摘要 摘要：农作物秸秆热值高、烧失量大，烧结过程中可充当内燃料，利用秸秆材料这一优良特性，结合现有页岩烧结多孔砖生产工艺，将秸秆原料分别以质量占比 0、2%、4%、6%、8%五组不同
摘要：农作物秸秆热值高、烧失量大，烧结过程中可充当内燃料，利用秸秆材料这一优良特性，结合现有页岩烧结多孔砖生产工艺，将秸秆原料分别以质量占比 0、2%、4%、6%、8%五组不同掺量与页岩、煤矸石等其他原料按配比混合后，进行秸秆页岩烧结多孔砖研制，并工业化生产了不同秸秆掺量的秸秆页岩烧结多孔砖，进而研究分析秸秆页岩烧结多孔砖工业化生产的最佳秸秆掺量，为后续秸秆页岩烧结多孔砖的量产提供参考。
关键词：秸秆;页岩烧结多孔砖;研制;工业化生产
1 原料与秸秆掺量
页岩是由黏土脱水胶结而成的岩石，以黏土类矿物(高岭石、水云母等)为主，具有明显的薄层理构造。页岩的化学成分通常与易熔黏土较相似，经过开采、粉碎和磨细后，是一种良好地方性砖瓦原材料。烧结多孔砖所需的页岩，主要形成于各个地质时期。根据已有的数据可知，目前国内各个地区都有质量优良、储量可观的页岩可供烧结页岩多孔砖的开采利用。
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。烧结砖企业在生产过程中较多选用煤矸石来作为掺入原料，利用其自身的热值和热量，以节约燃料的供应热量，并起到砖体内部成孔的作用。煤矸石发热量的高低在很大程度上会影响煤矸石砖的质量和产量，根据多年来的生产实践经验，发热量为 1672~2090 kJ/kg 的煤矸石最佳，在不用外投煤的情况下即可将砖烧好。秸秆是由大量的有机物和少量的无机物及水所组成的，其有机物的主要成分是纤维素类的碳水化合物，此外还有少量的粗蛋白质和粗脂肪。在我国以农业种植为主的广大农村地区，分布着大量的农作物秸秆。国内一些研究者从全国 24 个省(市)收集到 222 个秸秆样品，包括 172 个秸秆样品和 50 个麦秸样品[2]。采用近红外光谱技术，结合主成分回归、偏最小二乘回归及改进的偏最小二乘回归建立了秸秆热值的定量分析矫正模型，采用统计学的方法准确分析了秸秆的热值。秸秆样品热值的最小值、最大值、平均值和标准偏差统计结果如表 1 所示。
秸秆是由大量的有机物和少量的无机物及水所组成的，其有机物的主要成分是纤维素类的碳水化合物，此外还有少量的粗蛋白质和粗脂肪。在我国以农业种植为主的广大农村地区，分布着大量的农作物秸秆。国内一些研究者从全国 24 个省(市)收集到 222 个秸秆样品，包括 172 个秸秆样品和 50 个麦秸样品[2]。采用近红外光谱技术，结合主成分回归、偏最小二乘回归及改进的偏最小二乘回归建立了秸秆热值的定量分析矫正模型，采用统计学的方法准确分析了秸秆的热值。秸秆样品热值的最小值、最大值、平均值和标准偏差统计结果如表 1 所示。
2 秸秆页岩烧结多孔砖的工业化生产
2.1 生产工艺流程本文对于不同秸秆掺量的页岩烧结多孔砖工业化生产的探究分析，主要包括秸秆掺量的控制即分别按照质量占比 0、 2%、4%、6%、8%五组不同掺量，以及实际制备过程中的生产工艺流程。页岩、煤矸石原材料中掺入秸秆后与无秸秆掺入情况相比，不仅在原料的混合、投放与处理方面存在差异，而且改变了一些工艺环节的技术措施，基于现有页岩烧结多孔砖生产工艺[4]，秸秆页岩烧结多孔砖的工业化生产工艺流程如图 2 所示。
2.2 生产工艺(1)原料经过粗碎、粉碎、筛分后原料混合物中粒径较大的页岩与煤矸石块变为粒径小于 3 mm 的细粉料，同时按照质量占比 0、2%、4%、6%、8%分 5 组掺入经粉碎的秸秆粉末，本次试验设定 5 组原料总质量为 200 kg，即秸秆掺量分别为 0、4、8、12、16 kg，煤矸石掺量为 33.33 kg，页岩掺量分别为 166.67、162.67、158.67、154.67、150.67 kg，然后加水搅拌、混合均匀后，送到陈化库中进行陈化[5]。(2)陈化是砖坯制备过程中重要的工艺环节，可提高砖坯表面光洁度、强度及合格率，同时相应减小产品收缩率。陈化时间一般 3 d 以上，且温度不低于 10 ℃。
