工業(yè)廢渣超細(xì)粉磨的研究

1 工業(yè)廢渣超細(xì)粉的性能目前國內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)的超細(xì)無機摻合料種類有：礦渣微粉、粉煤灰微粉、沸石微粉、硅灰等。硅灰雖然適應(yīng)于制備高性能混凝土，但由于其價格昂貴，產(chǎn)量少，不能滿足大量制備高性能混凝土的要求。以資源豐富的礦渣、粉煤灰為主要原料礦渣微粉和粉煤灰微粉的生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛。粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐煙道氣體中收集的粉末。其主要化學(xué)成分為SiO2 、AI 2O3 和Fe2O3 ，高鈣灰則含有較多的CaO。早在1914年，美國人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。而對粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究，是由美國伯克利加洲理工學(xué)院的RE維斯在1933年后開始的。由于水泥和混凝土中可以大批量用粉煤灰。因此，粉煤灰在水泥和混凝土中應(yīng)用也一直是我國科技界研究的重點。粉煤灰在混凝土的利用，主要是利用它的三種效應(yīng)：火山灰活性效應(yīng)，即水泥水化產(chǎn)生的Ca2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)微珠含量較高時，流動性提高，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45µ m篩余的微粉可填充混凝土中的孔隙，與Ca2 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度。礦渣是煉鐵高爐排出的水淬廢渣，其主要化學(xué)成分為SiO2 、AI2O3 和CaO，其成分與水泥成分接近。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的超細(xì)礦渣和平均粒徑小于10µm的中等細(xì)度的礦渣，有效提高了礦渣的水化活性，可配制大流動性超高強混凝土。以粒徑小于5µm的超細(xì)礦渣取代10%～20%的水泥，可使水泥強度提高12%一23% ，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量降低0．014左右；可配制拌合物坍落度達(dá)20cm、28天抗壓強度達(dá)100MPa的大流動性超高強混凝土。不僅顯著地改善了混凝土的流動性、減少坍落度損失．還著地改善了抗?jié)B、抗凍、抗碳化等耐久性。作為混合材，摻加10%～20% ，可使水泥標(biāo)號提高一個等級。對硅酸鹽水泥、礦渣水泥、普通水泥均有良好的適應(yīng)性。其作用機理是活性的SiO2 、AI2 O3 即可與水泥中C3S和C2S水化產(chǎn)生的Ca2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，同時將強度較低的Ca2晶體轉(zhuǎn)化成了強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。2 粉煤灰和礦渣超細(xì)粉生產(chǎn)
2．1 粉煤灰 1991年國家就頒布了《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的標(biāo)準(zhǔn)，今年又對原標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改并于2005年8月1日實施《用于水泥和混凝土中的粉煤灰）GB/T1956—2005新標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的制定和修改對粉煤灰的應(yīng)用起到了指導(dǎo)和推動作用。根據(jù)粉煤灰細(xì)度、需水量比、燒失量等指標(biāo)分為I級、Ⅱ級、Ⅲ級灰，其中細(xì)度為重要指標(biāo)之一。由于電廠具有先天的資源優(yōu)勢．因此生產(chǎn)商品粉煤灰的企業(yè)主要以電廠為主。早期有部分電廠進(jìn)行了普通開路球磨機細(xì)磨加工試驗。目前我國有三分之一的燃煤發(fā)電廠均采用分選粉煤灰的方式生產(chǎn)商品粉煤灰．收到良好的社會效益和經(jīng)濟效益。隨著黃河小浪底水利工程、長江三峽水利工程等水利工程大量使用分選粉煤灰，我國粉煤灰分選技術(shù)也隨著從無到有、從小到大發(fā)展起來。分選粉煤灰在水利工程、建筑工程等各工程領(lǐng)域?qū)玫礁鼜V泛應(yīng)用。我國燃煤發(fā)電廠應(yīng)用的分選工藝主要有：單點或多點直抽閉路循環(huán)分選；單點或多點直抽開路分選。