如何低电耗制备500m2/kg活化矿渣微粉

水泥 2010-08-27

　　0 前言
　　目前国内外多数企业生产的矿渣微粉比表面积都在400m²/kg左右，已经不能满足日益发展的建筑市场需求。2008年7月1日执行的《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T l8046—2008》新标准中规定：S105级矿渣微粉比表面积指标≥500m²/kg。但是，利用开路球磨机制造500m²/kg矿渣微粉，电耗一般都在130kWh/t左右。如何低成本制备比表面积≥500m²/kg活化矿渣微粉是建材领域亟待解决的问题。

　　本文着重介绍在粉磨电耗比较低的前提下，如何选择矿渣、生产设备和对粉磨设备内部进行改造以及通过应用特殊的矿渣助磨活化剂等技术措施，生产颗粒分布存2～40μm之间的500m²/kg的矿渣微粉，达到低成本生产Sl05级矿渣微粉目的。

　　1 矿渣与矿渣质量
　　矿渣是炼铁过程中排出的工业废料，通常经水淬处理成为粒状颗粒，称为粒化高炉矿渣。其化学成分和部分相组成与硅酸盐水泥熟料的类似，经水淬处理后的矿渣，玻璃体含量多，能量处于不稳定状态，具有一定的潜在活性。

　　由于冶炼工艺及其原材料的不同，矿渣的质量存在较大的差异。即比表面积相同的矿渣微粉，其活性也相差很大。所以制各活化矿渣微粉应尽量选择碱性矿渣。如辽宁凌钢、河北邯钢、贵州水钢、广西伢钢所产矿渣，活性较高；而云南曲靖、四川内江产的酸性矿渣则活性较低。贵州水钢、云南曲靖的矿渣化学成分见表1。

表1 贵州水钢、云南曲靖的矿潜化学成分比较

矿渣品种	化学成份/%									碱性系数	质量系数
矿渣品种	Si0₂	A1₂0₃	Fe₂0₃	CaO	MgO	S0₃	MnO	Ti0₂	合计	碱性系数	质量系数
水钢矿渣	33.06	12.65	0.75	44.68	5.70	1.60	0.74	微量	98.44	1.10	1.90
曲靖矿渣	36.48	16.99	1.26	35.48	7.39	0.28	微量	微量	97.88	0.80	1.64

　　用高活性矿渣制备的500m²/kg矿渣微粉可单独作为胶凝材料，3d抗压强度即可达到9～17MPa，28d抗压强度可达到35～39MPa，用一般水淬矿渣制备的比表面积500m²/kg矿渣微粉掺入25%左右的熟料或水泥，3d抗压强度也能达到20MPa，28d抗压强度达到45MPa的效果。

　　2 矿渣粉磨设备
　　2.1立式磨机
　　采用立式磨机粉磨矿渣，若比表面积控制在380～420m²/kg时产量还可以，电耗约40kWg/t左右。若矿渣质量非常好时，也可生产S95级矿渣微粉，但矿渣微粉比表面积控制在450m²/kg以上时，磨机产量大幅度降低，而电耗则要增加到60kWh/t左右。

　　2.2管磨机(球磨机)
　　采用闭路粉磨系统，较大的颗粒极易混入成品中，不利于提高矿粉的细度；现在国内大多数企业生产再矿渣微粉均采用开路球磨机，利用开路球磨机系统粉磨矿渣，比表面积可达到500m²/kg以上，粒径分布在2～40μm之间，颗粒分却比较合理，颗粒形状优于立式磨机，潜在活性发挥良好，对混凝土强度等性能的发挥有利，但球磨机电耗高于立式磨机。

　　3 矿渣微粉质量与电耗
　　矿渣在粉磨过程中，比表面积增长十分缓慢，当矿渣比表面积大于450m²/kg时，由于研磨介质产生静电吸附造成颗粒聚集、糊球以及过粉磨现象，造成矿渣粉摩效率降低，电耗大幅增加。

　　为使矿渣微粉的比表面积达到450～550m²/kg要求，我们研究在粉磨时加入矿渣助磨剂激发矿渣微粉活性，同时改造磨机使其消除过粉磨现象，为方便区分将这种工艺制备的矿渣微粉称之为活化矿渣微粉。

