烧结砖生产首要因素——原料（基本知识）-中国砖瓦工业协会

烧结砖生产首要因素——原料（基本知识）

　　中国砖瓦工业协会　　[2018/3/28]　　

摘要:

一般来说，凡是能烧制普通砖的原料都能生产空心砖，只不过空心砖孔多壁薄坯体弱，对原料的制备和内燃料的掺配要求更严，有害杂质应更少，颗粒级配应更合理，矿物组分应更充分疏解、松散、分布均匀，以保证制砖原料的塑性和良好的结合能力。对原料的基本要求，主要在于其化学成份、矿物组成和物理性能。

一、原料主要化学成份对制砖的影响

二氧化硅(Si02)：是烧结砖原料中的主要成份，含量宜为55～70％。超过时，原料的塑性太低，成型困难，而且烧成时体积略有膨胀，制品的强度也会降低。

三氧化二铝(AL2O3)：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，加大烧成煤耗，并使制品的颜色变淡。

三氧化二铁（Fe203)：是制砖原料中的着色剂，含量宜为3～10％。太高时将降低制品的耐火度，并使其颜色更红。

氧化钙(CaO)：即生石灰，在原料中常以石灰石(CaC03)的形式出现，是一种有害物质，含量不得超过5％。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。

氧化镁(MgO)：是一种有害物质，含量越少越好，不许超过3％。它和硫酸钙(CaS04）、硫酸镁(MgS04)一样，都将使制品出现“泛霜”，甚至剥层、风化。

硫酐(SO3）：最好完全没有，最多也不能超过1％。否则，制品将在焙烧时产生气体，使砖体积膨胀、疏解粉碎。

二、矿物分析

对原料进行矿物分析，有助于了解其某些物理性能，以便采取相应的工艺措施，予以改变，以满足制砖的要求。如：原料中的长石将降低制品的抗冻性能，当其含量超过15％时制品将不抗冻。又如蒙托石（澎润土），粘性极高，吸水后使体积剧烈膨胀，干燥后又强烈收缩，其线收缩率高过13～23％，造成坯体大量干燥裂纹，实践证明：当原料中蒙脱石的含量达到20％时，干燥裂纹已无法避免。生产中常利用高塑性膨润土作为粉煤灰的粘合剂，以生产各种优质的粉煤灰砖。

三、物理性能

1、颗料组成：或称颗粒级配。

尽管原料粒度越细，其表面积越大，水份渗透越好，原料的塑性也越好。但制砖原料绝不是越细越好。因为，全是太细的原料不利于制品的干燥和焙烧，不同粒度的原料在制品中所起的作用是不一样的。

粒径小于0.05mm的粉料颗粒称为塑性颗粒，用于产生成型所需要的塑性。当然，这些细小的颗粒必须是粘土或具有类似粘土性能的页岩、煤矸石或其它材料。否则，如对于河沙，粉磨得再细，也是没有塑性的。

粒径为0.05～1.2mm的物料颗粒成为填充型颗粒，其作用是控制产品所发生的过度的收缩、裂纹及在塑性成型时赋予坯体一定的强度。

粒径为1.2～2mm的粗颗粒，在坯体中起到骨架作用，称为骨架颗粒，有利于干燥时排出坯体中的水分。

空心砖生产原料颗粒不宜大于2mm。

合理的颗粒组成应该是塑性颗粒占35～50％；填充性颗粒占20～65％；骨架颗粒<30％；绝不允许有大于3mm的颗粒。因其不仅会降低制品的强度，还会因收缩不匀而产生干燥裂纹。

2、塑性指数

塑性指数是评价制砖原料的一项重要参数，在制砖行业，塑性是指物料和水的混合物在它的最大稠度时能够被挤压成型并在解除压力后能保持成型后形状的一种能力。这种能力的大小以塑性指数来表示。

高的塑性指数虽有利于挤出成型，但干燥和焙烧时容易产生裂纹；塑性指数偏低，虽有利于干燥和焙烧，但又会给成型带来困难。如果塑性指数低于7，不仅挤出成型困难，制品的强度也较低。

一般认为：塑性指数大于15时称为高塑性泥料，小于7则称为低塑性泥料，只有塑性指数为7～15时的中塑性泥料最适宜于挤出成型。制品的孔洞率越高，孔型越复杂、壁越薄，成型时需要的塑性指数也越高。

各种原料的塑性指数差距十分悬殊。粘土的塑性指数较高，有的可达25以上，煤矸石较低，有时还不到7，泥质页岩居中，常为7～18。

通过一定的技术手段可以在一定范围内调整原料的塑性指数或改善其挤出成型时的技术性能。对于塑性指数过高的原料，可以适当掺人煤灰、炉渣、粉煤灰、或废砖粉进行瘦化；对于塑性指数较差的原料更应该提前开采、自然风化、适当提高细度、淋水松解以及用机械方法进行搅拌、辊压、陈化、混合、挤压等方法加以改善�；箍梢允柿坎羧胨苄灾甘细叩恼惩�、页岩粉，以调整混合料的整体塑性指数。在生产粉煤灰砖时还可以适量掺人膨润土作为粘合剂，使每一粒粉煤灰的表面都粘有薄薄的一层膨润土，通过混合、均化、挤压提高塑性，满足成型。

