利用粉煤灰生產(chǎn)高強(qiáng)和超輕陶粒
眾所周知，粉煤灰陶粒是以粉煤灰為主要原料，摻加適量粘結(jié)劑和外摻劑，經(jīng)加工成球，燒結(jié)或燒脹而成的一種人造工業(yè)廢料輕集料。
粉煤灰陶粒一般采用燒結(jié)法和回轉(zhuǎn)窯法兩種燒成工藝，其粉煤灰摻用量視粉煤灰和粘結(jié)劑的性能而定。
燒結(jié)法粉煤灰摻入量一般可達(dá)80%～90% ，回轉(zhuǎn)窯法最多可達(dá)70%～80%。粉煤灰陶粒的吃灰量高于粉煤灰燒結(jié)磚。
粉煤灰陶粒主要用于配制輕集料混凝土(亦稱粉煤灰陶?；炷? ，其特點(diǎn)是重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐火度高，化學(xué)穩(wěn)定性好、耐久性和保溫隔熱性能好。20 世紀(jì)60年代初期，上海、天津等地已相繼開始生產(chǎn)和應(yīng)用粉煤灰陶粒。20世紀(jì)直到20世紀(jì)～80年代，在不少橋梁工程和多層、高層建筑中應(yīng)用了粉煤灰陶?；炷?，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
在當(dāng)前對(duì)建筑節(jié)能和建筑物功能性要求愈來愈高的形勢(shì)，全國范圍內(nèi)出現(xiàn)了廣州、烏魯木齊、昆明、黑龍江和津京唐五個(gè)地區(qū)超輕粘土陶粒生產(chǎn)應(yīng)用迅速發(fā)展，1997 年上海利用回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)了堆積密度700～800kg/m3的高強(qiáng)粉煤灰陶粒和500kg/m3的超輕陶粒。2001年大慶從英國引進(jìn)一條年產(chǎn)20萬m3的燒結(jié)法全粉煤灰陶粒生產(chǎn)線。
1 對(duì)粉煤灰原料的基本要求
1. 1 粉煤灰化學(xué)成分
根據(jù)多年的試驗(yàn)研究，燒制陶粒用粉煤灰的化學(xué)成分應(yīng)符合表1要求。否則，必須通過外摻劑來調(diào)整其化學(xué)組分。
1. 2 含碳量
大量的試驗(yàn)研究證明，生產(chǎn)陶粒原料中，其含碳量或有機(jī)質(zhì)含量過多或過少，均不能制成性能良好的或符合標(biāo)準(zhǔn)要求的陶粒。當(dāng)采用粉煤灰為主要原料生產(chǎn)陶粒時(shí)，在一般情況下，其碳素或有機(jī)質(zhì)含量均過高，因此，在工藝上必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿撎继幚怼?/P>
1. 3 細(xì)度
粉煤灰的細(xì)度一般控制在45μm篩余≤45%。
由于各地粉煤灰的成分差異較大，在決定建廠之前，建議委托有關(guān)科研設(shè)計(jì)單位對(duì)粉煤灰和粘結(jié)劑的基本性能、合理配比、燒結(jié)燒脹性能、燒結(jié)溫度和溫度范圍、堆積密度等指標(biāo)進(jìn)行全面分析試驗(yàn)，確定最佳的原料配比和工藝參數(shù)，必要時(shí)須做中試。
2 高強(qiáng)和超輕粉煤灰陶粒的生產(chǎn)工藝
2. 1 生產(chǎn)工藝流程
利用粉煤灰生產(chǎn)陶粒有塑性法成球和磨細(xì)法成球兩種工藝。下面是塑性法成球的基本工藝流程。
根據(jù)原料不同，料球制備方法差異很大。一般要摻加20%～25%的粘結(jié)劑(頁巖、粘土或煤矸石) 、以防止料球在窯內(nèi)滾碎。由于粉煤灰中Al2O3含量較高(20%～35%) ，為有效降低焙燒溫度，需摻加一定量的助熔劑。
塑性法制粒成球是：粉煤灰、粘結(jié)劑和外摻劑經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量、混合、攪拌和輪碾等工序，使其達(dá)到均勻混合和水分勻化后，送入成球機(jī)成球。
磨細(xì)成球法是將原料計(jì)量配比、混合磨細(xì)(各種配料混合磨細(xì)或部分粉煤灰混合磨細(xì)) ，預(yù)加水?dāng)嚢?含水率10%～12%) ，圓盤成球機(jī)制粒成球。具體采用何種料球制備工藝應(yīng)根據(jù)原料性能和陶粒產(chǎn)品要求的性能指標(biāo)(超輕陶粒還是高強(qiáng)陶粒) 情況確定。
