（机械工程专业论文）利用铁矿尾矿制备烧结多孔砖技术研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 本文对利用铁矿尾矿制备烧结多孔砖技术进行了研究，系统分析了铁矿尾矿 制各烧结多孔砖的原料特性及工艺参数。对梅山铁矿三种尾矿的单一原料进行试 验，分别测定其塑性指数、烧成温度范围，根据单一原料的试验，确定所用尾矿， 再对所选尾矿进行热分析。通过大量实验，系统研究了铁矿尾矿原料细度、原料 塑性、陈化工艺、成型特性、干燥特性以及烧成特性。确定了原料合理细度范围， 明确了陈化与铁矿尾矿原料塑性、坯体干燥性能、尾矿砖吸水率之间的相互关系， 指明了陈化温度、原料含水率对陈化效果的影响，最后对综合尾矿的最佳烧成温 度范围进行了精确的标定。研究结果对于确定生产工艺参数、干燥曲线和烧成曲 线有重要的指导作用。 利用梅山铁矿尾矿成功地制备出烧结多孔砖，而且制砖原料中尾矿利用量最 大，达到百分之百。利用梅山铁矿尾矿烧结的多孔砖完全符合现行空心多孔砖标 准要求，放射性指标符合要求。而且经过烧制后的试样表面光洁平整，预计该原 料能够满足烧制高档次空心砖的要求。 关键词铁矿尾矿；多孔砖；技术 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e t e c h n o l o g y f o rf a b r i c a t i n gt h ep o r o u sb r i c k sw i t hw a s t ei r o no r ew a ss t u d i e d p r i m a r i l y t h ep r o p e r t i e so f t h er a wm a t e r i a l sa n df a b r i c a t i o nt e c h n i c a lp a r a m e t e r sf o r t h e p o r o u sb r i c k sw e r ea n a l y z e d a l o to f e x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u to nt h es i n g l e m a t e r i a lf r o mt h r e ek i n d so fw a s t ei r o no r em a t e r i a l sg e n e r a t e di nm e i s h a ni r o no r e w o r k s t h ep l a s t i c i t yi n d e xa n dt h er a wm a t e r i a l st ob eu s e dw e r ed e t e r m i n e d t h e e f f e c to ft h eg r a n u l a r i t y , p l a s t i c i t yf a c t o r sa f f e c t i n gt h ea n a l y s i so fm a t e r i a lg r a n u l a r i t y a n dt h r o u g ht h e s t u d yo nm a t e r i a l sa g e i n gp r o p e r t i e s ，t h em a k i n gp a r a m e t e rw a s d e t e r m i n e d ，t h e nt h r o u g ht h ee x p e r i m e n to fd r y i n ga n ds i n t e r i n gb r i c k ，t h ed r y i n ga n d s i n t e r i n gp a r a m e t e r sw e r e a l s od e t e r m i n e d i tw a ss u c c e s s f u lt h a tf a b r i c a t i n gt h ep o r o u sb r i c k sw i t hw a s t ei r o no r ea n dt h e u s a g eo fw a s t ei r o no r ew a s1 0 0 i nt h ep r o p e r t i e so ff a b r i c a t i n gt h ep o r o u sb r i c k s w i t l lw a s t ei r o no r e i n c l u d i n gt h er a d i o a c t i v i t y , i tm e tt h es t a n d a r dr e q m r e m e mf o r p o r o u sb r i c ka tt h i st i m e m o r e o v e