年產(chǎn)10萬m3煤矸石混凝土砌塊的生產(chǎn)工藝設計畢業(yè)論文設計

1、年產(chǎn)10萬m3煤矸石混凝土砌塊的生產(chǎn)工藝設計摘要本設計的題目為年產(chǎn)10萬立方米的煤矸石混凝土砌塊的生產(chǎn)工藝設計。首先得對煤矸石的組成、應用以及優(yōu)缺點進行概述，再次要熟練混凝土配合比的計算和煤矸石摻量，而且自行設計砌塊塊型，以達到保溫節(jié)能的要求。根據(jù)要求進行物料平衡計算和設備選型計算，同時對所涉及的各種設備進行了解，而且要查看相關資料，熟悉砌塊生產(chǎn)線的流程，再根據(jù)自己設計要求，從裝料、輸送、配料、攪拌以及成型等流程設計出滿足自己要求的工藝流程圖，最后就是選擇廠址，畫出工廠總平面圖。在此課題中，從設計到完善，都要滿足設計要求和環(huán)境條件，在以最小污染和較經(jīng)濟的情況下完成該課題實驗，才達到目的。關鍵詞

2、：煤矸石混凝土 配合比 攪拌機 配料機 輸送機 砌塊成型機目錄摘要2第一章 前言41.1 建筑節(jié)能保溫材料411.1 保溫材料概念及分類41.1.2 節(jié)能保溫建筑材料的選材原則411.3 保溫材料的歷史及發(fā)展41.2 煤矸石71.2.1 煤矸石來源及組成71.2.2 對環(huán)境的影響81.2.3 在建材領域的利用91.2.4 在其他領域的應用101.2.5 回收用途111.3 煤矸石混凝土13第二章 混凝土配合比計算152.1 設計條件152.2 普通混凝土配合比計算162.2.1 混凝土配制強度的確定162.2.2 確定水膠比162.2.3 用水量和外加劑用量17確定膠凝材料用量182.2.5

3、砂率192.2.6 粗、細骨料用量19第三章 物料平衡計算203.1 基礎數(shù)據(jù)203.2 塊型設計213.3 干物料計算223.4 濕物料計算223.5 物料平衡表23第四章 設備選型計算234.1 攪拌機選型計算234.2 砌塊成型機選型計算264.3 砂石輸送機選型計算284.4 螺旋輸送機的選型計算314.5 骨料配料機364.6 主機能力平衡表39第五章 產(chǎn)品成本估算及經(jīng)濟效果分析395.1 產(chǎn)品成本估算395.2 投資估算的范圍與依據(jù)405.3 編制說明405.4 工程費用計算414.5 基本數(shù)據(jù)41結論42參考文獻43第一章 前言1.1 建筑節(jié)能保溫材料11.1 保溫材料概念及分類

4、在建筑工程中，把用于控制室內熱量外流的材料稱為保溫材料，把防止室外熱量進入室內的材料稱為隔熱材料，兩種材料均利于節(jié)能，通稱為節(jié)能保溫建筑材料。目前在工業(yè)與建筑常用的保溫節(jié)能材料可分為無機類、有機類和復合材料三大類，按組成和狀態(tài)又可分為：無機纖維狀保溫材料：如巖棉、玻璃棉、礦渣棉。松散粒狀保溫材料：如膨脹蛭石及制品、膨脹珍珠巖及制品。無機多孔保溫材料：如泡沫水泥板、加氣混能吐、微孔硅酸鈣、復合硅酸鹽。有機保溫材料：各種聚苯板、聚碳酸酯、酚醛泡沫、軟木板、木絲板。復合保溫材料：如金屬夾芯板。1.1.2 節(jié)能保溫建筑材料的選材原則 節(jié)能保溫建筑材料的選材要遵循以下原則：使用溫度要適合。熱導率要低。物

5、理化學性能穩(wěn)定。耐用年限要長。對工程要求的適應性要廣。具有不燃性能。在滿足上述條件下，材料價格要低。11.3 保溫材料的歷史及發(fā)展我國地域廣闊，冬寒夏熱十分突出，與同緯度其他國家相比，自長江以北至東北地區(qū)冬季溫度偏低 10-18 ，夏季溫度偏高 2 。由于我國對建筑物的保溫、隔熱、氣密性重視不夠，使得既有建筑和新建建筑的保溫、隔熱和氣密性大部分都很差，采暖系統(tǒng)熱效率普遍偏低。據(jù)統(tǒng)計，到 2000年底，能夠達到建筑節(jié)能設計標準的建筑累計僅占全部城鄉(xiāng)建筑總面積的 0.5%，占城市既有采暖居住建筑面積的 9%，絕大部分新建建筑仍是高能耗建筑。國外保溫材料工業(yè)已經(jīng)有很長的歷史，建筑節(jié)能用保溫材料占絕大

6、多數(shù)，從上世紀 70 年代開始，國外開始普遍重視保溫材料的生產(chǎn)和應用，力求大幅度減少能源的消耗量，從而減少環(huán)境污染和溫室效應。如美國從 1987 年以來建筑保溫材料占所有保溫材料的 81左右，瑞典及芬蘭等西歐國家 80以上的巖棉制品用于建筑節(jié)能。建筑節(jié)能不僅僅是建筑節(jié)能法規(guī)的頒布執(zhí)行，它的實現(xiàn)還涉及一個龐大的產(chǎn)業(yè)群體，其中保溫隔熱材料與制品是影響建筑節(jié)能一個重要的影響因素。建筑保溫材料的研制與應用越來越受到世界各國的普遍重視，新型保溫材料正在不斷地涌現(xiàn) 1。近年來，世界各國都在采取有力措施，發(fā)展保溫材料，主要生產(chǎn)國保溫材料的年增長率在 10%上下波動，例如日本，每年保溫材料的增長率為 10%1

