粉體技術(shù)在水泥工業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用

韓仲琦

粉體技術(shù)在水泥工業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用

韓仲琦

在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，從原料采掘到成品出廠(chǎng)都是散體物料的處理過(guò)程，因此粉體技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步對(duì)水泥工業(yè)來(lái)說(shuō)有著非常重要的意義。本文介紹了水泥工業(yè)中粉體技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新粉體技術(shù)在水泥工業(yè)中的應(yīng)用情況，同時(shí)提出了水泥工業(yè)處置廢棄物對(duì)粉體技術(shù)與設(shè)備的需求，這已成為粉體技術(shù)在水泥工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的新進(jìn)展。

水泥工業(yè)；粉體技術(shù)；廢棄物；資源

1 前言

水泥是由石灰石、粘土類(lèi)等自然礦物原料，以及工業(yè)廢渣、副產(chǎn)物等，通過(guò)熱工工程和粉體工程加工后生成的一種高比表面積且具有膠凝性的粉體物質(zhì)。通過(guò)改變?cè)辖M分或加工工藝，使產(chǎn)品性能改變，可以得到多品種水泥。

在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，從原料采掘到成品出廠(chǎng)，都是散體物料的處理過(guò)程，成品水泥是一種細(xì)粉物料，粒度范圍約在0.1～100μm，從礦山開(kāi)采的石灰石到水泥產(chǎn)品出廠(chǎng)，破碎比可達(dá)10萬(wàn)比1。一座年產(chǎn)200萬(wàn)噸水泥的水泥廠(chǎng)，每天在廠(chǎng)內(nèi)約有近萬(wàn)噸的各種塊狀和粉粒狀物料在“運(yùn)動(dòng)”。

水泥制造業(yè)是應(yīng)用粉體技術(shù)的典型工業(yè)，應(yīng)用創(chuàng)新的粉體技術(shù)，一方面可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求，一方面可以節(jié)能減排保護(hù)生態(tài)環(huán)境，所以創(chuàng)新的粉體技術(shù)對(duì)水泥工業(yè)來(lái)說(shuō)有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

世界水泥技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是以節(jié)能化、資源化、環(huán)境保護(hù)為中心，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和高效集約化生產(chǎn)，在保證高質(zhì)量水泥的同時(shí)加強(qiáng)水泥生態(tài)化技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)，逐步減少天然資源和天然能源的消耗，并提高廢棄物的再循環(huán)利用水平，最大程度地減少環(huán)境污染和最大限度地接收消納工業(yè)廢棄物及城市垃圾等，達(dá)到與生態(tài)環(huán)境和諧共存。節(jié)能減排的創(chuàng)新粉體技術(shù)是水泥工業(yè)生態(tài)化的強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2 水泥工業(yè)中粉體技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容

2.1 水泥工業(yè)采用的粉體技術(shù)[1]

水泥工業(yè)采用的粉體技術(shù)有粉體取樣方法、顆粒的表征方法、粉體計(jì)量與過(guò)程檢測(cè)技術(shù)、粉體的分散技術(shù)、粉體的分級(jí)與分選技術(shù)、粉體力學(xué)知識(shí)（料倉(cāng)設(shè)計(jì)）、破碎與粉磨技術(shù)、混合與均化技術(shù)、成球造粒方法、表面改質(zhì)、粉碎機(jī)械力化學(xué)的應(yīng)用技術(shù)（超細(xì)活化）、固液分離法（過(guò)濾）、固氣分離法（收塵）、顆粒的流體輸送(二相流)、粉塵爆炸的防止、粉體故障處理、廢棄物再循環(huán)利用技術(shù)等。

2.2 水泥粉體技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容

（1）粉體性質(zhì)的研究

包括顆粒形態(tài)學(xué)、粉體力學(xué)和顆粒測(cè)定技術(shù)。顆粒形態(tài)學(xué)與粉體流動(dòng)性、水泥強(qiáng)度有很密切的關(guān)系。粉體力學(xué)在料倉(cāng)設(shè)計(jì)方面起著指導(dǎo)作用，是粉體技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用的典范。顆粒測(cè)定技術(shù)主要研究的是顆粒表征方法與聯(lián)機(jī)在線(xiàn)的測(cè)定問(wèn)題，如可信度高的在線(xiàn)流量和質(zhì)量計(jì)測(cè)裝置，以指導(dǎo)水泥廠(chǎng)粉碎作業(yè)的正確操作。

