摘要:
煤矸石是煤炭工业生产过程中排出的固体废弃物，是多种岩石的混合物，在我国许多地方堆积如山，不但占用大量土地，而且严重影响矿区及周边环境。据有关资料统计，我国2003年煤炭总产量为16.67亿T，产生煤矸石2.5亿T，全国历年堆积的煤矸石有43亿T，形成规模较大的煤矸石山有1600多座，占地1.5万公顷。这些惊人的数字说明，利用煤矸石制造高起点、高质量的烧结砖，不仅节约了大量的土地化害为利，而且为国家建设提供了性能良好的新型墙体材料。国内煤矸石砖近几年发展较快，技术上基本上趋于成熟，但高质量的煤矸石砖产品并不多，为何不充分利用好煤矸石资源，发展高质量的煤矸石砖，实现年节约标煤500万T，节地5万亩的目标，还需要业内人士共同奋斗。
◆ 煤矸石制砖机的现状分析
1.发展历史简述
利用煤矸石制砖机经历了四个发展过程。1965年煤矸石制砖机还集中在研究和半工业性试验及少量试制产品阶段；第二个阶段为1965～1985年，国内煤矸石制砖机处于低水平发展阶段，生产工艺简单、设备性能落后，产品质量只能满足当时低水平国家标准的要求，一些企业的产品根本无法满足建筑结构的需要，特别是东北个别煤矸石砖厂的产品，由于产品质量太差，强度较低，抗冻性能不合格，用于墙体后砖表面分层、掉皮、脱落，直接影响着建筑质量；第三阶段为1986～2000年的15年，国内煤矸石砖发展较快，除了国内自行研究开发的煤矸石制砖机设备外，许多企业在引进了法国、美国、意大利、德国等主要设备的基础上，结合国内国情消化吸收，装备的整体性能大幅度提升，单机产量增长，机械自动化水平有了较大的发展。应该说，没有关键设备和技术的引进消化，就没有我国煤矸石制砖机跨越式发展的今天。众所周知，80年代后期，经原国家经贸委批准，引进了法国全煤矸石制砖机设备和主要技术，除装卸成品设备外，生产线实现机械化，窑炉温度、压力和风量的控制实现了计算机监视操作，生产线工艺水平接近了国外发达国家的水平。上世纪90年代是我国煤矸石制砖机行业结构调整的重要时期，先后在海南、内蒙、黑龙江、山东等建成了年产5000万块以上的生产线10多条，基本上实现了机械化、产品以多孔砖和空心砖为主。进入21世纪，也就是近5年为第四阶段，煤矸石砖发展又跨上了一个新台阶，企业的生产规模由上世纪最高年产量6000万块上升到了1亿块以上，并且改变了煤矸石砖建筑中使用的单一围护结构，山西潞安和北京龙泉生产线，产品具备了节能、装饰和围护承重等多种功能。虽然生产煤矸石装饰砖仅有2～3家，但毕竟在发展高质量煤矸石砖方面迈出了可喜的一步，对我国煤矸石砖今后的发展有很好的示范导向作用。
2.企业生产及产品现状
根据中国煤炭加工利用协会的统计，2004年煤炭系统有煤矸石砖厂129家，生产煤矸石砖30亿块，而煤炭系统以外有多少企业和具备的生产能力还未查到的资料。目前，以煤矸石为主要原料生产的煤矸石砖产品仍以实心砖或者低孔洞率的多孔砖为主，产品规格单一，质量水平相差甚大，个别企业粗制滥造，多功能和多用途的产品有待进一步研究开发。从企业生产规模看，70～80年代建成的煤矸石砖生产线，人均年劳动生产率为8～15万块；产品基本上为标准实心砖，近几年建成的煤矸石砖生产线，人均年劳动率比上世纪80年代前提高了4～5倍，达到了30～70万块，个别以多孔砖和空心砖为主。从2002年开始，天津墙材协会等单位开展了保温烧结砌块的试制研究，对孔型尺寸和排布方式进行了合理的设计，产品的导热系数可降至0.3 W/M.K以下。
