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煤矸石是煤矿开采过程中产生的废渣，由有机物（含碳物）及无机物（岩石物质）组成，其中的C、H、O 是燃烧时能产生热量的元素。煤矸石的矿物组成主要有高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝。其中SiO2和AI2O3的平均含量分别波动于40~60%和15~30%之间。

各地各种类型煤矸石

煤矸石的特点主要是硬度大、比重大、灰分高、发热量低，从煤矸石的化学成分，工业分析资料得出：

1、煤矸石的灰分一般较高；

2、发热量普遍偏低；

3、灰分中SiO2和AI2O3含量偏高，因此煤矸石的灰熔点相当高，最低可达到1050℃，最高可达到1800℃左右，鉴于这个性质，煤矸石可以用于生产耐火材料。

4、具有较好的工艺性能。煤矸石具有较好的可塑性、结合性、收缩率低和耐火度高的特点。其可塑性指数为13.72，属于中等塑性粘土，干燥收缩率1.94%，烧成之后收缩率2.41%，耐火度一般1300℃～1500℃,最高可达1800℃。

5、空气中容易风化。其风化程度和速率与煤矸石的类别和当地自然条件有关。

煤矸石陶粒是将符合烧胀要求的煤矸石经破碎、预热、烧胀、冷却、分级、包装而成的颗粒，陶粒的粒径一般为5～20mm，最大的粒径为25mm，陶粒通常可以用来取代混凝土中的碎石和卵石。

煤矸石陶粒

利用煤矸石生产陶粒，符合国家利用废渣发展循环经济政策，有利于降低陶粒生产成本，并可享受国家税收优惠政策。

煤矸石生产陶粒必须具备两个基本条件，即在膨胀温度范围内产生合适的粘度和表面张力，与此同时产生足够数量的气体，两者相辅相成，产生封闭式多气孔膨胀。根据料球内产生的碳铁反应，陶粒原料中必须有一定的含碳量，但含碳量过高对陶粒膨胀不利，甚至会导致不能膨胀。含碳量过高不利于陶瓷膨胀当地主要原因是：在高温时含碳量过多，导致物料的液相粘度过小、表面张力过低，产生气体时很容易冲破气壳，从料球的裂缝中逸出，不符合陶粒膨胀两个基本条件相辅相成的要求，陶粒无法膨胀。

最佳碳含量计算：按国内外成熟经验，陶粒原料中C/Fe2O3最佳比例约为0.2，生产超轻陶粒的原料中Fe2O3的最佳含量一般为5%～9%，由此用于生产陶粒的煤矸石最佳含碳量为1%～1.8%。据不完全统计，我国多数地区的非自燃煤矸石的含碳量高达2.5%～7.5%，自燃煤矸石的含碳量为0.8%～2.0%，自燃煤矸石比较适合生产陶粒，若含碳量不足，可适量掺加部分非（半）自燃煤矸石；若含碳量偏高，可掺加部分含碳量较低的辅助原料（淤泥、页岩、粉煤灰等）。

目前，煤矸石生产陶粒的方法和技术主要有烧结机法和回转窑法。

1 烧结机法

烧结机法生产陶粒，首先选用合格的煤矸石，经均化处理、破碎、筛分后，直接输送至烧结机内点火、焙烧，烧出的产品是多孔型烧结快料，经破碎、筛分后，分为不同粒级的烧结多孔型陶粒。烧结机的优点是对煤矸石的要求相对较低，热耗和生产成本也较低，陶粒的堆积密度为650kg/m³～800kg/m³，适用于配制MU20～MU30的陶粒砂轻质混凝土。其主要缺点是多孔型烧结块内的气孔大小相差很大、分布不均，经破碎后陶粒的表面无玻璃体，开孔气孔率高，导致吸水率高达30%～40%，远高于多数国家标准，配制的混凝土流动性相对较差，配加的水泥较多。由于该法生产的陶粒及其混凝土的性能不足，难以适应市场需求，20世纪80年代起，多数国家的烧结机法煤矸石陶粒生产线逐步停产、关闭。