（2）粉碎有效能的研究

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，在破碎原理上著重研究固體物料的碎裂規(guī)律及其功能，隨著現(xiàn)代水泥工業(yè)的發(fā)展，在20世紀(jì)60、70年代出現(xiàn)了設(shè)備大型化的熱潮，進(jìn)入80年代以后，由于世界能源緊缺，推進(jìn)了“預(yù)粉磨”、“多碎少磨”等節(jié)能工藝及新型節(jié)能設(shè)備的發(fā)展，隨著高新技術(shù)的發(fā)展和礦物加工工業(yè)的精細(xì)化，水泥產(chǎn)品中的超細(xì)水泥也引起了人們重視。此外破碎原理的研究向多學(xué)科多領(lǐng)域和交叉學(xué)科方面拓展，從而推進(jìn)了破碎原理不再停留在粉碎物理學(xué)和粉碎功耗方面，出現(xiàn)了粉碎動(dòng)力學(xué)、粉碎物理化學(xué)、粉碎機(jī)構(gòu)學(xué)等新的領(lǐng)域，破碎工藝也出現(xiàn)了多樣化。

粉碎有效能的研究對(duì)水泥廠(chǎng)的節(jié)能來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要，水泥生產(chǎn)粉磨工序的耗電量約為水泥制備全部耗電量的70%，為了最大限度地節(jié)能和加工出符合要求的產(chǎn)品，必須研究粉碎節(jié)能的機(jī)理、開(kāi)發(fā)更有效的粉磨技術(shù)和設(shè)備。粉碎技術(shù)的研究?jī)?nèi)容有三：?jiǎn)我活w粒的粉碎物理學(xué)、粉碎工藝的系統(tǒng)工程以及粉碎的機(jī)械力化學(xué)。在三大粉碎理論的基礎(chǔ)上，料床粉碎機(jī)理的研究近年來(lái)在水泥工業(yè)得到了重視，同時(shí)由于對(duì)粉碎機(jī)械力化學(xué)的深入研究，促進(jìn)了超細(xì)粉碎工藝的發(fā)展。

（3）計(jì)量、給料與輸送

在生產(chǎn)過(guò)程中，計(jì)量裝置的重要性是不言而喻的。水泥廠(chǎng)主要使用的計(jì)量設(shè)備有皮帶秤、沖擊式固體流量計(jì)、科力奧里粉料計(jì)量秤、轉(zhuǎn)子計(jì)量秤、環(huán)狀天平式計(jì)量秤等，往往計(jì)量設(shè)備也是給料裝置，在粉體工程中是過(guò)程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為操作端。

一般水泥廠(chǎng)粉體物料流動(dòng)性很差，再加上操作環(huán)境惡化，所以對(duì)水泥工業(yè)的計(jì)量給料設(shè)備的要求很苛刻，必須可靠性高、再現(xiàn)性好。近年來(lái)，由于粉體技術(shù)、光學(xué)、微電子學(xué)和精密儀器的發(fā)展，水泥生產(chǎn)過(guò)程流量檢測(cè)（分氣體流量和粉粒狀物料流量）的檢測(cè)技術(shù)有了很大進(jìn)步，檢測(cè)在線(xiàn)化、自動(dòng)化、檢測(cè)結(jié)果的代表性、可靠性、再現(xiàn)性有了很大發(fā)展，一些新型檢測(cè)儀表和裝置對(duì)水泥生產(chǎn)的自動(dòng)化控制起到了很大作用。

減少粉體流動(dòng)故障和在粉體輸送、計(jì)量中實(shí)現(xiàn)有效控制的機(jī)理及相應(yīng)設(shè)備，是近年來(lái)人們努力研究的內(nèi)容。降低氣力的輸送能耗和確保機(jī)械輸送的可靠性，都是水泥廠(chǎng)優(yōu)先考慮的粉體技術(shù)。

