工業(yè)廢渣超細(xì)粉磨的研究
1 工業(yè)廢渣超細(xì)粉的性能
對(duì)工業(yè)廢渣超細(xì)粉磨的研究，主要集中在原料選擇和細(xì)度兩個(gè)方面。目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)排放的廢渣或副產(chǎn)品種類有：礦渣、粉煤灰、鋼渣和沸石微粉、硅灰等。硅灰雖然適應(yīng)于制備高性能混凝土，但其價(jià)格昂貴、產(chǎn)量少，不能滿足大量制備高性能混凝土的要求。而礦渣、粉煤灰為主要原料超細(xì)粉磨資源豐富，生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛?！ ?/FONT>
粉煤灰的主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3，高鈣灰則含有較多的CaO。早在1914年，美國(guó)人Anon發(fā)表了“煤灰火山特性的研究”，首先發(fā)現(xiàn)粉煤灰中氧化物具有火山灰特性。而對(duì)用于水泥和混凝土的研究，是由美國(guó)伯克利加洲理工學(xué)院的RE維斯在1933年后開(kāi)始的。由于水泥和混凝土中可以大批量用粉煤灰，因此，其應(yīng)用一直是我國(guó)水泥界研究的重點(diǎn)。粉煤灰在混凝土的利用，主要產(chǎn)生三種效應(yīng)：火山灰活性效應(yīng)，即水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH2）將激發(fā)粉煤灰的活性，使之反應(yīng)生成以C-S-H凝膠為主的膠凝物質(zhì)；形態(tài)效應(yīng)，即粉煤灰的顆粒形態(tài)所決定的，當(dāng)微珠含量大于50%時(shí)，流動(dòng)性提高，減少混凝土的用水量，改善混凝土的工作性質(zhì)；微集料效應(yīng)，即小于45μm篩余的微粉可填充混凝土中的孔隙，與Ca（OH2）反應(yīng)生成的凝膠也可填充微小孔隙，使混凝土更加致密。粉煤灰細(xì)磨后，不但可以加快熟料顆粒的水化速度，還可以提前破壞粉煤灰密實(shí)的球形外殼，加快粉煤灰的火山灰反應(yīng)，從而提高水泥早期強(qiáng)度?！?/FONT>
礦渣是煉鐵高爐排出的水淬廢渣，其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3和CaO，與水泥成分接近。超細(xì)粉磨后具有超高活性?，F(xiàn)有研究成果證明，將礦渣粉磨至平均粒徑小于5μm<FONT size=2>和小于10μm，可有效提高其水化活性，適宜配制大流動(dòng)性超高強(qiáng)混凝土。以粒徑小于5μm的超細(xì)礦渣取代10～20%的水泥，可使水泥強(qiáng)度提高12～23%，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量降低0.014左右，適宜配制坍落度達(dá)20cm、28天抗壓強(qiáng)度達(dá)100MPa的大流動(dòng)性超高強(qiáng)混凝土。同時(shí)還具有顯著地改善抗?jié)B、抗凍、抗碳化等耐久性。作為水泥混合材摻加10～20%，可使水泥標(biāo)號(hào)提高一個(gè)等級(jí)。對(duì)硅酸鹽水泥、礦渣水泥、普通水泥均有良好的適應(yīng)性。其作用機(jī)理是活性SiO2、Al2O3與水泥中C3S和C2S水化產(chǎn)生的Ca(OH)2反應(yīng)，進(jìn)一步形成水化硅酸鈣產(chǎn)物，填充于水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，同時(shí)將強(qiáng)度較低的Ca(OH)2晶體轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度較高的水化硅酸鈣凝膠，從而使水泥混凝土的一系列性能得到顯著改善。 <STRONG>２ 粉煤灰和礦渣超細(xì)粉生產(chǎn)</STRONG>?。?）粉煤灰 自1991年國(guó)家頒布《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)后，2005年又進(jìn)行了修訂（GB/T1956-2005）。標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)粉煤灰細(xì)度（45μm篩余）、需水量比、燒失量等指標(biāo)分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)灰，細(xì)度為重要指標(biāo)之一。目前我國(guó)有1/3的燃煤發(fā)電廠均采用分選的方式生產(chǎn)商品粉煤灰，收到良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著黃河小浪底水利工程、長(zhǎng)江三峽水利工程等水利工程大量使用分選粉煤灰，我國(guó)粉煤灰分選技術(shù)得到逐漸發(fā)展。燃煤發(fā)電廠應(yīng)用的分選工藝主要有：
