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摘要：碳化砖以电石渣、粉煤灰、炉渣和石粉等工业废渣为主要原料，经过配料、压制成型和碳化以后，得到强度等级为MU10～MU20的碳化制品。碳化砖与其他非烧结砖相比，具有强度高、后期强度随时间增长而增长的优点，碳化砖的抗冻性和抗风化性能优异，不会产生硅酸盐砖常见的收缩问题，成为消纳工业废渣、利废节能的好产品。文章详细论述了碳化砖的原料、碳化原理、生产工艺流程、主要生产设备以及生产中应注意的问题。同时对新建碳化砖生产线的投资估算及经济效益进行了分析。1先从砖说起在“砖”的系列中，有烧结砖和非烧结砖两大系列，顾名思义，前者是经过高温烧结而获得强度的，所以称为“烧结砖”，后者没有经过高温烧结，而是采用其他养护方法获得强度，故称之为“非烧结砖”。非烧结砖获得强度有三大途径：①水化生成硅酸盐矿物；②生成石膏（CaSO4·2H2O）；③生成碳酸钙(CaCO)。例如水泥砖、水泥轻质砌块等制品在自然养护条件下，以及灰砂砖、粉煤灰砖和加气混凝土等制品在蒸压养护等条件下，经过水化反应获得强度，它们属于硅酸盐制品;石膏砌块、石膏板、石膏装饰板等制品是利用炒制过的半水石膏（CaSO·0.5H2O）加水拌和后，在干燥过程中重新生成CaSO4·2H2O，并迅速凝结产生强度，所以它们属于石膏制品；碳化砖利用氢氧化钙Ca(OH)2经过碳化还原生成碳酸钙CaCO(石灰石的主要成分)从而得到强度，这就是本文以下要介绍的碳化制品。对硅酸盐制品和石膏制品来说大家比较熟悉，而对采用碳化工艺生产的碳化制品，了解的人知之甚少。碳化砖以电石渣、粉煤灰、炉渣和石粉等工业废渣为主要原料，经过配料、压制成型和碳化以后，得到强度等级为MU10～MU20的碳化制品，工艺过程比较简单。与其他非烧结砖相比，碳化砖具有强度高、后期强度随时间增长而增加的优点，碳化砖的抗冻性和抗风化性能优异，不会产生硅酸盐砖常见的收缩问题，成为消纳工业废渣、利废节能的好产品。在当前国家大力倡导发展循环经济、创建节约型社会的今天，碳化砖再次受到了人们的重视。2生产碳化砖的原料生产碳化砖的主要原料有三种：①骨料、②填充料、③胶结料（如生石灰）等，这些原料在称呼上与生产硅酸盐砖的原料基本相同。但不同的是，碳化砖原料中的石灰基本上不参与集料的化学反应，而是自身在碳化的作用下，还原成碳酸钙，从而获得强度；而硅酸盐砖中的石灰，是作为碱激发料激活集料中的硅铝酸盐矿物，产生水化反应生成新的硅酸盐矿物产生强度的。由于强度矿物产生的途径不一样，因而对原料的要求也不相同。能够作骨料的有：炉渣、建筑砂石、煤矸石、矿渣以及磷渣等工业废渣，作填充料的有粉煤灰、尾矿粉、石粉和各种粉状的工业废渣。胶结料主要是生石灰，这是生产碳化砖最重要的原料，当前，电石渣成为替代生石灰的重要胶结料，被广泛地用于碳化砖的生产。电石渣是化工厂乙炔发生站消解电石以后排出的废渣，呈淤泥状，主要的化学成分是氢氧化钙[Ca(OH)2],因而是石灰最好的替代品。电石渣的化学成分范围一般为：SiO22%～5%,Al2O1.5%～4%,Fe2O0.2%～0.14%,CaO65%～71%,MgO0.22%～1.68%,烧失量22%～26%。电石渣在排出时含水率非常高，达到85%～90%，在灰坝沉淀堆积以后，水分可以降到50%以下，干燥后呈灰白色，颗粒细小且均匀，粒度在0.05～0.01mm范围内，体积密度小而结构松散（见图1）。用电石渣替代生石灰生产碳化砖，有着十分重要的意义，不仅仅是单纯上的替代作用，而是实现了真正意义上的资源循环再生利用，对化害为利、消除污染和变废为宝等方面有着十分积极的作用，因此，利用电石渣生产的碳化砖，属于典型的绿色建材产品。碳化的原理与生产硅酸盐制品（砖）的复杂水化反应相比，碳化砖的碳化原理太简单了:生石灰(CaO)加水消解以后生成氢氧化钙Ca(OH)2,电石渣中正好富含Ca(OH)2，在含有CO2的废气的碳化作用下，Ca(OH)2还原成碳酸钙(CaCO)，碳酸钙是自然界中石灰石、大理石和方解石的主要成分，强度就是这样形成的。这一反应过程如下：碳化生成的CaCO（碳酸钙）经过结晶和胶结骨料，使制品产生了强度。不言而喻，碳化的过程就是把混合料中Ca(OH)2还原成CaCO的过程。同时还可以看出，其他集料并没有参与上述过程，虽然实际生产中，集料中的SiO2、Al2O等元素有可能参与了水化反应，但在自然养护的条件下，这种反应是微乎其微的，完全可以忽略不计，即便有也没有害处（其实还有好处）。所以，碳化砖对集料没有太多的特殊要求，这是生产碳化砖最有利的条件之一。4碳化砖的生产工艺4.1工艺流程十分巧合的是，碳化砖与硅酸盐砖相比，除了强度矿物的生成机理不同和碳化方式与养护方式不同以外，碳化砖与硅酸盐砖的生产工艺过程基本相同，连设备的选择也差不多，有太多的共同之处。所以，熟悉了硅酸盐砖生产工艺，将毫不费劲地就可以掌握碳化砖的生产方法。以我院设计的年产万块碳化砖生产线为例，工艺流程如下（见图2）。4.2工艺流程简述电石渣、粉煤灰和炉渣分别用电子皮带秤计量，进入强制式搅拌机混合搅拌，搅拌后的混合料送入个消解库中陈化8h以上，让游离氧化钙充分消解（见图）。之后采用t8孔圆盘压砖机压制成型，成型后的砖坯由人工码到小平车上（见图4），再由传输设备将其转运至碳化室里进行碳化。碳化室也很像烧结砖厂的隧道式干燥室（见图5），含二氧化碳的废气由引风机送至碳化室的底部，并均匀地吹入碳化室内，砖坯经过8～12h以上的碳化养护，即可以达到MU7.5（约75kg/cm2）以上的强度，时间越长强度越高。碳化合格的成品经过检验之后，可销售出厂。4.生产配方原料不一样，其配方也不相同，项目建设之前应当对准备采用的原材料进行系统的化验分析，特别是电石渣中的CaO含量尤其重要，由此决定其他物料掺入的比例，以下介绍一个基本的配方见表1。5主要生产设备

