利用粉煤灰生產(chǎn)高強和超輕陶粒
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80%～90% ，回轉(zhuǎn)窯法最多可達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(亦稱粉煤灰陶粒混凝土) ，其特點是重量輕、強度高、導熱系數(shù)低、耐火度高，化學穩(wěn)定性好、耐久性和保溫隔熱性能好。20 世紀60年代初期，上海、天津等地已相繼開始生產(chǎn)和應用粉煤灰陶粒。20世紀直到20世紀～80年代，在不少橋梁工程和多層、高層建筑中應用了粉煤灰陶粒混凝土，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。
在當前對建筑節(jié)能和建筑物功能性要求愈來愈高的形勢，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地區(qū)超輕粘土陶粒生產(chǎn)應用迅速發(fā)展，1997 年上海利用回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)了堆積密度700～800kg/m3的高強粉煤灰陶粒和500kg/m3的超輕陶粒。2001年大慶從英國引進一條年產(chǎn)20萬m3的燒結(jié)法全粉煤灰陶粒生產(chǎn)線。
1 對粉煤灰原料的基本要求
1. 1 粉煤灰化學成分
根據(jù)多年的試驗研究，燒制陶粒用粉煤灰的化學成分應符合表1要求。否則，必須通過外摻劑來調(diào)整其化學組分。
1. 2 含碳量
大量的試驗研究證明，生產(chǎn)陶粒原料中，其含碳量或有機質(zhì)含量過多或過少，均不能制成性能良好的或符合標準要求的陶粒。當采用粉煤灰為主要原料生產(chǎn)陶粒時，在一般情況下，其碳素或有機質(zhì)含量均過高，因此，在工藝上必須進行適當?shù)拿撎继幚怼?/P>
1. 3 細度
粉煤灰的細度一般控制在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)計單位對粉煤灰和粘結(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、堆積密度等指標進行全面分析試驗，確定最佳的原料配比和工藝參數(shù)，必要時須做中試。
2 高強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)準確計量、混合、攪拌和輪碾等工序，使其達到均勻混合和水分勻化后，送入成球機成球。
磨細成球法是將原料計量配比、混合磨細(各種配料混合磨細或部分粉煤灰混合磨細) ，預加水攪拌(含水率10%～12%) ，圓盤成球機制粒成球。具體采用何種料球制備工藝應根據(jù)原料性能和陶粒產(chǎn)品要求的性能指標(超輕陶粒還是高強陶粒) 情況確定。
2. 2 高強粉煤灰陶粒的生產(chǎn)
由輕集料國家標準(GB/T17431.1) 可知，密度等級在600～900級的高強陶粒其相應的強度要比普通陶粒高1～2個密度等級，而吸水率要低7% ，其他指標則與普通陶粒相同，因此，生產(chǎn)高強度陶粒不僅是增加其密度，其相應的強度等指標也得提高。所以，生產(chǎn)高強度陶粒必須要采取一套工藝技術(shù)措施，即對原料及其組分應進行選擇;對塑性法和粉磨法的原料和混合料必須進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)出合格的高強陶粒，否則是生產(chǎn)不出高強陶粒的。
高強粉煤灰陶粒的生產(chǎn)，當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)的高強粉煤灰陶粒用當時的混凝土配置技術(shù)已達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。為防止料球在運動過程中破碎，故粘合劑的用量比燒結(jié)機工藝約高8%～10%。
b. 燒結(jié)機工藝
采用燒結(jié)機工藝生產(chǎn)粉煤灰陶粒，在我國雖有30余年的生產(chǎn)經(jīng)驗，但其產(chǎn)品性能達不到高強陶粒的指標。英國萊泰克的燒結(jié)機工藝技術(shù)，據(jù)資料介紹其產(chǎn)品性能達到高強陶粒的指標。大慶地區(qū)已引進此項技術(shù)，建成規(guī)模為年產(chǎn)30萬m3粉煤灰陶粒廠，希望通過這條引進線把我國燒結(jié)機工藝技術(shù)提高到一個新水平。
2. 3 超輕粉煤灰陶粒的生產(chǎn)
根據(jù)試驗研究，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?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，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)窯對調(diào)節(jié)物料在干燥、預熱帶和焙燒帶的停留時間和相應的焙燒制度更為有利，但其構(gòu)造相對復雜，重量和造價比單筒回轉(zhuǎn)窯高，漏風和維修量也相應增加。
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，使窯尾標高增高約1.5～2m，配套的設(shè)備和土建工程費用明顯增加，聯(lián)結(jié)兩窯的中間煙室漏風多、熱損失大，導料槽易燒壞，在國內(nèi)外已呈淘汰趨勢;后者是當前國內(nèi)發(fā)展最快的先進窯型，缺點是兩窯插接處(插入深度400～800mm) 有一定漏風和揚塵，需設(shè)置高性能的轉(zhuǎn)動密封裝置。雙筒回轉(zhuǎn)窯兩窯的安裝斜度相同，均在4°左右，各有獨立的傳動裝置，一般配用YCT電磁調(diào)速三相異步電動機。調(diào)速范圍：干燥預熱窯一般1～3r/min ，焙燒窯一般1.2～3.6r/min。生產(chǎn)時通過電動調(diào)速求得物料在兩窯內(nèi)的最佳停留時間。
4 冷卻
對高強陶粒，由于焙燒溫度較高，焙燒時間也比超輕和普通陶粒長3～5min ，其燃料裝置也應做適當調(diào)整。以煤粉燃料為例，應將噴煤嘴向窯內(nèi)多深入300～380 mm ，適量增加一次風機的風壓和風量，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，會明顯降低陶粒強度。因此相對正規(guī)的陶粒廠都配有陶粒冷卻機。國外常用的有多筒冷卻機、單筒冷卻機、豎式冷卻機、分層冷卻機、篦式冷卻機等;國內(nèi)常用的有單筒冷卻機、遙運冷卻機和豎式分層冷卻機等。
篦式冷卻機和遙運冷卻機屬通風型和空中快冷型，不利于提高陶粒強度。多筒冷卻機和單筒冷卻機屬自然通風緩慢冷卻型，利于陶粒強度，但效率低，卸料溫度高(200～300℃)、熱利用率低。豎式分層冷卻機也屬通風型冷卻，但實現(xiàn)了陶粒1000～700 ℃、400℃以下快冷，700～400℃緩冷(用熱風冷卻)的最佳冷卻制度，冷卻效率高(約25min) 、卸料溫度低(機外氣溫+ 50℃) 、陶粒余熱利用率高(排除的熱風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) 。是目前國內(nèi)外最先進的陶粒冷卻機，用于高強陶粒生產(chǎn)線更加顯效。
5 粉煤灰陶粒的經(jīng)濟效益
下面是東北某粉煤灰陶粒廠的經(jīng)濟分析，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：通過其財務(wù)報表了解，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：2.57元/m3
人工費：8.17元/m3 折 舊：11.7元/m3
管理費：2.0元/m3 銷售費：2.0元/m3
合 計： 78.03元/m3
市場及價格：其產(chǎn)品50%左右自用，用作砌塊的輕骨料，其余外銷。外銷價格為120元左右，銷售市場主要在本市(半徑50公里范圍內(nèi)) ，運距短、運費低。
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