页岩——基本知识

1、页岩基本知识页岩是粘土岩的一种。页岩成分复杂，除粘土矿物 （如高岭石、蒙脱石、水云 母、莫来石等 ）外，还含有许多碎屑矿物 （如石英、长石、云母等 ）和自生矿物（如 铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等 ）。页岩具有页状或薄片状层理，用硬物击打易 裂成碎片。页岩是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成的。1、页岩的类型常见的页岩有： 黑色页岩 碳质页岩 油页岩 硅质页岩 铁质页岩 钙质 页岩。1.1 黑色页岩岩石中含有较多的有机质或细分散状的硫化铁而呈黑色。 外貌与炭质页岩相似， 其区别在于不染手。黑色页岩一般形成于缺氧、富含 H2S 的较闭塞海湾和湖泊的 较深水地区。如我国北方白垩系中的

2、黑色页岩中含有丰富的有机质和介形虫、孢 粉等微体古生物，是重要的生油岩系。1.2 炭质页岩这种页岩中含有大量呈细分散状均匀分布于岩石中的炭化有机质，黑色、能染 手。但灰分 >30% ，一般很难作燃料。常含大量植物化石，是湖泊、沼泽环境下的 产物，出现于煤系中，常形成煤层的顶板与底板。1.3 油页岩油页岩是含有一定数量干酪根 （>10%） 的页岩。颜色有浅黄、黄褐、暗棕、棕黑、 黑色等。一般来说，含有机质愈多，其颜色也愈深。其特点是比一般的页岩轻， 而且有弹性，用小刀刮之，往往可成刨花状的薄片。易燃，并发出沥青味及流出 油珠。油页岩属于页岩的范畴，但具有腐泥煤的特征，也有人把它叫做

3、“高灰分的 腐泥煤”。油页岩主要是在闭塞海湾或湖沼环境中由低等植物如藻类及浮游生物的 遗体死亡后，在隔绝空气的还原条件下形成的，常与生油岩系或含煤岩系共生。1.4 硅质页岩页岩中SiO2平均值约58%，而硅质岩中的SiO2,可达85%以上。在富含高岭 石的硅质泥岩、页岩中，常保存有硅藻、海绵和放射虫化石，所以一般认为这种岩石中硅质的来源与生物有关，有的也可能和海底喷发的火山灰有关。故硅质页 岩中含有较多的玉髓、蛋白质等。1.5 铁质页岩岩石中含有铁矿物，铁质矿物作为色素使岩石带色，多呈红色或灰绿色。红色 铁质泥岩和页岩一般与砂岩共生， 构成所谓 “红层”，在我国中、新生代地层中分布 很广。呈红

4、色主要足由于沉积物在陆相干旱、半干旱气候条件的氧化环境下，被 三价铁渲染的结果。1.6 钙质页岩岩石中含有碳酸钙，分布很广。常见于大陆和海陆过渡环境的红色岩系中，浅 海和泻湖沉积的钙泥质岩系中也很常见。如我国北方下寒武统馒头组、南方三叠 系青龙群中的页岩，大部分为钙质页岩。大部分页岩是生产烧结砖瓦的比较好的原料，但也有一部分页岩不能用来生产 烧结砖。究其原因，就是这一部分原料的物理和化学性能不能满足烧结砖对原料 的性能要求。2、页岩的物理性能页岩的硬度一般为普氏硬度系数 1.53 ，结构比较致密的，其普氏硬度系数可 以达到 45 ，有的硬质页岩的硬度更高。页岩的颗粒组成与它的自然颗粒级和成岩原

5、因有关，颗粒组成变化的波动幅度 较大，从而影响页岩的其他性能。根据形成岩石时沉积情况的不同， 页岩的塑性指数范围在 523 ，有的页岩的塑 性指数甚至超出了这一范围。故有的页岩实际上是不能作为烧结砖的原料的。页岩原料的干燥敏感性的高低， 表现为多种多样的形式。 通常用干燥敏感性系数 来衡量，它的范围一般在 0.4-1.6 之间，对于有些塑性非常高的页岩来说，它的干 燥敏感性系数可能更高。页岩的干燥线收缩率，根据其种类不同也有很大的变化，其变化范围在2.5%-10% 。3、页岩的化学性能不同的页岩，其化学成分指标也是不一样的，自然界存在的页岩，其化学成分含量变化也是比较大的。一般隋况下，页岩的

