人類制造和使用磚瓦的歷史已經有幾千年，但無論是我國還是世界其他各國，歷史上長久以來用于燒磚的原料幾乎全是粘土。我們現在用粉煤灰替代粘土作為原料生產燒結磚，在生產工藝技術方面與粘土制磚相比有許多不同，有的方面甚至是完全的不同。
1 粉煤灰與粘土物化性能不同的主要特點
1.1 礦物成分不同特點
可以用來制燒結磚的粘土中含有的礦物很多，其中對制磚有用的、所必須的、最基本的礦物有四類，這就是高嶺石、伊利石（水云母）、長石和細粉狀的石英類，我們可以稱這四類礦物為制磚的基本礦物。其中的高嶺石、伊利石為粘土礦物。粘土礦物在制磚過程中的主要作用之一是提供可塑性，再一作用是在高溫焙燒時能形成莫來石。例如高嶺石加熱形成新物相過程的普通化學反應式為：
Al4[(Si4O10)](OH)8 2Hl2O3·SiO2＋2SiO2＋4H2O
高嶺石 莫來石 方石英 水
而莫來石是一種硬質的抗化學侵蝕的物相，其細長的晶體結構使制品的強度增高,是使制品具有較高機械強度的主要原因。伊利石在焙燒后的新生物相主要也是莫來石。而長石和石英屬非粘土礦物,起著成型后產品中控制收縮和變形的填充料的作用。在焙燒階段，長石則是一種助熔劑，易玻化，補償了耐火粘土礦物和石英不易熔融的不足；石英除為惰性填充料外，它還起著提供干燥和焙燒過程中坯體強度的作用。因此，我們可以這樣認為：只要有這四類礦物，并且只需有這四類礦物，按適當的比例配合之后，（一般粘土礦物合計占總量的50%以上）就可以生產出各種高質量的傳統燒結磚瓦制品。
實際上自然界的粘土還存在有許多種其他礦物，我們稱為制磚的非基本礦物，它們有的對制磚有益，有的無害，但有的確實有害，或者至少是無益的。例如：方解石可引起石灰爆裂等。從這一點來講，也不是所有的粘土都可以直接用來制燒結磚的。
有的頁巖也可以用來制燒結磚，是因為頁巖是由遠古時代的粘土經自然界長期物理成巖作用下形成的沉積粘土巖，它們的前身本來就是粘土，它們的礦物成分沒有經過化學作用因而基本沒有什么變化，所以經粉碎后可以當做粘土一樣用來制磚。煤矸石是含有炭的頁巖，其礦物成分和形成它的粘土相當，只不過夾雜一定量的有機炭成分，所以煤矸石破碎后也可以用來做磚。但如果是經自然界長期的物理和化學成巖作用形成的頁巖（包括含炭的煤矸石），則不適宜制磚，因為有化學作用下原來的礦物會發生反應，形成新的含有較多為石灰石、方解石、白云石等新礦物，則對制磚不利。從這一點來講，也不是所有的頁巖或煤矸石都可以直接用來制燒結磚的，起碼不能生產全煤石磚。
而粉煤灰則和粘土、頁巖完全不同。它是煤炭經粉碎后，在鍋爐內高溫燃燒后的灰燼。粉煤灰的前身是煤炭，煤炭除含有有機炭外，也夾雜有一定量的粘土礦物與非粘土礦物，但經高溫燃燒過程后，剩余的灰燼的成份則與其前身大不相同，和粘土的礦物成分則更不相同。粉煤灰中存在的晶體礦物主要是晶態莫來石和低溫石英，很少有高嶺石、伊利石等粘土礦物，而大量的是無定形玻璃體和有機碳。
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成分 |
低溫石英 |
莫來石 |
高鐵玻璃體 |
低鐵玻璃體 |
玻態SiO2 |
玻態Al2O3 |
碳 |
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均值 |
6.4 |
20.2 |
5.2 |
59.8 |
38.5 |
12.4 |
8.2 |
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極值 |
1.1-15.9 |
11.3-29.2 |
0-21.1 |
42.2-70.1 |
26.3-45.7 |
4.8-21.5 |