2.3 相关工艺环节的技术措施原料中掺入秸秆后导致其自身性质的变化主要包括原料干湿度的改变与原料整体韧性的增强，同时，砖坯烧制过程中由于秸秆的掺入而引起焙烧温度的改变。(1)原料干湿度。由于秸秆相比于页岩、煤矸石密度很小，较小质量的秸秆即可在原料中占据一定的体积，掺入质量占比 2%和 4%的秸秆其体积增量不大，而对于 6%和 8%的秸秆掺量其体积明显增大，同时秸秆处于干燥状态且吸水性较好，与无秸秆掺入的原料干湿条件必定产生差异。因此，原料处理工艺环节的加水搅拌与混合应合理增加送水量以及加强拌合力度避免出现秸秆聚集成块的现象，以此降低秸秆带来的干湿度的影响。同时，成型工艺环节中经陈化的原料干湿度再次发生改变，需要在挤出机内再次进行送水量调整，使被挤出砖坯的含水率低于 18%及保证足够强度以进行切坯、分坯、码坯处理[7]。(2)原料整体韧性的增强。秸秆中含有纤维素、半纤维素及木质素，是一种纤维质材料且具有柔韧性。页岩、煤矸石均为固体颗粒属于脆性材料，掺入秸秆后经过加水混合而成为新的混合料，其韧性相比于无秸秆掺入原料显著增强。因此，成型工艺环节中，进行切坯操作前应将切坯设备中的切坯丝更换成强度更大的切坯丝，以抵御原料整体韧性增强带来的影响。
3 工业化生产结果分析
按照掺入秸秆后的页岩烧结多孔砖工业化生产工艺流程，紧依各个工艺环节的技术要求进行生产。同时，对秸秆掺入后造成的原料性质以及温度环境等生产条件的变化情况，应在相关工艺环节中采取相应的技术措施，以应对生产条件改变带来的不良影响。从不同秸秆掺量时的实际生产情况来看，随着秸秆掺量的逐渐增大，生产工艺中机械设备的工作环境受到一定干扰。由于秸秆密度较低，秸秆质量占比的小幅提升便导致秸秆体积的骤增，致使大量轻质秸秆与页岩、煤矸石固体原料配比拌和后的混合均匀度降低。对比不同秸秆掺量的页岩烧结多孔砖生产工艺，当秸秆掺入量超过某一界限时，实际的原料搅拌混合过程会发生原料搅拌不均匀甚至出现秸秆聚集成块现象，导致混合料中水分补给超出成型工艺环节挤出机设备的送水调控范围，原料混合的不均匀以及偏低的湿度，造成原料过干而无法挤出成型，但在原料中秸秆掺量较少时未出现上述情形。
4 结 语
为研究分析不同秸秆掺量的页岩烧结多孔砖工业化生产情况，结合原有工艺流程及完善后的秸秆页岩烧结多孔砖工业化生产工艺流程，将秸秆原料分别按质量占比 0、2%、4%、 6%、8%五组不同掺量与页岩、煤矸石等其他原料配比混合后进行秸秆页岩烧结多孔砖研制，生产过程中由于原料干湿度的改变、原料整体韧性的增强以及烧制环节焙烧温度环境的变化，而进行相关工艺环节的技术措施改进，制备出不同秸秆掺量的页岩烧结多孔砖产品，同时基于热工性能考虑，确定页岩烧结多孔砖工业化生产中最佳秸秆掺入量值为 4%，为后续秸秆页岩烧结多孔砖的量产提供参考依据。
参考文献：
[1] 施楚贤，黄靓，包堂堂.对《砌体结构设计规范》(GB50003—2011)若干问题的分析与修订建议[J].建筑结构，2015，45(12)：76- 80，39.
[2] 郭永奇.河南省主要农作物秸秆生物质资源定量评价及其地理分布[J].农业现代化研究，2013，34(1)：114-117.
《不同秸秆掺量页岩烧结多孔砖的工业化生产探析》来源：《新型建筑材料》，作者：卢玫珺 ，杨东亮。
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