電力行業(yè)應(yīng)用的分選粉煤灰的主要設(shè)備一分選機典型的有動態(tài)的“強制渦流式分選機”、靜態(tài)的“渦殼式分選機”等機型，單臺分選機處理量5t/h～50t/h。強制渦流式分選機吸收了日本小野田公司的O—Sepa技術(shù)．渦殼式分選機則來自于美國Ge公司的Buel1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開路粉磨或閉路粉磨工藝，采用單一分級工藝的不多。由于粉煤灰原灰已經(jīng)含有一定量的合格細(xì)粉，采用開路細(xì)磨的工藝，過粉磨現(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)入選粉機進(jìn)行分級，粗灰再人球磨機進(jìn)行粉磨，最大限度地發(fā)揮選粉機的功能，系統(tǒng)粉磨效率最高。合肥水泥研究設(shè)計院在粉煤灰分選技術(shù)方面進(jìn)行了研究和開發(fā)．開發(fā)出了處理能力為25t/h、35t/h、45t/h、60t/h的DS高效分級機，選粉效率可達(dá)到90%。對于單分級系統(tǒng)采用了有別于電力行業(yè)負(fù)壓抽吸的機械提升輸送進(jìn)料T藝，系統(tǒng)裝機功率降低，管道磨損減少。2．2 礦渣粉隨著國家對超細(xì)礦渣標(biāo)準(zhǔn)的制定，加快了礦渣微粉的應(yīng)用，同時也促進(jìn)了超細(xì)礦渣生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。
1998年國內(nèi)第一個礦渣微粉標(biāo)準(zhǔn)問世：《砂漿、混凝土用?；V渣微粉》；1999年國內(nèi)第一個礦渣微粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)程問世：《粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》；2000年國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046—2000）2002年12月1日執(zhí)行．在該標(biāo)準(zhǔn)中正式將礦渣微粉命名為“礦物外加劑”納入混凝土第六組份。國家標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施標(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)目前主要有立磨生產(chǎn)技術(shù)、輥壓機聯(lián)合粉磨或終粉磨生產(chǎn)技術(shù)、球磨機閉路生產(chǎn)技術(shù)、球磨機開流生產(chǎn)技術(shù)以及振動磨生產(chǎn)技術(shù)。國際上以立磨和輥壓機終粉磨系統(tǒng)為主。從國內(nèi)實際應(yīng)用情況來看，以立磨和球磨兩種生產(chǎn)工藝占大多數(shù)。由于超細(xì)礦渣生產(chǎn)技術(shù)是從水泥生產(chǎn)技術(shù)借鑒來的．因此工藝流程特點與水泥生產(chǎn)基本相似．有變化或改進(jìn)的是粉磨或分級裝備。采用立磨和閉路磨工藝要特別注意除鐵的問題，如果聚集在磨床或磨內(nèi)的鐵不能及時除掉，不僅影響產(chǎn)量，對設(shè)備的磨損特別大。因此要從工藝和設(shè)備兩方面來解決除鐵的問題。 ·各種生產(chǎn)工藝的特點立磨系統(tǒng)的特點：采用料床粉磨，效率高，電耗低；粉磨、選粉、烘干同時在磨體內(nèi)部完成，系統(tǒng)簡單；物料在磨機內(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。料床的穩(wěn)定防止震動，磨盤及磨輥的磨損是立磨進(jìn)行礦渣粉磨的難點；另外系統(tǒng)投資較大．非一般小企業(yè)所能承受的。輥壓機粉磨系統(tǒng)的特點是：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)，效率更高，電耗更低。相對于立磨，輥壓機本身不能起烘干作用，需另設(shè)烘干系統(tǒng)。輥壓機對礦渣的水分要求比較高，水分過低，反而容易產(chǎn)生設(shè)備震動，水分應(yīng)控制在比較合適的水平。由于礦渣的磨蝕強．岡此對輥面的耐磨性能要求高，維護(hù)費用較高。球磨機閉路系統(tǒng)的特點是：設(shè)備和工藝成熟可靠，對物料的適應(yīng)性較強，成品細(xì)度控制范圍較廣，電耗較開路系統(tǒng)低．但系統(tǒng)相對復(fù)雜。要求配置高性能的選粉機．系統(tǒng)投資適中。球磨機開路系統(tǒng)的特點是：丁藝系統(tǒng)簡單，操作簡便，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。振動磨系統(tǒng)可以采用開路或閉路工藝．振動磨在細(xì)磨上具有一定的優(yōu)勢，但由于大型化振動磨的開發(fā)未能形成突破，因此限制了該項技術(shù)的推廣和應(yīng)用。