1.0-23.5 |
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注：還含有少量的其他礦物：赤鐵礦、磁鐵礦、無水石膏、偏高嶺石、剛玉、金紅石、方解石等 |
表1 粉煤灰原料的化學成分
我國31個電廠的35種粉煤灰礦物組成均值及范圍（%） 因其礦物組成與粘土完全不同，所以用粉煤灰做原料燒結磚的機理，則與粘土燒結磚完全不同。
1.2 化學成分組成的特點
大家都知道，適合燒結磚的粘土原料的化學成分有一定的基本要求（%）：
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SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
K2O |
NaO |
燒矢量 |
|
適宜： |
55～70 |
3～10 |
10～25 |
0～15 |
0～5 |
0～3 |
適量 |
適量 |
3～15 |
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允許： |
45～80 |
2～15 |
5～30 |
0～15 |
0～5 |
0～3 |
適量 |
適量 |
3～15 |
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注：因生產制品不同具體要求有差異 |
表2 燒結磚粘土原料的化學成分
而粉煤灰的化學成份的組成因各地煤種不同，燃燒條件不同而差異很大。
雙鴨山東方工業公司實驗室前后測定35個電廠的樣品，結果如下（%）：
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成分 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
燒失量 |
發熱量
（Kcal/kg） |
S |
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均值（%） |
45.7 |
22.17 |
6.89 |
2.41 |
1.25 |
16.65 |
1160 |
0.21 |
|
極值（%） |
9.5～
64.23 |
5.52～
32.53 |
1.38～
24.84 |
0.56～
13.65 |
0.36～
2.25 |
3.08～
57.18 |
48～
4.18 |
0～
0.77 |
表3 35種粉煤灰化學成份組成均值及范圍
從上表可以看出粉煤灰化學成分組成級不均勻。其中SiO2含量在45%以下的占53%，Al2O3含量在5%以下的沒有一列；Fe2O3在2%以下的僅一例。燒失量普遍較高，其中超過15%的占41%；發熱量超過500Kcal/kg的占65%，而超過800Kca/kg的占50%。從而可以從SiO2含量低和發熱量高（即含碳高）兩方面即可判定所測定35個樣品中至少有65%不適合用來生產全內燃粉煤灰燒結磚，甚至體積比占90%的高摻量粉煤灰燒結磚也不能適用。這是我們使用粉煤灰做為原料生產燒結磚應重視的問題。
1.3 粉煤灰做燒結原料的其他特點
1.3.1 粉煤灰因為沒有粘土礦物成份，所以沒有可塑性，并且陳化無效果。
1.3.2 粉煤灰的顆粒各電廠均有不同，但都較粘土粗大，均勻。細度0.045mm篩余量＞12%，但小于0.002mm的細小顆粒較少。有的粉煤灰還含有較大的爐渣；
1.3.3 粉煤灰吸附自由水的能力很強，成型水份較高，但對塑性影響不大，但成型水分范圍較窄，這是因為開口玻璃體、多孔玻璃體吸收，并儲藏了許多水分。