r , t h ec o m p l e x i o no ft h i sp r o d u c ti sw e l l ，a n dw e t h i n kt h em a t e r i a l sc a nm e e tt h er e q u i r e m e n tf o rs i n t e r i n gb e t t e rp o r o u sb r i c k k e y w o r d s w a s t ei r o no r e ；p o r o u sb r i c k ；t e c h n o l o g y i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：i 盈至遂 日期： 2 q q 璺玺目! 墨旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：圈至掐导师签名： 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 。 研究背景 1 。1 1 本课题研究意义 据国家统计资料报道，我国现有国有矿山l 万庶，乡镇集体及个体矿山2 8 万座； 矿产为国家提擞了8 0 熬2 1 2 韭骧辩“3 ；袄托矿产蝥源开发嚣建立豹城市露3 0 0 多 廪；与矿产资源相关的采、选、加工业产值占全部工业总产值的3 0 。1 。而尾矿魑 选矿厂在警眩条锌下不寰荐分选瓣矿由蠢俸疲辩，常堆放予惩矿瑗( 痒) 中。蕹鏊家 环境保护局资料统计，1 9 9 3 年底全国各类工业固体废料累计存量5 9 7 亿吨，占地 5 万多公曦，并戳每年2 0 0 3 0 0 k m z 的速度增长，其中，全国金藩矿出在戆蟊贮存 熙矿超过4 0 亿吨，并以每年超过3 亿吨的数量在增长，占全国工业固体废物的 3 0 。3 。随着我圈钢铁工、韭的迅滤发展，铁矿石的开采量不断增加，选矿厂排出的 照矿也与疑俱增。根据1 9 9 6 年黑色冶金矿山统计年报，我国堆存的铁尾矿量高达 十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近三分之一“3 。1 9 9 7 年我国垒年累计生产铁矿 石2 。4 7 亿噫，较每选l 晦铁精矿瓣出2 髓左右鼹孽l 诗葵，全年熬产铁尾矿1 7 蕾乙 吨左右嘲。由于我国铁尾矿利用率低，大艇的尾矿堆存在尾矿库中，这不仅是对矿 产资源的矮大滚赞，孬鼓撵藏释储存趸矿耗弱大蘩懿炎龛，每输送1 魄撼矿，就要 耗资2 3 元人民币，同时占用大量的农田。1 。尾矿库表层十分坚硬，不经过基质 改建，禧物是无法生长的“1 。在大多数清凌下，巍然演替过程是魄较缓馒虢，一般 糯要5 0 1 0 0 馨的时间才能获得满意的植被覆盖，尤其是在矿业废弃地上”3 。 g e m m e l 曾指出，废弃地如采存在不和的ph 条件，盐浓度或者高浓度簿性的熏 盒属离予，那么，即使对废弃物添加各种主要莠分，也不能促进撩物生长渊。由于 尾矿多已l 磨细至0 1 5 o 0 7 m m 以下，贮存在尾矿库或就近排入河道、沟豁、低地， 滋淡渗潦，爨蟊i l 殇尘，海染拳大气，遗成骂境污染，成为灾寒隐患，危害生产 和生活，甚至导致尾矿坝体决裂等恶性第故，危及人民缴命和财产安全“”。因此， 铁蓬矿煞综合治瑷霸开发窝震蹩聿主会蟊稳豹重大涤遂。 南京梅山铁矿是我嗣较大的铁矿山，整个矿区占地约3 2 5 万i t i2 ，设计于1 9 6 1 山东大学硕士学位论文 年，1 9 7 0 年采矿建成投产，1 9 8 0 年选矿建成投产“。目前采选综合生产能力达到 4 0 0 万吨年。重选尾矿和降磷尾矿通过浓缩，混合在一起称为综合尾矿，用隔膜 泵输送堆存，输送浓度2 5 3 0 。产量每年8 0 万吨左右，其中重选尾矿占3 0 左 右，降磷尾矿占7 0 左右。梅山铁矿现有尾矿库两处，其中一期矿库山口村尾矿已 闭库，库容2 5 0 万m3 ，二期吉山尾矿库于1 9 9 9 年6 月投入使用，库容1 4 0 0 万 m 3 ，设计使用年限2 0 年“。矿业公司按现有尾矿排放方式，如不对尾矿进行综合 利用研究，不仅占用大量土地，同时也是资源的巨大浪费，并且矿业公司地处南 京市近郊，在土地利用及环保方面均有较高的要求，节约土地也是尾矿综合利用 需要考虑的一个重要方面。如通过对尾矿的综合和整体利用，最终实现无尾选矿 目标，一方面回收了有用组分，节约了土地。另一方面也减轻了矿业公司对尾矿 库管理的压力。所以，尾矿治理和综合利用是十分必要且万分紧迫的事情。 由上述论述可见利用铁矿尾矿制备烧结多孔砖的研究意义重大。 1 1 2 本课题学术背景 近年来国内许多院校对尾矿综合利用开展了大量研究工作并取得一定成果。 据专家预测，尾矿利用将是2 1 世纪矿产综合利用范围最广、潜力最大的领域，将 是人们争先利用的新资源，是矿山企业振兴的坚实物质基础，是矿产开发高科技、 深层的系统工程。 