煤矸石制砖的规划与设计.doc

煤矸石制砖的规划设计探讨
祖珂 煤炭工业太原设计研究院
摘要：煤矸石制砖是建材设计院的设计范筹，但是前期的煤炭综合利用开发却由煤炭设计单位来完成。做好煤矸石制砖的规划设计，是制砖企业成功实施的前提。
关键词：规划设计；资源化利用的评价；全内燃烧砖；节能措施；
在山西省煤炭《十五》《十一五》《十二五》发展规划的编制中许多企业规划了煤矸石制砖项目，但几年下来真正建成并效益好的煤矸石砖厂却不多见，究其原因，在上项目之前没有做好规划与设计是重要原因之一。
首先煤矸石制砖是建材设计院的设计范筹，但是前期的煤炭综合利用开发却由煤炭设计单位设计完成。如何规划好煤矸石制砖项目？首先设计人员在上项目之前，要清楚地认识到：
①任何一个项目的实施将会形成企业的一个新的经济增长点，增强企业的核心竞争力，矸石制砖项目的提出需要从总体规划角度进行论证；
②要做好煤矸石资源化利用的评价，以确定煤矸石综合利用的大方向；
③当评价做出结论该矿具备煤矸石制砖的初步条件后，要做好原料制备研究和当地市场分析；
④其次煤炭设计人员要具备一定的制砖专业知识和设计方法才能规划好煤矸石制砖项目。
1.做好煤矸石资源化利用的评价 
煤矸石利用要从本地区煤矸石的特性出发，按照国家政策对煤矸石应进行分质、梯级综合利用原则，提高有效成分利用率，注重工业化的可实施性。
煤矸石的性质决定着煤矸石资源化的途径，因此对煤矸石的及性质进行分析和评价，将有利于选择最佳的资源化利用途径，更好、更有效地利用煤矸石资源。 
按照煤矸石的岩石特征分类，可以分成高岭石泥岩（高岭石含量＞60％）、伊利石泥岩（伊利石含量＞50％）、砂质泥岩、砂岩及石灰岩。主要利用途径为：高岭石泥岩、伊利石泥岩-生产多孔烧结料、煤矸石砖、建筑陶瓷、含铝精矿、硅铝合金、道路建筑材料；砂质泥岩、砂岩主要用来生产建筑工程用的碎石、混凝土密实骨料；石灰岩主要用来生产胶凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。 
煤矸石中的铝硅比（三氧化二铝/二氧化硅）也是确定一般煤矸石综合利用途径的因素。铝硅比大于0.5的煤矸石，铝含量高，硅含量较低，其矿物成分以高岭石为主，有少量伊利石、石英，质点粒径小，可塑性好，有膨胀现象，可作为制造高级陶瓷、煅烧高岭土及分子筛的原料。 
煤矸石中的碳含量是选择其工业利用方向的依据。按煤矸石中碳的含量多少可分为四类：一类＜4％，二类4～6％，三类6～20%，四类＞20％。四类煤矸石发热量较高（6270－12550千焦／千克），一般宜用作为燃料，三类煤矸石（2090－6270千焦／千克）可用作生产水泥、砖等建材制品，一类、二类煤矸石（2090千焦／千克以下）可作为水泥的混合材、混凝土骨料和其他建材制品的原料，也可用于复垦采煤塌陷区和回填矿井采空区。 
在煤矸石的化学成分中，全硫含量一是决定了矸石中的硫是否具有回收价值，二是决定了煤矸石的工业利用范围。按硫含量的多少也可将煤矸石分为四类：一类（0．5％，二类0．5～3％，三类3～6％，四类＞6％。全硫量达6％的煤矸石即可回收其中的硫精矿，对于用煤矸石作燃料的要根据环保要求，采取相应的除尘、脱硫措施，减少烟尘和二氧化硫的污染。 
这项工作应在项目建议书之前完成，是对拟建矿井的煤矸石化学、矿物成分、发热量、物理性能等指标进行综合评价，以确定煤矸石综合利用的大方向，看拟建矿井的煤矸石是否适合烧制煤矸石砖，这是项目上马的先决条件。