1.3.4 燒成溫度較高，比一般粘土磚燒結溫度高出100℃～200℃不等，并且燒成范圍較窄，成品因有大量細孔結構現象，則容重輕，吸水率高，但強并不一定低。
1.3.5 濕坯強度較低。干燥初期坯體升溫脫水時，儲藏在多孔玻璃內的自由態水和受熱膨脹溢出，會使坯體強度更加變軟而易造成混坯現象。
1.3.6 粉煤灰中大多均含有硫，但多數為煤炭燃燒后固化殘留下的非可燃硫（CaSO4，MgSO4等），即便顯示含硫較高也不會在焙燒過程中產生SO2氣體。因為CaSO4等在正常燒磚的焙燒溫度下不易分解，只有在1200℃以上才會大量分解。
1.3.7 粉煤灰坯體易干燥，脫水快，干燥收縮小，不易干裂。
2 粉煤灰燒結磚生產工藝的特點
當我們了解粉煤灰與粘土在物理性能、化學成份、礦物組成等方面的區別，知道它作為生產燒結磚的主要原料所具有的特點后，就很容易知道生產粉煤灰燒結磚工藝技術與生產粘土燒結磚工藝技術不同的特點：
2.1 粉煤灰制磚必須摻配的添加劑
全粉煤灰是不可能用來制磚的，必須摻配添加劑，這是眾所周知的，但是大家只重視摻配具有增加塑性的膠結劑，有關這方面的論述、經驗報道很多，均值得到我們借簽參考，這里就不再贅述。但筆者認為除了增加塑性的膠結劑外，還須重視以下幾種添加劑的摻配：
2.1.1 礦化劑
礦化劑是促進或控制結晶化合物的形成或反應而加入的適量物質。因為粉煤灰中幾乎不含粘土礦物，所含具有活性的物質為游離酸性SiO2和Al2O3，但莫來石中的SiO2 和Al2O3因其高溫穩定性能而不會參與焙燒反應，因此粉煤灰中具有焙燒時形成新晶相的物質較少，不利于制品強度提高，需要增加適量的礦化劑。
2.1.2 助熔劑
因為粉煤灰中的主要成分是莫來石和各類玻璃體，耐火度都在達1600℃以上，不易熔融�；沟帽簾郎囟容^高，因此需摻配適當的助熔劑。
2.1.3 聚凝劑
因為粉煤灰中多孔玻璃體能吸收大量自由水而影響濕坯強度，需在成型過程中添加適當聚凝劑。
2.1.4 常用的添加劑很多都同時具有膠結劑、增塑劑、礦化劑、助熔劑和聚凝劑的作用，我們在只考慮膠結劑增塑劑的同時也兼顧到了礦化劑、助熔劑、聚凝劑的功效。從綜合功效的解度考慮有條件的話粉煤灰摻配添加劑最好是選用含有較高粘土礦物（如蒙脫石、高嶺石、伊利石等）的粘土、頁巖，這些物料均同時具有很強增塑作用和礦化作用。另外常用的添加劑還有CaO（石灰膏）具有增塑、聚凝、助熔作用；Fe2O3具有助熔作用；FeO對石英轉化起礦化作用；氧化硼可作為尖晶石合成時的礦化劑；鐵鈦化合物有助于莫來石晶體的生成。具體使用哪種添加劑，摻配量多少則需根據粉煤灰的物理化學性能來確定。比如：
2.1.4.1 燒熱量大的粉煤灰必須摻配其它可用制磚的物料，這種粉煤灰同時表現為含碳量高、燒失量大，甚至不易生產高摻量的粉煤灰燒結制品（以體積比50%為界）；
2.1.4.2 SiO2含量少于50%的必須摻配其他相應物料；一般不宜生產高摻量的粉煤灰燒結制品；
2.1.4.3 Al2O3含量少于10%的需摻配相應物料
2.1.4.4 粉煤灰顆粒較粗的需摻配顆粒細小的高塑性添加劑比如膨潤土、水玻璃等并且不宜生產高摻量燒結制品；
2.1.4.5 一般Al2O3、SiO2、Fe2O3均含量較高，且含碳少、顆粒細的粉煤灰才可能用來生產高摻量燒結磚，不是所有的粉煤灰都能達到高摻量制磚的要求。相反，Al2O3、SiO2、Fe2O3含量越少、且含碳越多，顆粒越粗的粉煤灰摻配則越少。
2.2 粉煤灰燒結磚生產的工藝特點
我們根據粉煤灰的物理、化學性能特點后，并摻配了適當適量的添加劑后，就可掌握使用粉煤灰生產燒結磚的工藝技術特點：
2.2.1 原料加工處理方面