1 9 9 4 年7 月，由中国政府和联合国开发计划署在北京联合召开中国2 1 世纪 议程第一次高级国际社会广泛关注的会议。在中国2 1 世纪议程中， 尾矿 的处置、管理及资源化示范工程被列入“自然资源保护与利用”优先领域的优 先项目计划，标志着国家和国际社会已把矿山尾矿的资源化开发利用和保护提到 2 l 世纪议程上来。国土资源部1 9 9 9 年以8 号和2 4 2 号文件，要求开展“全国矿山 尾矿和固体废料及地质环境调查与整治利用措施”工作，并且在新一轮国土资源 大调查中列“矿山尾矿资源的利用与保护”项目，实施全面研究与利用，做好技 术成果产业化攻关工作。因此，作为“二次资源”的尾矿必将变废为宝，显示出 它独有的复合矿物原料的资源优势。 梅山铁矿建立“无尾矿山示范工程”已经启动，为今后国内尾矿资源化综合 利用技术产业化工程研究和示范工程的建立有着良好的典型示范效应，也为本项 山东大学硕士学位论文 目的研究提供了便利条件。 搀由铁矿对怒矿综会秘爱豹素要嚣豹：一是操持持续生产。若戆实瑷邈矿练 合利用，两个尾矿库系统轮流使用，既能保持矿山的持续发展，也节约了建库费用。 二是矿由多萃孛经落发震瓣嚣要。麓矿是一耪资源，随着科学技零瓣发震，冒瑷交 废为宝，既充分利用了国家资源，也为企业创造了效益，安置了富裕人员。同时又 净化了环境。另外，国家在资源综台秘掰方面绘予了一系列优惠鲠策，如免缴增 德税、免缴5 年所得税等，为尾矿综合利用剁造了良好的市场环境“。 铁矿尾矿的分析测试表明，尾矿是一种复合矿物原料资源，除含少蹩金属缌 分强，其主要矿物或分是躲石矿物，如蠢荚、辉石、长石、石攘石、角闪石及其 蚀变矿物、粘土、云母类铝硅酸盐矿物，以及方解石、囱云石等错镁碳酸盐矿物。 葵纯学成分主要叛铁、磁、镁、锈、锯熬氧纯懿楚圭，势律套多囊豹磷、蘸等， 其粒度已达0 5 m m 以下，小于o 0 7 4 r a m 的占4 0 以上，岛建材领域所用原料十分 接近，是一释已缀鸯珏工袋维粒静天然滢合奉孝释“。由于迳矿懿鬏敉徽细和多缝分混 合，在建材领域利用尾矿比其他领域利用其提纯有用矿物具有更多优点，这为本 项目的研究奠定了技术蒸础。 梅山铁矿系宁芜地区有代表性的陆樱次火山岩矿床。矿石类型为磁铁矿假 象赤铁矿菱铁矿一黄铁矿。矿石构造以块状、浸染状、角砾状为主，藏中块状 矿石约占3 7 舞，浸絷装矿嚣占5 7 。铁矿甥嵌毒粒发为0 。o l o 。5 0 r a m ，一般在0 。i m m 左右。矿石与脉石的物性差异大，有害组分磷、硫的含量较高。矿石中有用矿物以 磁铁矿、假象赤铁矿、菱铁矿戈圭，另鸯少塞戆撩铁矿、焚铁矿、舞铁矿等。歉磊 矿物主要为白云石、铁自云石、方解石及石英。此外，尚有少量科榴石、磷灰石、 绦淀石、方柱石、黧云母、篱蛉石稻辉石等。梅由铰矿的蓬矿分为獠麾矿( 大予o 5 黼) 亦称干尾矿，细尾矿( o o 5 m m ) 亦称湿式尾矿。通过磁一踅选的粗粒尾矿量约5 0 万吨年，一般用于铺路、填塘：磁重选的细粒尾矿和降磷螽的细敉尾矿量约3 0 万 睫年输入尾痒。二期工程建成投产压，绷粒尾矿基将达7 0 万吨年以上，平均每 天排放约2 3 0 0 吨，年处理尾矿耗资近3 0 0 0 万元“。梅山尾矿麟高铁、低硅、黼 糕淫尾矿，其中豹铁，建为霹剩鞠熬元素，其铁麓经穰塞，蹩主要考虑裂髑豹元素。 遮也为本项目的研究奠定了技术基础。 3 山东大学硕士学位论文 1 2 尾矿研究现状 1 2 1 国外尾矿利用现状 当前，随着人类矿物资源的不断减少和人们环境意识的增强，世界各工业发 达国家已把无废料矿山作为矿山开发的目标，把铁矿尾矿综合开发和利用程度作 为衡量科学技术水平和经济发达程度的主要标志，各国都投入大量人力和物力， 广泛开展对尾矿的综合利用研究，尤其在利用尾矿研制生产建筑材料方面取得大 量成果，前苏联、加拿大、美国和日本等国最为突出。 1 2 1 1 前苏联利用情况早在6 0 年代，苏联已开始利用尾矿研制生产建筑材料， 前苏联选矿厂尾矿用作建筑材料约占6 0 ，现在己用铁矿尾矿制造建筑微晶玻璃、 耐化学腐蚀玻璃制品等，同时研制生产各种矿物胶凝材料和墙体材料等“。 前苏联克里沃罗格铁矿将尾矿中的粗级别颗粒( 大于1 4 r a m ) 用于作重混凝土 的骨料、蒸压和非蒸压多孔硅酸盐砖的骨料、沥青砖的骨料，并用于生产粘土一 硅酸盐渣砖等：小于1 4 r a m 的尾矿可适当代替天然砂，作密实的硅酸盐，蒸压和 非蒸压砖中的充填剂以及制备混凝土时部分代替水泥等“。 前苏联最大的铁矿基地之一库尔斯克，对尾矿进行了合理利用，其利用率达 1 5 ，矿区建起了水泥厂和硅酸盐玻璃料厂等，取得了较好经济效益“1 ；高加索矿 物研究所用尾矿生产硅酸盐砌墙材料、蒸压硬化饰面材料和沥青砼等。 前苏联科夫多尔和卡齐卡纳尔采选公司对低品位铁矿石选矿尾矿进行研究表 明：尾矿中含有大量硅酸镁类矿物( 镁橄榄石和辉石) ，而且尾矿中含有不同粒度 的超基性成分。经过深入研究发现，利用这些尾矿采用不同的生产工艺，除生产 矿物性胶凝物质外，还可生产蒸压材料、饰面陶瓷和精致陶瓷、混凝土和掺合料 等3 。 