§ 3煤矸石制砖＊教学目标1、掌握煤矸石物理和化学特性2、了解煤矸石主要用途3、掌握煤矸石制砖主要流程4、掌握煤矸石制砖主要原理及主要指标要求＊教学重难点1、煤矸石物理和化学特性基础知识的掌握2、煤矸石制砖主要流程、原理及主要指标要求＊教学方法及授课时数教授法、讨论法、多媒体法等，8个课时＊教学道具电脑及投影仪＊教学内容§ 3.1煤矸石介绍一、煤矸石的概念、来源和分类1、煤矸石的概念：煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。

2、煤矸石的主要来源：煤矸石是与煤伴存的岩石。

在煤的采掘进和煤的洗选过程，都有煤矸石排出。

0.1～0.2t煤矸石/t原煤。

在煤矿的上，中、底层的页岩，挖掘煤层之间的巷道时排出的砂岩、石灰岩以及其他岩类都属煤矸石之列。

3、煤矸石的分类（1）、煤矸石依其所含矿物组分可分为：碳质页岩、泥质页岩和砂质页岩；（2）、依其来源可分为：掘进矸石，开采矸石和洗选矸石。

（3）、煤矸石堆放过程，其中的可燃组分缓慢氧化、自燃，故又有自燃矸石与未燃矸石的区分。

4、煤矸石的组成矿物组成：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、石英、方解石、黄铁矿。

化学组成：氧化物SiO2+Al2O3占60～90％。

煤矸石的化学成分SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 Na2O+K2O烧失量51～65 16～36 1～7 1～4 2～9 1～2.5 2～17煤矸石发热量一般为800～1500卡/克,其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。

§ 3.2煤矸石主要用途一、煤矿井下充填及地面塌陷区充填推广煤矸石矿井充填技术，采用煤矸石不出井的采煤生产工艺，充填采空区，减少矸石排放量和地表下沉量。

该矿矸石充填开采技术就是将全岩掘进工作面的矸石，用矿车运至采煤工作面，全部充填至采煤工作面老空区，实现矸石井下回填。

这一技术的运用，不仅降低了生产成本，而且减少了地面塌陷，避免了地面矸石山占用土地和环境污染。

通过矸石充填，鄂庄矿将在今年年底全面实现矸石不上井，并且逐步消灭地面矸石山。

二、利用煤矸石作为塌陷地复垦的充填材料,既可以使采煤塌陷地得到恢复,又可减少矸石侵占土地的面积。

将煤矸石作为回填和填注材料有两个有利条件:(1)矿区煤矸石中含有大量SiO2 和Al2O3组分(见下图) ,将其掺加适量石灰或水泥可以调制成作为注浆材料的灰浆,提高了充填体的强度;(2) 煤矸石的颗粒级配程度均匀,可以提高充填体的密实性,并且充当了护巷材料的替代品。

三、煤矸石生产农肥及改良土壤煤矸石中含有炭质页岩和含炭粉砂岩,有机质含量在l5 %左右,并含有植物生长所需的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn 等微量元素,所以可以用煤矸石改良土壤。

近年来开始发展以煤矸石为载体生产的无机复合肥和微生物肥料就是优质、高效、营养全面、对环境无污染的新型肥料。

据不完全统计,全国有微生物菌肥厂几十余座,年生产能力上百万t,大部分以煤矸石为载体,获得了显著的环境效益和社会效益。

煤矸石山的污染治理重点是其酸性和重金属的治理。

将矸石山的酸性和重金属污染有效治理才能达到复垦种植的目的, 而只有对煤矸石山进行复垦种植才能最终改善矸石山造成的污染, 从而达到改善矿区生态环境的目的。

四、煤矸石发电除岩巷掘进矸石外,煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成分,因此可作为燃料使用。