7、2%，保溫材料的生產(chǎn)和使用量越大，節(jié)約的能源越多。從這個意義上講，生產(chǎn)保溫材料，就是生產(chǎn)能源，發(fā)展保溫材料就是發(fā)展能源。而發(fā)展保溫材料，比發(fā)展能源投資小、建設周期短、資源多、見效也快。因此，采取有力措施，大力發(fā)展保溫材料工業(yè)，積極宣傳保溫材料對節(jié)能的作用，認真組織保溫材料的推廣和應用。真正做到該用保溫材料的地方，都用上保溫材料，這是有關的主管機關和科技工作者的一項光榮而又艱巨的任務2。目前，發(fā)達國家在漿體保溫材料研制開發(fā)方面，是以輕質多功能復合漿體保溫材料為主。此類漿體保溫材料的各項性能較傳統(tǒng)漿體保溫材料明顯提高，如具有較低的導熱系數(shù)和良好的使用安全性及耐久性等。同時，這類復合漿體保溫材料又具

8、有優(yōu)異的功能性，如無氟利昂阻燃型聚氨酯泡沫復合漿體保溫材料、超輕質全憎水硅酸鈣漿體保溫材料等，可以滿足不同使用條件的要求。此外，在開發(fā)“綠色”保溫材料制品方面，國外也做出了相當程度的嘗試，從原材料準備（開采或運輸）、產(chǎn)品生產(chǎn)及使用，及日后的處理問題，都要求最大限度地節(jié)約資源和減少對環(huán)境的危害。保溫材料工業(yè)是國外資源重新回收利用的一個很成功的典型 3。世界上保溫材料的品種已經(jīng)發(fā)展到六大類、幾十個品種。各國由于資源條件和技術條件的不同，發(fā)展保溫材料也各有側重。例如美國、日本側重于發(fā)展玻璃纖維、北歐則側重于發(fā)展礦棉。匈牙利非常重視纖維保溫材料的發(fā)展。傳統(tǒng)的保溫材料，例如硅藻土，美國、蘇聯(lián)、日本都在應

9、用，近年來各國普遍重視發(fā)展珍珠巖 2。國內從 20 世紀 80 年代中期開始外墻外保溫技術的試點，并將該技術廣泛應用于建筑領域。但目前國內的建筑節(jié)能水平還遠低于發(fā)達國家，建筑單位面積能耗仍是氣候相近發(fā)達國家的 35 倍。國內的建筑節(jié)能工作在北京、天津等地進展情況較好，但在采暖地區(qū)的很多城鎮(zhèn)進展相當緩慢，其原因主要是：建筑節(jié)能意識差；立法不健全，盡管節(jié)能技術標準屬于強制性標準，卻缺乏行政法規(guī)和執(zhí)行機構實施監(jiān)督；包費制的采暖收費制度與用戶利益無直接關系，不能促使住戶對節(jié)約熱能的關注。建筑節(jié)能缺乏經(jīng)濟政策驅動機制，建設單位往往過多計較一次性基建投資；節(jié)能科技投入過少，從研究到推廣各環(huán)節(jié)的工作還不配套

10、，建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)體系還未充分建立 3。過去，由于我國建筑物不強調保溫，工業(yè)保溫也缺乏嚴格的規(guī)定和要求，保溫材料生產(chǎn)量小，應用面窄，又加上地區(qū)性的不平衡，保溫材料生產(chǎn)廠多集中在東北、華北和華東地區(qū)。因此，全國的能源利用率僅為 28%，有 72%的能源白白浪費掉，我國的能源利用率，比工業(yè)發(fā)達的國家低 50%。我國的保溫材料以珍珠巖、硅藻土、蛙石和石棉為主。無機纖維、泡沫塑料、微孔硅鈣板、加氣混凝土、近年來有了較快的發(fā)展 2。1990 年之前遼寧的膨脹珍珠巖和全國一樣主要用于屋面保溫，由于建筑熱工規(guī)范等新的技術要求，又逐漸加工成珍珠巖制品，也用于屋面保溫。其它保溫材料主要用于工業(yè)窯爐及管道保溫。199

11、0 年之后，由于建筑節(jié)能標準的要求和節(jié)能住宅試驗小區(qū)的不斷推廣，保溫材料已較多地用于建筑的屋頂及墻體和地面保溫 4?？傮w來說，目前，我國墻體保溫材料技術水平較低、種類較少、產(chǎn)品大多屬于低檔產(chǎn)品。在我國常見的保溫隔熱材料的種類主要有以下幾種：目前建筑中常用的泡沫型保溫材料主要包括兩大類：即泡沫石棉保溫材料和聚合物發(fā)泡型保溫材料。其中的聚合物發(fā)泡型保溫材料憑借其吸收率小、導熱系數(shù)低、現(xiàn)場操作不會產(chǎn)生粉塵等優(yōu)點，受到各方的青睞，得到較大的推廣和應用。硅酸鈣絕熱制品保溫材料在上世紀 80 年代曾經(jīng)風靡一時，是塊狀硬質保溫材料中的佼佼者。但隨著時代的不斷進步、科學技術的發(fā)展、研究手段的完善，硅酸鈣絕熱制

12、品保溫材料在市場上逐漸不再占據(jù)主導地位。導致這一結果的主要原因是廠家出于降低成本等考慮，將紙漿纖維作為石棉的替代品制作硅酸鈣絕熱制品保溫材料，由于紙漿纖維不耐高溫，用這種材料制備出的硅酸鈣絕熱制品保溫材料的耐高溫性能嚴重降低，同時還大大增加了制品的脆性，增加了制品的破碎率。纖維質保溫材料曾經(jīng)在上世紀 80 年代憑借其優(yōu)異的防火性能和保溫性能被廣泛應用于建筑墻體、屋面的保溫。但隨著新型保溫材料的出現(xiàn)，纖維質保溫材料的劣勢也逐漸顯現(xiàn)出來，如投資較大，生產(chǎn)廠家很少，在與其他新興保溫產(chǎn)品的對比中逐漸處于劣勢，大大限制了纖維質保溫材料的推廣應用。復合硅酸鹽保溫材料的通性為導熱系數(shù)低、耐高溫、耐火性強等。