單點(diǎn)或多點(diǎn)直抽閉路循環(huán)分選（圖1）；
單點(diǎn)或多點(diǎn)直抽開(kāi)路分選（圖2）?！?/FONT>
電力行業(yè)應(yīng)用的分選粉煤灰的主要設(shè)備—— 分選機(jī)，典型的有動(dòng)態(tài)的“強(qiáng)制渦流式分選機(jī)” 、靜態(tài)的“渦殼式分選機(jī)”等機(jī)型，單臺(tái)分選機(jī)處理量5t／h ~ 50t／h。強(qiáng)制渦流式分選機(jī)吸收了日本小野田公司的O-Sepa技術(shù)，渦殼式分選機(jī)則來(lái)自于美國(guó)Ge公司的Buell分選技術(shù)。 建材行業(yè)生產(chǎn)商品粉煤灰一般采用球磨機(jī)開(kāi)路粉磨或閉路粉磨工藝，采用單一分級(jí)工藝的不多。由于粉煤灰原灰已經(jīng)含有一定量的合格細(xì)粉，采用開(kāi)路細(xì)磨的工藝，過(guò)粉磨現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)效率低，電耗高。隨著分選技術(shù)和裝備的發(fā)展，采用閉路粉磨工藝系統(tǒng)效率更高。與水泥的閉路粉磨系統(tǒng)有區(qū)別的是，粉煤灰閉路粉磨原灰應(yīng)先進(jìn)入選粉機(jī)進(jìn)行分級(jí)，粗灰再入球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，最大限度地發(fā)揮選粉機(jī)的功能，系統(tǒng)粉磨效率最高(見(jiàn)圖3)。
圖３ 閉路粉磨工藝系統(tǒng)流程
合肥水泥研究設(shè)計(jì)院在粉煤灰分選技術(shù)方面進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)出了處理能力為25t/h、35t/h、45t/h、60 t/h的DS（F）高效分級(jí)機(jī)，選粉效率可達(dá)到90%。對(duì)于單分級(jí)系統(tǒng)采用了有別于電力行業(yè)負(fù)壓抽吸的機(jī)械提升輸送進(jìn)料工藝，系統(tǒng)裝機(jī)功率降低，管道磨損減少。
（2）礦渣
1998年國(guó)內(nèi)第一個(gè)礦渣微粉標(biāo)準(zhǔn)《砂漿、混凝土用?；V渣微粉》(上海市地方標(biāo)準(zhǔn))問(wèn)世；1999年國(guó)內(nèi)第一個(gè)礦渣微粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)程《粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(上海市地方標(biāo)準(zhǔn))問(wèn)世；2000年和2002年國(guó)家相繼頒布《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣微粉》（GB/T18046-2000）；《高強(qiáng)、高性能混凝土用礦物外加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，正式將礦渣微粉命名為“礦物外加劑”納入混凝土第六組分。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，標(biāo)志著礦物外加劑技術(shù)進(jìn)入了成熟的應(yīng)用階段，是國(guó)家引導(dǎo)的發(fā)展產(chǎn)業(yè)。 超細(xì)礦渣制備技術(shù)目前主要有立磨、輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨或終粉磨、球磨機(jī)閉路、球磨機(jī)開(kāi)流以及振動(dòng)磨等生產(chǎn)工藝。國(guó)際上以立磨和輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)為主，從國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，以立磨和球磨兩種生產(chǎn)工藝占大多數(shù)。上述工藝流程特點(diǎn)基本相似，只是粉磨或分級(jí)裝備不盡相同。各種粉磨工藝都需布置除鐵裝置，如果聚集在磨床或磨內(nèi)的鐵不能及時(shí)除掉，不僅影響產(chǎn)量，對(duì)設(shè)備的磨損特別大?！ ×⒛ハ到y(tǒng)的特點(diǎn)是效率高，電耗低；粉磨、選粉、烘干同時(shí)在磨內(nèi)完成，系統(tǒng)簡(jiǎn)單（圖4）。
圖4 立磨工藝系統(tǒng)流程
物料在磨機(jī)內(nèi)部呈懸浮狀以及粗粉的多次循環(huán)，熱交換充分，因此烘干能力強(qiáng)。料床的穩(wěn)定防止震動(dòng)，磨盤及磨輥的磨損是立磨進(jìn)行礦渣粉磨的難點(diǎn)；另外系統(tǒng)投資較大，非一般小企業(yè)所年承受的。 輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)的特點(diǎn)是：料層高壓粉碎原理特別適合處理礦渣類脆性物料，效率高，特別是終粉磨系統(tǒng)(圖5)，效率更高，電耗更低。