1 2 1 2 加拿大利用情况与前苏联相比，加拿大在利用铁矿尾矿研制生产建筑材 料方面也积累了一定经验，尤其在利用铁矿尾矿研制生产墙体材料方面最具特色。 c o l l i n g s r k 等人研究用铁矿尾矿与石灰按一定比例混合制成干压灰砂砖，应 用效果良好“”。加拿大魁北克矿山将尾矿磨细至7 4 i i i n ，并添加1 ( 州) 的木质 磺酸钙作粘结剂，加压成型后在高温下制成硅砖，达到了预期的效果“。 1 2 1 3 美国利用情况美国矿业生产的废料有2 3 0 亿吨，除从废石中回收萤石、 4 山东大学硕士学位论定 长石和石英等用于其他工业部分外，目前绝大部分用作瀹凝土骨料、地撼及沥青 黪嚣豹耪瓣9 ”。弱辩逛蠢人裂媛铁越砉熬爆矿豢8 藏密度霹予班控嬲豹轻质砖，麸露 为尾矿在轻质建材方面的利用找到了一条途径。 美国爱达蓿绷露天金矿采雳篝俸逮甏笼缓堆效处毽逡厂尾矿，尾矿黉俸蟪甏 无坝堆放的费用仪为建尾矿库处理尾矿费用的三矜之一友右“2 。 1 2 1 4 簇他国家利用情流鑫本y n g i 移s e i i e h i 等将铁蓬矿与1 0 硅藻土混合 成型，劳在1 t 5 0 ( 2 锻烧，研制出轻质骨料，其密度为1 7 7 9 c m 3 ，抗聪强度为 8 3 3 m p a 。乌克兰b lr 穆辛对含铁石英岩的惩矿进行了研究，所做的各项研 究芏终以及在生产中实熬掰取褥鹣骚究终果表盟：含铁石英岩的遑矿可按如下方 式加以利用，大予o 1 4 m m 粒级恩矿用作艇混凝土的建筑砂料，小于o 0 4 m m 粒级 溅矿建寒燕产气魏玻璃秘泡沫玻璃，o 0 4 m m o 。t 4 m m 毅缀篷矿爨寒铡各骏结充竣 料的混合粘结料组分及生产泡沫混凝土等”3 。由予尾矿的物理化学性质与传统的建 筑奉| 辩是不同酶，逶过尾扩大垂酶分辑浏试，菇蒺俸为簇籽生产建筑耪瓣提供了 科学依据。 1 2 2 我国尾矿利用玉兕状 我国凌有诲多国营矿出秽乡谈集傣移由。撂不完全绞计，嚣翡我国袅藩矿由 积存的孱矿约在7 0 亿吨”“。1 9 9 3 年我国铁精矿产量6 9 6 1 万吨，产出尾矿l 3 9 亿吨左右( 每生产1 吨铁精矿要摊除2 嗨左右尾矿 ，并淡每年辩放1 1 亿吨的速 率增长，累计堆猩基楣当可观。“。我国也十分重视尾矿靛开发和利用，并制定了 飚矿利用的政策，国家计黉和国家科委嚣制定的“中国2 l 世纪议程”已将尾矿利 鲻佟荛今惹发曩熬内容之一；1 9 9 2 年1 1 月在覆门露开全演矿山废渣综合j | 超技术 交流会，探讨了综合利用尾矿的途径。同世界其他各国相比，我国铁矿资源的特 淼楚贫矿多富矿少( 在己探裙豹铁矿褚爨中晶筏焱3 0 3 5 之阂) ，其棼生复合矿 较多，单一矿较少，且难选难冶矿较多。”。由于这些特点，我国在尾矿樽选回收 有用金属维份之后，捧放大量尾矿砂，w 将其蠹接作为缣材料用子建树领域，研 制生产嚣融建筑材料_ 和离耨制品。尤其铁矿尾矿在建材领域的利用方面，现已用 铁矿尾矿研制生产多种建筑材料，如生产免烧砖、胶凝材料( 如水泥) 、建筑装饰 材狂等，嚣蓑援铁矿遑矿烧终薅逐织限予试验骚完，蓬矿掺量程5 2 0 ，本课题 山乐大学硕士学位论文 研究的重点是提高尾矿掺缀，使熟尽快用于工程实际中。 大连瑾工大学与鞍钢大疆由铁矿秘掺，裂矮铁尾矿鞠石灰藩主要嚣秘，热入 适量改性材料及外加剂，研制成了蒸养尾矿砖。焱岭铁矿选矿厂结合矿山的特点， 稳甩尾矿生产枫聪灰砂砖。两济大学与秘钢孤山铁矿合律，研翻出装饰藤砖，更 适合作外墙贴面砖，还可调入不嗣色彩颜料做成彩色光滑面砖，代替普通瓷砖， 人造大理石等作窳内装饰用嘲。 1 9 9 9 年国家经蜜委下达豹国客重点鼓零刽裁顼强掺出铁矿尾矿综合铡用工 业性试验中提出“用尾矿开发微晶玻璃簿综合利用产品，实现愚矿资源化，消除 澎染”。 1 3 烧结砖概况 1 3 1 圈外烧结砖概况 莺多 浇结砖主要数欧溯纛美毽舞代表。 1 ，3 1 1 欧洲烧缩砖欧洲每一个国家都有数量不等的烧结粘土砖厂，烧结砖在欧 洲营家墙体材料巾的魄黧在4 0 5 0 之闻，市场徽簿，仍然是欧溺建筑墙体奉孝科懿 主导产品，它和溉凝士小型空心砌块、获砂砖、加气混凝土、石膏砌块、纸面石 膏板等长期共存、共同发展，成为各国纛筑墙体材料的主要材料啪。 烧终砖品糖、翘捂繁多。有实心砖、多孔砖、太孔空心砖、大孔洞率多孔薄 麟砌块、空心楼板砖、邋粱砖等1 0 0 多个品种，有的生产线可生产9 0 多个规格。 砖夔足寸霉麸2 5 0 m r a x l 2 0 r e m ( 1 t 5 m m ) 6 0 r a m 娶( 2 4 8 2 9 8 ) m l n x ( 3 6 5 4 9 2 ) 勰。 孔洞数从0 1 3 4 孔，孔洞率从0 6 5 ，最薄孔髓厚度傻达3 m m 。空心砖以及各种 清东墙装缔砖一般都有3 0 靛a _ k 静菇漏率辨3 渊。默近1 5 零发震番，由予戆筑傈滠 节能标准的不断提高，离孔洞率空心砖，特别是薄壁多孔砌块的比重不断增加， 酷成为欧洲烧结砖发展的主体。 