第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

陶粒生產(chǎn)工藝在原料處理、配料、成球和成品處理等工序上，世界各國的做法都基本相同。當(dāng)前國內(nèi)外陶粒生產(chǎn)可分焙燒型和養(yǎng)護型兩類。焙燒又可分為立窯法、燒結(jié)機法、回轉(zhuǎn)窯法、水窯、窯箱式燒結(jié)法；養(yǎng)護又可分為自然養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護和發(fā)泡蒸汽養(yǎng)護。

采用立窯法生產(chǎn)陶粒的優(yōu)點式產(chǎn)品質(zhì)量好、熱效率高、燃料消耗少、生產(chǎn)成本低。缺點式主機產(chǎn)量低、對原材料要求條件高。易在窯內(nèi)結(jié)爐二影響正常穩(wěn)定生產(chǎn)，20世紀(jì)60年代末世界各國已淘汰此法。

采用燒結(jié)法生產(chǎn)的優(yōu)點是主機產(chǎn)量大、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量較好、生產(chǎn)控制方便靈活、無結(jié)窯、易于穩(wěn)定生產(chǎn)、原材料要求不嚴(yán)。缺點是只能燒結(jié)不能燒脹，機上產(chǎn)品產(chǎn)量不均衡、不穩(wěn)定、設(shè)備占地面積大、基建投資大。

采用回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)，主要優(yōu)點是即可燒結(jié)，也可燒脹。用同一套裝置，通過不同配方和焙燒制度，可分別生產(chǎn)高強陶粒、超強陶粒或結(jié)構(gòu)保溫陶粒。這是燒結(jié)機法和立窯法無法做到的。其次回轉(zhuǎn)窯可露天設(shè)置，土建投資明顯節(jié)省。主要缺點是以粉煤灰為原料生產(chǎn)陶粒時，對粉煤灰化學(xué)成分要求較嚴(yán)、粘結(jié)助熔劑攙量多（超輕型30％－70％，高強型20％－30％）、熱耗大（比燒結(jié)機大1倍）、外加劑摻入的品種多、配比嚴(yán)、單機產(chǎn)量小、焙燒控制較難、經(jīng)驗不足、窯內(nèi)易產(chǎn)生結(jié)塊、結(jié)圈、生產(chǎn)成本比燒結(jié)法高（20％－30％）。

采用窯箱式燒結(jié)法生產(chǎn)，主要優(yōu)點是主機產(chǎn)量大，對原材料要求不高，可使用電廠囤積多年的灰；粉煤灰摻雜量高達85％－90％，通過不同的配方和焙燒制度，可生產(chǎn)高強陶粒。而且窯箱式燒結(jié)法無需助燃，大大降低了生產(chǎn)成本，是目前市場上處理粉煤灰最有效最便捷最節(jié)省能源的方法之一。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

1、高強陶粒技術(shù)要求

根據(jù)《輕集料及其試驗方法》GB/T1743111—1998新標(biāo)準(zhǔn),高強陶粒是指強度標(biāo)號不小于25MPa的結(jié)構(gòu)用輕粗集料。其技術(shù)要求除密度等級、筒壓強度、強度標(biāo)號、吸水率有特定指標(biāo)外,其它指標(biāo)(顆粒級配、軟化系數(shù)、粒型系數(shù)、有害物質(zhì)含量等)與超輕陶粒、普通陶粒相同。用回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)的粉煤灰陶粒、頁巖陶粒、粘土陶粒均可達標(biāo);國內(nèi)外燒結(jié)機法生產(chǎn)的粉煤灰陶粒,筒壓強度和強度標(biāo)號均可達標(biāo)和超標(biāo),但吸水率除采取特種措施(增加粘結(jié)助熔劑摻量等)外,難以達到≤15%。盡管國內(nèi)學(xué)術(shù)界對高強陶粒的吸水率尚有爭議,從我國當(dāng)前情況看,采用回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)高強陶粒是較佳途徑。

2、生產(chǎn)高強陶?；驹?/span>

我國生產(chǎn)陶粒已有40多年歷史,應(yīng)用廣泛,總的來說重的陶粒好燒,原料要求較低;輕的陶粒難燒,原料要求很高。但是要生產(chǎn)高性能的高強陶粒絕非易事,因為高強陶粒球內(nèi)不能是一個密實體,而應(yīng)含有大量均勻分布的微孔,否則堆積密度無法達標(biāo);同時球?；居筛邚姸鹊牟Ｌ阵w組成,表層較厚、裂紋較少,以確保提高顆粒強度、降低吸水率。

基于上述要求,宜選用中低膨脹性原料,膨脹率115～2為宜。多數(shù)原料需摻加適量外加劑:增加強度類主要有粉煤灰、煤矸石、硅藻土、高嶺土等;降低焙燒溫度類主要有黃鐵礦、含鐵廢渣、石灰石、白云石、其它堿性物等;擴大軟化范圍類主要有鈉及鉀鹽類、耐火粘土(又提高焙燒溫度)等。