3. 装备现状
不可否认，国内煤矸石制砖机设备近几年发展较快，虽然在引进消化发达国家关键设备的基础上，个别真空挤出机、细碎对辊机、窑炉热工设备及控制系统的整体水平已接近了发达国家的水平，基本上可以满足国内煤矸石砖硬挤出生产的需要。但就目前生产现状看，煤矸石制砖机设备五花八门，先进的设备并未得到普遍推广。砖瓦设备规格型号有近百种，国家产业政策明令禁止的小砖机还在使用，设备配套性不强，仍是一个突出问题。从煤矸石细碎设备来看，单机产量还不高，对原料含水率过于敏感，电耗较高，主要易损件耐磨性能还需要加强。从混合搅拌设备来看，可选择的设备仅限于2～3种，不是搅拌机，就是轮碾机，其他设备用的很少。从真空挤出机来看，挤出机工作压力在长期使用过程中普遍偏低，真空度不能长期稳定，直接影响了产品质量。
◆ 走高起点的道路发展煤矸石烧结砖
所谓高起点，我的理解主要应体现以下几方面：
1. 产品的高起点
实心煤矸石砖高起点主要体现在三个方面：其一是高强度，作为承重材料或基础材料，其强度应定位在30MPA以上；其二是装饰性，作为外墙承重和装饰作用，也可用于宾馆饭店及别墅艺术墙用；其三为道路广场用砖，充分发挥其高强度和装饰性两大优点，铺设广场、道路及花园绿化人行道等。进一步提高强度，还可作为停车场面层铺设装饰。高强度装饰煤矸石砖用于外墙装饰道路、广场的铺设，不仅美观典雅，而且人行时防滑安全。当然不是所有煤矸石原料都能生产高强度的装饰实心砖，只能在试样的基础上，选择相应的工艺装备，才能实现实心煤矸石砖的高起点，如北京东方欧派生产的产品。为了改善煤矸石原料生产高起点的装饰实心砖（包括装饰多孔砖），可以煤矸石为主，根据当地的资源实际，适当掺入一些页岩、陶土或耐火土，通过实验确定合理的掺配比例，以满足生产高档次装饰砖的需要。
煤矸石多孔砖高起点主要体现在四方面：一是承重功能。煤矸石多孔砖主要用于砖混结构承重墙体，必须保证其强度值在10MPA以上，这是国家强制性标准对强度的最低要求，我建议应在15MPA以上。二是装饰性，特别是多孔砖用于住宅和工业性建筑，要能满足做清水墙要求。能做清水墙不但比用砂浆粉刷的效果好，而且会明显降低建筑外墙装饰费用。三是较高的孔洞率。煤矸石多孔砖由于强度的需要，不可能无限制地提高孔洞率，根据德国对“空心砖孔洞与砖墙承载能力的影响”研究成果，当孔洞率不超过35%时，垂直孔多孔砖空心砖墙的强度相当于实心砖，当孔洞率在40%～55%时，即使砖的强度较高，但墙体强度相对降低。这是因为当砂浆受压而产生侧向膨胀时，砖的内壁提前突然折断。按照这一研究成果，国内煤矸石多孔砖孔洞率应在30%～38%之间。这样既保证了强度，又保证了较高的孔洞率。四是符合建筑节能的要求。煤矸石多孔砖主要用于墙体，而墙体又是建筑的主要围护结构，它的隔热保温性能好坏，直接影响建筑节能的效果。为了提高煤矸石多孔砖的节能效果，除保证足够的孔洞率外，应大力推广条矩形孔，使煤矸石多孔砖导热系数降到0.55 W/M.K以下。
煤矸石多孔砖是矸石砖的主流产品，除少量原料生产高档次实心砖和空心砖外，基本上生产多孔砖。提高煤矸石多孔砖孔洞率和热工性能，不仅能提高煤矸石资源和设备的利用率，而且会提高干燥和焙烧速度，尽量提高产量。由此可见，下工夫提高煤矸石多孔砖孔洞率，设计合理的孔洞形式，实现煤矸石多孔砖承重、装饰、节能的复合功能，是非常重要的。