热值在400kJ/ kg以上的煤矸石可作为沸腾炉的燃料直接燃烧,用作矿区供热或发电。

峰峰、邯郸矿务局都建有煤矸石电厂,其流程均以洗煤厂洗矸为原料,经破碎、脱硫处理后加入沸腾炉进行燃烧。

电厂已正常运行多年,效果良好。

煤矸石发电厂主要利用热值在 6.27MJ/ kg～8.336MJ/ kg以上的洗矸、半煤岩巷排除的掘进矸石。

目前,煤炭系统多采用流化床燃烧技术,采用最多、技术成熟的为5t/ h、75t/ h 的循环流化床锅炉。

我国利用煤矸石发电已形成一定规模。

全国煤矿已建成煤矸石电厂将近200座总装机容量约3000万千瓦占矿区用电的35 %,全国煤矸石电厂盈利6亿元以上。

每年发电实际消耗煤矸石约2000万t。

利用煤矸石发是综合利用煤矸石的一条重要途径,不但可以节省好煤,缓解煤矿力紧张局面,而且灰渣还可以生产建材,消除二次污染,是一项绿色环保工程, 其经济效益、社会效益和环境效益都十分显著。

五、生产煤矸石砖、水泥等建筑材料1、煤矸石制砖:利用煤矸石制砖,主要包括生产烧结砖和做烧砖混合燃料,所用的煤矸石含炭量较高,热值一般控制在2090～4180kJ / kg 范围内。

如果矸石含煤量过高,可在原料中掺少量黏土,避免烧砖过火。

除对热值有一定要求外,利用煤矸石制砖对其化学成分也有规定,一般要求SiO2 含量为55%～70% ,Al2O3 为15 %～25% ,Fe2O3 为2%～8%,塑性指数7～15。

2、煤矸石制水泥:煤矸石中的二氧化硅、三氧化二铝及三氧化二铁的总含量一般在80 %以上,是一种天然的粘土质原料,可以代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥和无熟料水泥;同时煤矸石还能释放一定热量,可代替部分燃料,减少水泥生产的能耗。

在水泥生产方面,煤矸石和粘土的化学成分相近,并能释放一定的热量,用其代替粘土和部分燃料生产普通水泥能提高熟料质量。

这是因为煤矸石配料的生料活化能比粘土配料低,用少量煤就可提高生料的预烧温度,且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸盐等矿物的熔解和形成;此外,煤矸石配入生料的表面能高,硅铝等酸性氧化物易于吸收氧化钙,可加速硅酸钙等矿物的形成。

煤矸石用作水泥原料时的生产工艺过程与普通水泥的生产基本相同。

将原燃料按一定比例配合,磨细成生料,烧至部分熔融,得到以硅酸钙为主要成分的熟料,再加入适量石膏和混合材料,磨成细粉即可制成水泥。

§ 3.2煤矸石制砖煤矸石制砖主要过程，按其生产工艺过程可分为原料选择、成型、干燥与焙烧五个环节。

1、原料选择首先，利用煤矸石制砖必须要求煤矸石原料的储量相当丰富，以满足长期大规模生产所需(>20年）；再者，应熟悉掌握煤矸石原料的性能指标，看其化学成分和物理性能是否满足制砖要求和烧制全煤矸石砖的要求；另外，原料的运输条件是否优越，各种场地、堆场能否满足生产规模要求，这些也是建厂时应考虑的问题。

2、原料处理2.1剔除杂物与有害成分原料中常见的杂物有废铁、有机物、料礓石等，废铁一般情况下采用电磁除铁器去除废铁，有机物或料礓石等杂物采用机械或人工方法清除，同时对于有害颗粒，破碎程度愈细愈好，CaO颗粒小于1mm 时，就不会对制品结构产生破坏。

2.2 原料的配比要适当原料的配比主要由以下两个因素决定，原料的发热量和原料塑性。

一般情况下，每千克制品的发热量以400-500kcal为宜，最高不要超过700kcal。

当制品发热量不够时，烧成时就需要外投燃料；当制品发热量超标时，就需烧成时将多余热量拿走。

原料的塑性指数是制砖时挤出成型的重要指标，是能否生产高质量砖的先决条件，一般最佳指数为10-13，如果低于7，就难以成型了。

2.3 颗粒级配要合理原料粒度是质量保证的基础，合理的粒度级配也是能否成型的主要指标之一。

煤矸石实心砖的一般要求是最大颗粒粒径应小2.5mm，0.5mm 以下颗粒应占到60%以上；空心砖最大颗粒粒径应小于1.5mm，0.5mm以下颗粒占到65%以上。

2.4原料陈化在陈化前，原料必须加入足够的水分（成型水分），原料搅拌均匀后进入陈化库，陈化时间不得少于72h，这样做的目的是为了消除颗粒内部应力，使其内外原料性质基础一致，这是提高原料塑性指数，使成型坯体表面光滑，消除干燥裂纹的重要一环。