13、不僅如此由于制備硅酸鹽類保溫材料的原材料來源豐富、價格低廉、在市場競爭中占有優(yōu)勢。常見硅酸鹽保溫材料的主要種類包括硅酸鎂、鋁、稀土復合保溫材料等。超輕保溫砌塊具有質量輕、施工速度快、保溫效果好等優(yōu)點，除此之外，超輕保溫砌塊在生產(chǎn)過程中還可以大量利用粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢渣作為原材料，這樣，一方面降低了生產(chǎn)成本，另一方面還可以變廢為寶，減少了環(huán)境污染，節(jié)能環(huán)保隨著框架結構建筑的普遍采用，尤其是近些年來應用日益普遍的輕鋼龍骨結構住房、廠房的出現(xiàn)、復合保溫墻體材料的大量研究、應用，超輕保溫砌塊的生產(chǎn)與應用得到了前所未有的迅猛發(fā)展 5。用煤研石制保溫材料,既充分回收利用了煤研石中的熱能資源和礦物資源,又

14、有效地提高了煤研石產(chǎn)品,的附加值,是一種新的煤研石綜合利用方法。1.2 煤矸石1.2.1 煤矸石來源及組成煤矸石是礦業(yè)固體廢物的一種，是洗煤廠的洗矸、煤炭生產(chǎn)中的手選矸、半煤巷和巖巷掘進中排出的煤和巖石以及和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸等的混合物。煤矸石屬沉積巖。主要巖石種類有粘土巖類、砂巖類、碳酸鹽類和鋁質巖類。粘土巖中主要礦物組分為粘土礦物，其次為石英、長石云母和黃鐵礦、碳酸鹽等自生礦物，此外還含有植物化石、有機質、碳質等；砂巖類礦物多為石英、長石、云母、植物化石和菱鐵礦結核等；碳酸鹽類的礦物組成為方解石、白云石、菱鐵礦，并混有較多的粘土礦物、陸源碎屑礦物、有機物、黃鐵礦等；鋁質巖類均含

15、有高鋁礦物：三水鋁礦、一水軟鋁石、一水硬鋁石，此外還常常含有石英、玉髓、褐鐵礦、白云母、方解石等。 煤矸石的巖石種類和礦物組成直接影響煤矸石的化學成分，主要的無機成分有硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬。1.2.2 對環(huán)境的影響煤矸石是煤炭開采、洗選加工過程中產(chǎn)生的廢棄巖石，約占煤炭產(chǎn)量的15 %左右。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。由于矸石中含有殘煤、碳質泥巖、碎木材等可燃物質，在長期露天堆積后，往往發(fā)生自燃現(xiàn)象，排放出大量的CO、CO2、SO2、H2S及NOx、CmHn 等有害氣體，給環(huán)境帶來了極大的危害。1煤矸石自燃的危害由于煤矸石長期露天堆放，矸石內部的熱量逐接積累，當溫度

16、達到燃點時（煤的燃點一般為360C），矸石中的殘煤及其它可燃物便可自燃。全國國有煤礦有大小矸石山1500多座，大約有1/3的矸石山發(fā)生過自燃現(xiàn)象，放出的大量有害氣體，如SO2、CO、CO2、H2S、NOx等，并拌有大量煙塵，對礦區(qū)環(huán)境造成了嚴重污染。汾西礦物局的分析資料表明：凡煤層含硫在3 %左右，其中硫鐵礦占40 %以上的煤矸石，并有硫鐵礦結核出現(xiàn)，都會引起自燃發(fā)火。2危害生態(tài)環(huán)境，破壞自然景觀目前我國煤礦產(chǎn)生的矸石大多露天堆放，不同程度地侵占耕地，平原地區(qū)更加明顯，而且還以每年400ha的速度增長。這對于人均耕地不足0.1ha的我國來說，所產(chǎn)生的影響是顯而易見的。矸石的堆放不僅埋壓或破壞了

17、原地貌植被，而且排放過程中產(chǎn)生的粉塵、自燃時產(chǎn)生的有毒物質對植物的生存也有較大影響，主要表現(xiàn)在植物生長緩慢、生長量降低，草地植被種類減少、病蟲害增多等，這對礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了嚴重危害。3淋溶水污染煤矸石受到降雨噴淋或長期處于浸漬狀態(tài)，矸石中的粉塵會成為水中懸浮物，有害成分溶解后進入水體、土壤、對水環(huán)境和土壤環(huán)境造成二次污染。當酸性較強的淋溶水進入水體時，對生物產(chǎn)生很強的沖擊力，能消滅或抑制水中微生物的生長，妨礙水體自凈。煤矸石中除含有SiO2、AI2O3以及鐵、錳等常量元素之外，還有其它痕量重金屬，如鉛、鎘、汞、砷、鉻等，這些元素都是有毒重金屬元素，在進入水體或滲入土壤后，會嚴重影響土壤環(huán)境

18、或水環(huán)境。安徽淮南某礦的煤矸石淋溶水中重金屬含量一般均高于土壤中相應成分含量（As除外）。4污染空氣環(huán)境對于露天堆放的煤矸石，干燥和濕潤是最重要的因素。如果潮濕的煤矸石處于冷熱交替的環(huán)境下，會加速風化。而處在0.5至幾米的覆層下時，風化程度大大降低。對于一些長期堆放的矸石山，由于風化嚴重，顆粒粉碎，稍有風吹便塵土飛揚，長期生活在這種環(huán)境中的居民，鼻咽炎、上呼吸道感染等發(fā)病率很高。5其他災害矸石堆放時的自然安息角為38 40C，如果矸石山堆積過高、坡度過大或受到人為開挖影響時，或受到爆炸或暴雨侵蝕時，就容易形成坍塌、滑坡、渣石流等災害。而對于正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的滲入，受熱后水氣急劇膨脹

