导读: .利用煤矸石为主要原料（掺量约80%），加入20%左右的页岩及少量其它辅助原料，可以烧制出800级的高强煤矸石陶粒砂，其各项性能指标均达到“GB/轻集料及其试验方法”中规定指标。
煤矸石是煤炭开采和煤炭洗选加工过程中产生的固体废弃物，是我国目前年排放量和累计存量最大的工业废渣。
我国煤矸石每年的排放量约占当年煤炭产量的10%，约占全国工业废渣排放量的1/4。
.jpg)
据统计，我国2003年有煤矸石山1600多座，堆存煤矸石40多亿t，占地https://www.flowerba.com/万hm2，且每年还以约https://www.flowerba.com/亿t的速度递增，压占耕地面积每年以400hm2的速度递增。
煤矸石是天然地质体与人工开发过程综合作用的产物，它具有两重性，一方面是煤炭生产过程中排放出的固体废弃物；另一方面是由岩石和矿物组成的非金属矿产资源，具有可综合利用属性。
含碳量不高（低于13%）的碳质页岩和选煤矸石可用于烧制轻骨料，轻骨料是一种轻质和具有良好保温性能的新型建筑材料，发展前景非常广阔。
具统计，我国积存的煤矸石中有40%左右适合于烧制轻集料，具有广泛应用前景。
本研究根据河煤矿煤矸石的物质组成及基本特性，制备了基本性能优良的高强陶粒砂，并探讨了陶粒砂生产的最佳工艺参数。
1实验原料及性能。
煤矸石为碳质页岩、碳质泥岩等黏土岩矸石。
X射线衍射分析结果表明，煤矸石以黏土矿物为主，主要矿物组成有高岭石、伊利石、石英、方解石，少量绿泥石、长石、云母、黄铁矿等。
考虑到烧制陶粒砂所需煤矸石含碳量小的要求，本实验选用煤矸石为含碳量较低的掘进矸石。
掘进矸石放射性监测结果表明，内照射指数IRa为，外照射指数Ir为，放射性水平低于国家对放射性废物IRa≤、Ir≤的规定，符合A类材料使用范围要求，可以用于生产建筑材料。
经试验分析可知，研究区煤矸石的可塑性指数为，一般线收缩在，干燥敏感性指数为1左右，熔点在1030~1150℃之间，堆积密度1452kg/m3。
辅助原料。
为了降低原料的碳含量和提高膨胀性能，选用页岩、氧化铁、白云岩、碳酸钠作为配料。
页岩的塑性指数，堆积密度为1175kg/m3。
实验选用发泡剂为白云岩和碳酸钠按1∶1质量配比而成，氧化铁为纯度的Fe2O3红褐色粉末。
2实验方法。
煤矸石陶粒砂生产工艺共有三道工序，即原料加工、制粒和热加工。
本次实验采用粉磨成球法，即将磨细烘干的煤矸石或煤矸石与配料按要求配比后加水制粒成球，然后进行预热和焙烧。
原料加工：各种原料经颚式破碎机破碎、球磨机球磨后过100目标准筛，然后在105℃下烘干后备用。
按照煤矸石与页岩为4∶1的比例，再分别加入少量发泡剂（）和氧化铁，然后混匀，加水。
.jpg)
这个过程中，原料一定要充分混合均匀。
如果不均匀，烧成的陶粒砂会出现外壳厚薄不均，内部气孔分布不匀的现象。
制粒、干燥：采用人工搓球。
球的直径大小在10~15mm之间。
成球后，放入干燥箱，升温至105℃，烘干1~2h即可，然后按样号装入样缸中待烧。
预热与焙烧：试烧陶粒砂样的预热和焙烧在预热炉和焙烧炉中进行，当样在设计预热温度下达到预热时间后，立即从预热炉中取出放入已达到设计焙烧温度的焙烧炉中焙烧。
根据初步试验结果，本研究分别对预热温度、预热时间、焙烧温度、焙烧时间4种影响因素各设定4个水平，采用4因素4水平正交试验设计实验方案，以求其最佳参数。
.jpg)
3实验结果和讨论。
根据初步试验，采用纯煤矸石制备的陶粒砂堆积密度介于916~985kg/m3之间，产品色浅，表壳厚，中部膨胀不多，黑心现象严重，不能满足建筑陶粒砂的技术要求，这与煤矸石含碳量过高导致陶粒砂烧胀性较差有关，所以需要加入其它配料。
在原料中加入、和发泡剂后制备的陶粒砂的堆积密度明显减小，为813~893kg/m3。
在相同的试验条件下，随着发泡剂含量的增加，产品的堆积密度也相应降低，但在发泡剂加入时其堆积密度没有明显的变化，说明在此试验条件下煤矸石在加入1%发泡剂后已经基本达到了最大膨胀效果，选取发泡剂的加入量为1%。
为了降低原料中碳含量和提高发泡效果，在煤矸石中加入20%左右的页岩、1%的发泡剂和少量氧化铁，按确定的影响因素和水平进行正交试验，以陶粒砂的堆积密度作为陶粒砂的主要技术参数，寻找最优工艺参数。
配料对陶粒砂膨化作用的影响分析：陶粒砂在高温下的热膨胀是固相、液相、气相三相动态平衡的结果。
陶粒砂经焙烧引起膨胀需同时具备两个条件，即：①在高温下形成具有一定黏度的熔融物；②当物料达到一定黏稠状态时，产生足够的气体。
只有同时具备上述两个条件，才可能获得膨胀良好的均质多孔性陶粒砂。
陶粒砂原料中SiO2、Al2O3含量越高，要达到一定黏度，需要的温度也越高。