　　3.1普通矿渣微粉
　　在普通的球磨机生产。单独粉磨矿渣的平均电耗是粉磨水泥的2～3倍。按邦德方法计算，粉磨功指数为23kwh/t的矿渣，产品比表面积达到450m²/kg时，常规配球的Φ1.83×7.0m开流磨产量仅为1.5t/h，而Φ2.4 x13m开流磨产量尚不足7t/h，粉磨电耗达到95～105kWh/t。粉磨电耗通常的大概计算方法是磨机电机功率/台时，因为电机功率的15%系数与粉磨系统辅助设备电耗相差无几。各规格开路矿粉磨机产量指标见表2。

表2 不同规格开路磨机纯矿渣微粉在电耗95～105kWh/t时的产量

磨机规格/m	1.83×7.0	2.2×7.0	2.4×13	2.6×13	3.0×13	3.2×13
功率/kWh	245	380	800	1000	1400	1600
产量（t/h）	1.5～2.0	3.0～4.0	6.0～8.0	8.5～10.5	11.0～13.0	15.0～17.0

　　目前多数企业为了提高矿渣微粉产量降低电耗，在矿渣粉磨的同时加入5%～10%的粉煤灰、石灰石达到助磨作用，比表面积控制在380～420m²/kg时，粉磨电耗达到75～85kWh/t，各规格开路矿粉磨机产量指标见表3。

表3 不同规格开路磨机掺有粉煤灰的矿造微粉在电耗75—85kWh/t时的产量

磨机规格/m	1.83×7.0	2.2×7.0	2.4×13	2.6×13	3.0×13	3.2×13
功率/kWh	245	380	800	1000	1400	1600
产量（t/h）	2.8～3.5	4.0～5.0	9.0～11.0	11.0～13.0	14.0～16.0	20.0～22.0

　　矿渣微粉比表面积控制在400m²/kg左右，并掺入较多粉煤灰的办法虽然提高了产量，也降低了电耗，但却限制，矿渣微粉的掺加量，而且改变了矿渣微粉的性质，容易在使用时引起误导，如拌制防腐蚀混凝土时会产生不良影响。

　　3.2 活化矿渣微粉
　　利用球磨机生产活化矿渣微粉，需要采取对球磨机设备内部的部件进行部分改造以及加入具有活化功能的矿渣助磨剂消除静电现象等一系列技术措施，比表面积达到450m2/kg以上，矿渣微粉的活性指数比较高，用激光粒度分析仪对活化矿渣微粉颗粒分布进行测定，结果见表4。活化矿渣微粉仅以水淬矿渣为原料，不加粉煤灰，活化矿渣微粉比表面积达到450m²/kg以上时，不同规格开路磨机在电耗50～60kWh/t时活化矿渣微粉的产量见表5。

表4 活化矿渣微粉颗粒分布

粒径/μm	<2	<4	<6	<9	<12	<17	<21	<27	<36	<45
累计含量/%	10	20	30	40	50	60	70	80	90	98

表5 不同规格开路磨机在电耗50—60kWh/t时活化矿渣微粉的产量

磨机规格/m	1.83×7.0	2.2×7.0	2.4×13	2.6×13	3.0×13	3.2×13
功率/kWh	245	380	800	1000	1400	1600
产量（t/h）	4.0～5.0	6.0～7.0	14.0～16.0	17.0～19.0	23.0～25.0	27.0～29.0

　　一般掺矿渣混合材的水泥常存在早期强度偏低的问题，而掺活化矿渣微粉后，恰恰可以弥补水泥3d强度偏低的不足，掺入40%左右的活化矿渣微粉，不降低水泥原来的早期强度，所以活化矿渣微粉是一种活性较高的胶凝材料混合料。

　　4 活化矿渣微粉的制备工艺
　　4.1矿渣入磨前烘干
　　水淬矿渣呈空心粒状，出厂的矿渣水分含量一般在25％左右，经过运输、储存过程，水分仍然维持在8%～15%左右，采用立式磨机生产矿渣微粉可直接入磨。但球磨机生产时入磨矿渣水分需控制在0.5%～2.5%之间，而且烘干机最好选择顺流式，因为矿渣在高温状态下经过水淬急冷后依然保持一定的活性；逆流烘干形式会使经过水淬急冷后的矿渣又雨新经过高温调整，经试验证明，这种烘干工艺对其活性影响平均可下降12%～15%，影响矿渣微粉的质量。