相對(duì)于立磨，輥壓機(jī)本身不能起烘干作用，需另設(shè)烘干系統(tǒng)。輥壓機(jī)對(duì)礦渣的水份要求比較高，水份過(guò)低，反而容易產(chǎn)生設(shè)備震動(dòng)，水份應(yīng)控制在比較合適的水平。由于礦渣的磨蝕強(qiáng)，因此對(duì)輥面的耐磨性能要求高，維護(hù)費(fèi)用較高。 球磨機(jī)閉路系統(tǒng)的特點(diǎn)是：設(shè)備和工藝成熟可靠，對(duì)物料的適應(yīng)性較強(qiáng)，成品細(xì)度控制范圍較廣，電耗較開(kāi)路系統(tǒng)低，但系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，要求配置高性能的選粉機(jī)，系統(tǒng)投資適中。球磨機(jī)開(kāi)路系統(tǒng)的特點(diǎn)是：工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，投資低。但系統(tǒng)效率低，電耗高，成品溫度高，成品細(xì)度調(diào)整不便。振動(dòng)磨系統(tǒng)可以采用開(kāi)路或閉路工藝，振動(dòng)磨在細(xì)磨上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但由于大型化振動(dòng)磨的開(kāi)發(fā)未能形成突破，因此限制了該項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。各種生產(chǎn)工藝的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表1?！ ?
筆者認(rèn)為還有一點(diǎn)也應(yīng)引起注意的是礦渣粉的顆粒分布以及顆粒的形態(tài)，不同工藝得到的結(jié)果是有區(qū)別的。特別是在配置混凝土?xí)r，對(duì)混凝土的性能會(huì)產(chǎn)生不同的影響。立磨和輥壓機(jī)終粉磨磨制的礦渣粉顆粒級(jí)配較集中，且顆粒的球型度差。而采用了球磨機(jī)磨制的礦渣粉顆粒的球型度好。采用球磨機(jī)閉路磨磨制的礦渣粉顆粒級(jí)配分布適中，采用球磨機(jī)開(kāi)路磨磨制的礦渣粉顆粒級(jí)配分布較廣。特別是球磨機(jī)閉路磨可以通過(guò)研磨體的級(jí)配和選粉機(jī)多手段來(lái)調(diào)整產(chǎn)品的最佳顆粒分布。由于顆粒級(jí)配分布和顆粒形狀的不同，成品的性能產(chǎn)生一定的變化。見(jiàn)表2、
國(guó)際上采用立磨生產(chǎn)礦渣較廣泛，在應(yīng)用球磨機(jī)系統(tǒng)粉磨礦渣時(shí)，一般采用烘干兼粉磨工藝，當(dāng)?shù)V渣水份在6~8%時(shí)，可以不設(shè)預(yù)烘干。當(dāng)?shù)V渣水份超過(guò)10%時(shí)，需要設(shè)預(yù)烘干，以防被磨物料部分預(yù)水化，降低水泥強(qiáng)度。 立磨粉磨礦渣國(guó)際上比較著名的公司有來(lái)歇的LM磨、伯力鳩斯的RM磨、非凡的MPS磨、神戶制鋼的OK磨、川崎的CK磨。國(guó)內(nèi)合肥院、天津院亦開(kāi)始采用立磨粉磨礦渣?！ ?lái)歇公司的LM2+2或3+3磨的特點(diǎn)是磨輥一小一大配對(duì)，小輥以低壓高速運(yùn)行，執(zhí)行預(yù)備粉磨料床的功能；大輥位于小輥后面，執(zhí)行粉磨工作。對(duì)產(chǎn)品細(xì)度比生料或水泥更細(xì)的物料的粉磨通過(guò)對(duì)輥可使料床的形成容易控制。磨盤設(shè)計(jì)了專門的除鐵排渣孔，除鐵更加有效及時(shí)。另外，各公司都推出了效率更高的立磨用選粉機(jī)，以提高粉磨效率。來(lái)歇公司LM磨的LSKS選粉機(jī)、非凡公司MPS磨的SLS選粉機(jī)、LVT選粉機(jī)改造技術(shù)都各具特色。在國(guó)內(nèi)由于立磨工藝投資比較大，因此采用立磨生產(chǎn)礦渣粉主要以大中型企業(yè)為主且生產(chǎn)規(guī)模較大（40萬(wàn)噸/年以上），而水泥企業(yè)或其它企業(yè)新建或改建礦渣粉生產(chǎn)線一般以球磨機(jī)閉路或開(kāi)路為主，生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較?。?0萬(wàn)噸/年以下）。立磨生產(chǎn)礦渣粉，系統(tǒng)電耗指標(biāo)為35~40 KWh/t。表4為L(zhǎng)M46.2+2磨在西班牙Carboneras廠、印度Raigangpur廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)?！ ?