2. 2 高強(qiáng)粉煤灰陶粒的生產(chǎn)
由輕集料國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T17431.1) 可知，密度等級(jí)在600～900級(jí)的高強(qiáng)陶粒其相應(yīng)的強(qiáng)度要比普通陶粒高1～2個(gè)密度等級(jí)，而吸水率要低7% ，其他指標(biāo)則與普通陶粒相同，因此，生產(chǎn)高強(qiáng)度陶粒不僅是增加其密度，其相應(yīng)的強(qiáng)度等指標(biāo)也得提高。所以，生產(chǎn)高強(qiáng)度陶粒必須要采取一套工藝技術(shù)措施，即對(duì)原料及其組分應(yīng)進(jìn)行選擇;對(duì)塑性法和粉磨法的原料和混合料必須進(jìn)行充分均化處理和必要的組分調(diào)整;根據(jù)原料的性能選擇合理的熱工制度;采取正確的冷卻制度。
通過上述四道工序的調(diào)整和控制才可能生產(chǎn)出合格的高強(qiáng)陶粒，否則是生產(chǎn)不出高強(qiáng)陶粒的。
高強(qiáng)粉煤灰陶粒的生產(chǎn)，當(dāng)前有兩種窯爐工藝可采用：
a. 回轉(zhuǎn)窯工藝
采用回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)高強(qiáng)粉煤灰陶粒，我國于70年代末80年代初分別由陜西建研院和上海建研院研制成功，所生產(chǎn)的高強(qiáng)粉煤灰陶粒用當(dāng)時(shí)的混凝土配置技術(shù)已達(dá)CL50和CL60。采用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝的粉煤灰用量視粉煤灰和粘結(jié)劑的性能而定，粉煤灰摻量一般在70%～80%之間。為防止料球在運(yùn)動(dòng)過程中破碎，故粘合劑的用量比燒結(jié)機(jī)工藝約高8%～10%。
b. 燒結(jié)機(jī)工藝
采用燒結(jié)機(jī)工藝生產(chǎn)粉煤灰陶粒，在我國雖有30余年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，但其產(chǎn)品性能達(dá)不到高強(qiáng)陶粒的指標(biāo)。英國萊泰克的燒結(jié)機(jī)工藝技術(shù)，據(jù)資料介紹其產(chǎn)品性能達(dá)到高強(qiáng)陶粒的指標(biāo)。大慶地區(qū)已引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)，建成規(guī)模為年產(chǎn)30萬m3粉煤灰陶粒廠，希望通過這條引進(jìn)線把我國燒結(jié)機(jī)工藝技術(shù)提高到一個(gè)新水平。
2. 3 超輕粉煤灰陶粒的生產(chǎn)
根據(jù)試驗(yàn)研究，各地方的粉煤灰除了少數(shù)含有高鈣、高鐵的灰種外，一般的粉煤灰都有燒脹性能，依據(jù)灰的組分和含碳量，經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和處理后其膨脹系數(shù)一般在2.0～3.5之間，詳見表2 和表3。
由表2和表3可知，在生產(chǎn)超輕粉煤灰陶粒時(shí)，只要調(diào)整和控制好混合料的組分和含碳量，就能生產(chǎn)出超輕粉煤灰陶粒。
3 回轉(zhuǎn)窯燒成
按常規(guī)料球制備采用塑性制粒法和磨細(xì)成球法，因料球含水率較高(18%左右) ，宜采用雙筒回轉(zhuǎn)窯。雙筒回轉(zhuǎn)窯對(duì)調(diào)節(jié)物料在干燥、預(yù)熱帶和焙燒帶的停留時(shí)間和相應(yīng)的焙燒制度更為有利，但其構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，重量和造價(jià)比單筒回轉(zhuǎn)窯高，漏風(fēng)和維修量也相應(yīng)增加。