2.选择原材料
由于煤矸石生成的地质年代、成矿构造、开采方式及堆放状态的不同，决定了它的组成结构和性能的不同。因此，不是所有的煤矸石都可以生产烧结砖。生产煤矸石砖对煤矸石原料的化学组成要求：二氧化硅为55～70％，三氧化二铝为15～25％，三氧化二铁为2～8％，氧化钙≤2％，氧化镁≤3％，二氧化硫≤1％。可塑性指教7～15，热值为1672～4180千焦／千克，煤矸石的放射性符合GB9196一88标准。
这里需要注意的是，煤矸石发热量在 1672～2090千焦／千克时为最佳，在不用外投煤的情况下，靠自身发热将砖烧好，实现全内燃烧砖可以节约能源，在建厂相同规模下消耗煤矸石最多，原料处理工艺也最为简单；
如果发热量大于2090千焦／千克时，还需对原料进行惨配一些无热值或低热值原料如：低热值煤矸石、页岩、粉煤灰、粘土等，这需要寻找配料的第二来源，使投资成本有所增加，在相同规模下消耗煤矸石要少，设计中要考虑配料工艺和超热焙烧窑炉余热系统，将多余热量用于厂区车间、办公楼和住宅楼的采暖。
当发热量低于1672千焦／千克时，由于煤矸石自身发热量不足，需要外加部分燃煤才能完成正常焙烧，这就增加了燃煤成本，在设计中要考虑配料工艺。
由于煤矸石发热量不均衡，设计中要考虑监测监控系统，及时调整配料，减少热值波动，保证生产的均衡和连续。
3.用好国家政策，做好市场分析
利用煤矸石制砖的主要优点是：
烧砖不用燃料或少用燃料（当发热量低于1672千焦／千克时），节省能源；
烧砖不用或少用土地，节约土地资源
变废为宝，减少环境污染；
建厂投资少，企业有一定的经济效益；
因此国家及各级政府高度重视，国家经贸委和国家科技部颁布了《煤矸石综合利用技术政策要点》，并采取一系列优惠政策，如资金补助、贴息贷款和减免税负等扶持性措施，积极鼓励利用煤矸石。同时国家在2005年正式推行禁止使用实心粘土砖的政策，以开发推广新型墙体材料为手段，进而达到推进建筑节能的目标。并要求截止到2010年底，所有城市城区禁止使用实心粘土砖。国家发改委、国土资源部、建设部和农业部联合发布《关于印发进一步做好禁止使用实心粘土砖工作的意见的通知》。这一扶一禁政策也为煤矸石制砖扩展了市场。
从宏观上讲，新一届政府力推新型城镇化建设，新型城镇化将带动房地产业、基础设施和市政工程建设，也直接扩大了对建材、建筑和冶金行业的需求。
由于制砖产品销售运距不宜太远，市场分析的侧重点应放在当地建筑市场的供需分析上，如拟建砖厂附近的城镇及城市规模？每年的建材产品需求量？产品的运送距离？有无已建成的制砖企业？如有它们的生产规模和能力是多少？生产的产品和效益如何？均应有所了解；并对拟建的生产企业、产品的市场价格、市场发展因素、产业投资和生态环境影响等等进行分析，这项工作在可行性研究阶段完成。
通过对拟建砖厂工程在社会、经济、环境、技术、市场和土地的全方位的调查研究后，并在综合技术经济论证的基础上，才能确定拟建砖厂项目在技术上是否先进、实用和可靠，在经济上是否合理，在财务上是否盈利，为投资决策提供科学的依据。
4.砖厂的规划设计中应注意的问题
完成了原材料选择和当地的市场经济分析，在砖厂的规划设计中还应注意以下几点：
4.1注重节能减排
煤矸石制砖企业在生产过程中主要消耗电力和水等能源，单位能源消耗量直接影响生产成本和经济效益，在设计中可采取以下节能减排措施：
4.1.1供配电系统节能措施
早在1990年原煤炭部就发出过《煤炭工业新建地面系统及选煤厂应采用660V供电》的通知，采用660V供电具有以下优点：
