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年产1.2亿碳化砖工厂工艺设计探讨
文献：《砖 家》2013年8月 总第7期 返回索引
添加日期：2014/7/22 11:42:24   浏览次数：1310   文章来源：本站原创   作者：梁嘉琪
  摘要  通过一个为石灰生产企业循环利用废气和废渣的实例，采用集成创新的方式，提出“分级处理、磨细石灰、强制搅拌、库式消解、震动成型、单层码运、室式碳化和自动码垛”的生产工艺路线，生产新型墙体材料——碳化砖，为石灰生产企业综合利用提供了一条循环经济的好模式，并实现年产量达到1.2亿块的生产规模。
 
 关键词  碳化砖  生产工艺  探讨
 
1、前言
  碳化砖（carbonated lime brick）是一种利用氢氧化钙还原成碳酸钙、从而获得强度的新型墙体材料，还原剂就是含二氧化碳的气体。我们把这种还原的过程称为“碳化”，而碳化砖由此而得名。广义上讲碳化砖只是碳化制品中的一种，还有碳化板材、碳化构件、碳化门窗等等。
 
  利用碳化把氢氧化钙还原成碳酸钙的原理，把石灰生产过程中产生的废渣与废气加以利用，再通过一定的生产工艺加工处理得到新型墙体材料——碳化砖，是目前石灰生产企业对废渣和废气循环利用的最好方式。2013年3月我院与山东省章丘市文璟山工贸有限公司合作，为该公司设计了一条年产1.2亿块（折合标砖）碳化砖生产线，实现了废气、废渣的循环综合利用。
 
  早在1978年我院就利用原化工部第九化工厂（位于贵阳市清镇）电石炉尾渣和尾气，通过碳化工艺生产碳化砖取得成功，并建设一条年产量达3000万块的生产线，获得贵州省1980年度科技成果三等奖。1993年我院又继而完成“石灰-煤矸石碳化制品研究”的课题，同年通过省级鉴定。
 
  而今，机械化石灰生产竖窑所产出的高活性生石灰，排放尾气的温度、浓度都具备生产高品质碳化制品的优越条件。若能利用好这些难得的生产条件，优化石灰生产线与碳化砖生产线的工艺嫁接设计，必能变废为宝，让传统的碳化砖生产工艺焕发出崭新的生机。
 
2、基本条件
  以章丘市文璟山工贸有限公司为例，该公司现有现代化机械环保竖窑两座，年生石灰生产能力为20万吨。主要产品销往钢铁、化工等企业，其产品粒径大都要求在10～50mm范围之内，小于10毫米的等外石灰约占20%左右，这部分等外石灰市场需求量很少，由于价格很低，成为石灰厂的鸡肋。加上石料入窑前还要筛选出占总量7%左右的石粉和石屑，每年产生3万多吨的废弃石粉石屑，不仅需要占地处置，而且污染环境、增加生产成本。这一问题已成为石灰生产企业亟待解决的问题。
 
  经过调查，文璟山工贸有限公司的“等外”石灰细粉CaO含量为75～80%左右，MgO含量小于2.5%，SiO2含量小于2.0%，活性度为280～350mL之间，非常适合作为碳化制品的钙质原料。石灰竖窑采用窑底强制通风和尾气布袋除尘方案，尾气阶段处理阶段处于负压状态，生产石灰热耗约为930kcal/kg,石灰活性度可以稳定在300mL以上，该窑排出尾气温度约180～200℃，粉尘浓度约20g/m3，CO2浓度可达40%，具有很高的利用价值。
 
3、产品纲领及规模
 
1、产品纲领
产品品种：石灰尾渣碳化砖；产品规格：240×115×53mm 、240×115×90mm等；体积密度：≥1200kg/立方米。
 
 2、生产规模：年产量1.2亿块（折合普通砖）。
 
4、原料
原料全部利用章丘市文璟山工贸有限公司石灰生产过程中排出尾渣、等外石灰和废气，本公司及附近几家公司排放的废渣全部可以利用，等外石灰和废气能够满足本项目生产能力的需要，本项目投入生产以后，基本做到废渣和废气“零排放”效果，环保和循环经济非常明显。
废渣在石灰生产工艺中已经处理，不需要再进行初级破碎，直接就可以进入生产流程。经过对石灰尾渣和初级石灰进行检验的结果表明，其结果基本符合生产碳化制品的要求。石灰窑排出尾气温度约180～200℃，粉尘浓度约20g/m3，CO2浓度可达40%，具有很高的利用价值。通过配方计算，物料平衡见表1。
 