（4）固氣分離技術(shù)

在粉體工程中，固氣分離有兩種目的，一種是在某種產(chǎn)品生產(chǎn)中或在氣力輸送中，需要把目的物從氣體中分離出來(lái)；另一種是為了環(huán)境保護(hù)與文明生產(chǎn)的目的，需要收集氣體中的粉塵，這兩種目的在操作中都是一樣的。

水泥粉體技術(shù)的固氣分離，主要研究開(kāi)發(fā)高溫、高濃度粉塵狀態(tài)下的氣、固分離技術(shù)和設(shè)備，包括過(guò)濾介質(zhì)的性能研究（如可實(shí)現(xiàn)真正表面過(guò)濾的膨體聚四氟乙烯薄膜濾料,燒結(jié)體過(guò)濾器等）。在日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求下，易實(shí)現(xiàn)高分離效率的袋收塵器得到了重視，但由于電、袋收塵器各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在收塵器的新設(shè)計(jì)觀點(diǎn)指引下，可能出現(xiàn)電、袋合一的高效收塵器并在工業(yè)中得到采用，它集電收塵器和袋收塵器的優(yōu)點(diǎn)于一身，靠靜電作用于濾袋積灰的清除，可實(shí)現(xiàn)高氣—布比、低阻力、高分離效率，并且隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，對(duì)水泥廠(chǎng)排塵的自動(dòng)連續(xù)監(jiān)控將逐步實(shí)現(xiàn)。

（5）混合與均化

混合是指物料在外力（重力或機(jī)械力）作用下，發(fā)生運(yùn)動(dòng)速度和方向的改變，使各組分顆粒得以均勻分布的操作過(guò)程，這種操作過(guò)程又稱(chēng)均化過(guò)程。對(duì)水泥原料與生料的混合與均化的目的是為燒結(jié)固化反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件。

新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，即現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵是原料與生料的均化問(wèn)題。通常采用概率論的原理，對(duì)新型干法水泥生產(chǎn)的原料與生料均化設(shè)計(jì)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，如石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)、生料均化庫(kù)和大容量水泥筒倉(cāng)的應(yīng)用研究。

水泥生料的均化水平用CaCO3標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，偏差最終通過(guò)原料預(yù)均化和生料的均化減少或消除。加強(qiáng)對(duì)粉體的混合與均化研究，以提高原料預(yù)均化的均化效果和生料的均化效率（均化前后被均化物料中某組分的標(biāo)準(zhǔn)偏差之比）。

（6）粉體改性[2，6]

水泥粉體的“粉體表面改性”是通過(guò)物理法或化學(xué)法使水泥粉體產(chǎn)生物理化學(xué)變化，包括兩方面內(nèi)容，一方面是改變粉體加工工藝性能，以實(shí)現(xiàn)通暢的生產(chǎn)工藝過(guò)程和節(jié)能減排的目的，如為了防止料倉(cāng)堵塞、煤粉爆炸等事故，利用粉體界面物性對(duì)粉體進(jìn)行改性，可以取得很好的效果；另一方面是改變水泥產(chǎn)品性能，滿(mǎn)足建筑與施工的需要，如品種水泥與功能水泥的開(kāi)發(fā)。水泥粉體包括制造水泥的粉粒體原料，還包括生料、燃料煤粉和水泥產(chǎn)品等物料，表面改性在粉體技術(shù)中占有很重要的位置。

現(xiàn)在納米技術(shù)在水泥基材料中的應(yīng)用研究是粉體改性中的熱點(diǎn)問(wèn)題，也是材料科學(xué)的重要內(nèi)容，已越來(lái)越引起人們的重視，但還在探討階段。