混合料的較佳化學(xué)成分:w(SiO2)=55%～65%、w(Al2O3)=18%～25%、w(Fe2O3+FeO)=6%～10%、w(CaO+MgO)=4%～6%、w(K2O+Na2O)=2%～5%、燒失量3%～5%。與一般超輕陶粒、普通陶粒原料相比,高強陶?；旌显现蠥l2O3含量高3%～10%、Fe2O3+FeO含量高2%左右、K2O+Na2O含量高1%～3%、燒失量低2%～5%。由此,平均焙燒溫度也需提高50℃左右。

同時,焙燒制度也需作相應(yīng)調(diào)整。為了控制中低膨脹率、增加玻陶總量和球粒表層厚度,應(yīng)將慣用的快速焙燒制度適當(dāng)減緩。一般情況下,料球在窯內(nèi)的干燥、預(yù)熱時間延長10min左右,高溫焙燒時間延長約5～8min。

陶粒的冷卻制度也影響陶粒強度,對高強陶粒尤為重要。理論和實踐證明,陶粒在700～400℃會產(chǎn)生晶格轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致體積變化,在游離SiO2含量較高的情況下尤為突出,此溫度區(qū)間必須緩慢冷卻。1000～700℃和400℃以下可以快速冷卻,以提高冷卻效率。

3、生產(chǎn)方法

3．1料球制備

根據(jù)原料不同,料球制備方法差異很大?，F(xiàn)以粘土、頁巖、粉煤灰為主原料的料球制備方法介紹于下。

（1）以粘土為主原料時,據(jù)其化學(xué)成分和礦物組成,一般需摻加粉煤灰和少量助熔劑。摻加粉煤灰是為了提高強度,摻加助熔劑可適當(dāng)降低焙燒溫度。助熔劑需預(yù)先干燥、磨細(xì)。三種料經(jīng)計量配比、混練攪拌、輥筒制粒、二次制粒篩分后直接送入窯尾。此工藝簡稱為摻料塑性制粒法,料球含水率～18%,最高22%;混合料塑性指數(shù)8～15,最高17;料球粒徑8～15mm。如果粘土中無枝條狀或大硬塊雜質(zhì),也可采

用擠出鋼絲切割制粒機,此法料球密實,利于提高陶粒強度,但必須是干凈粘土,否則會經(jīng)常出現(xiàn)堵孔停產(chǎn)現(xiàn)象。

(2)以頁巖為主原料時,通常有兩種辦法:一是破碎篩分法,將頁巖破碎、篩分、貯存、計量后直接送入窯尾。通過調(diào)節(jié)焙燒制度也可生產(chǎn)高強陶粒,但受原有化學(xué)成分和礦物組成限制,難以生產(chǎn)強度標(biāo)號30MPa以上的陶粒,而且頁巖破碎時<4mm的細(xì)料約占20%～30%無法利用;二是磨細(xì)成球法,將頁巖破碎、烘干、磨細(xì),摻加適量粉煤灰或煤矸石粉和少量助熔劑粉,經(jīng)計量配比、預(yù)濕攪拌、園盤成球機制粒后送入窯尾。通過調(diào)節(jié)配方和焙燒制度可以生產(chǎn)出各種強度等級的高強陶粒,成球水分15%～18%最高22%,Φ(粒球粒徑5～15mm,料球質(zhì)量密實度、粒型系數(shù)、顆粒級配等較好。

(3)以粉煤灰為主原料時,需摻加較多的粘結(jié)助熔劑頁巖、粘土、煤矸石等,一般應(yīng)大于25%,以防止料球在窯內(nèi)滾碎。由于大多數(shù)粉煤灰中AlO含量較高多數(shù)在20%～35%,為有效降低焙燒溫度,需摻加較多量的助熔劑含鐵廢渣或黃鐵礦石、石灰石等,一般2%～5%不等。料球制備也采用與上述類同的磨細(xì)成球法:計量配比、混合磨細(xì)各種配料混合磨細(xì)或部分粉煤灰混合磨細(xì)、預(yù)加水?dāng)嚢韬?0%～12%、園盤成球機制粒后送入窯尾。因粉煤灰摻量多,成球效率低,成球機產(chǎn)量明顯下降,同時為確保顆粒級配,宜選用2臺或2臺以上園盤成球機。

根據(jù)理論和實踐經(jīng)驗,以粉煤灰為主原料的陶粒強度最高,其次為頁巖陶粒、粘土陶粒。當(dāng)然可以改變配方適當(dāng)調(diào)節(jié)。但在同等堆積密度時,AlO含量高的陶粒,強度相應(yīng)提高,原因在最佳焙燒溫度范圍內(nèi)形成了較多強度較高的CaO•AlO•2SiO玻陶相。