輥壓機(jī)終粉磨及預(yù)粉磨制備礦渣粉以伯力鳩斯公司和洪堡公司最為著名。國(guó)內(nèi)已有武漢某公司引進(jìn)洪堡公司生產(chǎn)能力為80t/h系統(tǒng)成套設(shè)備；合肥院在江蘇某公司采用自主開(kāi)發(fā)的輥壓機(jī)以聯(lián)合粉磨工藝生產(chǎn)，產(chǎn)量為60 t/h；終粉磨尚無(wú)應(yīng)用?！ ?guó)際上輥壓機(jī)終粉磨及預(yù)粉磨皆有成功應(yīng)用實(shí)例，生產(chǎn)能力一般為50~70t/h，輥壓機(jī)設(shè)備本身與生產(chǎn)水泥時(shí)沒(méi)有區(qū)別。輥壓機(jī)終粉磨以伯力鳩斯公司與洪堡公司有所不同，伯力鳩斯公司采用料餅打散機(jī)，而洪堡公司采用兼有烘干和打散功能的V型選粉機(jī)。礦渣終粉磨系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表5。
采用球磨機(jī)生產(chǎn)礦渣粉，閉路系統(tǒng)電耗為65～75kWh/t，開(kāi)路系統(tǒng)電耗為70～90 kWh/t。合肥水泥研究設(shè)計(jì)院發(fā)揮在高效選粉機(jī)和開(kāi)流高細(xì)磨研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，在球磨機(jī)粉磨礦渣粉做了大量的工作。對(duì)φ3×11m磨機(jī)進(jìn)行改造，采用DS（K）型高效選粉機(jī)閉路系統(tǒng)，生產(chǎn)純礦渣粉，細(xì)度為450 m2/kg，產(chǎn)量18～20t/h，電耗68～70kWh/t；φ2.6×13m磨機(jī)采用高細(xì)磨技術(shù)改造后，生產(chǎn)純礦渣粉細(xì)度為450 m2/kg，產(chǎn)量12～12.5t/h，電耗７0～75kWh/t。 <STRONG>３ 結(jié)束語(yǔ)</STRONG 隨著國(guó)家政策的引導(dǎo)以及研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)廢渣超細(xì)粉的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)做出更大的貢獻(xiàn)。因此工業(yè)廢渣超細(xì)粉的制備技術(shù)也將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。粉煤灰細(xì)粉的制備技術(shù)主要是分選技術(shù)，因此分級(jí)機(jī)技術(shù)將隨著粉煤灰應(yīng)用的發(fā)展進(jìn)一步提高。在分級(jí)設(shè)備方面主要是進(jìn)一步提高分級(jí)效率和分級(jí)精度，以及的大型化、高可靠性的設(shè)備開(kāi)發(fā)；系統(tǒng)方面主要是配套裝備的完善以及工藝流程的優(yōu)化。礦渣細(xì)粉的制備，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，今后立磨技術(shù)將進(jìn)一步凸顯其優(yōu)勢(shì)，會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展，特別是大型和特大型立磨。在技術(shù)方面主要集中在料床穩(wěn)定控制、分級(jí)技術(shù)、耐磨材料的改進(jìn)。輥壓機(jī)終粉磨礦渣技術(shù)以其明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)經(jīng)進(jìn)一步完善后將會(huì)得到較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。球磨機(jī)閉路礦渣粉磨系統(tǒng)由于其投資低、對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)、改換產(chǎn)品有更大的靈活性、細(xì)度和顆粒分布的可控制性等特點(diǎn)，以及粉磨和分級(jí)技術(shù)的改進(jìn)和提高，短期內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)還將有一定的發(fā)展。
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