我國發(fā)展高起點煤矸石燒結(jié)磚的建議

　　煤矸石是煤炭工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的固體廢棄物，是多種巖石的混合物，在我國許多地方堆積如山，不但占用大量土地，而且嚴重影響礦區(qū)及周邊環(huán)境。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國2003年煤炭總產(chǎn)量為16.67億t，產(chǎn)生煤矸石2.5億t，全國歷年堆積的煤矸石有43億t，形成規(guī)模較大的煤矸石山有1600多座，占地1.5萬公頃。這些驚人的數(shù)字說明，利用煤矸石制造高起點、高質(zhì)量的燒結(jié)磚，不僅節(jié)約了大量的土地化害為利，而且為國家建設提供了性能良好的新型墻體材料。國內(nèi)煤矸石磚近幾年發(fā)展較快，技術(shù)上基本上趨于成熟，但高質(zhì)量的煤矸石磚產(chǎn)品并不多，為何不充分利用好煤矸石資源，發(fā)展高質(zhì)量的煤矸石磚，實現(xiàn)年節(jié)約標煤500萬t，節(jié)地5萬畝的目標，還需要業(yè)內(nèi)人士共同奮斗。

1 煤矸石制磚的現(xiàn)狀分析

　　1.1 發(fā)展歷史簡述

　　利用煤矸石制磚經(jīng)歷了四個發(fā)展過程。1965年煤矸石制磚還集中在研究和半工業(yè)性試驗及少量試制產(chǎn)品階段；第二個階段為1965~1985年，國內(nèi)煤矸石制磚處于低水平發(fā)展階段，生產(chǎn)工藝簡單、設備性能落后，產(chǎn)品質(zhì)量只能滿足當時低水平國家標準的要求，一些企業(yè)的產(chǎn)品根本無法滿足建筑結(jié)構(gòu)的需要，特別是東北個別煤矸石磚廠的產(chǎn)品，由于產(chǎn)品質(zhì)量太差，強度較低，抗凍性能不合格，用于墻體后磚表面分層、掉皮、脫落，直接影響著建筑質(zhì)量；第三階段為1986~2000年的15年，國內(nèi)煤矸石磚發(fā)展較快，除了國內(nèi)自行研究開發(fā)的煤矸石制磚設備外，許多企業(yè)在引進了法國、美國、意大利、德國等主要設備的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)國情消化吸收，裝備的整體性能大幅度提升，單機產(chǎn)量增長，機械自動化水平有了較大的發(fā)展。應該說，沒有關(guān)鍵設備和技術(shù)的引進消化，就沒有我國煤矸石制磚跨越式發(fā)展的今天。眾所周知，80年代后期，經(jīng)原國家經(jīng)貿(mào)委批準，引進了法國全煤矸石制磚設備和主要技術(shù)，除裝卸成品設備外，生產(chǎn)線實現(xiàn)機械化，窯爐溫度、壓力和風量的控制實現(xiàn)了計算機監(jiān)視操作，生產(chǎn)線工藝水平接近了國外發(fā)達國家的水平。上世紀90年代是我國煤矸石制磚行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要時期，先后在海南、內(nèi)蒙、黑龍江、山東等建成了年產(chǎn)5000萬塊以上的生產(chǎn)線10多條，基本上實現(xiàn)了機械化、產(chǎn)品以多孔磚和空心磚為主。進入21世紀，也就是近5年為第四階段，煤矸石磚發(fā)展又跨上了一個新臺階，企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模由上世紀最高年產(chǎn)量6000萬塊上升到了1億塊以上，并且改變了煤矸石磚建筑中使用的單一圍護結(jié)構(gòu)，山西潞安和北京龍泉生產(chǎn)線，產(chǎn)品具備了節(jié)能、裝飾和圍護承重等多種功能。雖然生產(chǎn)煤矸石裝飾磚僅有2~3家，但畢竟在發(fā)展高質(zhì)量煤矸石磚方面邁出了可喜的一步，對我國煤矸石磚今后的發(fā)展有很好的示范導向作用。