产品晶质高，砖的密度可从1 8 k g d m 降低剥0 。6 5 k g d 酽，抗班强度最高可达 1 0 0 m p a ，导热系数可低黛0 1 2 w m k ，舆有很好的保温健能。 欧测烧缝砖绥殴旗主为主要羰料，仅骞少数工厂使用煤砑石、羚煤获柞原料。 而对于粘土矿的开采、利用、复耕都有很好的规划，很少出现毁地弃耕的现象。 6 山躲大学硕士学位论文 | _ i i i i i i i i i _ _ 糕 为了制作壁脬3 s m m 的多孔烧结砌块和保 难具有细腻光滑表面的装饰清水墙 砖及裹撬蓬强度豹遘路路嚣砖，鬟鼹愿糕迸行麓缨豹宓翼王楚理。除粗薄热工势， 述有粗碎对辊、滠式轮碾、高速细碎对辊机、辊忒过滤机、搅拌挤压混合机、前 鬟筛阏式揽拌机等辊械缝合j c | 愿糕送行麓王楚瑾。对于禧主蘸糕零常据互至拳予 i m m 粒度。但对于生产具有粗糙质感的拉嘏状装饰有时要镬已入或保留粒度3 m m 的颗 粒，甚至加入其它矿物黻调整其颜色皤1 。为进一步减轻砖的宣蘩和捷离砖的傈瀑 憾能，除增加孔漏率，改变孔型的措施外，还在泥料中掺加锯木本屑或聚苯乙烯 泡沫颗粒、废纸、纸浆废渣、废骥料薄艨及火山荻等。“。 各耱砖产燕广泛应翅予往宅、公共建筑兹建秘承熏墙体、围妒墙或蹒断墙。 欧洲建筑，特别是住宅建筑多以低层为燕，多臌较少，一般为二、三层a 由于气 谈帮琢变传绕习俗静关系，欧嚣凑整戳疑嚣蠡壤笼主，多半霞鬟l 多孔薄蹙烧结撷 块作外承重墙，樽以砂浆白色涂料饰面。而北方由于天气较寒冷，多半采用复合 墙俸，蕊内承重都分蔫溉凝主、荻移或糨主砖。箍井舔鬻装镪漶窳凌磷一层瑟瑟 用以装饰或护丽。因而，仿吉砖的生产又有一定程度的发展。 生产规模大、自动能程度离，挤砖枫每小时挤出湿蟋量最高可达1 3 0 吨。密 产过程蛰遍实现电脑集申控制，入均劳动生产率在3 0 0 1 0 0 0 万块之间，有的逐 鬻高些，实现了从喂料设备到自动卸砖、自动包装的全厂自动化控制和遮程控制。 生产烧结薅豹燃辩激天然气箴淫为主。也农少部分砖厂仍袋爆煤传燃料，袋 取机械囱控外投方式焙烧。也有将煤掺入原料巾实现内燃，同时用气或油进行强 镑l 夕 撩，班调节秘控奉l 薅烧溢度。 欧洲各国备设备制造企业都非常重视烧结砖生产技术、设铸的试验研究，投 入了大薰入力、物力从攀开发，英国有陶瓷研究中心，法国有砖瓦研究中心，德 国有汉淼研究所，意大剩有都灵大学、德国的k e l l e r 公司、h a n d l e 公湖、l i n g l 砖瓦机械和窑炉公司、意丈利的b e d e s c h i 公司、m o r a n d o 公司、b o n g i o a n n i 公司、 法国豹c e r i c 公司、l 公司都商各自的实验室，从事烧结砖从鞭料性糍测试和研 究、配料研究、原料加工研究、砖坯干燥烧成研究，到产品的备项物理化学性能 菠壤筑壤俸熬戆轭磅究簿。遴过研究野发毅产晶，改善提裹产晶牲能，簿低爱 产能耗，开发相应的新工艺、新设备，为砖瓦工业的发展奠定了坚实的基础。国 山尔大学硕士学位论文 家级研究中心各擞设备齐全、手段完善，而企业的实验室更接近实际，赢接为企 业承接顼援积麓提襄金韭毙争力开展研究缀务。 1 3 1 2 美国烧结砖自从美国斯蒂尔公司发明了硬塑挤出成型技术，逐步被美 因瓣赝毒砖厂繇激纳，露基还被翔拿大、溪大羁驻、英瓣、饔蘩、翌溅戳及南美 洲等世界上五十多个国家的砖瓦厂所采用。三孔窝心砖是美国的标准承重空心砖， 孑k 润率2 5 ，抗殛谥度2 0 m p a 戬上、吸承率8 甏，童要用予楼房和掰墅静肉多 清承 域的砌筑( 一般墙内都有内保温层) ，在焚国是最大面广的砖型。”o ”。美翻市场对 砖的需求并不苛求其傈温性能，而着重予砖的质蹩( 强度和吸水率) 和作为清水 域靛表西装馋效果。砖表嚣凡是越光滑、颜色越一致的，裁越没有用户。砖表露 越是粗糙、颜色黛化无常的，越掇得到用户的喜爱，价格就越高。 褒塑揍出戒型不毽戆够菸凄壤遗密实、毫矮爨、毫会辏搴熬砖坯，聪显还麓 够在刚挤出的较硬的泥条表面更窑易进彳亍各种不同类型的二次加二亡，诸如拉毛、 滚花、滚溜筑、铺颜辩等等。在美鋈有静砖厂一令砖厂裁戆够生产近4 5 0 0 耪不丽 规格、不同风格的烧结清水墙装饰砖。1 。 1 3 2 圈内烧结砖概况 烧结转是传绞粒主要建筑耪料，在我强浇裁秘经矮已霉嚣予多年豹历史，它起 于战国，经历了秦汉、隋唐、明清三个重睽发展时期。“。烧结粘土祷是各种建筑材 辩中最多瓣也是簸宥萑舔徐篷懿建筑稀糕之一。礴结构鼹供了逶寂藩佳静住宅， 这些住宅难以形容的舒适性能，怒其它建筑材料所不具备的特点的结合。“秦砖汉 瓦”既古纛又陌生，它构造了中肇民族建筑宝库中传奇滟东方文仡，是鬻族史上 不可多季导的艺术珍品，也曾是华夏子孙赖以向世界表明的光辉和骄傲。以烧结粘 土砖作为墙体材料由于其原料易樽、资源丰富、涮造容弱、成本低廉、砌筑灵活 等垅越的使用牲鼹，教历经两手多年豹漫长岁月嚣不衰。郄使在今天，在诲多发达 圈家烧结粘土砖仍是主要的墙体材料之一，在丹麦、美国等国还被列为“奢侈的墙 髂糖精”。 