19、易引起爆炸危險，嚴重危及附近居民的安全。如棗莊煤礦北煤井一矸石堆，1994年發(fā)生坍塌，導致17人死亡，7人受傷。1.2.3 在建材領域的利用煤矸石又是一種可利用資源。如能對其綜合利用，不但能改善礦區(qū)環(huán)境，還能節(jié)約資源、減少占地，從而促進礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。目前技術成熟、利用量比較大的煤矸石資源化途徑是生產(chǎn)建筑材料。包括用煤矸石生產(chǎn)燒結磚和作燒磚內燃料。煤矸石磚以煤矸石為主要原料，一般占坯料質量的80以上，有的全部以煤矸石為原料，有的外摻少量粘土。煤矸石經(jīng)破碎、粉磨、攪拌、壓制、成型、干燥、焙燒，制成煤矸石磚。焙燒時基本上無需再外加燃料。泥質和碳質煤矸石質軟、易粉碎，是生產(chǎn)煤矸石磚的理想原料。煤矸

20、石的發(fā)熱量要求在21004200kJkg，過低時需加煤，過高時易使成磚過火。煤矸石需粉碎到小于lmm的顆粒占75以上。用煤矸石粉料壓制成的坯料塑性指數(shù)應在717之間，成型水分一般為15-20。許多磚廠生產(chǎn)的煤矸石磚抗壓強度一般為4801：471MPa，抗折強度為294490MPa，高于普通粘土磚。以煤矸石作燒磚內燃料制磚生產(chǎn)工藝與用煤作內燃料基本相同，僅需增加煤矸石粉碎工序。適宜燒制輕骨料的煤矸石主要是碳質頁巖和選礦廠排出的洗矸，矸石的含碳量不要過大，以低于13為宜。有兩種燒制方法：成球法與非成球法。成球法是將煤矸石破碎、粉磨后制成球狀顆粒，然后焙燒。將球狀顆粒送人回轉窯，預熱后進人脫碳段，料

21、球內的碳開始燃燒，繼之進入膨脹段，此后經(jīng)冷卻、篩分出廠。其松散容重一般在1000kgm3左右。非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙燒。將煤矸石破碎到5lOmm，鋪在燒結機爐排上，當煤矸石點燃后，料層中部溫度可達1200C，底層溫度小于350C。未燃的煤矸石經(jīng)篩分分離再返回重新燒結，燒結好的輕骨料經(jīng)噴水冷卻、破碎、篩分出廠。其容重一般在800kgm3左右。煤矸石空心砌塊是以自燃或人工煅燒煤矸石為骨料，以磨細生石灰和石膏作膠結劑，經(jīng)轉動成型、蒸汽養(yǎng)護制成的墻體材料，產(chǎn)品標號可達200號。煤矸石和粘土的化學成分相近并能釋放一定的熱量，用其代替粘土和部分燃料生產(chǎn)普通水泥能提高熟料質量。這是因為煤矸石

22、配料比粘土配料配人的生料活化能降低了許多，用少量煤就可提高生料的預燒溫度，且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸鹽等礦物的熔解和形成；此外煤矸石配的生料表面能高，硅鋁等酸性氧化物易于吸收氧化鈣，可加速硅酸鈣等礦物的形成。用作水泥原燃料的煤矸石其生產(chǎn)工藝過程與生產(chǎn)普通水泥基本相同。將原燃料按一定比例配合，磨細成生料，燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的熟料，再加入適量石膏和混合材料，磨成細粉而制成水泥。煤矸石經(jīng)自燃或人工煅燒后具有一定活性，可摻入水泥中作活性混合材，與熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨細。煤矸石的摻入量取決于水泥的品種和標號，在水泥熟料中摻人15的煤矸石，可制得325號一425號普通硅酸

23、鹽水泥；摻量超過20時，按國家規(guī)定為火山灰硅酸鹽水泥。用煤矸石作混合材時，應控制燒失量5，S033，火山灰性試驗必須合格，水泥膠砂28天抗壓強度比62。1.2.4 在其他領域的應用煤矸石除了在建材領域廣泛應用，在其它領域也有廣闊的發(fā)展空間為搞好煤炭資源的綜合利用充分發(fā)揮煤矸石作為低熱值燃料的特點，解決礦區(qū)用電緊張狀況，可在產(chǎn)矸量大的礦區(qū)建矸石電廠，達到化害為利、節(jié)約能源、減少污染的目的。同時還可以解決礦區(qū)的供熱，產(chǎn)生的爐渣還可以制各種建材。至2000年底，全國有煤矸石、煤泥等低熱值燃料電廠120座，裝機容量1840MW，年發(fā)電量87億kW/h。對于調整產(chǎn)業(yè)結構，緩解能源緊張的局面，解決就業(yè)壓力

24、起到重要作用，經(jīng)濟效益、社會效益明顯。煤矸石中含有Al、Fe、S、As、Gd等多種因素，當其含量達到一定的富礦含量時，可回收利用。從80年代初開始，我國在高硫煤礦區(qū)南桐、天府等相繼建設了硫精礦回收車間，回收硫鐵礦。南票、井陘等礦區(qū)，利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、聚合氯化鋁等凈水劑，豐富了礦區(qū)多種經(jīng)營的內容，也發(fā)展了礦區(qū)經(jīng)濟，促進了環(huán)境保護。煤矸石中含有灰質頁巖和含炭粉砂巖，有機質含量在15 %左右，并含有植物生長所需的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素，用煤矸石改良土壤，一些礦區(qū)早已實施過。近年來開始發(fā)展以煤矸石為載體生產(chǎn)的無機復合肥和微生物肥料就是優(yōu)質、高效、營養(yǎng)全面、對環(huán)境無污染的新型肥料