近年來(lái)采用機(jī)械力化學(xué)法，將“無(wú)機(jī)物—有機(jī)物”、“無(wú)機(jī)物—金屬”、“有機(jī)物—金屬”等組合而成精細(xì)復(fù)合材料已成為可能，成為超細(xì)顆粒與機(jī)械科學(xué)的交叉問(wèn)題，即利用機(jī)械方法也可得到納米尺度顆粒，因此可對(duì)原有粉體改性或制備出新材料。采用機(jī)械力化學(xué)法將水泥原料經(jīng)超細(xì)粉磨等處理，使其獲得最佳的機(jī)械力活性化效果，從而有利于熟料煅燒。

3 粉體技術(shù)在水泥工業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用[1]

3.1 石灰石礦石的節(jié)能破碎

破碎作業(yè)一般可分為粗碎（出料粒度100～350mm）、中碎（出料粒度20～100mm）和細(xì)碎（出料粒度 2～15mm），這在水泥工業(yè)方面是十分明顯的。

水泥工業(yè)常用的破碎機(jī)有顎式、旋回式、圓錐式、輥式、反擊式和錘式，但是由于新型干法水泥生產(chǎn)的大型化，破碎設(shè)備也發(fā)生了很大變化，工藝逐步簡(jiǎn)化和設(shè)備逐步大型化，現(xiàn)代大型水泥廠(chǎng)石灰石的破碎一般采用大破碎比的錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)。從礦山采出的礦石塊度取決于開(kāi)采規(guī)模、采掘方式和礦石結(jié)構(gòu)特性，最大尺寸有時(shí)達(dá)2m以上；入磨粒度取決于磨機(jī)類(lèi)型和規(guī)格，一般為25～30mm，輥式磨可放大到5～80mm，從原礦破碎到入磨粒度的破碎比約為40～60，以往石灰石常用二段破碎，20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)外采用高破碎比(超過(guò)40)的破碎機(jī)而實(shí)現(xiàn)了單段破碎，我國(guó)上世紀(jì)80年代起進(jìn)行開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子兩大類(lèi)單段錘式破碎機(jī)可供各種規(guī)模的大型水泥廠(chǎng)采用。

破碎作業(yè)的首要任務(wù)是為礦物加工工業(yè)提供具有一定粒度、粒度組成和充分解離又不過(guò)粉碎的加工原料，以利于下一步加工處理和使用。破碎的基本原則是不作不必要的破碎，從粉碎機(jī)理上來(lái)說(shuō)，“多破少磨”是合理的。

近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代工業(yè)中眾多的粉碎實(shí)踐都含有料床粉碎的因素，如顎式破碎機(jī)、輥壓機(jī)、沖擊磨機(jī)、振動(dòng)磨等，它們的粉碎機(jī)理已超過(guò)單顆粒粉碎的性質(zhì)，加深研究料床粉碎機(jī)理，對(duì)于改造舊有的粉碎設(shè)備和粉碎工藝，設(shè)計(jì)新型節(jié)能粉碎機(jī)具有很大的意義。目前對(duì)輥壓機(jī)和立式磨的料床粉碎研究較多，實(shí)踐證明，在能夠?qū)崿F(xiàn)2～3μm粒度分級(jí)的條件下，在多次擠壓料床粉碎條件下，生產(chǎn)微細(xì)產(chǎn)品的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通常的粉磨工藝。

3.2 水泥原料預(yù)均化

在水泥廠(chǎng)原料制備方面，目前先進(jìn)技術(shù)水平是礦山采用精確數(shù)字化開(kāi)采，多品質(zhì)原料搭配，采用γ-射線(xiàn)在線(xiàn)分析儀進(jìn)行過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)多種原料的預(yù)混合破碎，采用預(yù)均化堆場(chǎng)。

原料預(yù)均化，就是原料經(jīng)過(guò)破碎后的儲(chǔ)存、輸送、再存取的過(guò)程，有多種不同的儲(chǔ)取方法，使儲(chǔ)入時(shí)成分波動(dòng)大的原料，至取出時(shí)得到成為比較均勻的原料。提高原料預(yù)均化效果的主要措施就是采用各類(lèi)預(yù)均化堆場(chǎng)。