3．2焙燒

按常規(guī),料球制備采用塑性制粒法和磨細(xì)成球法的,因料球含水率較高(～18%)宜采用雙筒回轉(zhuǎn)窯;料粒制備采用破碎篩分法的,因料粒含水率較低(<5%),可采用單筒回轉(zhuǎn)窯。兩窯相比,雙筒回轉(zhuǎn)窯對調(diào)節(jié)物料在干燥、預(yù)熱和焙燒帶的停留時間和相應(yīng)的焙燒制度更為有利,但其構(gòu)造相對復(fù)雜,設(shè)備重量和造價比單筒回轉(zhuǎn)窯高,漏風(fēng)和維修量也相應(yīng)增加。雙筒回轉(zhuǎn)窯有高差式和插接式兩種:前者前后兩窯高差較大,使窯尾標(biāo)高增高約115～2m,配套設(shè)備和土建工程費用明顯增加,聯(lián)接兩窯的中間煙室漏風(fēng)多、熱損失大、導(dǎo)料槽易燒壞,在國內(nèi)外已呈淘汰趨勢;后者是當(dāng)前國內(nèi)發(fā)展最快的先進窯型,缺點是兩窯插接處(插入深度400～800mm)有一定漏風(fēng)和揚塵,需設(shè)置高性能的轉(zhuǎn)動密封裝置。雙筒回轉(zhuǎn)窯兩窯的安裝斜度相同,均為4%左右,各有獨立的傳動裝置,一般配用YCT電磁調(diào)速三相異步電動機。調(diào)速范圍:干燥預(yù)熱窯一般1～3r/min,焙燒窯一般112～316r/min。生產(chǎn)時通過遙控電動調(diào)速求得物料在兩窯內(nèi)的最佳停留時間。

由于高強陶粒的焙燒溫度較高,焙燒時間也比超輕和普通陶粒長5～8min,其燃燒裝置也應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。以煤粉燃料為例,應(yīng)將噴煤嘴向窯內(nèi)多伸入300～800mm,適量增加一次風(fēng)機的風(fēng)壓和風(fēng)量,改用長火焰的噴煤嘴,使煤粉噴出速度自30～40m/s提高至40～50m/s,并適當(dāng)調(diào)節(jié)閥門增加窯尾抽力,使燃燒火焰長度從原來的2～3m延長至3～4m。

3．3冷卻

從窯頭卸出的陶粒溫度約900～1000℃,如直接卸入空氣中或水池中急冷,會明顯降低陶粒強度。因此比較正規(guī)的陶粒廠都配有陶粒冷卻機。國外常用的有多筒冷卻機、單筒冷卻機、豎式冷卻機、分層冷卻機、篦式冷卻機等,國內(nèi)常用的有單筒冷卻機、搖運冷卻機和豎式分層冷卻機等。

篦式冷卻機和搖運冷卻機屬通風(fēng)型和空氣快冷型,不利于陶粒強度。多筒冷卻機和單筒冷卻機屬自然通風(fēng)緩慢冷卻型,有利于陶粒強度,但散熱效率低、卸料溫度高(200～300℃)、熱利用率低。豎式分層冷卻機也屬通風(fēng)型冷卻,但實現(xiàn)了陶粒1000～700℃、400℃以下快冷,700～400℃緩冷(用熱風(fēng)冷卻)的最佳冷卻制度,冷卻效率高(約25min)、卸料溫度低(機外氣溫～50℃)、陶粒余熱利用率高(排出的熱風(fēng)300～400℃,部分用于烘干碎煤或原料,部分送入窯內(nèi)作一、二次熱風(fēng))。是目前國內(nèi)外最先進的陶粒冷卻機,用于高強陶粒生產(chǎn)線更加顯效。

3.4破碎篩分

高強陶粒的破碎篩分工藝無特殊要求,但應(yīng)盡量避免將大塊燒結(jié)料破碎篩分后混入,以確保高強陶粒的勻質(zhì)性和高性能指標(biāo)。

4、總體方案

據(jù)國內(nèi)外數(shù)十年實際應(yīng)用情況,高強陶粒主要應(yīng)用于高層框架建筑和大跨建筑、橋梁工程、高級道路工程等。據(jù)1999年筆者考察了解,美、英等發(fā)達國家陶粒的實際應(yīng)用比例為:陶粒砼砌塊60%～70%,采用超輕陶粒和普通陶粒;陶粒結(jié)構(gòu)砼及制品約20%,其中砼板材墻板、樓板、屋面板等占12%～15%一般采用普通陶粒,現(xiàn)澆高強陶粒砼占5%～8%采用高強陶粒;其它應(yīng)用10%～20%,主要有填料房屋底層填料、隔熱保溫填料、各類擋土墻回填料等、園藝和花卉、聲屏障吸聲制品、隔熱耐火制品、過濾劑化工用品等,一般采用普通陶粒和超輕陶料。在陶?？偭績?nèi),高強陶粒的生產(chǎn)和應(yīng)用不足10%。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

1、合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展高強陶粒。根據(jù)輕骨料的特點，提高陶粒砼的配制技術(shù)，切實解決其“高不成、低不就”的質(zhì)量狀態(tài)和售價過高等制約發(fā)展的因素。

2、建立一套完整的質(zhì)量保證體系，確保工程質(zhì)量，為在軟土地區(qū)、抗震設(shè)防區(qū)和堿集料多發(fā)區(qū)大量推廣應(yīng)用作必要的技術(shù)準(zhǔn)備。

3、開發(fā)燒結(jié)機系列產(chǎn)品。

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