25、。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國有微生物菌肥廠50余座，年生產(chǎn)能力40多萬t，大部分以煤矸石為載體，獲得了顯著的環(huán)境效益和社會效益。4.利用煤矸石筑路、填坑、土地復墾利用煤矸石作充填物治理采煤沉陷區(qū)，或用來填筑沉陷的公路、鐵路路基、堤壩等，進行土地復墾，恢復生態(tài)環(huán)境。而向沉陷區(qū)直接排矸與向矸石山排矸相比，并不增加費用，在經(jīng)濟上是可行的。用煤矸石填埋后的塌陷地，可以用作建筑用地，也可以在其上復土還田，直接種植農(nóng)作物。這樣可以同時解決礦區(qū)塌陷地和煤矸石造成的生態(tài)問題。這些大批量處理矸石的方法，是解決矸石污染的有效途徑之一。這種方法在平原礦區(qū)，如河北、河南、兩淮等地已有20多年的應用歷史。此外，煤矸石在經(jīng)過特殊

26、處理后，還可以做為環(huán)氧化天然橡膠（ENR）的補強填充劑；利用硅質煤矸石代替石英砂和大部分價格較貴的石油焦碳或資源較匱乏的無煙煤合成SiC，不但可實現(xiàn)廢棄物資源化與控制污染的目的，同時可降低能耗和生產(chǎn)成本。這些研究都為煤矸石的綜合利用開辟了新的途徑。1.2.5 回收用途煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農(nóng)田和水體。矸石山還會自燃發(fā)生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石1億噸。為了消除污染，自60年代起，很多國家開始重視煤矸石的處理和利用。利用途徑有以下幾種：回收煤炭和黃鐵礦：通過簡易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通

27、過篩選從中選出劣質煤，同時揀出黃鐵礦。或從選煤用的跳汰機平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤?；厥盏拿禾靠勺鲃恿﹀仩t的燃料，洗矸可作建筑材料，黃鐵礦可作化工原料。 用于發(fā)電：主要用洗中煤和洗矸混燒發(fā)電。中國已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物（發(fā)熱量每公斤約2000大卡）發(fā)電。爐渣可生產(chǎn)爐渣磚和爐渣水泥。日本有10多座這種電廠；所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤發(fā)熱量為3500大卡；火力不足時,用重油助燃。德意志聯(lián)邦共和國和荷蘭把煤礦自用電廠和選煤廠建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石發(fā)電。測試煤矸石的發(fā)熱量應使用專門的儀器進行，微機量熱儀可以滿足發(fā)熱量的測試。 制造建筑材料：代替粘土作為制磚原

28、料，可以少挖良田。燒磚時，利用煤矸石本身的可燃物，可以節(jié)約煤炭。煤矸石可以部分或全部代替粘土組分生產(chǎn)普通水泥。還可直接與石灰、石膏以適當?shù)呐浔?，磨成無熟料水泥，可作為膠結料，以沸騰爐渣作骨料或以石子、沸騰爐渣作粗細骨料制成混凝土砌塊或混凝土空心砌塊等建筑材料。英國、比利時等國有專用煤矸石代替硅質原料生產(chǎn)水泥的工廠。煤矸石可用來燒結輕骨料。此外，煤矸石還可用于生產(chǎn)低熱值煤氣，制造陶瓷，制作土壤改良劑，或用于鋪路、井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可種草造林，美化環(huán)境。 1.2.6 破碎煤矸石中二氧化硅、三氧化二鐵、三氧化二鋁的總含量在80%以上，它是一種天然的粘土質原料，可以用來燒制普

29、通硅酸鹽水泥、特種水泥和熟料水泥等各種建筑特殊用途水泥。磨粉機和制砂機已經(jīng)廣泛用于煤矸石制作水泥生產(chǎn)線。不論是將煤矸石用于制磚，或是做水泥添加料還是供應給煤矸石發(fā)電廠，通常用到的加工設備有顎式破碎機、反擊式破碎機、雷蒙磨粉機、超壓梯形磨粉機、立式磨粉機、振動篩、振動給料機等。1.2.7 煤矸石的主要指標(一) 成分構成煤矸石的成分構成（未燃燒過火矸石）見表1，其中含碳量6.33%。(二) 放射性分析煤矸石重的放射性元素指標經(jīng)過國家建材局建材產(chǎn)品及建材用工業(yè)廢渣放射性監(jiān)督檢測中心檢測符合國家標準要求。檢測結果見表2。(三) 過火煤矸石的主要成分構成過火煤矸石的主要成分構成見表3，碳含量為2.77

30、%。1.3 煤矸石混凝土煤矸石的礦物成分以黏土礦物和石英為主，常見礦物為高嶺土、蒙脫石、伊利石、石英、長石、云母和綠泥石類。除了石英和長石外，以上礦物均屬于層狀結構的硅酸鹽，這是煤矸石礦物成分的一個特點6從1976年開始，國內對煤矸石混凝土進行了較系統(tǒng)的研究。煤矸石綜合利用的途徑很多，用來做磚、水泥或混凝土的骨料等建筑材料是綜合利用的一個重要方面。1 煤矸石水泥煤矸石摻入混凝土中作為膠凝材料主要有兩種使用途徑。1.1 作礦物摻和料采用自燃煤矸石用作礦物摻和料，與水泥及其他摻和料共同作為混凝土中的膠凝材料。許多學者考查了摻煤矸石混凝土的耐久性，發(fā)現(xiàn)摻入煤矸石后，混凝土密實度提高，具有較好的抗凍性