2.2.1.1 粉煤灰制磚必須摻配一種以上的其他物料混合，所摻配的各種物料除適當適量，還必須粉碎的顆粒越細越小越好。特別是高摻量粉煤灰摻配的添加劑，甚至有必要用磨機細磨。這是因為一定劑量添加劑，必須細磨后才有可能產生大量細小粒子，只有足夠多的包裹在每一個粉煤灰粒子周圍，然后經加水攪拌后才可能形成細小粘膜狀，在成型時盡量將對粉煤灰顆粒粘結為一體，在焙燒時礦化或玻化將粉煤灰不易產生化學反應的顆粒固化在一起，最終可焙燒成高強度的合格燒結制品。
2.2.1.2 粉煤灰盡可能與各種細碎后的添加料拌合均勻，和所加的水分拌化均勻。由于粉煤灰容重較粘土、頁巖、煤矸石輕許多，甚至比水還輕，它們之間的均化較為困難。目前尚未有單臺機設備能達到多種物料理想均化的機器，一般工藝上均采用多臺設備連續處理的辦法，比如錘混機、攪拌機、輪碾機、圓盤篩式捏和機等。其中輪碾機，圓盤篩式捏和機的強制攪拌功能強，適用粉煤灰低容重物料和其他高容重物料的混合均化。
另外，如果生產用的是干粉煤灰的話（最好使用干灰，因干灰的活性物質較濕灰多），經細磨后的添加劑采用事先加水為漿或膏狀（如水玻璃、石灰膏等）后再與粉煤灰攪拌均化的方法較好，這是因其加水后流動性增加而極易與粉煤顆料均勻混合，達到粉煤灰顆粒與摻配物顆料，與水都充分濕合均化。
2.2.1.3 粉煤灰摻量多時，其他添加劑量少且細磨后（如膨潤土等）的混合料陳化效果不明顯，工藝上可不建陳化庫，設一較小容量的陳化倉即可。但摻配的粘土、頁巖或煤矸石量較大，很難做到細磨時還是有建陳化庫的必要。
2.2.2 成型方面
成型水分控制一是要準確；二是要穩定。因為粉煤灰為主的原料成型水分較大，成型水分范圍較窄。
高摻量粉煤灰制品應選用擠出壓力較大的真空擠磚機，但生產空心磚不易，生產較大孔洞率的空心砌塊幾乎不可能，一般多生產實心磚。較低摻量粉煤灰的制品，如果配料為粘土，則可選用擠出壓力較低的真空擠磚機軟塑成型；如果配料為頁巖或煤矸石則應選用半硬擠出或硬擠出成型工藝。粉煤灰摻量較少時，生產空心磚相對不是很困難。
2.2.2.1 成型真空度在適宜的范圍內盡可能高，以提高制品密實度和濕坯強度。但往往因成型含水量較高，真空度不易提高。
2.2.3 干燥方面
摻有粉煤灰的濕坯一般干燥較容易、脫水快、不產生裂紋。但配料為高敏感性的粘土等物料較多時也需慎重。
采用一次碼燒工藝還是二次碼燒工藝主要決定三點：一是成型濕坯強度，半硬擠出或硬擠出成型坯體強度較大時可采用一次碼燒工藝，反之則應采用二次碼燒工藝；二是粉煤灰的摻量，高摻量粉煤灰坯體適用二次碼燒，較少摻 量粉煤灰坯體可能適用一次碼燒；三是產品綱領，生產空心磚最好為二次碼燒；而實心磚在確認濕坯強度足夠可采用一次碼燒。當采用一次碼燒工藝時，一定要警惕干燥初期可能有坯體軟化造成的塌垛危險。
2.2.3.1 因摻粉煤灰的坯體成型水分較高，高摻量的坯體成型水分則更高，干燥時脫水量較大。注意干燥室的設計、風機的選用等方面較通常不同，一般風機的風量和風壓均應適量大些。
2.2.4 焙燒方面
摻有粉煤灰的坯體焙燒時燒結溫度較高，并且燒成范圍較窄。制品較輕，吸水率較高。如果混合料摻配適當，一般制品的強度可以很高。
2.2.4.1 窯爐一定要根據原料的特性，包括各種摻配料的性能，混合后混合料的各種物理化學性能，來請有經驗的專業人員進行選型和設計。
2.2.4.2 針對粉煤灰燒結磚的焙燒特點，可以采用“低溫長燒”技術：即在較低的燒成溫度下，延長恒溫焙燒時間，促使制品更多新晶體的形成和�；锏男纬�，達到提高產品強度的效果。
2.2.4.3 干坯殘余水分較高時不能入窯焙燒，并且干坯不易在室外較長時間停留，要及時進窯焙燒。因為粉煤灰燒結磚原料中的添加劑多為吸水性強的物質，長時間室外停留可能吸附空氣中的水蒸汽（特別是雨季），會因干坯吸潮而造成制品細小網狀裂紋等缺陷。