2 回转窑法

选用化学成分和含碳量较合适的煤矸石，经均化、破碎、粉磨后，输送至中间储仓，仓底配料时配加少量外加剂（粉状、膨胀性能好的煤矸石可以不用配外加剂），经预湿、搅拌后输送至制粒机（圆盘成球机或挤出制粒机等），生料球直接输送至双筒回转窑干燥、预热、焙烧、窑头卸出圆球形状、表面玻璃体较好的陶粒。回转窑法生产的陶粒产品，其主要优点是产品质量好，陶粒内气孔大小差别较小、分布均匀、通过调整配方和焙烧温度、时间，既可生产超轻陶粒（堆积密度小于5000kg/m³，吸水率小于12%），也可以生产普通陶粒（堆积密度为500kg/m³～700kg/m³，吸水率小于8%）以及高强陶粒（堆积密度为700kg/m³～900kg/m³，吸水率小于5%）；主要缺点是生产热耗和电耗相对较高（分别比烧结机法高50%和30%左右），生产成本比烧结机法高20%～30%，但因性能优势和适用市场需求能力强，回转窑法已逐步成为生产煤矸石陶粒的主流生产方法。

回转窑法生产煤矸石陶粒有以下三大技术要点。破碎、筛分法和磨细成球法对比。

1976年，株洲市石材厂工业性试生产煤矸石陶粒：

（1）选用株洲市煤矿洗煤后的多种煤矸石，分别经破碎、筛分（颗粒大小为φ10mm～φ15mm）后直接入窑焙烧，产品中少数膨胀较好（7.4%～32%），多数膨胀不好，产品匀质性较差；

（2）采用煤矸石磨细后掺加页岩粉（分别掺加20%、30%）或选矿药剂厂的废渣粉（Ca、Na成分较多，分别掺加5%、10%）等的多种配料方案，分别经预湿、搅拌、制粒后入窑焙烧，试烧出膨胀和匀质性较好、堆积密度为661kg/m³（掺加30%页岩粉）、堆积密度为667kg/m³（掺加10%废渣粉）等的煤矸石陶粒。工业性试生产证明：用破碎、筛分工艺直接焙烧煤矸石陶粒，无法确保产品的匀质性；用破碎、粉磨、配加部分辅助原料或少量外加剂、预湿、搅拌、制粒后入窑焙烧工艺，可以生产出质量较好、匀质性较优的煤矸石陶粒。

实践证明，煤矸石破碎、筛分后直接输送至回转窑焙烧，产品膨胀少、匀质性差、产品单一、较难稳定生产，不宜采用；煤矸石磨细、配料、预湿搅拌、制粒后输送至回转窑干燥、预热、焙烧，产品膨胀和匀质性好，而且通过调整配方和焙烧温度、时间，既可以生产超轻陶粒，也可以生产普通或高强陶粒，生产运行比较稳定，是生产煤矸石陶粒的最佳方案。

1 煤矸石陶粒回转窑生产工艺

干法工艺：将采集的原料经二级或三级破碎，筛分成所需粒级的原料块即可。这种工艺简单、投资少，但只适合质量非常均匀的硬质原料，不能用掺人外加剂的方法来调整原料性质。

粉磨成球法：该种制粒工艺适用于原材料质量不均匀、膨胀性较差的。其原料加工和制粒工序包括粗碎、烘干、粉磨和成球，该工艺复杂、一次投资大，但其优点是可以根据设计要求，掺人外加剂调节化学成分，从而制成粒型、级配优良的陶粒。

2 煤矸石陶粒回转窑工作原理

在煤矸石陶粒回转窑中的热加工工艺主要包括烘干、预热和焙烧及冷却三个工序。在200℃以下应缓慢加热，防止爆裂，保证料球的完整性；生料球的膨胀性主要取决于200-600℃预热段的加热速度，加热速度越快，物料膨胀的越好；随着温度提高，物料的软化在膨胀带（温度1100～1200℃）内完成，这时内部气体逸出，形成压力，促使料球膨胀。预热和焙烧是陶粒烧成重要的工序，但冷却工艺对陶粒质量也有很大影响。一般来讲，经试验，焙烧的陶粒在温度的膨胀带迅速冷却至1000～700℃，而在700～400℃应缓慢冷却，避免结晶和固化产生大的应力，至400℃时又可快速冷却。

3 煤矸石陶粒回转窑生产工艺流程

煤矸石通过破碎机加工之后，加工到可以在雷蒙磨需要的粒度，然后通过雷蒙磨磨粉加工到200目，进入双轴搅拌机后，和添加物料按照一定比例进行搅拌，通过造粒机将物料形成粒度后，进入回转窑煅烧，然后通过冷却机将物料冷却处理后成型。

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