31、，抗?jié)B性，抗硫酸鹽侵蝕，較低的氯離子擴散速度和護筋能力7，8。目前國內已開始了高摻和復合摻高性能混凝土的研究。但在這些研究當中，大多以自燃煤矸石為基礎，因其活性較低，如何更有效地激發(fā)煤矸石的潛在活性已成為困擾研究者的一個主要問題。張長森，蔡樹元等人用熱回流的方法測定自燃煤矸石中可溶出的SiO2、Al2O3含量，再與原樣品中SiO2、Al2O3含量相除，即為SiO2、Al2O3溶出率（活性SiO2、Al2O3的含量）。按用于水泥中的火山灰質混合料GB/T2847-2005方法測定自燃煤矸石的火山灰活性，結果為OH及CA2+的量均不大于Ca（OH）2飽和溶液的中的各離子濃度，表明自燃煤矸石具有火山

32、灰活性9。粉狀的自燃煤矸石常溫下就可與堿性鹽發(fā)生化學反應，生成具有水硬性膠凝性能的化合物。這就是煤矸石的活性來源。目前，常采用物理激發(fā)、熱激發(fā)和化學激發(fā)等方法，其中對熱激發(fā)的研究較多。1）物理激發(fā)物理激發(fā)一般就是通過超細粉磨混合材料，使煤矸石顆粒變得很小，不僅能填充硬化結構的毛細孔，起到密實增強的作用，而且還能增加混合材的表面積，同時其顆粒表面出現(xiàn)錯位、點缺陷和結構缺陷，SiO2和Al2O3的無定形程度增加，顆粒表面自由能增加，從而提高活性。2）熱激發(fā)熱激發(fā)是指將自燃煤矸石經(jīng)過高溫煅燒使其活性提高。它是利用高溫使煤矸石微觀結構中的各微粒產(chǎn)生劇烈的熱運動脫去礦物中的結合水，使Ca2+，Mg2+，

33、Fe3+等陽離子重新選擇填隙位置，從而使硅氧四面體和鋁氧三角體無法聚合成長鏈，而存在很多的斷裂點，形成熱力學不穩(wěn)定結構，即燒成后的煤矸石中含有大量的活性SiO2和Al2O3，使煤矸石的活性提高。3）化學激發(fā)煤矸石化學激活是通過引入少量激發(fā)劑，使其參與并加速煤矸石與水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生二次反應的方法10。化學激發(fā)主要是破壞Si-O的網(wǎng)絡結構，而Si-O結構相對比較穩(wěn)定，同時激發(fā)劑種類以及摻量的影響與所存在溶液的pH值相關，相應單純的化學激發(fā)過程還是比較慢，為了促進激活效果，一般要與熱激發(fā)相結合。對煤矸石采用物理、熱、化學激活主要是提高活性SiO2和Al2O3的含量，從而使煤矸石的活性提高，以提高水泥

34、混凝土制品的強度，改善其耐久性。1.2 代替水泥原料生產(chǎn)煤矸石水泥大多數(shù)煤矸石其礦物組分主要為SiO2（石英）和Al2O3，屬于一種富鋁的黏土質原料，易磨，易燒性好，適于水泥廠作原料全部或者部分代替黏土生產(chǎn)水泥。而且煤矸石本身也還有一定量的炭，這在水泥熟料煅燒的過程中還能提供熱量，節(jié)省一部分煅燒燃料。用煤矸石配置輕骨料混凝土的技術已經(jīng)很成熟。早在1994年自燃煤矸石輕骨料JC/T541-94對自燃煤矸石輕骨料使用做出了詳細的規(guī)范。煤矸石用作混凝土骨料分兩種情況，就是煤矸石分別用作細骨料或粗骨料，或者同時取代普通粗細骨料。自燃煤矸石經(jīng)粉碎而得的自燃煤矸石輕骨料，用煤矸石代替天然骨料配制混凝土強度

35、能滿足工程使用的要求。有些指標還高于普通混凝土指標。用自燃煤矸石粗細骨料代替黃砂石子用于建筑業(yè)不僅經(jīng)濟上合理，技術上可行，而且可以大量利用工業(yè)廢渣，消除公害。既保護了土地資源，又改善了環(huán)境。2 利用煤矸石生產(chǎn)砌塊的可行性煤矸石隨煤炭開采出來被丟棄后，大部分礦山都是堆積幾年、十幾年，有的甚至超過幾十年時間。從表1及表3可以看出其化學成分主要以硅、鋁質量分數(shù)較高，表1中的鈣也主要以石灰?guī)r形式存在。過火煤矸石具有火山灰性質，有一定的活性。因此使用煤矸石生產(chǎn)混凝土砌塊作為骨料對混凝土性能無損壞作用，是完全可行的。尾礦可能存在一定的放射性，如果超標用于生產(chǎn)墻體材料，會危害人體健康，煤矸石也不例外。所以在

36、利用煤矸石生產(chǎn)墻體材料時，首先必須要對煤矸石做放射性檢測。通過表2得知該煤矸石放射性指標符合相關國家標準，不超標，用于生產(chǎn)建材是合格的。第二章 混凝土配合比計算2.1 設計條件混凝土設計強度等級為C30-C45，現(xiàn)以混凝土強度C30為例，要求強度保證率95%，要求混凝土拌和物的坍落度為3550mm。假設制備砌塊MU15，用C30混凝土，根據(jù)普通混凝土配合比設計最新規(guī)范JGJ55-2011規(guī)定.本設計所采用的原始材料參數(shù)：1） 水泥： P33；2） 33；3）石：碎石，表觀密度2.70 g/cm3，堆積密度1.55 g/cm3；石子最大粒徑31.5mm；4）水：自來水； g/cm32.2 普通混

37、凝土配合比計算2.2.1 混凝土配制強度的確定了保證混凝土能夠達到設計要求的強度等級，在進行混凝土配合比設計時，既要考慮到實際施工條件與實驗室條件的差別，又要考慮到對混凝土強度的不利影響，必要使混凝土的配制強度高于設計等級強度。根據(jù)普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ 552011），當混凝土的設計強度等級小于C60時，配制強度應按下式確定： 式（1.1）式中： 混凝土的配制強度，MPa；設計要求的混凝土強度標準值，MPa；施工單位混凝土強度標準差，MPa，可按下表取值； 值MPa混凝土強度標準值C20C25C45C50C55將=30MPa，=5.0MPa代入上式（1.1）中得：2.2.2 確定水