 
5、工艺方案
5.1  原料处理
石灰尾渣用锤式破碎机加工处理，然后用回转筛分级，小于5毫米部分作填充料，大于5毫米小于10毫米部分为骨料；等外石灰用雷蒙磨（立式磨）磨细，碳化气体引自石灰炉尾气风机。石灰尾渣、骨料、磨细等外石灰分别装入储存仓中，用电子皮带秤按照配合比计量，进入强制式搅拌机加水混合搅拌，搅拌合格的混合料由布料皮带机送至消解库按区域堆放，经过消解过后的混合料由液压多斗取料机取出，送至双轴搅拌机搅拌。
 
 5.2 成型及码坯碳化
混合料由超级美洲豹2001型液压振动成型机成型，成型后的半成品（砖坯）自动送入上架机组，再用“指装叉车”转运至室式碳化室内进行碳化，经过8小时以上的碳化处理，使砖坯获得一定的强度变为成品，打开碳化室门用“指装叉车”转到下架机进行成品砖与托板分离，分离后的成品砖由卸砖打包机组进行包装，由叉车送到成品推场，检验合格后出厂，整个生产过程实现全部自动化。
 
5.3  生产班制
 
5.4  工艺流程
 工艺流程见图1。
 
6、主要装备
经过认真筛选，主要生产装备全部选用国产定型设备，其中关键设备——半成品的上下架和碳化装置，采用我院为烧结砖厂研发的单层干燥系统，从而使整个生产线实现自动化，部分设备需要我院联合有关装备制造厂家重新开发。设备见一览表（表3）。
 
 
 7、投资估算与技术经济
 7.1  详见投资估算表4。
 
 
从表4看出，年产量1.2亿的碳化砖生产线与相同规模的烧结砖厂相比，投资要小得多，主要是没有了烧砖所必须的隧道窑和随之配套的窑车和运转系统，而且自动化程度却相当高。
 7.2  简单技术经济指标
通过简单的经济评价计算，各项技术经济指标优良，表明碳化砖项目有着自身的优势（见表5）。
 
 
8、结论与评价
 8.1  本文介绍的碳化砖生产工艺，综合利用了石灰生产过程中产生的废渣和废气生产新型墙体材料——碳化砖，符合国家循环经济、资源综合利用的产业政策，同时具有节约能源、保护环境的优点，对石灰行业的循环经济建设起到积极的推动和示范作用。
 8.2  技术的核心为“分级处理、磨细石灰、强制搅拌、库式消解、震动成型、单层码运和室式碳化”的全自动化工艺路线，有机地集成了国内成熟的先进工艺，在国内属于首创，技术和装备先进，达到国内领先水平。
 8.3  碳化砖是一种性能优良的墙体材料，无需煅烧，产品密实，强度高、耐久性好，绿色环保，并且可以派生出碳化空心砌块、碳化墙板等制品，市场前景良好。
 8.4  与同规模的烧结砖项目相比，碳化砖生产线的投资要低30%左右，并且工艺流程简单，更容易实现机械化。
9、结束语
    虽然碳化砖已经有50余年的历史，但是它在我国的生产线依然是凤毛麟角，根本的原因是很难找到适合的二氧化碳气源，生产技术方面积累的经验非常稀少，并且我国到目前为止，尚没有专业的碳化砖装备制造企业，这些都为我们上碳化砖项目带来了很大的困难。但是根据我们掌握的技术和经验，特别是把当前成熟的工艺技术与装备，通过再创新用于碳化砖的自动化生产线，不仅是创新，而且是一定可行的。现在，我们还有一些问题需要解决，特别是大型室式碳化室的设计，还需要邀请专家参与论证，广泛听取业内行家的意见。部分设备还需要重新开发和设计。所有这些，我们都需要业内的关注与支持，欢迎感兴趣的企业和研究单位，加入我们的研发团队，不断完善生产工艺和技术装备，为循环经济和资源综合利用做出贡献。