各種生產(chǎn)工藝的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)比較。上述比較的是各種工藝系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，也是大家比較關(guān)心的。筆者認(rèn)為還有一點也應(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。對混凝土的性能會產(chǎn)生不同的影響。立磨和輥壓機終粉磨磨制的礦渣粉顆粒級配較集中，且顆粒的球型度差。而采用了球磨機磨制的礦渣粉顆粒的球型度好。采用球磨機閉路磨磨制的礦渣粉顆粒級配分布適中．采用球磨機開路磨磨制的礦渣粉顆粒級配分布較廣。特別是球磨機閉路磨可以通過研磨體的級配和選粉機多手段來調(diào)整產(chǎn)品的最佳顆粒分布。由于顆粒級配分布和顆粒形狀的不同，成品的性能產(chǎn)生一定的變化。目前立磨通過調(diào)節(jié)擋料圈高度、風(fēng)環(huán)出口速度、輥壓及選粉機結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等措施基本解決了終粉磨的顆粒分布及細(xì)粉含量的問題。國際上．采用立磨生產(chǎn)礦渣較廣泛，在應(yīng)用球磨機系統(tǒng)粉磨礦渣時，一般采用烘干兼粉磨工藝，當(dāng)?shù)V渣水分在6%一8%時，可以不設(shè)預(yù)烘干。當(dāng)?shù)V渣水分超過10%時，需要設(shè)預(yù)烘干，以防被磨物料部分預(yù)水化，降低水泥強度。立磨粉磨礦渣國際上比較著名的公司有來歇的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。國內(nèi)合肥院的HRM磨進(jìn)行過試驗．據(jù)報道天津院亦進(jìn)行過立磨粉磨礦渣試驗。各種采用立磨的生產(chǎn)工藝基本相同。來歇公司的LM2+2或3+3磨比較有特點。磨輥一小一大配對，小輥以低壓高速運行，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。對產(chǎn)品細(xì)度比生料或水泥更細(xì)的物料的粉磨通過對輥可使料床的形成容易控制。磨盤設(shè)計了專門的除鐵排渣孔．除鐵更加有效及時。另外．各家公司都推出了效率更高的立磨用選粉機，以提高粉磨效率。來歇公司LM磨的LSKS選粉機、非凡公司MPS磨的SLS選粉機、LVT選粉機改造技術(shù)都各具特色。在國內(nèi)由于立磨工藝投資比較大，因此采用立磨工藝生產(chǎn)礦渣粉的公司以大中型鋼廠為主且生產(chǎn)規(guī)模較大，而水泥企業(yè)或其它企業(yè)新建或改建礦渣粉生產(chǎn)線一般以球磨機閉路或開路為主且生產(chǎn)規(guī)模相對較小。采用立磨生產(chǎn)礦渣粉。系統(tǒng)電耗指標(biāo)可達(dá)到35—40kWh/t。表4為LM46．2+2磨在西班牙Carboneras廠、印度Raigangpur廠的運行數(shù)據(jù)。輥輥壓機終粉磨及預(yù)粉磨制備礦渣粉以伯力鳩斯公司和洪堡公司最為著名。國內(nèi)目前預(yù)粉磨系統(tǒng)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發(fā)的輥壓機以聯(lián)合粉磨工藝生產(chǎn)，產(chǎn)量為60t/h：終粉磨尚無應(yīng)用。國際上輥壓機終粉磨及預(yù)粉磨皆有成功應(yīng)用實例，生產(chǎn)能力一般為50—70t/h，輥壓機設(shè)備本身與生產(chǎn)水泥時沒有區(qū)別。輥壓機終粉磨流程伯力鳩斯公司與洪堡公司有區(qū)別，伯力鳩斯公司采用料餅打散機，而洪堡公司采用了兼有烘干和打散功能的V型選粉機。礦渣終粉磨系統(tǒng)應(yīng)用實例。采用球磨機生產(chǎn)礦渣粉，閉路系統(tǒng)電耗為65~75kWh/t，開路系統(tǒng)電耗為70～90kWh/t。合肥水泥研究設(shè)計院發(fā)揮在高效選粉機和開流高細(xì)磨研究和開發(fā)應(yīng)用方面的經(jīng)驗，在球磨機粉磨礦渣粉做了大量的工作。對Ф3m*11m磨機進(jìn)行改造，采用DS型高效選粉機閉路系統(tǒng)，生產(chǎn)純礦渣粉，細(xì)度為450m2/kg，產(chǎn)量18～20t/h，電耗68～70kWh/t；Ф2．6m*13m磨機采用高細(xì)磨技術(shù)改造后，生產(chǎn)純礦渣粉比表面積為450m2/kg，產(chǎn)量l2～12．5t/h，電耗70～75kWh/t。隨著國家政策的引導(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)用將會更加廣泛，為國民經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟做出更大的貢獻(xiàn)。因此工業(yè)廢渣超細(xì)粉的制備技術(shù)也將會進(jìn)一步發(fā)展。