（1）原料預(yù)均化的作用

a可充分利用成分不均或低品位原料，擴(kuò)大原料利用范圍；

b進(jìn)行原料的預(yù)混合，簡(jiǎn)化工藝流程；

c有助于獲得成分均勻的生料，以保證熟料煅燒過(guò)程的穩(wěn)定，獲得更好的熟料質(zhì)量。

此外，采用原料預(yù)均化堆場(chǎng)，可使水泥廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程獨(dú)立于礦山，避免了礦山開(kāi)采不穩(wěn)定帶來(lái)的干擾等，但主要的作用仍然是原料均齊化，因此使得新型干法水泥技術(shù)得以發(fā)展。

在我國(guó)水泥工業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)體系中要求，采用＜48%CaO石灰石配料的比例要達(dá)到5%以上，在現(xiàn)代水泥生產(chǎn)中，要求生料CaCO3標(biāo)準(zhǔn)偏差≤±0.2%，所以當(dāng)生料CaCO3的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)不到這個(gè)要求時(shí)，必須設(shè)置預(yù)均化堆場(chǎng)，以便從原料預(yù)均化開(kāi)始抓緊均化工作，使標(biāo)準(zhǔn)偏差降低到要求以下。但原料的偏差總是存在的，這一偏差受堆場(chǎng)布置及機(jī)械設(shè)備的影響，并被帶到下一道的處理工序中。這些偏差最終通過(guò)生料的均化減少或消除，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)通常將預(yù)均化堆場(chǎng)和生料均化系統(tǒng)作為一個(gè)整體考慮。

（2）均化方式

a人字形堆料（見(jiàn)圖1）；

b波浪形堆料（見(jiàn)圖2）；

c其他方式，如水平層、橫向傾斜層堆料等。

（3）預(yù)均化堆場(chǎng)的形式

分為長(zhǎng)形預(yù)均化堆場(chǎng)、圓形預(yù)均化堆場(chǎng)。

長(zhǎng)形：設(shè)兩個(gè)料堆，一個(gè)堆料，另一個(gè)取料，相互交替作業(yè)，兩堆料可以平行排列，也可以縱向直線(xiàn)排列。缺點(diǎn)是當(dāng)換堆時(shí)由于料堆的端部效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)短暫的成分波動(dòng)，好處是擴(kuò)建時(shí)較簡(jiǎn)單，只要加長(zhǎng)料堆即可。

圖1 人字形堆料示意圖

圖2 波浪形堆料示意圖

圓形：設(shè)一個(gè)圓弧料堆，在料堆的開(kāi)口處，一端連續(xù)堆料，一端連續(xù)取料。圓形預(yù)均化堆場(chǎng)不存在換堆問(wèn)題，但不能擴(kuò)建，且進(jìn)料皮帶要架空，中心出料口要在地坑中。

（4）堆取料機(jī)

現(xiàn)有多種堆取料機(jī)，預(yù)均化堆場(chǎng)可以是室內(nèi)的也可以是室外露天的，一般認(rèn)為人字形堆料與端面取料的形式比較好。

堆料機(jī)械有天橋皮帶堆料機(jī)、車(chē)式懸臂膠帶堆料機(jī)和耙式堆料機(jī)等。

取料機(jī)械主要有橋式刮板取料機(jī)與懸臂刮板取料機(jī)兩種,前者用于端面取料，后者可端面取料，也可沿著料堆軸線(xiàn)縱向移動(dòng)取料。此外還有鏈斗取料機(jī)，適用于端面或側(cè)面取料，橋式圓盤(pán)取料機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型取料機(jī)，適于端面取料。

圖3 所示為可移動(dòng)懸臂式堆料機(jī)，可用于室內(nèi)外的預(yù)均化堆場(chǎng)，圖4為橋式刮板取料機(jī)。

（5）影響均化效果的因素

均化效果與均化堆場(chǎng)的形式、堆取料方式、堆取料機(jī)特性等有關(guān)，還與預(yù)均化物料成分的波動(dòng)情況、標(biāo)準(zhǔn)偏差有關(guān)，因此進(jìn)入堆場(chǎng)的物料成分波動(dòng)越小，均化效果也越小。另外，計(jì)算化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)應(yīng)扣除分析偏差。

