土黄土烧制陶粒试验研究与应用前景

第24卷 2005年 第2期 6月 吉 林 地 质 JILINGEoLoGY V01．24．No．2 Jun．， 2005 长春地区粘土(黄土)烧制陶粒试验 研究与应用前景 史致元，杨志光，孟广才 (吉林省第二地质调查所，吉林吉林市132001) [摘 要]长春地区蕴藏着丰富的粘土(黄土)矿产资源，在勘壹长春市德惠杨树陶粒页岩矿过 程中，对上覆粘土(黄土)及长春市周边红砖厂粘土资源经过配料烧陶试验与研究．获得成功。 使矿床上覆粘土(黄土)、旧砖厂深层土和城市建筑挖掘的废土变废为宝，开发应用能创出较高 的经济价值，具有广阔的市场前景。 [关键词] 长春地区粘土；烧制陶粒试验}开发应用 [中图分类号]TU522．1+4[文献标识码]A [文章编号] 1001—2427(2005)02一062一04 建筑用轻集料国外在上世纪初就已开发应用，我国发展较晚，1956年开始研究生产，目 前外墙体材料应用较广的陶粒产品在我国东北以页岩陶粒为主，粘土陶粒主要在京、津地 区及南方沿海城市。我国墙体材料主要使用实心粘土砖，早在1999年占95％，企业占地约 30万hm2。到2000年，新型建筑材料虽然经过推广应用，但是在建材工业总产值中比例不 足20％，生产技术和产品应用水平与世界发达国家相比有较大差距，不能适应社会与经济 发展的要求‘¨。我省在陶粒生产方面发展更慢，页岩陶粒生产厂家仅有几家，2000年国家 建材局等四部发布《关于公布“在住宅建设中逐步限时禁止使用实心粘土砖”大中城市名 单的》中的160个城市中，没有吉林省的一个城市，从侧面看出了吉林省城市建筑墙体 材料改革步伐要慢于其他省份。 1项目的提出 笔者在勘查研究德惠市杨树陶粒页岩矿床时发现，矿层的上覆地体为第三系黄土(粘 土)，仅矿层上覆地段粘土层最大厚度20．6m。平均7．Om，储量约507×104m3，如果仅开采 页岩陶粒，需大量剥土，加大了采矿成本和浪费了大量粘土资源。根据京、津地区粘土烧 陶经验，提出了研发我省粘土烧陶试验课。经吉林地勘局吉地勘科外[2002]14号文项 目资金支持，探索、研究、试验其粘土烧陶配方，并取得成功①。 2研究区粘土(黄土)矿质量 2．1 粘土的粒度矿物成分及体重 长春地区第三系黄土成因一致，其成分等物理特征无明显差异。粘土粒径o．05～ o．005mm，占50％～75％，小于o．005mm的占15％～20％，经X光衍射，粘土中矿物 成分以石英(45％士)长石(35％士)为主，粘土矿物主要是伊利石、高岭石、绿泥石。粘 [收稿日期] 2005一02一05；[修订日期]2005-02—21 [作者简介] 史致元(1952一)．男，山东蓬莱人，吉林省第二地质调查所总工程师，研究员． ①吉林省第二地质调查所．吉林省德惠市杨树陶粒页岩矿床上覆粘土矿成陶试验报告．2003 万方数据 第2期 史致元等：长春地区粘土(黄土)烧制陶粒试验研究与应用前景 63 土比重经测算体重为1．78t／m3。 2．2粘土(黄土)化学成分 粘土化学成分如表1，表1中分析看出，各样品间化学成分变化趋于平稳，均匀，其化 学成分符合陶粒原料工业(质量)要求。 表1粘土(黄土)矿化学成分统计表 (％) Tablel Statisticsofclay(10ess)mineraIchemicalcompositions 样号 化学成分 Si02A1203Ti02Fe203Fe0Ca0M90Mn0K20N820P205Los YZK0801—165．4614．80O．764．450．301．431．32O．092．851．990．146．54 YZK0801—364．0815．83O．975．22O．151．031．25O．122．711．10O．108．21 YZK0802—165．8614．72O．884．51O．301．241．42O．082．701．94O．156．71 YZK0802—364．0215．800．865．30O．101．Ol1．140．112．431．11 O．108．30 YZK040l—l64．8715．15O．854．670．301．161．43O．082．671．86 O．207．13 H0301—165．6715．870．775．44O．281．10O．88O．092．521．31 O．075．51 H0402—163．1616．44O．766．40O．321．161．15O．112．981．35O．103．24 工业质量要求 50～70lo～20 5～10 3．oo～8．oo 1．50～5．00 5～10 2．2陶粒原料致膨因素 具有烧胀性能的物质(页岩、粘土、煤矸石等)经破碎制粒或粉磨制球、干燥和预热 后，进入窑中烧到热塑温度时，内部化学成分产生气体反应。气体的膨胀力在烧胀时正好 等于料球热塑时的表面张力。如果气体膨胀力过大，料球表面热塑粘度太小或表面张力太 小，会造成料球破裂，气体外逸，得不到具有完整釉面的陶粒；如果内部气体膨胀力小，料 球热塑粘度大或表面张力大，则不能烧胀，得不到密度轻的陶粒。