煤矸石空心砖和空心砌块高起点主要体现在以下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来；再就是块体要大，以适应双手砌砖为前提，这样可以减少砂浆层，降低热桥，改善砌体的热工性能；最后是空洞形状及排列形式，对于空心砖和空心砌块，不能为大圆孔，只能为长条孔，并且尽可能地增加孔洞排列排数，延长热传导路线，降低导热系数。煤矸石空心砖和空心砌块用于框架结构或混凝土剪力墙结构的填充材料，产品的特点应该是：轻质、节能、薄壁、大块。
利用煤矸石生产空心砖和空心砌块，特别是大块、多排多矩形条孔，一定要保证煤矸石塑性指数在9以上，如果塑性指数过低，真空挤出机因多孔而摩擦力较大，就会造成成型困难，电流过大，耗电过高。但就目前生产的大三孔或大二孔空心砖来说，即就是塑性指数较低（在6.5以上），也能顺利成型。
建议高起点的煤矸石空心砖和空心砌块，其强度大于3.5MPA，密度为600～900kg/m3，孔洞率在50%以上，导热系数降到0.4W/M.K以下。
2.生产工艺的高起点
原料粉碎方面：原料的粉碎处理是保证产品质量和直接影响产品成本的重要环节之一，一定要考虑四个因素：①煤矸石的含水率；②煤矸石的硬度；③产品对粉碎后的颗粒要求；④粉碎工段的整体除尘设计。针对以上四个方面，按照当地煤矸石的实际，选择适应性强的粉碎设备。
原料处理方面：原料处理方面除正常的搅拌工序外，其深加工最少应保证一台轮碾机或一台细碎对辊机，可以增强原料的细颗粒成分，提高产品强度。陈化处理，是大多数煤矸石砖厂必设工序，陈化的作用这里不再详述，通过陈化，可以提高塑性改善成型性能，提高产品外观质量。根据有关单位对我国79个地区煤矸石塑性指数的抽样调查，其塑性指数平均值为7.36。因此，加强原料处理，提高塑性是完全必要的。
挤出成型方面：按照我国大部分煤矸石塑性低的特点，成型挤出机应选择双级真空挤出机，采用半硬塑或硬塑成型，其成型压力应大于2.0MPA，真空度小于-0.09MPA。对于塑性指数在10以上时，可以适当降低挤出机工作压力。
干燥焙烧：根据对我国51个地区煤矸石干燥敏感系数的分析，其中85%的煤矸石原料为低干燥敏感的，其平均值为0.74。从干燥收缩来看，平均值为2.58%，大多数干燥收缩率低于5%。依据试验结果，我国煤矸石砖生产工艺应以一次码烧为主，并尽可能地采用快速干燥方式、隧道窑焙烧。一次码烧有许多优点，其主要表现在成型水分低，工艺简单，劳动定员少，劳动效率高，便于管理，易实现机械化和自动化。如果原料允许，应尽可能采用一次码烧工艺，尽可能地选择先进的平顶隧道窑。轮窑虽然建设成本和电耗低，但由于体力劳动的强度较大，高温环境下装出窑，工人的工作条件太差，在发达国家已基本淘汰。近2年，许多轮窑厂招工难、工价高，生产成本也不断上升。随着我国国民经济的发展，人们生活水平的不断提高，呼唤机械化和改善劳动条件的呼声越来越强烈。因此，发展先进的一次码烧隧道窑也是必然趋势。
3. 生产规模和管理上的高起点
