如何低電耗制備500m2/kg活化礦渣微粉

李喜才李明阮炯正

（1.四平市宏橋水泥技術研究所，吉林四平136000；2.吉林建筑工程學院，長春130021）

如何低電耗制備500m2/kg活化礦渣微粉

李喜才1李明1阮炯正2

（1.四平市宏橋水泥技術研究所，吉林四平136000；2.吉林建筑工程學院，長春130021）

0 前言

目前國內外多數企業生產的礦渣微粉比表面積都在400m2/kg左右，已經不能滿足日益發展的建筑市場需求。2008年7月1日執行的《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉GB/T 18046—2008》新標準中規定：S105級礦渣微粉比表面積指標≥500m2/kg。但是，利用開路球磨機制造500m2/㎏礦渣微粉，電耗一般都在130kWh/t左右。如何低成本制備比表面積≥500m2/kg活化礦渣微粉是建材領域亟待解決的問題。

本文著重介紹在粉磨電耗比較低的前提下，如何選擇礦渣、生產設備和對粉磨設備內部進行改造以及通過應用特殊的礦渣助磨活化劑等技術措施，生產顆粒分布在2～40μm之間的500m2/kg的礦渣微粉,達到低成本生產S105級礦渣微粉目的。

1 礦渣與礦渣質量

礦渣是煉鐵過程中排出的工業廢料，通常經水淬處理成為粒狀顆粒，稱為粒化高爐礦渣。其化學成分和部分相組成與硅酸鹽水泥熟料的類似，經水淬處理后的礦渣，玻璃體含量多，能量處于不穩定狀態，具有一定的潛在活性。

由于冶煉工藝及其原材料的不同，礦渣的質量存在較大的差異。即比表面積相同的礦渣微粉，其活性也相差很大。所以制備活化礦渣微粉應盡量選擇堿性礦渣。如遼寧凌鋼、河北邯鋼、貴州水鋼、廣西伢鋼所產礦渣，活性較高；而云南曲靖、四川內江產的酸性礦渣則活性較低。貴州水鋼、云南曲靖的礦渣化學成分見表1。

表1 貴州水鋼、云南曲靖的礦渣化學成分比較

用高活性礦渣制備的500m2/kg礦渣微粉可單獨作為膠凝材料，3d抗壓強度即可達到9～17MPa，28d抗壓強度可達到35～39MPa，用一般水淬礦渣制備的比表面積500m2/kg礦渣微粉摻入25%左右的熟料或水泥，3d抗壓強度也能達到20MPa，28d抗壓強度達到45MPa的效果。

2 礦渣粉磨設備

2.1 立式磨機

采用立式磨機粉磨礦渣，若比表面積控制在380～420m2/kg時產量還可以，電耗約40kWh/t左右。若礦渣質量非常好時，也可生產S95級礦渣微粉,但礦渣微粉比表面積控制在450m2/kg以上時，磨機產量大幅度降低，而電耗則要增加到60kWh/t左右。

2.2 管磨機（球磨機）

采用閉路粉磨系統，較大的顆粒極易混入成品中，不利于提高礦粉的細度；現在國內大多數企業生產礦渣微粉均采用開路球磨機，利用開路球磨機系統粉磨礦渣，比表面積可達到500m2/k g以上，粒徑分布在2～40μm之間，顆粒分布比較合理，顆粒形狀優于立式磨機，潛在活性發揮良好，對混凝土強度等性能的發揮有利，但球磨機電耗高于立式磨機。

3 礦渣微粉質量與電耗

礦渣在粉磨過程中，比表面積增長十分緩慢，當礦渣比表面積大于450m2/kg時，由于研磨介質產生靜電吸附造成顆粒聚集、糊球以及過粉磨現象，造成礦渣粉磨效率降低，電耗大幅增加。

為使礦渣微粉的比表面積達到450～550m2/kg要求,我們研究在粉磨時加入礦渣助磨劑激發礦渣微粉活性,同時改造磨機使其消除過粉磨現象，為方便區分將這種工藝制備的礦渣微粉稱之為活化礦渣微粉。

3.1 普通礦渣微粉

在普通的球磨機生產中，單獨粉磨礦渣的平均電耗是粉磨水泥的2～3倍。按邦德方法計算，粉磨功指數為23kWh/t的礦渣，產品比表面積達到450m2/kg時，常規配球的Φ1.83×7.0m開流磨產量僅為1.5t/h，而Φ2.4×13m開流磨產量尚不足7t/h，粉磨電耗達到95～105 kWh/t。粉磨電耗通常的大概計算方法是磨機電機功率/臺時，因為電機功率的15%系數與粉磨系統輔助設備電耗相差無幾。各規格開路礦粉磨機產量指標見表2。

目前多數企業為了提高礦渣微粉產量降低電耗，在礦渣粉磨的同時加入5%～10%的粉煤灰、石灰石達到助磨作用，比表面積控制在380～420m2/kg時，粉磨電耗達到75～85kWh/t，各規格開路礦粉磨機產量指標見表3。

表2 不同規格開路磨機純礦渣微粉在電耗95～105 kWh/t時的產量

表3 不同規格開路磨機摻有粉煤灰的礦渣微粉在電耗75～85kWh/t時的產量

礦渣微粉比表面積控制在400m2/kg左右，并摻入較多粉煤灰的辦法雖然提高了產量，也降低了電耗，但卻限制了礦渣微粉的摻加量，而且改變了礦渣微粉的性質，容易在使用時引起誤導，如拌制防腐蝕混凝土時會產生不良影響。