陶粒原料致膨主要有化 学成分、矿物成分、物理性能和焙烧工艺等方面的因素。 2．2．1化学成分Sio：和Al。o。是成陶主要成分，在原料中约占70％士为宜，其含量过高， 膨胀性能变低，含量过低，影响陶粒强度。 熔剂氧化物(Na20、K20、CaO、MgO、Fe0、Fe203等)在1030℃以下与Si02、A1203 结合可形成低熔点的硅酸盐和铝硅酸盐。熔剂氧化物的含量要适当，含量过多，料球易发 生粘结，甚至熔融，含量过低，膨胀性能降低，一般熔剂氧化物的总量不少于30％。 发气物质，如黄铁矿(FeS。)、赤铁矿(Fe：O。)、褐铁矿(Fe0·nH。O)、白云石 (CaMg(C03)：)、方解石(Ca(C03))、石膏(Ca(SO。)·2H20)和有机碳等在高温时经 过还原分解反应产生cO、C0。和少量SO。等气体物质，使球粒膨胀。如果原料的化学成分 不理想，其中有的成分含量偏高，有的成分含量偏低，可以采取掺入适量的外加剂，使其 符合烧胀要求，获得良好的烧胀效果。 2．2．2矿物成分原料的矿物成分是决定料球致膨的重要因素。粘土矿物中伊利石、蒙脱 石的许多特性对陶粒原料的烧膨很有利，如：颗粒细微、伊利石不含层问水但有表层的吸 万方数据 64 吉林地质 附水、蒙脱石富含层问水，吸附有机质等均是有利烧膨胀因素。 2．2．3原料的物理性能原料的粒度愈细愈对烧胀有利，原料中粒径小于O．005mm物质 应大于50％。颗粒细易于在热塑过程中发生化合作用。 2．2．4原料的可塑性据实验统计：原料的可塑性与陶粒密度成反比关系，高膨胀原料， 其塑性指数不低于25，塑性指数小于15的原料膨胀性较差。 2．2．5原料的耐火性、软化温度范围原料的耐火度不能过高，耐火度高，热塑时粘度大， 对膨胀不利，但也不能太低，耐火度低了容易造成粘结。一般以1100℃～1230℃为宜。软 化温度范围是指物料开始软化时温度至熔融时温度的范围。软化温度范围愈大，膨胀温度 范围也就大，对膨胀有利，也利于热工操作，只有发生在软化温度范围内的气体反应，才 对膨胀有意义。 2．3研究区粘土(黄土)成陶主要因素及烧制效果 研究区粘土(黄土)虽然其化学成分基本符合原料条件，为什么不具烧胀性?我们在 试验中发现，料球在烧胀过程中，内部膨胀力小，缺少致膨物质，关键是发气物质。通过 选择不同配料，利用配料中的有机碳，使配成的料球在加热焙烧过程中内部的有机质燃烧 发气，发生物理变化而产生膨胀效果。试验证明我们选择的配料A(其化学成分见表2)按 不同比例加入，取得理想的烧胀效果，其中加人配料A比例占1．5％和3％的成陶效果相近 (见表3)，烧制成的粘土陶粒质量及工业生产预测达到的堆积密度等级可根据配料A的加入 比例调配，一般达到超轻集料(400级)标准，加人配料A比例大于5％，普通轻集料(600 级)加入配料A比例1．5％～3．O％即可达到满意效果。 表2粘士(黄土)成陶配料A物理化学指标 Table2 PhysicochemicalindexesofhayditematerialAbyclay(10ess) 2．4烧制成品的质量检验 按2．3中的配料比例，经河北省大厂县夏店镇陶粒厂粘土陶粒生产线生产试验，其产品 经北京市建筑材料质量监督检验站进行产品质量检验，对超轻集料(400级)陶粒进行全项 检验，对普通轻集料(600级)型陶粒仅进行了筒压强度检验，检验结果见表4，其结果性 能均符合(国家GB／T17431．1—1998)标准[2]。 3发展粘土(黄土)成陶产业的优势及前景 吉林省内(尤其长春地区)有着丰富的粘土(黄土)资源，由其目前已经建成的粘土 实心砖厂遍布大中小城市的周边及乡镇，据我们调查，目前烧制红砖取土深度一般在3～5m 以上，长春地区的粘土(黄土)层多数厚度大于10m，乃至20m。发展粘土(黄土)陶粒产 业，不需新增和扩大用地，改造旧的红砖厂，集中烧制，即可满足生产原料的需求。主要 配料，需求量少，在我省该资源是优势矿种，而且通过城镇环境治理，河道、湖泊清淤产 出的废料也可取代试验中的配料A，在此基础上进一步研究拓宽，可产生更大的经济效益。 万方数据 第2期 史致元等：长春地区粘土(黄土)烧制陶粒试验研究与应用前景 65 表3粘土(黄土)加入配料A烧离试验结果表 Table3 ClcinedtestingresultofmaterialAaddedcIay(10ess) 陶粒类别 超轻集料(400级) 普通轻集料(600级) 检验项目 标准 检验结果本项结论 标准 检验结果本项结论 31．50mm O～5 O 颗粒级配 20．OOmm O～10 0 累计筛余 10．omm 40～80 40～80 符合 质量(％) 5．Omm 90～100100 2．5mm 95～100100 堆积密度(kg／m3) 310～400400 400 510～590520～540600级 表观密度(kg／m3) 一 700 一 空隙率(％) 一 43 一 筒压强度(MPa) 1．o 1．