煤矸石砖厂规模化集约式生产也是实现高起点发展的重要方面，规模上不去，生产效率提不高，企业就无法有足够的回报，市场竞争能力也就比较弱，就我国效益好的几个企业分析看，基本都具备了一定的生产规模，黑龙江的双鸭山、吉林光大等，年产量均在6000万块以上。从管理角度讲，规模化生产、大部分工艺工序实现了机械化和自动化，如果管理跟不上，也无法实现产品质量高起点和企业经济效益的增长。陕西咸阳周陵砖厂和原西安达声空心砖厂与上百家砖厂同属一个区域，原料基本相同，甚至工艺设备型号也一样，产品质量也不一样，其售价每万块砖高200元，还出现市场供不应求。行业内人士都知道，同样是高起点生产线，同样是煤矸石原料，许多企业经营困难，连年亏损，甚至面临倒闭，而管理好的双鸭山东方公司煤矸石砖厂、吉林光大煤矸石砖生产线，山西潞安煤矿新型墙材厂煤矸石砖生产线等，产品质量好，市场受欢迎，连续多年被国家墙体屋面材料质检中心评为优等达标产品。这些厂的兴旺发达，根本的一条就是走出了适合自身特点的高起点管理之道。
◆ 发展高起点煤矸石烧结制品是节能、节地和保护环境的需要
众所周知，煤矸石烧结砖烧成过程，主要依靠坯体自身携带的热量，其发热量的高低，在很大程度上影响煤矸石砖的产量和质量。据有关资料统计分析，我国90个区域煤矸石平均热值为每公斤950 KCAL（3962 KJ/KG），根据近几年生产经验总结，煤矸石发热量在400～500KCAL时为最佳，在不用外投煤的情况，靠煤矸石自身的发热将砖烧好，实现了全内燃烧砖。这种煤矸石占分析统计样的9%左右。煤矸石含热量大于500KCAL时为超热焙烧。超热焙烧不仅影响产量，而且会影响产品的质量，如何有效的在窑炉设计时让砖坯充分燃烧和利用多余的热量，是窑炉设计的重要内容。西安墙体材料研究设计院在上世纪80年代末就设计了超热焙烧的窑炉余热系统，不仅保证正常焙烧的需要，而且将多余热量用于厂区车间、办公楼和住宅楼采暖，使煤矸石热量得到了充分的利用。超热值的煤矸石占分析统计样的71%。煤矸石含热量低于400KCAL时为低热值，也就是说，完全依靠煤矸石自身的热量不能把砖烧好，需要补充部分热量才能完全正常焙烧。一般情况下，采用两种方式，一是按全内燃烧砖，经计算后将高热值的煤直接均匀的掺入煤矸石内；二是直接通过窑上的投煤孔直接向窑内投煤。低热值的煤矸石占分析统计样的20%。由上可知，国内的煤矸石能满足全内燃和超内燃烧砖的占80%，用其做砖，可以做到烧砖不用煤。因此，发展煤矸石，利用其自身的热量，节能潜力非常巨大。
中国煤炭加工利用协会会长吕英在分析煤矸石制砖机节能时非常自豪。以2003年原煤生产和洗选加工过程中产生2.5亿T煤矸石为例，有1.5亿T经加工处理后可生产煤矸石烧结砖600亿块，节约土地5万亩，节约标准煤近500万T，按照西安市供煤最低价每吨300元计算（全国各地价格相差较大），一年节煤的价值是15亿元。按照国家有关政策，排放的工业固体废料达不到环保要求时，每吨征收固体排放费5元，每年1.5亿T煤矸石利用后，可为煤炭企业节约7.5亿元。还有一笔数字也令人兴奋，国内煤矿历年堆存的煤矸石为40多亿T，大约有70%约30亿T可生产煤矸石砖12000亿块，综合利用后，节约土地100万亩，节约标煤在1.1亿T，相当于5～6个大型矿区的产量，不但为国家节约了有限的煤炭资源，而且节约了大笔开矿投资。
综上所述，充分利用我国煤矸石资源，发展高起点煤矸石砖，不但技术上可行，而且可实现年节煤500万T，节地5万亩，一次性利用堆存的煤矸石节煤1.2亿T，节地100万亩，至于在减少硫气体和二氧化碳排放等保护环境方面产生的社会效益国内已有详细报道，这里不再详述。如果在计算煤矸石多孔砖和空心砖用于建筑墙体后的节能效果，其产生的直接经济效益和社会效益则更大。
来源:河南龙盛机械制造有限公司
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