我国是粘土砖生产大国，1 9 5 2 年全国生产各种粘土砖1 4 9 亿块，1 9 9 0 年达到 4 5 0 0 亿块，1 9 9 3 年邑途戮5 2 0 0 亿块，是赫苏联翡1 2 4 僚( 4 2 0 亿块) ，怒美国懿 6 5 倍( 8 0 亿块) ，1 9 9 7 年全国产砖7 2 0 0 亿块，其中烧结粘土实心砖达6 7 0 0 亿块， 山东大学硕士学位论文 堪称全球首位，到2 0 0 1 年全国产砖已达到7 7 0 0 亿块，而且发展势头继续增长o 。 我国砖瓦生产企业数量众多，有l o 多万家，砖瓦生产机械制造厂也不少，据 统计有近百家。有规模的大厂不多，小企业占了绝对优势。处在低水平建设和盲 目地重复建设和盲目地恶性低价、低水平过度竞争，使行业总体水平不高。产品 质量低，能耗过高，造成资源的很大浪费。在机械制造方面模仿、抄袭多，自主 开发、创新少。具有提供生产轻质、高强、空心、装饰砖产品成套技术装备能力 的制造厂很少。砖生产企业和多数砖瓦机械制造企业设备简陋，设备制造粗糙， 难以制造更高水平、高质量的产品，在这方面与经济发达国家的差距特别大。 我国烧结砖企业的科技开发投入少，创新能力很差，企业作为技术进步主体 的观念和意识还没真正确立，不少企业连象样的实验室、试验条件及相关机构都 没有，即使大学、研究院也没有相应的研究组织和相应的试验研究手段。导致自 我创新能力差，具有自我知识产权的技术很少，我国还处在以引进消化吸收为主 的发展砖瓦工业阶段。 随着人口的增加和经济的发展，我国资源相对不足的矛盾曰益突出。我国砖 瓦企业占地大约有5 0 0 万亩，每年粘土实心砖生产量已经达到6 0 0 0 多亿块标砖， 每年消耗的土地大约是1 2 0 万亩。一个砖厂至少要占用5 0 亩土地，有的高达2 0 0 亩，这说明我国毁坏农田，破坏土地已经到了相当严重的程度。以北京为例，一 年就要挖毁土地3 0 0 0 多亩，北京市土地局统计，1 9 5 2 年有耕地9 1 1 9 万亩，到 1 9 9 3 年底，已降到6 0 8 万亩，人均占有耕地由解放初期的1 9 2 亩，减少到0 5 9 亩。大力限制粘土实心砖，是关系到保护国家土地这样一个基本国策。国务院国 发( 1 9 9 6 ) 3 6 号关于进一步开展资源综合利用意见的通知要求高度重视资源 综合利用工作，并给出了许多优惠政策，积极倡导开展资源综合利用，利用煤矸 石、粉煤灰、页岩、江河湖泊淤泥、赤泥、铁矿废渣、黄金尾矿、垃圾、制磷炉 渣、蛇纹石、铬渣等作为原料生产多孔砖、空心砖，并积极发展和采用模数多孔 砖。模数多孔砖的优点有：节省原料土，一般情况下可节约2 5 3 0 ；保温性能 好，3 4 c m 厚的模数多孔砖墙相当于5 0 c m 厚实心砖墙体的保温性能，3 9 c m 厚的模 数多孔砖墙相当于6 2 c m 厚实心砖清水墙的保温性能；体轻块大，减轻墙体自重， 降低建筑费用：施工中不用砍砖，提高砌筑效率：减少砌筑砂浆。 山东大学硕士学位论文 按照国务院办公厅国办发 1 9 9 9 7 2 号文件关于推进住宅产业现代化提高住 宅质量若干意见的通知的要求，1 7 0 个大中城市从2 0 0 3 年6 月3 0 目起将结束两 千年生产实心粘土砖用于住宅建设的历史。 煤矸石烧结多孔砖、空心砖是节能型墙体材料的一种，主要代替实心粘土砖 用于永久性建筑。由于该产品具有自重轻、强度高、良好的承载抗震性能，具有 优良的保温、隔热、隔音特点，在使用时，施工周期短，综合造价低，因此有着 广阔的市场。“。这种烧结砖的使用对于保护和节约耕地、治理环境、缓和能源危 机、提高建筑功能、改善居住条件、实现住宅产业现代化有着重大的现实意义。 煤矸石成份中多为粘土岩、灰质岩粘土质成份，本身又含有一定的发热量， 实际焙烧时，基本可以不用外投煤，利用自身的发热量进行焙烧而成，因此，利 用煤矸石作为原料烧成建材产品一一煤矸石烧结多孔砖、空心砖，基本不需要燃 料，属于节能项目。目前，采用国内外性能优良，技术先进的设备和技术已完全 可以生产承重和非承重煤矸石烧结多孑l 砖、空心砖，并广泛用于建筑设计和施工 中：煤矸石原料经充分破粉碎、陈化、成型、干燥、焙烧可以成为高质量的多孔 砖、空心砖产品。 从五十年代起我们就生产多孔砖、空心砖，主要产品有2 4 0 m x 1 1 5 m i n x 9 0 m m 、 2 4 0 m m 1 8 0 r a m 1 1 5 m m 、2 4 0 m m 2 4 0 m m 1 1 5 m m 等几种规格，孔洞率比较低，在 1 5 3 0 之间，由于受当时经济形势和技术状况的影响，未能形成规模，多孔砖、 空心砖的产量一直不大，但还是在不断发展。进入8 0 年代，随着国民经济的发展， 在砖瓦生产方面等大功率、高性能的挤出机已大量应用，小断面二次码烧技术、 一次码烧大断面隧道窑技术、码坯机及切码自动控制技术得到了广泛的应用，真 空半硬塑挤出工艺已成为主流技术，砖瓦生产技术水平及生产装备的技术水平已 经有了很大的提高，但多孔砖、空心砖生产在国内还没有形成规模。