必须指出：当采用多种原料进行生产时，其首要条件是充分混匀。否则，不仅起不到预期的效果，反而会造成因各种原料的收缩率不一样而产生的干燥、收缩裂纹。

由于挤出砖坯的质量不仅主要取决于原料的塑性，还和原料颗粒之间的摩擦系数有着直接的联系。表面光滑而呈球形的颗粒就比表面粗糙而不是球形的颗粒更容易在被挤压时流动而互相靠拢挤实。采用在原料中加人某种添加剂以及造纸厂的黑液，化工厂、电镀厂的废酸液，由于其与泥料颗粒表面所产生特殊的离子吸附和润滑作用，大大改善了泥料在被挤压时的流动性能，而更容易被挤压密实而产生出表面光滑而致密的砖坯。

3、收缩率

坯体在干燥过程中，由于水分蒸发，颗粒自然靠拢，体积收缩，是所谓干燥收缩。其收缩的长度与坯体原来长度的百分比叫干燥线收缩率。对于干燥线收缩率较大的原料，其制品更应缓慢干燥，否则，坯体将出现严重的干燥裂纹而成废坯。生产中，要求原料的线收缩率小于6％，否则，应对原料进行瘦化处理。

焙烧时，由于所发生的一系列物理、化学变化及原料中某些物质的烧失，成品不仅比砖坯轻了，体积也略有收缩叫烧成收缩。其收缩的长度对于干燥后坯体长度的百分比叫烧成收缩率。

4、干燥敏感系数

干燥过程中，在坯体中水分逐渐被蒸发的同时，体积也逐渐缩小。由于坯体内、外的干燥速度和收缩速度总是外快内慢，即表层已经干燥开始收缩，而内部还“原封不动”，一旦其收缩的数量超过了泥料的弹性系数(1～2％），必将“胀裂”坯体表面，产生网状裂纹，这叫泥料的干燥敏感性，并以干燥敏感系数来表示，干燥敏感系数越大，坯体在干燥过程中产生裂纹的威胁也越重，当干燥敏感系数小于1时，干燥过程中的问题较小，一旦干燥敏感系数大于2，其在干燥过程中产生裂纹的危险性也就十分严重了，必须加瘦化原料来降低干燥敏感系数。

一般说来，泥料的塑性指数越高，其干燥的线收缩率和干燥敏感系数也越高。

5、烧成温度范围

超过烧成温度仍继续升温，坯体将慢慢软化变形，甚至熔融，坯垛坍塌。显然，低于烧成温度时将会出现生砖或欠火砖；高于烧成温度时，将会出现过烧、烧流甚至坯垛倒塌。显然，这一烧结温度范围越宽，焙烧越容易掌握，对于空心砖来说，这一温度范围应不小于50℃。这是因为：窑室的断面温度不可能完全一样，常常是中部温度较高，边部温度较低，以及顶部和底部、内侧和外侧、窑墙和窑门附近，都会出现一定的温差。如果烧成温度范围太窄，必将出现在同一个断面上中间砖烧好了，边上砖欠火；或边上砖烧好了，中间砖烧焦，或者这一部分欠火那一部分过火的异常现象。

粘土砖的烧结温度较低，约为900℃，煤矸石砖则较高，约为1000～1100℃左右，页岩居中。

三、原料的制备处理

为使原料矿物组分颗料级配较为合理，确保整个原料均匀一致，具有适宜的塑性指数和干燥敏感系数，便于原料挤出成型并生产处合格的产品，就必须对原料进行系统地加工、处理。

1、剔除杂质

原料中的树根、草皮、大块的卵石、砂岩、石灰石等，可以用手工清除，但主要以机械为主可用除石对辊、各种筛式除石机予以剔除。锉式除石机能有效地在剥离了包裹在卵石上的粘土后把卵石剔除，挤出净化机在对泥料搅拌、挤出的同时还能有效地剔除其中的树根、草和砾石。由于采用了前置式的杂质清除装置，可以在不�；那榭鱿屡懦又�，十分方便。

2、自然风化

开采出来的原料在露天堆放一段时间，任其日晒、风吹、雨淋、冷冻，借助大自然的力量使其疏解、颗粒分散、水分均匀渗透，是匀化和增加其塑性、改善其干燥性能的简单有效的好方法。对于页岩，还可以通过风化过程使大块分解为小块，减少粉碎工序的负担。

3、闷料困存（也是陈化的一种形式）：

将经过粉碎、混合、适当加水搅拌后的泥料堆集闷存于料库中72小时以上，使水分充分渗透，泥料疏解，松散匀化，不仅可以提高塑性，有利于成型，还可以减少干燥和焙烧时的应力，减免裂纹。我们有这样的经验：头一天经过搅拌没有用完的泥料，第二天特别容易挤出成型就是这个道理。