生产碳化砖的设备大多数与生产硅酸盐砖的设备相同，这些设备都可以在国内配套解决，来源广泛且通用性强。我们还是以年产万块碳化砖生产线为例，主要生产设备见表2。

6投资估算及经济效益6.1建设条件碳化砖生产线对场地的要求比较简单，年产万块的规模一般需要占地面积2万m2（0亩）左右，即可灵活布置生产车间，又保证足够的成品堆场（见图6），厂址应当靠近废气的气源点和废渣排放地为宜，避免过长距离的运输而影响产品的生产成本。生产线每天耗水量约20～0m，年耗电量约60～70万kWh。由于生产碳化砖不需要像烧结制品那样的窑炉或锅炉，也不用燃料，所以没有废气产生。而经过利用的含CO2废气，在经过利用之后得到净化，达到洁净排放，完全是绿色化生产，环保效益非常好。6.2建筑及结构在南方地区，厂房能够遮风避雨即可，没有特殊的要求。而在北方地区，应当考虑到冬季生产的需要，生产车间也应当考虑采暖的措施。一般情况下，年产量万块规模生产线建筑部分的费用为60～80万元（不包括采暖设施），全部为单层工业厂房。6.投资估算项目的总投资按照年生产能力万块规模进行测算，并且把设计费、建设期管理费和基本预备费（不可预见费）等费用依照规定都计算在内，以真实地反映项目实际投入和分布情况，便于决策者参考。测算结果汇总于表。6.4经济效益由于生产碳化砖的原料基本上都是工业废料，并且可以享受国家有关免税的各项优惠条件，所以生产成本低廉。在贵州省，碳化砖的生产成本一般为～元/每万块砖，而市场销售价格为～元/每万块砖，以年产万块计算，年销售收入为～万元，利润达到～万元，项目的投资回收期仅仅为2.27～1.98年（不包括建设期），经济效益还是十分可观的。以上计算还只是项目本身的效益，尚未把减少占地、减少废渣处置费和环境治理费等费用计算在内。7应当注意的问题7.1石渣的CaO含量很重要CaO含量越高，Ca(OH)2就越多，碳化后生成CaCO越多，当然碳化砖的强度就越高。如果电石渣中的CaO不足60%时，可以考虑补充生石灰来解决，以提高CaO的含量。7.2废气中的CO2浓度很关键CO2（二氧化碳）浓度是决定碳化砖碳化周期的重要工艺参数，CO2浓度越低，碳化周期越长，反之，则可以缩短碳化周期。生产石灰和电石的煅烧炉废气中CO2浓度最高，是理想的碳化气体来源，其他窑炉产生的废气CO2浓度要低得多，不宜利用，否则碳化周期太长。7.碳化室的设计要重视目前，碳化室有室式和隧道式两种，前者是间歇式生产的，后者是连续式生产的，也是目前采用最多的碳化室。除此之外还有负压碳化室和正压碳化室之分，各有优缺点。与烧结砖厂的干燥室一样，碳化室设计是否合理，对碳化效果影响很大，必须引起高度的重视。7.4坯体密度、成型水分这几个工艺参数，不仅对碳化砖的质量产生影响，而且直接关系到碳化程度、碳化时间和碳化效果，不同的原料有不同的工艺参数，要依据自己的原料性质合理地制定适宜的工艺参数。7.5产品的品种本文只介绍了碳化实心砖的生产技术，其实碳化制品远远不止这些，还有碳化空心砖、碳化砌块、碳化楼板等产品（见图7），在生产中除了成型方法不一样外，其碳化机理都是一致的，可以根据当地的原料特点和市场情况选择产品的种类。8结束语经过以上介绍，我们对碳化砖的生产技术有了一个初步的了解，显而易见，碳化砖的优点是很多的，首先，碳化砖可以全部利用工业废渣作原料，并且利用窑炉废气作为气源，产品不需要在窑炉内焙烧，不产生新的废气，真正做到了资源的循环利用。其次，碳化砖的生产工艺非常简单，技术不复杂，设备的通用性好，投资省见效快。第三，碳化砖的强度还可以随时间的增加而增长，抗风化性能好，没有后顾之忧。第四，碳化砖能够生产出很多品种，空心砖、砌块、条板都可以。所以，在大力倡导资源综合利用、创建节约型社会和发展循环经济的今天，在国家推广墙体材料革新和建筑节能工作的推动下，为碳化砖的发展创造了良好的市场空间，碳化砖又为我们开展资源综合利用提供了一条新的途径。

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