計(jì)算預(yù)均化堆場(chǎng)的均化效果公式如下：

式中：H——均化效果

Sin,Sout——入料、出料成分測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差

SA——分析偏差（通過(guò)10次以上測(cè)定，計(jì)算測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差）

預(yù)均化堆場(chǎng)的料層數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差有一定關(guān)系，但料層數(shù)超過(guò)50層時(shí)，輸出的標(biāo)準(zhǔn)偏差才會(huì)顯著地減少，而隨著料層層數(shù)的增加，均化效果提高得并不明顯，料層數(shù)可介于50～600之間。

精確地計(jì)算預(yù)均化堆場(chǎng)的均化效果是不可能的，這是因?yàn)榱蠈雍穸仁遣淮_定的，它受操作系統(tǒng)的運(yùn)行誤差影響較大，另外堆場(chǎng)的兩個(gè)端部由于狀況不同于料堆的其他部分，存在著“端錐效應(yīng)”，對(duì)均化效果有顯著的影響。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，為了控制或保證預(yù)均化效果，在考慮長(zhǎng)期偏差和短期偏差時(shí)，均化效果H要控制在3～6。

3.3 生料均化及均化庫(kù)

經(jīng)過(guò)原料預(yù)均化一般是達(dá)不到生料均化度的要求的，必須通過(guò)生料均化設(shè)施使生料成分滿(mǎn)足熟料燒成工序的要求。

生料的均化在均化庫(kù)內(nèi)進(jìn)行，生料庫(kù)還具有儲(chǔ)存的功能，均化庫(kù)雖有多種形式，但根據(jù)粉體的重力流動(dòng)理論與氣力攪拌混合均化的理論開(kāi)發(fā)的連續(xù)式均化庫(kù)，已逐步代替了機(jī)械式倒庫(kù)和間接式均化庫(kù)。

（1）均化效率

均化效率是表示均化庫(kù)性能的重要指標(biāo)，均化前后被均化物料中某組分的標(biāo)準(zhǔn)偏差之比，就稱(chēng)為該均化庫(kù)的某段時(shí)間內(nèi)的均化效率Ht，見(jiàn)公式（2）。

式中：Ht——均化時(shí)間為t的均化效率

S0——均化初始狀態(tài)時(shí)，被均化物料中某組分含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差

St——均化時(shí)間為t時(shí)，被均化物料中某組分含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差

在連續(xù)式均化庫(kù)中，實(shí)際是以生料碳酸鈣為某組分進(jìn)行測(cè)定的，均化時(shí)間是以入庫(kù)物料到出庫(kù)為一比較基準(zhǔn)值而設(shè)定的，這樣考慮的話(huà)，各種大型連續(xù)式均化庫(kù)均化效率在5～10。

（2）均化庫(kù)類(lèi)型

生料均化庫(kù)有間歇式和連續(xù)式兩種，現(xiàn)在一般都采用連續(xù)式。間歇式生料均化庫(kù)的進(jìn)料-充氣攪拌-出料是單獨(dú)進(jìn)行的，因此單位耗氣量大電耗高，但均化效果有保證。然而并非充氣攪拌時(shí)間越長(zhǎng)就越好，因?yàn)楫?dāng)生料充分流態(tài)化以后，隨著充氣時(shí)間的延長(zhǎng)，生料顆粒按其大小、形狀、比重的差異而發(fā)生離析現(xiàn)象，所以均化效果反而會(huì)變差。在一般單位耗氣量情況下，充氣攪拌時(shí)間不易超過(guò)1h。間歇式生料均化庫(kù)適用于中小型生產(chǎn)規(guī)模。

所謂連續(xù)式均化庫(kù)，就是在一個(gè)生料庫(kù)內(nèi)進(jìn)料和出料同時(shí)進(jìn)行，而且在出料的過(guò)程中同時(shí)完成均化作業(yè)，所以適合大型現(xiàn)代化水泥廠(chǎng)使用。