6、SiO2，含量在45%80%之间波动,AI2O3量在12%-25%之间波动，Fe2O3含量在2%-10%之间波动，CaO含量在 0.2%-12% 之间波动， MgO 含量在 0.1%-5%之间波动。4、生产烧结砖时对页岩原料物理性能的要求生产页岩烧结砖时，对页岩的物 理陛能的要求是 ：页岩的普氏硬度系数小于 4，粉碎后粒度小于 2mm 。塑性指数 为7%- 15% ，干燥线收缩在 3%8%，烧成线收缩的变化范围为 2%-5%，干燥敏 感性系数要求的范围是 0% 1 .5 % ，烧成温度范围的要求 >50 度。原料颗粒级配符 合原料成型后颗粒最紧密堆积原理。5、生产烧结砖时对页岩原料化学性

7、能的要求生产页岩烧结砖时，要求制砖原料中 SiO2的含量为55%70% , A1203的含量 为 10%20%，Fe2O3 的含量为 2% 10%，GaO 含量 <15%，MgO 含量<3%， SO3含量越小越好，K+、Na+等低熔点含量要适量。特别应该注意的是当页岩中 石灰质矿物的粒度小于 0.51mm 时，其含量可以达到 20%左右，而当石灰质矿物 的粒度大于 0.5mm 时，其含量应小于 2%。用页岩原料生产烧结砖时，如果主要成分在制砖要求含量的范围以内，则会使 生产较顺利的进，如果某种成分超出了原料的要求范围，就要对烧成过程进行相 应的调整。如原料中大颗粒SiO2含量多时，

8、一方面将增加制品的耐火度，提高制品的烧成 温度，干燥收缩小、干燥敏感性低起到瘠化剂的作用。另一方面，由于SiO2在烧成过程中要进行晶型转换，使其体积发生变化，如果控制不好，会造成制晶缺陷， 降低制品的力学强度，特别是抗折强度。可是小颗粒的SiO2易于熔融，使制品结构均匀、密实，当原料中SiO2含量大于75%时，对制品的烧成过程是不利的。如 果含量超过 80%，烧成后制品的体积不但不收缩，反而发生膨胀，使抗折强度大 大降低。与此相反，当原料中 SiO2含量小于于50%时，则制品抗冻性能很差。A12O3是耐火度很高的氧化物，它是砖瓦产品中必不可少的组分，它赋予制品一 定的力学强度，当原料中A12O

9、3的含量小于10%时，烧成制品的力学强度较低， 提高原料中AI2O3，的含量，可使制品的力学强度增加。但烧成温度也将随之升高， 燃料消耗量增大。Fe2O3在砖瓦产品的烧成过程中起到几方面的作用：它是一种着色剂，能使制品颜色发生变化，当窑内为氧化气氛时，铁是以高价形式存在，制品呈红色， 当窑内为还原性气氛时，铁是以低价形式存在，制品呈黑色或青蓝色； 在还原 性气氛中，以低价形式存在的铁，是一种强有力的助熔剂，能降低原料的耐火度；大颗粒的铁氧化物在制品烧成中会出现褐色或黑色斑点CaO 虽然是一种助熔剂，但它不利于制品烧成，表现在： 含量过高时会缩 小原料的烧成温度范围，给烧成带来困难；会与含铁的矿

10、物化合，使制品的红色得到漂白，而变为黄色或者浅黄色； 大颗粒的 CaO 存在于烧成后的制品中， 会产生石灰 “爆裂”，影响制品强度， 甚至使制品失去使用功能。 所以，原料中 CaO 含量越低越好，如果含量高，则应将其破碎 350.5mm 以下，烧成时，应适当提高 烧成温度，让 CaO 与其他组分充分结合，达到 “死”烧的目的。MgO 虽然起助熔作用，但如果它与 SO3 结合。会产生 MgSO 4 ， MgSO 4却是 有害于制品的，会使制品泛白霜、体积膨胀，破坏其结构，降低强度。Na+、K+化合物在烧成过程中主要起助熔作用，并能赋予制品强度。 当我们对自己生产所用的原料有了全面、准确的认识后，

11、就可根据各组分含 量的多少，对烧成过程进行准确的控制，根据 SiO2 晶型转化、发生体积膨胀的规 律，控制烧成的升温速度和冷却的降温速度。当SiO2 颗粒较大，含量较高时，应适当提高烧成温度，当 SiO2 颗粒较小，含量较低时，可适当降低烧成温度。根据 原料中AI2O3含量的高低，确定制品的烧成温度，为 AI2O3与其他组分的结合，提 供必要和充分的烧成条件。当 AI2O3含量较高时，采用较高的烧成温度，当 AI2O3 含量较低时，采用适宜的烧成温度，按照 GaO 含量的多少，制定制品的烧成温度 范围。当 CaO 含量高时，烧成温度范围要小一些，应注意烧成温度的波动范围不 要太大，否则会出现欠