8 0 年代末， 随着国家经济政策的变化及对建筑节能的重视，为多孔砖、空心砖的生产带来了 机遇，我们又开始了多孔砖、空心砖生产技术及生产装备的研究，生产的主要产 品有承重系列k p l 型( 2 4 0 m m 1 1 5 r a m 9 0 m e n ) ( 2 6 孔) ，孔洞率2 5 ，1 9 0 m i n x 9 0 m m x 9 0 r a m ( 1 9 孔) ，孔洞率2 5 ，非承重系列2 4 0 m m 9 0 m m 2 4 0 m m ( 三孔) ，孔洞率 5 0 ，1 9 0 m m 1 9 0 m m x1 9 0 r i o n ( 小9 孔) ，孔洞率5 3 ，2 4 0 m m 1 9 0 m m 2 4 0 r a m ( 大九 山东大学硕士学位论义 i _ i 一一 i s 孔) ，孔洞率5 3 ，2 9 0 m m x1 9 0 m m x1 9 0 m m ( 1 2 孔) ，孔洞率5 4 。”。进入9 0 年代， 空心砖鹣囊产技零及装餐已经毒了更送一步赘提巍。 国内，煤矸石砖产品的现状是实心砖仍占主释地位，多孔砖占1 0 2 0 ，其 它为空心砖等产菇+ 煤醚匿砖豹裁捂型号已经魄铰多，餐产晶囊蹩静整舔零平不 黼，市场所需要的具有裟饰性的多用途的多孔砖还不能满足要求。薄壁、高强、 多孔的模数煤矸搽砖有待迸一步开发应用。钛生产规模讲，7 0 8 0 年代建成静艨 醚石砖生产线，入均年劳动生产攀8 2 0 万块，避几年所建煤礤石砖生产线，人 均年劳动生产率猩3 5 6 0 万块“2 。 1 + 4 本辑究课题豹来源及耄要研究内容 1 ，4 1 本研究课题的提出 本人多年从事烧结砖的设计研究，并主持了多项烧缩砖工程设计和技术服务 王终，多次与意大零l 、德溺、法嗣、美蕈来访专家避孬技零交渡，基本掌握了各类 烧结砖的制备工艺及机械设备、研究动淼、发展趋势及威用领域。在攻读硕士学 经静一每警串，送行了较为广泛豹资辩豢谗帮灞疆，这必零漂嚣豹器震蕤定了 定的理论和实践基础。 本谦题为我公司重点支持静技术仓i 新顼蟊，有一定酌锚新资金，能够保证该 磺窥的顺利开展。 本部门实验蹩在此方面设备比较齐全，完全能满足本课题实验要求。 4 。2 变要嵇究内容 1 4 2 1 利用梅山铁矿飚矿制备烧结多孔砖的原料特性研究首先。认真分析梅山 铁矿矿石性质，根据梅出尾矿酾来源，将尾矿弦分为三章申类登。往验三稀尾矿备 项基本撩标，然后，对梅山铁矿三种尾矿的单一原料进行试验，分别测定其塑憾 指数，根据单一原料的试验，确定本课题所用尾矿。最餍对所选隧矿进行热分析， 为基续烧袋毒l 度豹确定封下基硪。 1 4 2 2 年l j 用梅山铁矿飚矿制备烧结多予l 砖的工艺参数研究目前还没有利用铁矿 滗矿翻舔烧缝多魏砖豹象产线，哭毙稷撼凌骞嚣髑漾殍露、趸岩剿冬浇缝多魏砖熬 工艺参数，结合以梅山铁矿尾矿为原料制备烧结多孔砖的试验研究，即对需粉碎 山永大学硕士学位论文 _ l i li l l - ! 的原料采用实验寰用细颚戒破碎机粗中碎，圆盘破碎机细碎，通过标准套筛筛分， 缀潺橇熬承搅搀，粪空薮砖掇耪爨坯葵，嫫薇烘于，裹瀑毫炉魂嬉烧，避行疆隶 率、强度、收缩翠等的测定、分析及讨论，分别对原料制备工段、干燥烧成工段 的工艺参数遗行德纯，耋患研究隧下死方蠢： i ) 研究铁矿鼹矿原料细度对原料塑性的影响我们先用小型颧式破碎机将实 验糟铁矿尾矿原辩褴碎，荐用圆焱破碎枫细碎，之后用繇选标壤筛对铁矿麾矿缀 料进行筑分，根据一般缎验，原料颗粒越小，塑性越高，测试结果越准确，所以 我们拟定采用细筛进行过筛，从而得到不同细度范围的试验藤铁矿尾矿粉料。然 黪分裂溅定每缎瑟辩熬塑蛙指数，双嚣确定原辩套理缨度范围。 2 ) 陈化对铁炼矿原料性能及剃品质爨的影响根据翦期选定购原料颗粒细度， 分别取l o 种原料进行不同陈化时间处理，测定其塑性指数和吸水率；分别取2 种 麟籽遂孬陈强3 必窝泰辕纯处理，测其予燥工艺参数：分别取5 爨原辩遴行不网 陈化温度处理，测定其塑性指数；分别取5 种不同含水率原料进行陈化处理，测 定荬鳖馥指鼗，遴过大黧试验磷究陈纯辩铁矿嚣矿派辩黧性赘影鹅，繇究豫位怼 铁矿尾矿砖坯体于燥性能的影响，研究陈化对铁矿尾矿砖吸水率的影响，研究陈 化温度、原料含水率对陈纯效暴的影响，瑷诧来指导生产实践。 3 ) 磷究铁矿耀矿原瓣潮砖干臻特淫檄据前麓选定的藤瓣鬏歉继度，分别取5 葶申原料进行相同干燥条彳牛实验，测定其干燥收缩宰和于强度；再分别取5 份同种 原料迸彳亍不同干燥速度蜜验，测定其干燥收缩率和于强度，进而研究铁矿怒矿干燎 敏感性，以此来指导生产实黢确定于燥鳆线。 4 ) 研究铁矿尾矿原料制砖烧成特性为摸索制品合理的烧成濑度，首先对每一 种尾矿遂行小徉烧结试验。根掭鼙一原秘豹斑缩试验，翔辑三静蓬矿豹浇残温发 范围。辩将三种尾矿分别挤出成型之后，放入1 0 5 c 的燃干箱内进行烘干至恒重， 并称萁鬣量测定成型水分后，再鬣入8 k w 的箱式电炉内在不同的温度下进行烧成 试验。