①可增加输电距离，提高输电能力；
②减少变压器数量，简化配电系统；
③节省有色金属，降低功率损耗
④是最有效的节能手段；
⑤节约投资；
在相同建厂规模下，采用660V供电可节能2%～3%左右，节约有色金属40%～50%，节省投资70～80元/kw。
4.1.2机械设备选型节能措施
主要工艺设备在满足工艺指标的前提下，尽量选择节能产品，比如新型节能破碎机，可节能15%左右（在制砖企业，破碎机是主要耗能设备）；智能隔爆除铁器（根据金属探测仪的来铁信号进行工作，无铁不工作，节能优势明显）；通风系统采用先进的变频电机（可节能20%～50%左右）等等。
这些节能设备的选用可以有效降低制砖成本。
4.1.3窑炉的节能措施
选用先进的平顶隧道窑设计，窑炉余热不仅能保证正常的烘干和焙烧需要，而且可保证厂区车间、办公楼和住宅楼的采暖。
也可在隧道窑上设置水箱，利用余热制取热水，供浴室和食堂使用。
4.2规划要高起点
4.2.1生产规模要高起点
在有市场需求的条件下尽量提高生产规模，使制砖企业向集约化、大型化方向发展，砖厂生产规模越大，消耗煤矸石越多，生产成本也越低。现国产单条煤矸石生产线的生产能力可达1亿块/年（折标砖）。
4.2.2产品要高起点
产品设计要与附近的销售市场紧密接轨，产品的定位起点要高，生产品种要成系列化、多样化。针对广场砖、道路砖、装饰砖的销售市场，宜设计实心煤矸石砖产品，产品强度要高，外观要好，色彩全，实心煤矸石砖的优点是消耗煤矸石量大。
针对建筑市场用砖，从建筑节能角度考虑，煤矸石砖应向多孔、节能、高强、装饰的煤矸石空心砖方向发展，煤矸石空心砖与实心煤矸石砖相比具有生产成本低、运输费用省、砌筑功效高和保温隔热性能好等优点，是煤矸石烧结产品的发展方向。
为了适应市场需求，生产工艺一定要灵活，设备要先进，更换模具既可生产各种规格的产品，满足客户要求。
4.3规划要有化验室
一个上规模上档次的制砖企业，煤矸石制砖必须满足其在生产工艺中的各项要求。在其生产工艺控制中，如何选择合格原料？如何控制原料的发热量和塑性？如何掌握原料粒度级配？如何控制陈化料的水分？如何掌控产品质量？这都需要有一个强大的化验室提供技术支持，化验室主要职能如下：
①为企业把好原材料质量关；
②对产品进行的合理配方；
③对各车间工艺中间产品质量检查、控制；
④控制产品出厂质量；
⑤对新产品进行研制、开发提供技术支持；
⑥对企业生产安全、检修及环境保护方面进行监测；
化验室对制砖企业降低生产成本、提高产量、稳定产品质量、提高经济效益必不可少。但许多规划设计中往往缺少化验室的内容和投资。
⒌结语
在规划设计煤矸石制砖中，按其生产工艺过程可分为：原料的选择、原料处理、成型、干燥与焙烧五个关键环节，其中又以原料的选择和原料处理是重中之重，需要在规划中分析透彻，比如：原料的物理性能和化学成分是否满足制砖要求？在工艺中如何剔除铁器、有机物、料疆石和CaO？分析煤矸石发热量，是否需要增加配料工艺等等？在成型、干燥与焙烧环节只需选择好适合本工艺的先进设备，做好投资概算即可。
做好规划和设计是工程建设的灵魂，控制投资的关键，它不仅影响工程建设的速度与质量，也影响制砖企业投产和交付使用后的综合效益。所以只有做好规划和设计项目才有较高的可实施性。

作者简介：祖珂，男，安徽巢县人，1982年毕业于太原工学院，工学学士，煤炭工业太原设计研究院，高级工程师，电话：[phone]