12、火砖，或者过火砖。6、哪些页岩可以生产烧结砖 到底什么样的页岩可以生产烧结砖？从上面的分析可以看出，只有符合物理 和化学两种性能要求的原料，才能生产出合格的烧结砖。当页岩的物理性能符合塑性指数为 7%-15% ，干燥线收缩在 3%-8% ，烧成线 收缩的变化范围为 2%-5%，干燥敏感性系数要求的范围是 0%-1.5% ，烧成温度范 围的要求>50 C,普氏硬度系数小于4,就能满足生产时对其物理陛能的要求。当页岩石的化学性能符合SiO2的含量为55%70%，从AI2O3的含量为 10%20%，Fe2O3 的含量为 2%10%，CaO 的含量 <15%，MgO 含量 <3%，S

13、O3 含量越小越好，K+、Na+等低熔点含量要适量时，就能满足生产时对其化学性能 的要求。所以，同时符合物理和化学两种性能要求的页岩，就可以生产烧结砖。烧结砖的几大主要原料基本知识烧结砖原料有很多种，如现在较常用的原料有：页岩、煤矸石、粉煤灰、尾 矿、淤泥、粘土等，均作为新墙材烧结原料，那么要想深层次对原料的了解，掌 握的技术重点，都要从它的物理性能、化学原理去认识它。粘土作为一种最原始 的烧结原料虽然在历史上起了非常大的作用，人们对它的特性也最为了解，但随 着社会的发展必将退出烧结工业的历史舞台。我们谈一下现在烧结行业的三大原料：煤矸石、粉煤杰、页岩。1.煤矸石是煤矿的工业废料，排量很大，一

14、般为煤贮量的1520%。例如一个年产100万吨的煤矿，每年排出矸石量约为1520万吨，那么这种数量可供一个年 产8000万块标砖使用量。用煤矸石做原料制砖，其发热量除能满足本身烧结的需 要外，一般可利用其余热干燥砖坯及加热锅炉使用等，大大节约热原用煤。在这 是重点要提示我国各地矸石的物理化学性能差别很大。煤矸石的种类也很多，如碳质矸石，泥质矸石，砂岩质矸石，又有多年风化的陈矸石和新矸石；从颜色上 分白矸、灰矸、黑矸、红矸和绿矸，它的硬度也不同，有的硬度（f） 23,有的硬度为（f） 45。发热量也高低不一，少的每公斤有 200多千卡，多的达1000 2500千卡，粉碎后塑性指数低的57,高的可

15、达18左右，自然含水率低的4 5%，高的达20%。（煤矸石）2.什么叫粉煤灰，从煤粉炉烟气中收集的灰分称为粉煤灰。它是火力电厂等燃煤 粉炉排的废料，堆放这些工业废料，需要占地，严重影响环境卫生，粉煤灰颗粒 小（一般80微米方孔筛筛余量小于8%），利用它掺和制砖可以减少破碎工序，节 省劳力，是制砖的一种好原料。粉煤灰的化学成份，基本上接近制砖的粘土成份， 它含的氧化铝和氧化镁的含量略高，它的具体成分随原煤种类有很大关系，变化 较大。粉煤灰有不同的排出方式，一般分为湿排和干排两种。湿排的粉煤灰必须经过脱水处理，将水份降低到25%以下，然后才能使用，各地粉煤灰的发热量很 不一样，一般在1000千卡/

16、公斤以下，较差的只有 200300千卡/公斤。粉煤 灰的颗粒可分为粗、中、细三类，粗灰经4900孔筛余量在40%以上；中灰经4900 孔筛余量在20%40% ;细灰经4900孔筛余量为20%以下。粉煤灰的颗粒越细 越可多掺配使用，如混合料能允许掺配 50%的细灰时，改用中粒灰只能掺配 45% 左右，而改用粗灰时只能掺配 40%左右。粉煤灰基本上无塑性，所以一般都要与 参合料如粘土、页岩、煤矸石等粘结料掺和使用，才能生产烧结砖。经掺配后的 粉煤灰混合料，为了使粉煤灰有较高的掺配量，要求混合料中粘结剂的可塑性尽 可能要高一些，粉碎后的颗粒尽可能细一些。除对其可塑性，颗粒度及发热量等 另有要求外，其