3.2 活化礦渣微粉

利用球磨機生產活化礦渣微粉，需要采取對球磨機設備內部的部件進行部分改造以及加入具有活化功能的礦渣助磨劑消除靜電現象等一系列技術措施，比表面積達到450m2/kg以上，礦渣微粉的活性指數比較高，用激光粒度分析儀對活化礦渣微粉顆粒分布進行測定，結果見表4。活化礦渣微粉僅以水淬礦渣為原料，不加粉煤灰，活化礦渣微粉比表面積達到450m2/kg以上時，不同規格開路磨機在電耗50～60kWh/t時活化礦渣微粉的產量見表5。一般摻礦渣混合材的水泥常存在早期強度偏低的問題，而摻活化礦渣微粉后，恰恰可以彌補水泥3d強度偏低的不足，摻入40%左右的活化礦渣微粉，不降低水泥原來的早期強度，所以活化礦渣微粉是一種活性較高的膠凝材料混合料。

表4 活化礦渣微粉顆粒分布

表5 不同規格開路磨機在電耗50～60kWh/t時活化礦渣微粉的產量

4 活化礦渣微粉的制備工藝

4.1 礦渣入磨前烘干

水淬礦渣呈空心粒狀，出廠的礦渣水分含量一般在25%左右，經過運輸、儲存過程，水分仍然維持在8%～15%左右，采用立式磨機生產礦渣微粉可直接入磨。但球磨機生產時入磨礦渣水分需控制在0.5%～2.5%之間,而且烘干機最好選擇順流式，因為礦渣在高溫狀態下經過水淬急冷后依然保持一定的活性；逆流烘干形式會使經過水淬急冷后的礦渣又重新經過高溫調整，經試驗證明，這種烘干工藝對其活性影響平均可下降12%～15%，影響礦渣微粉的質量。

4.2 礦渣入磨前除鐵

礦渣入磨前應當增加除鐵裝置。礦渣磨損比一般水泥粉磨要嚴重，而礦渣中夾雜的鐵和氧化鐵的混合物仍然是磨損的主要因素之一，由于細磨礦渣所需的研磨體平均球徑較小，當此類含鐵物質進入磨機后，通常很難將其磨細，容易導致一倉積料，堵塞內篩分式雙層隔倉板篦縫，造成過料通風不暢，影響磨機產量；當所含的鐵雜質較多時，會迅速加劇研磨體、襯板、隔倉板、出料篦板的磨損，還影響礦渣微粉的活性。

4.3 磨內結構的改進

粉磨礦渣與粉磨水泥、生料在磨內結構方面有很大區別，礦渣粉磨，對于倉位、倉長設置及隔倉板形式也需要根據礦渣的粒度、易磨性等作適當選擇。一般是一倉選用溝槽階梯襯板比較好，利于破碎；二倉或三倉適當選用大波紋襯板，隨著磨內礦渣細度的變化，襯板形式也應與之作相應變化，以滿足研磨體變小而接觸面積增大的特性，可適當選用小波紋襯板和平襯板相結合。但尾倉應增加活化襯板，來調整物料流速及料層厚度，以利于礦渣微粉比表面積的提高。內篩分高細裝置、出磨篦板是達到技術指標的關鍵部件，由于要求比較嚴格，制造精度高，需要專業制造廠生產。

4.4 合理的研磨體級配

合理的研磨體級配是提高礦渣微粉比表面積、提高磨機產量重要的技術措施之一，礦渣硬脆不易磨，但入磨粒度比較穩定，一般以中等的鋼球和微型鋼段為主。根據測得的礦渣易磨性能指數確定研磨體球徑大小和填充率，研磨體質量要求損耗＜100g/t，破損率＜1%。

4.5 應用礦渣助磨活化劑

一般助磨劑是以分散物料、助磨為主，有的助磨劑也具有一定的激發強度作用；礦渣助磨活化劑是以激發礦渣活性為主同時具有助磨作用的化學激發劑，主要成分有三乙醇胺、二乙醇胺、丙二醇等，不含氯離子等有害成分，對混凝土不會產生不良影響。礦渣分別加入BB2型助磨劑0.5%、HQ礦渣助磨活化劑0.1%，粉磨到比表面積507m2/kg時，活性指數對比見表6。

表6 礦渣微粉不摻入助磨劑及摻入不同助磨劑的活性指數對比

4.6配備除塵設備

活化礦渣微粉粒度比較小，粉磨系統配備袋式收塵設備效果較好，利于環保達標。因為采用強力通風方式，有利于改善磨內微粉的過粉磨現象，同時可適當降低磨內溫度，保證出磨礦渣微粉的品質；磨內風速過高或過低，會產生磨內物料流速偏快或偏慢，影響磨機產量和礦渣微粉的比表面積，因此選擇除塵設備要比同規格水泥磨略小一些。

5 結論

通過對球磨機內部結構進行適當的改造，粉磨礦渣的同時加入HQ助磨活化劑，電耗控制在60kWh/t之內，可生產比表面積450m2/kg以上的活化礦渣微粉；若電耗控制在70kWh/t之內時，可生產比表面積達500m2/kg以上的活化礦渣微粉，與普通粉磨工藝相比降低電耗40%以上。做到了利用一般質量的礦渣生產出S105級的活化礦渣微粉。

（編輯：曾英）

TQ172.44 文獻標識碼：B 文章編號：1007-6344（2010）04-0025-04

2010-04-17】