9 符合 2．o 2．7 符合 吸水率(％) 20 13 符合 软化系数 o．7 o．84 符合 粒型系数 1．6 1．6 符合 煮沸质量损失(％) 5 o 符合 烧失量(％) 5 o 符合 硫酸盐含量(S0s％) 1．o o 符合 含泥量(％) 3．O o．3 符合 有机物含量(％) 柔薹喜 不深于 符合 (下转第loo页) 万方数据 100 吉林地质 2005年 ThedrawingcomprehensiVeinformationfromregional rock(ore)physicalpropertyparameters DAIHong—jian，WANGXin (fnsm“teo，GeofogicⅡf|S“删掣0，。，i胁Pr∞ince，c^口ng曲“nl30062，c^in口) [Abstract]Theregionalphysicalpropertyparameterstatisticsmethodofrocks(ores)is discussedinthispaper．Weappliedtheoryofprobabilitytophysicalpropertyparameter statisticsandproposedaconceptofparameterscopecharacteristics，meanwhile，discussed acompositeanalysismethodofmultiplephysicalpropertyparameters． [Keywords]physicalpropertyparameters；theoryofprobability；scopecharacteristics； compositeanalysis {!·f 21：}。!旃。!：i。!：f：!：f{!：f{15}{}f≈尘}{鹭}{寥i≈尘}出}出葶出f出}出币出社希出乖出希出亦出希出乖出希出希出界出界出乖出乖出乖出尔出尔砖乖出乖出乖出帘出帮物辩％≈烁 (上接第65页) 参 考 文 献 [1]陈福广主编．新型墙体材料手册[M]．北京：[2] 中华人民共合国国家标准GB／T17431．1一 中国建材工业出版社，2001． 1998，轻集料及其试验(第1部分)[S]． AsfudyontJlecJcjnedtestbycJay(Joess) ofChangchunareaanditsapplication SHIZhi—yuan，YANGZhi—guang，MENGGuang—cai (7'^PSPcD"dGeDfog坛S埘叼eyQ厂-^，抽P，+D寸抽fP，．，iZin13200l，C垤i以口) [Abstract]Thereisrichclay(10ess)inChangchunarea．Ingeologicalsurveyforthe Yangshuhayditeshale，Dehui，Changchunarea，wesucceedinmakingasintering experimentandstudywithoVerlyingclay(10ess)andclayusedbybrichyardsaroundthe Changchun．TheresultshowsthattheoverIyingclay(10ess)，deepearthoftheold brickyardsanduselessearthofthemunicipalbuildingexcavationcanbeturnedintousful material，whichcanbringaboutrelativehigheconomicvalue，andthereisagoodmarket forthesegoods． [Keywords]clayofChangchunarea；testingforsinteringhayditeshale；development anduse 万方数据 长春地区粘土(黄土)烧制陶粒试验研究与应用前景 作者： 史致元， 杨志光， 孟广才， SHI Zhi-yuan， YANG Zhi-guang， MENG Guang-cai 作者单位： 吉林省第二地质调查所,吉林,吉林市,132001 刊名： 吉林地质 英文刊名： JILIN GEOLOGY 年，卷(期)： 2005，24(2) 引用次数： 1次 参考文献(3条) 1.陈福广 新型墙体材料手册 2001 2.GB/T17431.1-1998.轻集料及其试验方法 3.吉林省第二地质调查所 吉林省德惠市杨树陶粒页岩矿床上覆粘土矿成陶试验报告 2003 相似文献(0条) 引证文献(1条) 1.陈岚岚.颜桂炀.刘秀萍.陈庆华 不同污水处理厂脱水污泥烧制建筑瓷砖的初步研究[期刊]-福建师范大学学 报（自然科学版） 2008(04) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_jldz200502012.aspx 下载时间：2010年3月17日