　　1.2 企業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)品現(xiàn)狀

　　根據(jù)中國煤炭加工利用協(xié)會的統(tǒng)計，2004年煤炭系統(tǒng)有煤矸石磚廠129家，生產(chǎn)煤矸石磚30億塊，而煤炭系統(tǒng)以外有多少企業(yè)和具備的生產(chǎn)能力還未查到的資料。目前，以煤矸石為主要原料生產(chǎn)的煤矸石磚產(chǎn)品仍以實心磚或者低孔洞率的多孔磚為主，產(chǎn)品規(guī)格單一，質(zhì)量水平相差甚大，個別企業(yè)粗制濫造，多功能和多用途的產(chǎn)品有待進一步研究開發(fā)。從企業(yè)生產(chǎn)規(guī)?？矗?0~80年代建成的煤矸石磚生產(chǎn)線，人均年勞動生產(chǎn)率為8~15萬塊；產(chǎn)品基本上為標準實心磚，近幾年建成的煤矸石磚生產(chǎn)線，人均年勞動率比上世紀80年代前提高了4~5倍，達到了30~70萬塊，個別以多孔磚和空心磚為主。從2002年開始，天津墻材協(xié)會等單位開展了保溫燒結(jié)砌塊的試制研究，對孔型尺寸和排布方式進行了合理的設計，產(chǎn)品的導熱系數(shù)可降至0.3 W/m·K以下。

　　1.3 裝備現(xiàn)狀

　　不可否認，國內(nèi)煤矸石制磚設備近幾年發(fā)展較快，雖然在引進消化發(fā)達國家關(guān)鍵設備的基礎(chǔ)上，個別真空擠出機、細碎對輥機、窯爐熱工設備及控制系統(tǒng)的整體水平已接近了發(fā)達國家的水平，基本上可以滿足國內(nèi)煤矸石磚硬擠出生產(chǎn)的需要。但就目前生產(chǎn)現(xiàn)狀看，煤矸石制磚設備五花八門，先進的設備并未得到普遍推廣。磚瓦設備規(guī)格型號有近百種，國家產(chǎn)業(yè)政策明令禁止的小磚機還在使用，設備配套性不強，仍是一個突出問題。從煤矸石細碎設備來看，單機產(chǎn)量還不高，對原料含水率過于敏感，電耗較高，主要易損件耐磨性能還需要加強。從混合攪拌設備來看，可選擇的設備僅限于2~3種，不是攪拌機，就是輪碾機，其他設備用的很少。從真空擠出機來看，擠出機工作壓力在長期使用過程中普遍偏低，真空度不能長期穩(wěn)定，直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

2 走高起點的道路發(fā)展煤矸石燒結(jié)磚

　　所謂高起點，我的理解主要應體現(xiàn)以下幾方面。

　　2.1 產(chǎn)品的高起點

　　實心煤矸石磚高起點主要體現(xiàn)在三個方面：其一是高強度，作為承重材料或基礎(chǔ)材料，其強度應定位在30MPa以上；其二是裝飾性，作為外墻承重和裝飾作用，也可用于賓館飯店及別墅藝術(shù)墻用；其三為道路廣場用磚，充分發(fā)揮其高強度和裝飾性兩大優(yōu)點，鋪設廣場、道路及花園綠化人行道等。進一步提高強度，還可作為停車場面層鋪設裝飾。高強度裝飾煤矸石磚用于外墻裝飾道路、廣場的鋪設，不僅美觀典雅，而且人行時防滑安全。當然不是所有煤矸石原料都能生產(chǎn)高強度的裝飾實心磚，只能在試樣的基礎(chǔ)上，選擇相應的工藝裝備，才能實現(xiàn)實心煤矸石磚的高起點，如北京東方歐派生產(chǎn)的產(chǎn)品。為了改善煤矸石原料生產(chǎn)高起點的裝飾實心磚（包括裝飾多孔磚），可以煤矸石為主，根據(jù)當?shù)氐馁Y源實際，適當摻入一些頁巖、陶土或耐火土，通過實驗確定合理的摻配比例，以滿足生產(chǎn)高檔次裝飾磚的需要。