3、成型3.1 坯体内在质量煤矸石砖成型采用硬塑或半硬塑挤出成型，半硬塑挤出成型时，成型水分在16%-18%，挤出压力一般为15-20kg；硬塑挤出成型时，成型水分为13-15%，挤出压力在25-35%，采用哪种成型工艺好，要看原料的塑性指数，塑性指数较高宜采用半硬塑成型；塑性指数较低，采用硬塑成型，同时要求真空度应大于90%。

3.2 坯体表观质量首先，应根据原料收缩率的不同，选择适宜的机口尺寸与切坯厚度，这样才能保证坯体烧成后的几何尺寸符合国标；其次，成型坯体应表面光滑，不允许出现裂纹、烂心、断肋、缺棱少角等现象，再者，也可增加喷砂、压花工艺，提高砖表面质量。

4、干燥干燥是利用通入的热风排除成型坯体中化学结合水以外的吸附水过程，干燥时温度要适中，一般要求控制在120℃左右，温度过高，易造成坯体脱水过快而产生裂纹；温度过低，坯体脱水太慢会影响产量，坯体脱水要平稳，应保证排潮湿度接近饱和（在95%—100%），使高温水气及时排掉，防止砖坯吸潮垮塌，即所谓的回潮现象，经过干燥的砖坯，其含水率应小于<6% ，如果湿度太大，会使制品在焙烧时发生回潮现象影响强度，甚至倒塌。

5、烧成烧成是将干燥好的坯体经高温焙烧使其成为成品的操作，在窑内通过气体和物料之间逆向流动产生热交换，从而实现坯体生料变为熟料的热处理过程。

焙烧室一般分为三带，从进车端依次为预热带、烧成带、冷却带，在烧成带，坯体达到烧成温度，坯体内部进行着激烈的物理、化学、物理化学及矿化学反应，这时所供空气量一定要足，让砖坯充分燃烧，在冷却带坯体冷却不能太急，否则也要影响产品质量。

整个烧成曲线呈现马鞍形，中间高、两端低，在原料稳定的情况下，操作时一定要调整好风量，严格按照烧成曲线来控温，这样才能保证焙烧的成品率。

§ 3.3煤矸石主要指标一、制砖原料化学成分、矿物成分简析1、二氧化硅（SiO2）:二氧化硅是烧结砖原料中的主要成分，含量宜为55%～70%。

超过时，原料的塑性太低，成型困难，而且烧结时体积略有膨胀，制品的强度也会降低；含量过低时也会降影响品的强度。

2、三氧化二铝（Al2O3）：三氧化二铝在制砖原料中的含量宜为10～25%，过低时，将降低制品的强度，不抗折；过高则必然提高其烧成温度，加大烧成能耗，并使制品的颜色变淡。

3、氧化钙（CaO）氧化钙即生石灰，在原料中常以石灰石（CaCO3）的形式出现，是一种有害物质，含量不得超过10%。

否则，不仅会缩小制品的烧结温度范围，给焙烧带来困难，当其粒径大于2mm时，还会造成制品的石灰爆裂，或吸潮、松解、粉化。

4、三氧化二铁（Fe2O3）：三氧化二铁是制砖原料中的着色剂，含量宜为3~10%。

太低时将会使制品的颜色变淡发白，太高时将降低制品的耐火度并使其颜色更红。

5、氧化镁（MgO）：氧化镁是一种有害物质，含量越少越好，不许超过3%。

它和硫酸钙（CaSO4）、硫酸镁（MgSO4）一样，都将使制品出现“泛霜”，甚至剥层、风化。