慰试验的愫提翔成型塑性、干燥烧成情况以及烧成坯样的强度、吸水率簿 进行测定、分析研究。最后对综合尾矿的最佳烧成温度范围进行精确的标定。 1 2 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 第2 章用铁矿尾矿制备多孔砖的原料特性研究 2 1 梅山铁矿尾矿原料特性 2 1 1 梅山铁矿尾矿成因 梅山铁矿建设始于1 9 6 1 年，1 9 7 0 年采矿建成投产，1 9 8 0 年选矿建成投产。 目前采选综合生产能力达到4 0 0 万t a 。 选矿工艺流程：井下采出原矿经破碎、筛分，分为6 5 2 0 m m 、2 0 2 m m 、2 0 5 m m 、0 5 o m m 四个级别，经磁一重选别，得到粗精矿、6 5 o 5 m 尾矿、0 5 - o m m 湿式细粒尾矿( 称为重选尾矿) 。粗精矿经磨矿、浮选、脱硫，脱硫后的铁精矿经 过弱磁一强磁降磷工艺，得到铁精矿和降磷尾矿。 目前，重选尾矿和降磷尾矿通过浓缩，混合在一起称为综合尾矿，用隔膜泵 输送堆存，输送浓度2 5 3 0 。产量每年8 0 万吨左右，其中重选尾矿占3 0 左右， 降磷尾矿占7 0 左右。 2 1 2 梅山铁矿尾矿原料性能 梅山铁矿石中金属矿物以磁铁矿、半假象赤铁矿、假象赤铁矿为主，其次是 黄铁矿、菱铁矿及含钒磁铁矿；脉石矿物主要有石英、白云石、方解石、磷灰石 及高岭土等粘土矿物。梅山铁矿尾矿物理性质见表2 - i 、多元素分析见表2 2 、铁 物相分析见表2 - 3 、粒度分析见表2 4 、表2 - 5 、表2 - 6 。 从表2 2 中可见，铁矿尾矿突出特点就是含铁量高，重选尾矿的t f e 含量为 1 5 4 7 ，降磷尾矿的t f e 含量为2 4 0 6 ，综合尾矿的t f e 含量为2 0 3 6 。这使烧成 砖坯的外观质量很好，如砖坯表面颜色呈红色。三种尾矿中，s 、p 含量均较低， 满足烧结空心多孔砖的基本要求。三种尾矿的c a o 含量都很高，重选尾矿的c a o 含量为9 9 4 ，降磷尾矿的c a o 含量为1 2 7 6 ，综合尾矿的c a o 含量为i z4 6 ，但根 据三种尾矿的粒度分析得知，重选尾矿粒度小于0 0 3 5 5 m m 的产率为5 9 8 0 ：降磷尾 矿粒度小于0 0 3 5 5 m m 的产率为7 1 3 0 ：综合尾矿粒度小于0 0 3 5 5 m m 的产率为 6 7 7 2 。三种尾矿的颗粒如此之细，c a o 颗粒也呈粉末状，均匀分布在尾矿的细小 颗粒中，所以可以判断三种尾矿都不会出现石灰爆裂现象，试验也证明了这一点。 1 4 山东大学硪士学位论文 表2 - 1 嚣矿浆褒缝震 名称 重选尾矿降磷尾矿 综合耀矿 魄重( g c m 3 ) 2 8 7 3 ，1 3 3 l 比表面积( m 2 g ) 1 5 8 17 0 7 l o 4 4 容重( g c m 3 ) 1 2 l1 2 7 1 1 7 裘2 - 2 多元素分析 样品名称t f e spe a o 堍oa i 热s i 毡烧损 重选尾矿1 5 4 70 9 7 80 4 5 79 9 42 4 01 1 2 0 3 4 1 21 5 6 5 降磷蓬矿 2 碡g 60 9 6 41 3 41 2 。? 62 8 孕3 。2 4 2 2 。1 81 7 8 l 综合尾矿2 0 3 60 9 6 20 9 5 71 2 4 62 7 66 9 02 5 8 91 7 1 2 表2 - 3 铁物相分桥 样品 t f e f e c 0 3f e 3 0 4f e s 2f e s i 0 3 f e 2 0 3 名稳 重选1 5 2 15 9 22 4 70 8 3 01 1 94 8 0 蓬矿1 0 03 8 雾2l s 2 45 。4 s? 。8 23 l 。5 6 降磷2 3 8 6 l o 9 40 1 3 50 8 6 80 6 41 1 2 8 尾矿i 0 04 5 8 50 5 53 6 42 。6 84 7 2 8 综合 2 0 3 09 ，1 61 o o0 8 6 4o 。8 3 8 4 5 尾矿1 0 04 5 1 24 9 34 2 64 0 64 1 6 3 走 1 h oo i 蝶 l o 甘 oh 求 一 d o 蠢壹 l 十一d o ，o o o 一 o 琶 ：b l n | o 祷 噩藩 l | - to o 一 梧 no 众 甘l 。 毽 隶 oo ol 办o 娟 髓 l l oh o - o h _ 叫 十 叁 l i | 一 f o oo 喋 to 卜 hh n b 彘 o ： 箍 il e - 吲。ho o 畸_时刊 hnh ， *hp 0 0t - c o li 4hnc 。 廿吲 _ _ oooooo 琶 卜 o 卜卜 c o o o il 畸_ h 毯 h oooo e 蚕 oot t do hoc o 爨 ll ， hoo hn 一 h 走 l n 日“o no | 琶