[Page]

　　煤矸石多孔磚高起點主要體現(xiàn)在四方面：一是承重功能。煤矸石多孔磚主要用于磚混結(jié)構(gòu)承重墻體，必須保證其強度值在10MPa以上，這是國家強制性標準對強度的最低要求，我建議應在15MPa以上。二是裝飾性，特別是多孔磚用于住宅和工業(yè)性建筑，要能滿足做清水墻要求。能做清水墻不但比用砂漿粉刷的效果好，而且會明顯降低建筑外墻裝飾費用。三是較高的孔洞率。煤矸石多孔磚由于強度的需要，不可能無限制地提高孔洞率，根據(jù)德國對“空心磚孔洞與磚墻承載能力的影響”研究成果，當孔洞率不超過35%時，垂直孔多孔磚空心磚墻的強度相當于實心磚，當孔洞率在40%~55%時，即使磚的強度較高，但墻體強度相對降低。這是因為當砂漿受壓而產(chǎn)生側(cè)向膨脹時，磚的內(nèi)壁提前突然折斷。按照這一研究成果，國內(nèi)煤矸石多孔磚孔洞率應在30%~38%之間。這樣既保證了強度，又保證了較高的孔洞率。四是符合建筑節(jié)能的要求。煤矸石多孔磚主要用于墻體，而墻體又是建筑的主要圍護結(jié)構(gòu)，它的隔熱保溫性能好壞，直接影響建筑節(jié)能的效果。為了提高煤矸石多孔磚的節(jié)能效果，除保證足夠的孔洞率外，應大力推廣條矩形孔，使煤矸石多孔磚導熱系數(shù)降到0.55 W/m·K以下。

　　煤矸石多孔磚是矸石磚的主流產(chǎn)品，除少量原料生產(chǎn)高檔次實心磚和空心磚外，基本上生產(chǎn)多孔磚。提高煤矸石多孔磚孔洞率和熱工性能，不僅能提高煤矸石資源和設備的利用率，而且會提高干燥和焙燒速度，盡量提高產(chǎn)量。由此可見，下工夫提高煤矸石多孔磚孔洞率，設計合理的孔洞形式，實現(xiàn)煤矸石多孔磚承重、裝飾、節(jié)能的復合功能，是非常重要的。

　　煤矸石空心磚和空心砌塊高起點主要體現(xiàn)在以下3方面：首先是高孔洞率，只有高孔洞率，才能把建筑自重降下來；再就是塊體要大，以適應雙手砌磚為前提，這樣可以減少砂漿層，降低熱橋，改善砌體的熱工性能；最后是空洞形狀及排列形式，對于空心磚和空心砌塊，不能為大圓孔，只能為長條孔，并且盡可能地增加孔洞排列排數(shù)，延長熱傳導路線，降低導熱系數(shù)。煤矸石空心磚和空心砌塊用于框架結(jié)構(gòu)或混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的填充材料，產(chǎn)品的特點應該是：輕質(zhì)、節(jié)能、薄壁、大塊。

　　利用煤矸石生產(chǎn)空心磚和空心砌塊，特別是大塊、多排多矩形條孔，一定要保證煤矸石塑性指數(shù)在9以上，如果塑性指數(shù)過低，真空擠出機因多孔而摩擦力較大，就會造成成型困難，電流過大，耗電過高。但就目前生產(chǎn)的大三孔或大二孔空心磚來說，即就是塑性指數(shù)較低（在6.5以上），也能順利成型。

　　建議高起點的煤矸石空心磚和空心砌塊，其強度大于3.5MPa，密度為600~900kg/m3，孔洞率在50%以上，導熱系數(shù)降到0.4W/m·K以下。

　　2.2 生產(chǎn)工藝的高起點

　　原料粉碎方面：原料的粉碎處理是保證產(chǎn)品質(zhì)量和直接影響產(chǎn)品成本的重要環(huán)節(jié)之一，一定要考慮四個因素：①煤矸石的含水率；②煤矸石的硬度；③產(chǎn)品對粉碎后的顆粒要求；④粉碎工段的整體除塵設計。針對以上四個方面，按照當?shù)孛喉肥膶嶋H，選擇適應性強的粉碎設備。