而CaO、MgO、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O等是助熔剂。
在煤矸石中掺加一定量的页岩，可以有效降低原料的SiO2、Al2O3含量，提高CaO、MgO和Na2O含量，有利于降低原料的熔点。
根据煤矸石的综合热分析，该煤矸石的熔点在1030~1150℃之间，加入页岩和少量氧化铁后，原料的熔点也会相应降低，在1040℃焙烧温度下即可达到最佳焙烧效果。
国内外研究表明，在陶粒砂的烧制过程中，含碳量过高不利于陶粒砂的膨胀，容易造成陶粒砂表面黏度较小，内部黏度过大，只在熔化好的表面薄层中产生少量气孔，而内部密实、黑心、无气孔。
但在陶粒砂膨化过程中，碳又不能完全除尽，还需要在陶粒砂熔融达到一定黏度时，产生足够的气体。
掺加一定量的页岩能有效降低原料的碳含量，有利于陶粒砂在焙烧阶段的膨胀。
在高温条件下，由于陶粒砂内部残碳作用，其表面是氧化气氛，内部形成一定的还原气氛。
因而导致陶粒砂表面Fe2O3多，内部FeO多，造成了表面黏度稍大，内部黏度稍小，有利于陶粒砂的膨化，降低了陶粒砂的焙烧温度，同时增加了膨胀性能。
4结论。
.利用煤矸石为主要原料（掺量约80%），加入20%左右的页岩及少量其它辅助原料，可以烧制出800级的高强煤矸石陶粒砂，其各项性能指标均达到“GB/轻集料及其试验方法”中规定指标。
.在预热温度、预热时间、焙烧温度、焙烧时间4个参数中，焙烧温度对制备的陶粒砂堆积密度影响最大，而其它3个参数影响较小。
。
作为专业致力于研发和制造高速公路和高速铁路用砂石设备的矿业机械制造商嵩山重工有限公司生产的各类砂石设备，如：第三代制砂机、新型制砂机、石打石制砂机、珍珠岩制砂机、玄武岩制砂机、河卵石制砂机、鹅卵石制砂机、棒磨式制砂机、VSI新型制砂机、PCL制砂机、冲击式制砂机、复合式制砂机以及振动给料机、振动筛、洗砂机等设备广泛使用在高速公路和高速铁路建设中，是国家基础建设不可或缺的设备。
嵩山重工有限公司生产的新型制砂机广泛应用于各种矿石、水泥、耐火材料、铝矾土熟料、金刚砂、玻璃原料等高硬、特硬物料的中、细碎领域。
可广泛应用于水电、公路、建筑、水泥、金属矿山等行业的细碎作业,新型制砂机的产品粒形呈立方体，针片状含量低，在机制建筑砂、石料以及各种冶金矿渣的破碎中更是得到普遍使用，新型制砂机与其它类型的破碎机相比产量功效高。
具有工作稳定可靠、维修方便、制砂率高等优点。
。
1.尾矿砂、废矿页岩的膨胀性能试验。
分别对尾矿砂和废矿页岩单独试烧、按不同比例搭配试烧、固定比例添加不同的外加剂试烧,以了解它们在不同条件下的膨胀性能。
在试验过程中发现: 1)尾矿砂较粗,塑性极差,几乎无法成球;废矿页岩粉煤灰的塑性比尾矿砂好,但比粘土差,所以料球的强度也不高,难以达到生产要求;料球强度随着废矿页岩比例的增大而逐步提高。
2)尾矿砂基本不膨胀,表面粗糙,有明显的细砂颗粒,软化温度较高,粗细不同的颗粒软化温度有明显差别;废矿页岩的膨胀性能较好,粉磨成球后在实验室可以烧制出颗粒密度约400kg/m3的陶粒砂,陶粒砂表面比较光滑,挂釉明显,内部气孔的大小和分布都比较均匀,但烧成温度范围比较窄。
3)尾矿砂和废矿页岩搭配后烧制的陶粒砂颗粒密度偏高,表面粗糙,废矿页岩的比例越大,膨胀性能越好,表面越光滑,但烧成温度仍然偏高,烧成温度范围较窄。
4)添加适量外加剂后,陶粒砂的烧成温度有明显降低,膨胀性能也有不同程度的好转。
2.强度性能试验在。
节膨胀性能试验的基础上,分别对废矿页岩进行配方单烧、对尾矿砂和废矿页岩搭配后添加粘土作为粘结剂进行配方试烧,先验证其膨胀性能,再了解其强度性能。
添加的粘土虽然不膨胀,但较好的塑性可以增强料球的强度。
通过测试料球强度,确定每100g主原料加入10~20克的粘土即可达到要求。
1)利用配制的矿物掺合料取代水泥来配制C30混凝土,分析发现,A,B组的后期强度比基准混凝土有所提高,而C组无论早期还是后期的强度都低于基准混凝土.说明A,B两组复合掺合料的各组分活性在配制混凝土过程能够得到充分发挥,并且发生了叠加效应,从而大大提高混凝土的强度,也说明矿物掺合料等量取代水泥的合适量为35%~40%。
2)该研究说明利用新型矿物掺合料配制的混凝土的工作性能和力学性能指标优于基准混凝土,并与利用双掺(粉煤灰与矿渣)和叁掺(粉煤灰,矿渣,天然矿粉)矿物掺合料配制的混凝土的性能相当。
这说明利用上述四种矿物相掺的新型复合矿物掺合料来配制混凝土是可行的。
3)用新型复合矿物掺合料等量取代部分水泥后,配制出目前工程中常用的C30级混凝土,不仅可以节约水泥,改善混凝土的各项性能,同时还可达到保护环境,减少污染,即达到节约资源和能源的目的,具有较好的经济效益和社会效益。
。
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)