　　4.2矿渣入磨前除铁
　　矿渣入磨前应当增加除铁装置。矿渣磨损比一般水泥粉磨要严重，而矿渣中夹杂的铁和氧化铁的混合物仍然是磨损的主要因素之一，由于细磨矿渣所需的研磨体平均球径较小，当此类含铁物质进入磨机后，通常很难将其磨细，容易导致一仓积料，堵塞内筛分式双层隔仓板篦缝，造成过料通风不畅，影响磨机产量；当所含的铁杂质较多时，会迅速加剧研磨体、衬板、隔仓板、出料篦板的摩损，还影响矿渣微粉的活性。

　　4.3 磨内结构的改进
　　粉磨矿渣与粉磨水泥、生料在磨内结构方面有很大区别，矿渣粉磨，对于仓位、仓长设置及隔仓板形式也需要根据矿渣的粒度、易磨性等作适当选择。一般是一仓选用沟槽阶梯衬板比较好，利于破碎；二仓或三仓适当选用大波纹衬板，随着磨内矿渣细度的变化，衬板形式也应与之作相应变化，以满足研磨体变小而接触面移积增大的特性，可适当选用小波纹衬板和平衬板相结合。但尾仓应增加活化衬板，来调整物料流速及料层厚度，以利于矿渣微粉比表面积的提高。内筛分高细装置、出磨篦板是达到技术指标的关键部位，由于要求比较严格，制造精度高，需要专业制造厂生产。

　　4.4 合理的研磨体级配
　　合理的研磨体级配是提高矿渣微粉比表面积、提高磨机产量重要的技术措施之一，矿渣硬脆不易磨，但入磨粒度比较稳定，一般以中等的钢球和微型铡段为主。根据测得的矿渣易磨性能指数确定研磨体球径大小和填充率，研磨体质量要求损耗<100g/t，破损率<1%。

　　4.5应用矿渣助磨活化剂
　　一般助磨剂是以分散物料、助磨为主，有的助磨剂也具有一定的激发强度作用；矿渣助磨活化剂是以激发矿渣活性为主同时具有助磨作用的化学激发剂，丰要成分有三乙醇胺、二乙醇胺、丙二醇等，不含氯离子等有害成分，对混凝土不会产生不良影响。矿渣分别加入BB2型助磨剂0.5%、HQ矿渣助磨活化剂0.1%，粉磨到比表面积507m²/kg时，活性指数对比见表6。

表6 矿渣微粉不掺入助磨剂及掺入不同助磨剂的活性指数对比

矿渣种类	助磨剂品种	胶凝材料组成	7d强度/MPa		28d强度/MPa		凝结时间/(h：min)
矿渣种类	助磨剂品种	胶凝材料组成	抗折	抗压	抗折	抗压	初凝	终凝
		普硅水泥P 100%	6.4	29.1	8.3	44.3	3：42	5：40
矿渣微粉A		50%A+50%P	6.0	24.1	8.1	42.7	4：18	5：27
矿渣微粉B	BB2型助磨剂0.5%	50%B+50%P	6.2	25.5	8.8	45.0	4：05	5：23
矿渣微粉c	HQ矿渣活化剂0.1%	50%C+50%P	7.3	29.0	100	49.0	3：47	5：57

　　4.6配备除尘设备
　　活化矿渣微粉粒度比较小，粉磨系统配备袋式收尘设备效果较好，利于环保达标。因为采用强力通风方式，有利于改善磨内微粉的过粉磨现象，同时可适当降低磨内温度，保证出磨矿渣微粉的品质；磨内风速过高或过低，会产生磨内物料流速偏快或偏慢，影响磨机产量和矿渣微粉的比表面积，因此选择除尘设备要比同规格水泥磨略小一些。

　　5 结论
　　通过对球磨机内部结构进行适当的改造，粉磨矿渣的同时加入HQ助磨活化剂，电耗控制在60kWh/t之内，可生产比表面积450m²/kg以上的活化矿渣微粉：若电耗控制在70kWh/t之内时，可生产比表面积达500m²/kg以上的活化矿渣微粉，与普通粉磨工艺相比降低电耗40％以上。做到了利用一般质量的矿渣生产出Sl05级的活化矿渣微粉。

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