　　原料處理方面：原料處理方面除正常的攪拌工序外，其深加工最少應保證一臺輪碾機或一臺細碎對輥機，可以增強原料的細顆粒成分，提高產(chǎn)品強度。陳化處理，是大多數(shù)煤矸石磚廠必設工序，陳化的作用這里不再詳述，通過陳化，可以提高塑性改善成型性能，提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量。根據(jù)有關(guān)單位對我國79個地區(qū)煤矸石塑性指數(shù)的抽樣調(diào)查，其塑性指數(shù)平均值為7.36。因此，加強原料處理，提高塑性是完全必要的。

　　擠出成型方面：按照我國大部分煤矸石塑性低的特點，成型擠出機應選擇雙級真空擠出機，采用半硬塑或硬塑成型，其成型壓力應大于2.0MPa，真空度小于-0.09MPa。對于塑性指數(shù)在10以上時，可以適當降低擠出機工作壓力。

　　干燥焙燒：根據(jù)對我國51個地區(qū)煤矸石干燥敏感系數(shù)的分析，其中85%的煤矸石原料為低干燥敏感的，其平均值為0.74。從干燥收縮來看，平均值為2.58%，大多數(shù)干燥收縮率低于5%。依據(jù)試驗結(jié)果，我國煤矸石磚生產(chǎn)工藝應以一次碼燒為主，并盡可能地采用快速干燥方式、隧道窯焙燒。一次碼燒有許多優(yōu)點，其主要表現(xiàn)在成型水分低，工藝簡單，勞動定員少，勞動效率高，便于管理，易實現(xiàn)機械化和自動化。如果原料允許，應盡可能采用一次碼燒工藝，盡可能地選擇先進的平頂隧道窯。輪窯雖然建設成本和電耗低，但由于體力勞動的強度較大，高溫環(huán)境下裝出窯，工人的工作條件太差，在發(fā)達國家已基本淘汰。近2年，許多輪窯廠招工難、工價高，生產(chǎn)成本也不斷上升。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，呼喚機械化和改善勞動條件的呼聲越來越強烈。因此，發(fā)展先進的一次碼燒隧道窯也是必然趨勢。

　　2.3 生產(chǎn)規(guī)模和管理上的高起點

　　煤矸石磚廠規(guī)模化集約式生產(chǎn)也是實現(xiàn)高起點發(fā)展的重要方面，規(guī)模上不去，生產(chǎn)效率提不高，企業(yè)就無法有足夠的回報，市場競爭能力也就比較弱，就我國效益好的幾個企業(yè)分析看，基本都具備了一定的生產(chǎn)規(guī)模，黑龍江的雙鴨山、吉林光大等，年產(chǎn)量均在6000萬塊以上。從管理角度講，規(guī)?；a(chǎn)、大部分工藝工序?qū)崿F(xiàn)了機械化和自動化，如果管理跟不上，也無法實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量高起點和企業(yè)經(jīng)濟效益的增長。陜西咸陽周陵磚廠和原西安達聲空心磚廠與上百家磚廠同屬一個區(qū)域，原料基本相同，甚至工藝設備型號也一樣，產(chǎn)品質(zhì)量也不一樣，其售價每萬塊磚高200元，還出現(xiàn)市場供不應求。行業(yè)內(nèi)人士都知道，同樣是高起點生產(chǎn)線，同樣是煤矸石原料，許多企業(yè)經(jīng)營困難，連年虧損，甚至面臨倒閉，而管理好的雙鴨山東方公司煤矸石磚廠、吉林光大煤矸石磚生產(chǎn)線，山西潞安煤礦新型墻材廠煤矸石磚生產(chǎn)線等，產(chǎn)品質(zhì)量好，市場受歡迎，連續(xù)多年被國家墻體屋面材料質(zhì)檢中心評為優(yōu)等達標產(chǎn)品。這些廠的興旺發(fā)達，根本的一條就是走出了適合自身特點的高起點管理之道。