38、膠比（1） 當混凝土強度等級小于C60時，混凝土水膠比宜按下式計算： 式（1.2）式中：混凝土水膠比；、回歸系數(shù)；膠凝材料28d膠砂抗壓強度(MPa)。（2） 回歸系數(shù)（、）按下表選用：表2.2回歸系數(shù)（、）取值表碎石卵石實驗采用碎石，=0.53，=0.20。 泥強度等級值的富余系數(shù)表 2.2.3 用水量和外加劑用量（1） 確定1立方米塑性混凝土用水量，是根據(jù)坍落度以及碎石最大粒徑來選取。表2.4混凝土單位用水量選用表（）項目指標卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）102040162040坍落度（mm）10301901701601502001851751653550200180170160

39、21019518517555702101901801702202051951857590215195185175230215205195注：本表用水量系采用中砂時的取值。采用細沙時，每立方米混凝土用水量可增加5kg10kg；采用粗砂時，可減少5kg10kg。由碎石的最大粒徑為31.5mm，坍落度為3550mm，查混凝土單位用水量選用表得=185 。（1） 每立方米混凝土中膠凝材料用量（），按下式計算： 式（1.7）將=185、=0.46代入上式中得：mb03 （2） 每立方米混凝土中煤矸石摻量（），按下式計算： 式（1.8）式中：計算配合比每立方混凝土中煤矸石用量（）；煤矸石摻量（%），=30

40、%。將=30%代入到（1.8）中得：0.3=126kg/m3（3） 每立方米混凝土的水泥用量（），按下式計算： 式（1.9）式中：計算配合比每立方混凝土中水泥用量（）；將=402.2、=126代入到（1.9）中得：2.2.5 砂率（1） 砂率的確定，坍落度3550mm的混凝土，其砂率可根據(jù)碎石最大公稱粒徑及水膠比按下表選用。表2.5混凝土的砂率（%）水膠比（）卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）263225312430303529342732303529342833333832373035333832373136364135403338364135403439394438433641注：本

41、表數(shù)值系中砂的選用砂率，對細砂或粗砂，可相應地減少或增大砂率。由碎石的最大公稱粒徑為31.5mm及水膠比，取砂率=34%。2.2.6 粗、細骨料用量（1） 確定1立方米混凝土中砂、石用量，采用體積法，按下式計算： 式（1.10）式中：每立方米混凝土中水泥的用量；每立方米混凝土中粗骨料碎石的用量；每立方米混凝土中細骨料砂的用量；每立方米混凝土中水的用量；混凝土的含氣量百分數(shù)，在不使用引氣劑或引氣型外加劑時，取1。又有： =34% 式（1.11）聯(lián)立（1.11）、（1.12）求解得： =1196.5 由以上計算結果得知： （1.12）= 276.2:185:616.4:1196.5:126第三章

42、物料平衡計算3.1 基礎數(shù)據(jù)在實際生活中，砂石含有少量的水分。生產(chǎn)操作過程，原料有少量的生產(chǎn)損失。令砂含水量為3%，石含水量為1%。生產(chǎn)損失為：水泥2%；煤矸石1%。年工作時間：300天 日工作時間：兩班制，每班6小時混凝土的配合比為：3.2 塊型設計圖3.1 砌塊型號390mm190mm190mm此砌塊的整體尺寸為390mm190mm190mm?；疑硎酒鰤K主體混凝土，起到支撐作用，外壁厚度為25mm，內部肋后為25mm；空心部分兩側的厚度為30mm，中間厚度為30mm，空心率為38.6%，達到保溫節(jié)能效果。1. 砌塊產(chǎn)量計算砌塊年產(chǎn)量/萬立方砌塊體積/m3年產(chǎn)量/塊日產(chǎn)量/塊小時產(chǎn)量/塊每

43、年生產(chǎn)300天，實行兩班制，每班6小時107142857238091984表3.2 混凝土砌塊材料用量砂子石子水水泥煤矸石1m3用量/kg185126每塊砌塊用量/kg3，煤矸石摻量30%3.3 干物料計算每年水泥用量（t）：=7142857*2.4*（1+2%）=每年水用量（t）：=7142857每年砂用量（t）:=7142857*5.4=每年碎石用量（t）：=7142857每年煤矸石用量（t）：=7142857*(1+1%)*1.1=每天干物料用量用每年干物料量除以300天即可得到。3.4 濕物料計算每年砂用量（t）:=7142857*(1+3%)*5.4=39726每年碎石用量（t）=7

44、142857*(1+1%)*10.5=75745每年水用量（t）=-*3%-*1%=9521每天濕物料用量用每年濕物料用量除以300天即可得到。3.5 物料平衡表表3.3 物料平衡表物料名稱生產(chǎn)損失%天然水分%物料平衡干物料濕物料小時日年小時日年水泥/t2 砂子/t3 石子/t1 水 /t 煤矸石/t1混凝土配合比 mc:mw:ms:mg:mf第四章 設備選型計算4.1 攪拌機選型計算混凝土攪拌機，按工作性質分間歇式(分批式)和連續(xù)式；按攪拌原理分自落式和強制式；按安裝方式分固定式和移動式；按出料方式分傾翻式和非傾翻式；按拌筒結構形式分梨式、鼓筒式、雙錐、圓盤立軸式和圓槽臥軸式等。 根據(jù)上述計

