是粘土著人烧结砖无法比拟的。综观以上点，页岩烧结砖比粘土烧结砖占有优势。3新建页岩烧结砖项目需要注意的两个问题如前所述，页岩烧结砖有诸多优势，但少数页岩烧结砖厂也遇到不少麻烦，其中特别重要的有两点:3.1石灰爆裂问题有些页岩是夹杂着石灰石，有些页岩本身含有大量微粒方解石。用这些页岩烧制页岩烧结砖，会出现很严重的石灰爆裂，不少，砖厂因此而付出沉重的代价。3.2高蒙脱石含量页岩烧砖的问题我国
12、绝大多数页岩都是伊利石页岩，但也有少数页岩砖厂手忙脚乱的原料是蒙脱石含量很高的页岩。例如北京外郊白系页岩，有的含蒙脱石含量高，还含有大量方解石。蒙脱石含量高的页岩的最大特点是吸水率高、塑性指数高。塑性指数在8-14范围内，高一些有得成型，但大于14(有的高达32.5)不仅对成型不利，反而有害。它会使砖坯产生大量螺旋纹、S形纹和网状裂纹。吸水率高会使砖坯干燥收缩率增大，干燥敏感系数增大，产生干燥裂纹。在焙烧时，又会产生焙烧裂纹、压痕、压裂变形和砖体酥松等弊端，从而使废品率上升。新疆有一个砖厂，所用的含量蒙脱石大于60%，塑性指数达到32.5，废品率高达60%-70%。所以含蒙脱石大于20%的页岩
13、并不是理想的制砖原料，但也不是不能用。国内已有不少砖厂创造了“降塑“、“降蒙“的做法和经验，介绍如下:A北京的做法。北京奥远公司所用的蒙脱石页岩属白系。蒙脱石含量平均37.0%- 39.2%，最高含量59.1%，长石20%，石英10%。用这样的制砖，泥条从砖机挤出来就出现大量裂纹、压痕、变形，KP1型多孔砖重量2.6kg，砖的强度低，废品率高。造成这种情况的原因是:蒙脱石含量高(36.3%)，长石含量高(20%)，石英含量少(10)。为此采取了降低蒙脱石含量，降低长石含量，提高石英含量的技术措施。具体做法是:配入一定比例不含蒙脱石的页岩，使混合料中蒙脱石含量由36.3%降为12.6%，长石含量
14、由20%降为13.51%，石英含量由10%提高到25.64%，见表7，用调整后的混合料，生产出外观好，等级MU20的KP1多孔砖，其各项指标符合国家标准要求。表7调整后混合料的矿物组成和化学组成(%)矿物组成蒙脱石伊利石高岭石石英长石调整前36.347.7010.020.0调整后12.636.3314.2625.6413.51化学成分SiO2AI203Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3烧失量调整前59.1015.105.900.951.072.51.200.0814.10调整后64.1615.438.151.851.339.08B黑龙江的做法。黑龙江省诺敏河砖厂所用的蒙脱石页岩，与北京
15、大学所用的蒙脱石页岩不同。它虽然蒙脱石页岩高，但因含有16.7%的方解石和10.3%的白云石，因而塑性指数并行不算太高，只有14.1，但干燥敏感系数和干燥线收缩率仍然很高，分别达到1.76和9.74%干燥时在棱角处出现干燥裂纹，因此废品率居高不下，为此采取了对蒙脱石页岩“预浇“的技术措施，取得了良好的效果。具体做法是:将蒙脱石页岩碎成小块，送到烘干炉低温焙烧，脱去原料中蒙脱石的吸附水、层间水和少量结构水，达到降低蒙脱石页岩可塑性和干燥敏感性的目的，从而避免裂纹的产生。烘干炉的焙烧温度应控制在400-500，绝不能超过700，因为超过700，蒙脱石将完全失去吸水性的可塑性，无法再用来制砖，另外，
16、煤耗增大，成本上升。烘干温度太低或块度太大，效果也不好，达不到排除蒙脱石吸附水、层间水的目的，达不到降低原料塑性指数和干燥敏感性的目的。所以采用这项技术，控制烧杯炉的温度是关键。C新疆的做法。新疆石河子有一个年产3000万块标砖的生产厂，所用原料蒙脱石含量特别高，石英含量只有8%，因此可塑性指数达到32.5，干燥敏感系数达到1.55，临界含水率达到19.25%，干燥线收缩率达到16.3%，所以砖坯产生大量的螺旋纹、S形裂纹和网状裂纹，成品砖因石英含量太大，起不到骨架作用，也不能与粘土矿物发生固相反应，生成大量、稳定的硅酸钙，因而收缩率高，裂纹严重，砖强度等级低，为此采取了对高蒙脱石“降塑“的技术措施，取得了理想的效果。具体做法是，在原料中掺入电厂排放的炉渣。因为炉渣塑性指数在7以下，颗粒松散，孔隙率大，主要成分为SiO2AI203,还有20%-30%的固定碳以及少量挥发分，所以掺入后，原料塑性降低，干燥收缩减小，各种焙烧缺陷得到克服，实现了两种资源优势互补的作用，具有节能、节土、利废和减轻环境污染的多种效果。D云南的做法。云南深水塘砖厂所用的部蒙脱石含量高，塑性指数大于20，