3 發(fā)展高起點煤矸石燒結(jié)制品是節(jié)能、節(jié)地和保護環(huán)境的需要

　　眾所周知，煤矸石燒結(jié)磚燒成過程，主要依靠坯體自身攜帶的熱量，其發(fā)熱量的高低，在很大程度上影響煤矸石磚的產(chǎn)量和質(zhì)量。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計分析，我國90個區(qū)域煤矸石平均熱值為每公斤950 kcal（3962 kJ/kg），根據(jù)近幾年生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)，煤矸石發(fā)熱量在400~500kcal時為最佳，在不用外投煤的情況，靠煤矸石自身的發(fā)熱將磚燒好，實現(xiàn)了全內(nèi)燃燒磚。這種煤矸石占分析統(tǒng)計樣的9%左右。煤矸石含熱量大于500kcal時為超熱焙燒。超熱焙燒不僅影響產(chǎn)量，而且會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，如何有效的在窯爐設計時讓磚坯充分燃燒和利用多余的熱量，是窯爐設計的重要內(nèi)容。西安墻體材料研究設計院在上世紀80年代末就設計了超熱焙燒的窯爐余熱系統(tǒng)，不僅保證正常焙燒的需要，而且將多余熱量用于廠區(qū)車間、辦公樓和住宅樓采暖，使煤矸石熱量得到了充分的利用。超熱值的煤矸石占分析統(tǒng)計樣的71%。煤矸石含熱量低于400kcal時為低熱值，也就是說，完全依靠煤矸石自身的熱量不能把磚燒好，需要補充部分熱量才能完全正常焙燒。一般情況下，采用兩種方式，一是按全內(nèi)燃燒磚，經(jīng)計算后將高熱值的煤直接均勻的摻入煤矸石內(nèi)；二是直接通過窯上的投煤孔直接向窯內(nèi)投煤。低熱值的煤矸石占分析統(tǒng)計樣的20%。由上可知，國內(nèi)的煤矸石能滿足全內(nèi)燃和超內(nèi)燃燒磚的占80%，用其做磚，可以做到燒磚不用煤。因此，發(fā)展煤矸石，利用其自身的熱量，節(jié)能潛力非常巨大。

[Page]

　　中國煤炭加工利用協(xié)會會長呂英在分析煤矸石制磚節(jié)能時非常自豪。以2003年原煤生產(chǎn)和洗選加工過程中產(chǎn)生2.5億t煤矸石為例，有1.5億t經(jīng)加工處理后可生產(chǎn)煤矸石燒結(jié)磚600億塊，節(jié)約土地5萬畝，節(jié)約標準煤近500萬t，按照西安市供煤最低價每噸300元計算（全國各地價格相差較大），一年節(jié)煤的價值是15億元。按照國家有關(guān)政策，排放的工業(yè)固體廢料達不到環(huán)保要求時，每噸征收固體排放費5元，每年1.5億t煤矸石利用后，可為煤炭企業(yè)節(jié)約7.5億元。還有一筆數(shù)字也令人興奮，國內(nèi)煤礦歷年堆存的煤矸石為40多億t，大約有70%約30億t可生產(chǎn)煤矸石磚12000億塊，綜合利用后，節(jié)約土地100萬畝，節(jié)約標煤在1.1億t，相當于5~6個大型礦區(qū)的產(chǎn)量，不但為國家節(jié)約了有限的煤炭資源，而且節(jié)約了大筆開礦投資。

　　綜上所述，充分利用我國煤矸石資源，發(fā)展高起點煤矸石磚，不但技術(shù)上可行，而且可實現(xiàn)年節(jié)煤500萬t，節(jié)地5萬畝，一次性利用堆存的煤矸石節(jié)煤1.2億t，節(jié)地100萬畝，至于在減少硫氣體和二氧化碳排放等保護環(huán)境方面產(chǎn)生的社會效益國內(nèi)已有詳細報道，這里不再詳述。如果在計算煤矸石多孔磚和空心磚用于建筑墻體后的節(jié)能效果，其產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益和社會效益則更大。