雙筒回轉(zhuǎn)窯有高差式和插接式兩種：前者前后兩窯高差較大，使窯尾標(biāo)高增高約1.5～2m，配套的設(shè)備和土建工程費(fèi)用明顯增加，聯(lián)結(jié)兩窯的中間煙室漏風(fēng)多、熱損失大，導(dǎo)料槽易燒壞，在國內(nèi)外已呈淘汰趨勢(shì);后者是當(dāng)前國內(nèi)發(fā)展最快的先進(jìn)窯型，缺點(diǎn)是兩窯插接處(插入深度400～800mm) 有一定漏風(fēng)和揚(yáng)塵，需設(shè)置高性能的轉(zhuǎn)動(dòng)密封裝置。雙筒回轉(zhuǎn)窯兩窯的安裝斜度相同，均在4°左右，各有獨(dú)立的傳動(dòng)裝置，一般配用YCT電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。調(diào)速范圍：干燥預(yù)熱窯一般1～3r/min ，焙燒窯一般1.2～3.6r/min。生產(chǎn)時(shí)通過電動(dòng)調(diào)速求得物料在兩窯內(nèi)的最佳停留時(shí)間。
4 冷卻
對(duì)高強(qiáng)陶粒，由于焙燒溫度較高，焙燒時(shí)間也比超輕和普通陶粒長3～5min ，其燃料裝置也應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整。以煤粉燃料為例，應(yīng)將噴煤嘴向窯內(nèi)多深入300～380 mm ，適量增加一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量，改用長火焰的噴煤嘴，使煤粉噴出速度自30～40m/s提高至40～50m/s ，并適當(dāng)調(diào)節(jié)閥門增加窯尾抽力，使燃燒火焰長度從原來的2～3m 延長至3～4m。
從窯頭卸出的陶粒溫度900～1000℃，如直接卸入空氣中或水池中急冷，會(huì)明顯降低陶粒強(qiáng)度。因此相對(duì)正規(guī)的陶粒廠都配有陶粒冷卻機(jī)。國外常用的有多筒冷卻機(jī)、單筒冷卻機(jī)、豎式冷卻機(jī)、分層冷卻機(jī)、篦式冷卻機(jī)等;國內(nèi)常用的有單筒冷卻機(jī)、遙運(yùn)冷卻機(jī)和豎式分層冷卻機(jī)等。
篦式冷卻機(jī)和遙運(yùn)冷卻機(jī)屬通風(fēng)型和空中快冷型，不利于提高陶粒強(qiáng)度。多筒冷卻機(jī)和單筒冷卻機(jī)屬自然通風(fēng)緩慢冷卻型，利于陶粒強(qiáng)度，但效率低，卸料溫度高(200～300℃)、熱利用率低。豎式分層冷卻機(jī)也屬通風(fēng)型冷卻，但實(shí)現(xiàn)了陶粒1000～700 ℃、400℃以下快冷，700～400℃緩冷(用熱風(fēng)冷卻)的最佳冷卻制度，冷卻效率高(約25min) 、卸料溫度低(機(jī)外氣溫+ 50℃) 、陶粒余熱利用率高(排除的熱風(fēng)300～400℃，都分用于烘干碎煤或原料，部分送入窯內(nèi)作一、二次熱風(fēng)) 。是目前國內(nèi)外最先進(jìn)的陶粒冷卻機(jī)，用于高強(qiáng)陶粒生產(chǎn)線更加顯效。
5 粉煤灰陶粒的經(jīng)濟(jì)效益
下面是東北某粉煤灰陶粒廠的經(jīng)濟(jì)分析，供大家參考。
投資：該廠總投資460 萬元。產(chǎn)量：年產(chǎn)3 萬m3 陶粒。
成本：通過其財(cái)務(wù)報(bào)表了解，該廠產(chǎn)品單位成本及構(gòu)成如下：
原材料：26.5元/m3 燃料：14元/m3
水、電：11.69元/m3 維修費(fèi)：2.57元/m3
人工費(fèi)：8.17元/m3 折 舊：11.7元/m3
管理費(fèi)：2.0元/m3 銷售費(fèi)：2.0元/m3
合 計(jì)： 78.03元/m3
市場(chǎng)及價(jià)格：其產(chǎn)品50%左右自用，用作砌塊的輕骨料，其余外銷。外銷價(jià)格為120元左右，銷售市場(chǎng)主要在本市(半徑50公里范圍內(nèi)) ，運(yùn)距短、運(yùn)費(fèi)低。
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