4、机械处理

机械处理的目的是改善泥料的某些技术性能。其手段包括粉碎、混合、搅拌、碾练等。

（1）粉碎

粉碎的目的是减小粒度，增加比表面积，使泥料能更充分地与水分接触，缩短水分浸透泥料路径，使泥料均匀而充分地湿透。应针对物料的物理性质、块度大小及需要粉碎的程度选用适合的设备。

例如：对于脆、硬而自然含水率较低的原料宜选用击打式的粉碎设备。如用各种锤式破碎机、反击式破碎机来细碎各种中硬的煤矸石和页岩；用笼形粉碎机来细碎各种较硬而自然含水率偏高的页岩；用辊式粉碎机来挤碎自然含水率高的软质页岩；用干式球磨机来磨细自然含水率低于3％的硬质煤矸石或页岩等；采用颚式破碎机或较大型的反击式破碎机来中碎中等硬度以上的煤矸石或页岩；采用齿辊机来中碎软质页岩及粘土。

（2）混合

混合的目的是使性质不同的粉料充分混匀，互相“渗透”，取长补短，改善粉料的整体性能，由于干粉的颗粒分散，相互接触的机会多，容易混匀，而湿粉多已结成较大的粉团，粉料间相互接触的机会少，充分混匀也就因难了。

另外，容重相近的粉料较容易混匀，而容重悬殊的粉料混匀则较为困难。例如：粉煤灰的容重只有页岩或煤矸石的一半左右，轻者上浮，混匀就不那么容易了。因此，在生产粉煤灰页岩砖或粉煤灰煤矸石砖时常把几种干粉按比例同时送人笼形粉碎机或者取掉了筛条（筛板）的锤式破碎机中进行干混合，效果较佳。

（3）搅拌

粉料的塑性是靠水分的充分混匀和渗透来实现的，加水搅拌的主要作用就是要水分和粉料充分混匀，并尽量使水分充分渗透进每一颗粉料的内部而形成成型所需要的塑性。试验表明：同样的原料，只搅拌两分钟，挤出砖坯的干燥裂纹高达4％，而搅拌到3分钟以上时，在同样的条件下，干燥裂纹只有1％。强力搅拌机( 搅拌挤出机）在对泥料搅拌以后再经双螺旋泥缸强迫挤出，使水分在泥料颗粒中渗透得更好，效果更佳。

如上所述，搅拌的目的是使水分与泥料充分混匀。为此，应在粉料进人搅拌之初就均匀洒水，以充分发挥其作用。

（4）碾练

碾练的目的是使各种泥料进一步充分混匀，水分进一步渗透，使泥料的整体性能均匀一致，以利成型，并防止不均匀收缩造成的裂纹。就象揉面团一样，“面揉得越好，馒头才越好吃”。

目前，最常用的碾练设备有：各种细碎对辊机、轮碾机、捏合机以及搅拌挤出机。

细碎对辊机：制砖所用的对辊机由于两个辊子表面的线速度相差较大，所以不仅是把泥料压碎挤紧，还要把挤成的“泥皮”搓碾撕碎，以便下一道工序进一步混匀。

轮碾机：对辊机辊面的线速度为1Om/秒左右，高速细碎对辊在12m/秒以上，泥料在两辊相切处被强力挤压的时间极短。而轮碾机轮面的线速度小于2m/秒，因此，其对泥料作用的时间就长多了。而且轮面轴向各点的线速度又随着其与碾盘中心的远近而不同，故其在对泥料进行碾压、粉碎的同时还有着搓揉、撕裂、拌合等多种作用，从而起着对辊机和搅拌机加起来的综合效果。

塑化料

塑化料是能提高原料的可塑性、结合能力和流动性的添加材料。作为塑化料的有高塑性黏土和页岩。其他塑化料主要有苏打、水玻璃、羟甲基纤维素（CMC）、苛性钠以及甲基纤维素（MC）等。

无机塑化料大多是通过改变pH值以及变更原料颗粒表面的吸附阳离子，从而影响水化膜厚度来增塑的。有机塑化料的分子在水溶液中能生成水化膜，并被原料颗粒牢固地吸附在表面上，使颗粒表面上有了一层水化膜和黏性很大的高分子，从而有效地提高原料的可塑性和结合能力。

除上述几种常用的塑化料外，下列物质也能起到增塑作用：木质素（C18H30O16）、亚硫酸盐废液、盐酸、纤基醋酸钠等。

羟甲基纤维素

凡能提高原料的干强度及产品强度的添加料称为强化料。通常，脊性料能减小干燥收缩，但往往同时减小原料的干强度。人们期望既减小干燥收缩，避免干燥过程中发生弯曲变形，又保证坯体具有一定的干强度，以免在以后坯体的运转过程中发生破损。

提高干强度的添加料有：羟甲基纤维素（CMC）、苏打、蒙脱石、氢氧化钙、氢氧化钠、石膏、陶瓷用黏土等、而耐火黏土、伊利石、硅灰石、黏土质页岩、高岭石、石灰、碳酸钠、氯化钠等能提高制品的抗弯强度、抗压强度。

耐火黏土

意大利生产一种新型抗风化砖。这种砖在拌料时加2%~2.5%的陶瓷碎渣，从而使砖的抗风化能力和力学强度显著提高。

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