45、算：年產(chǎn)10萬立方型號390mm190mm190mm砌塊，實心體積為33。因此混凝土每小時產(chǎn)量為： 19841984/h因年產(chǎn)量較小，根據(jù)攪拌機型號列表選擇合適的攪拌機，如表。表4.1 混凝土攪拌機設備選型序號項目單位計算公式及依據(jù)計算結果1確定攪拌機工藝方案/根據(jù)工藝布置要求及物料平衡表方案I混凝土攪拌機方案II混凝土攪拌機2需攪拌物料水泥t/d物料平衡表石子t/d砂t/d水t/d煤矸石t/d3攪拌樓生產(chǎn)能力時產(chǎn)量/h日產(chǎn)量/d年產(chǎn)量/y626404選擇混凝土攪拌機名稱、型號、規(guī)格/圖3.1以及物料平衡表JZC300型混凝土攪拌機JDY350D型混凝土攪拌機出料容量L300350進料容量L4

46、80560攪拌額定功率KW4骨料最大粒徑（卵石/碎石）mm6060/405每臺機每小時生產(chǎn)能力/h9-1218-216綜合分析、比較兩臺JZC300型能滿足設計要求，一臺JDY350D型也能滿足要求，但是就綜合考慮，方案II比較合理7結論方案II比方案I好，故選擇方案II。表4.2 JS350型混凝土攪拌機的技術性能參數(shù)名稱出料容量（L）進料容量(L)攪拌額定功率kw骨料最大粒徑mm生產(chǎn)能力m3/h外形尺寸mm轉速r/min參數(shù)3505606018-2122702328289028攪拌機選型參考圖圖4.1 各種攪拌機參數(shù)4.2 砌塊成型機選型計算混凝土砌塊成型機是專業(yè)生產(chǎn)混凝土制品的制磚成型設

47、備，根據(jù)產(chǎn)量大小選擇不同型號的砌塊成型機，根據(jù)投資規(guī)模可選擇簡易型、優(yōu)化型、精選型、半自動配置、全自動配置等砌塊成型機制磚生產(chǎn)線。表4.3 砌塊產(chǎn)量砌塊年產(chǎn)量/萬立方砌塊體積/m3年產(chǎn)量/塊日產(chǎn)量/塊小時產(chǎn)量/塊每年生產(chǎn)300天，實行兩班制，每班6小時107142857238091984根據(jù)表3.3，選出制備規(guī)格為390190190mm砌塊的設備表4.4 砌塊成型機的設備選型序號項目單位依據(jù)計算結果1確定砌塊成型機工藝方案/根據(jù)工藝布置要求及砌塊產(chǎn)量表方案I方案II方案III2設計砌塊產(chǎn)量m3/y10萬3成型機生產(chǎn)能力時產(chǎn)量塊/h1984日產(chǎn)量塊/d23809年產(chǎn)量塊/y71428574選擇成

48、型機型機子型號QT4-15QT8-15QT10-15成型數(shù)量塊/模4810成型周期s15-2012-1818-25主機功率kw2633生產(chǎn)效率快/h85019202100托板規(guī)格mm90060025970840351350106030主機外形尺寸mm3680200027306350200029502900250029505綜合分析 選擇方案需I要3臺，選方案II需要2臺滿足要求，再進行綜合分析，選擇方案III比較合適6結論選擇方案II ，即選擇QT10-15機型表4.5 砌塊成型機機型參數(shù)產(chǎn)品機型QT10-15主機重量15t規(guī)格尺寸390190190mm主機功率成型周期18-25s激振力90-

49、100KN托板尺寸1350106030mm每模塊數(shù)10塊主機尺寸29002502950mm塊/小時2100塊圖4.2 砌塊成型機參數(shù)圖4.3 砂石輸送機選型計算皮帶機的帶型和傾角按產(chǎn)品結構型式及現(xiàn)場適用條件來選擇，適用商混站的C型和E型砼攪拌站一般選平皮帶，傾角1820；適用工程站的C型和D型砼攪拌站一般選人字形淺花紋皮帶傾角2430。計算輸送帶的寬度B，根據(jù)公式： 式(3.1）Q需要輸送的物料量，每小時需要的砂石各為：所以Q=+=32.07t；V輸送帶速度，取1.0m/s；3代入（3.1）中得：B=221mm適合的標準值有B1=300mm，B2=400mm,列表如下：表4.6 帶式輸送機選型

50、序號項目單位計算公式及依據(jù)計算結果1原始參數(shù)需輸送物料量t/h物料平衡表石子t/h砂t/h根據(jù)工藝布置要求輸送距離Sm53輸送水平距離Lm50輸送垂直高度Hm18傾角302計算輸送帶計算輸送帶的寬度Bmm221初選輸送帶速度Vm/s物料堆積密度t/3初選輸送機初選輸送帶的寬度Bmm據(jù)計算帶寬度B=221mm選型一選型二 300400驗算帶寬mmB3.3d+200=304mm物料平均粒徑合適合適4驗算輸送能力輸送能力Qt/h 1434不合適合適物料堆積密度t/輸送帶速度Vm/s5分析 B=300mm的輸送能力不能滿足生產(chǎn)需求，B=400的輸送能力滿足生產(chǎn)需求且利用率大，所以選擇B=400mm。表4.7 帶式輸送機的技術性能參數(shù)序號項目單位依據(jù)結果1擋邊帶式輸送帶型號/大傾角皮帶輸送機2輸送帶寬度Bmm如圖所示400傾角303外形尺寸頭輪中心高mm350-100尾輪中心高mm330-490中間段帶面高mm500-700中間段地腳寬mm5804帶速m/s教材表21-11推薦值15輸送能力t/h346擋邊高mm80圖4.3 帶式輸送機參數(shù)圖4.4 螺旋輸送機的選型計算螺旋輸送機具有結構簡單，制作成本低，密封性強，操作安全方便等優(yōu)點，中間可多點裝卸料。廣泛用于化工建材、冶金、糧食等部門，在傾角 20的情況下，輸送粘度不大、不易變質、不易結塊的粉狀