實(shí)際的生料均化庫(kù)是利用壓縮空氣的流化卸料作用，再利用粉體的重力流動(dòng)的漏斗流，使之產(chǎn)生混合效應(yīng)，既增加了混合效果又減少了電耗。連續(xù)式均化庫(kù)的類(lèi)型很多，如：混合室均化庫(kù)（Claudius Peters公司，分為錐形混合室均化庫(kù)、柱型混合室均化庫(kù)和新型彼得斯混合室均化庫(kù)）、帶減壓錐的均化庫(kù)、帶中心錐的均化庫(kù)（IBAU庫(kù)）、多點(diǎn)流式均化庫(kù)、可控流均化庫(kù)（CF庫(kù)）等。圖5所示是倒置圓錐（中心錐）的生料均化庫(kù)，圖6所示是丹麥?zhǔn)访芩构鹃_(kāi)發(fā)的可控流生料均化庫(kù)(CF庫(kù))，這是完全利用料倉(cāng)“漏斗流”原理開(kāi)發(fā)的大型生料庫(kù)。這兩種形式的均化庫(kù)國(guó)內(nèi)都有使用。

3.4 高效選粉機(jī)

分級(jí)一般分為篩分法和流體分級(jí)法。篩分是利用顆粒幾何尺寸的不同，借助于具有一定大小孔徑或縫隙的篩面進(jìn)行的分級(jí)，一般僅適用于100μm以上顆粒分級(jí)操作，根據(jù)篩面的運(yùn)動(dòng)方式可分為固定式和運(yùn)動(dòng)式。在水泥廠(chǎng)內(nèi)一般只用回轉(zhuǎn)式圓筒篩或振動(dòng)篩，因?yàn)闈穹ㄉa(chǎn)水泥工藝逐漸被淘汰，固定式弧形篩（曲面）已不多見(jiàn)了。

流體分級(jí)是按照不同粒徑的顆粒在流體介質(zhì)中受到離心力、重力、慣性力等的作用，產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)軌跡而實(shí)現(xiàn)不同粒徑顆粒的分級(jí)。流體分級(jí)可分為干式分級(jí)（氣流分級(jí)）與濕式分級(jí)（水力分級(jí)），在干法水泥生產(chǎn)操作中只用氣流分級(jí)。氣流分級(jí)可分為兩大類(lèi)：靜態(tài)分級(jí)與動(dòng)態(tài)分級(jí)。最近隨著分級(jí)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了動(dòng)靜態(tài)組合式高效選粉機(jī)，出現(xiàn)了以日本小野田水泥公司開(kāi)發(fā)的O-Sepa選粉機(jī)為代表的第三代選粉機(jī)。

3.5 超細(xì)選粉機(jī)

一般來(lái)說(shuō)使用超細(xì)分級(jí)裝置必須具備的條件是：

（1）顆粒物料在進(jìn)入分級(jí)裝置前必須高度分散；

（2）分級(jí)室內(nèi)應(yīng)有兩個(gè)以上的對(duì)抗力，第一力有重力、慣性力、離心力等，第二力有物理障礙物、阻力、摩擦力、磁力、靜電力、浮力等；

（3）存在有顆粒特性的差別，如粒徑、形狀、表面性質(zhì)、磁性、靜電性、比重等；

（4）物料的可輸送性；

（5）分細(xì)產(chǎn)物的可捕集性。

超細(xì)顆粒分級(jí)最關(guān)鍵的是顆粒分散，因?yàn)槌?xì)顆粒在氣相中由于相互之間的碰撞和附著而形成凝聚，這是因?yàn)椴祭蔬\(yùn)動(dòng)、流體速度差、紊流和160dB以上的聲波作用。常采用的氣流分散方法，就是在均勻流場(chǎng)中急劇加速，由于大小兩顆粒之間所受到的作用力不同而使得團(tuán)聚的顆粒分散，也有利用剪切流場(chǎng)的速度差使粉料分散的，或用與障礙物的沖擊而達(dá)到分散的目的。

這里所說(shuō)的“超細(xì)”是相對(duì)的概念，一般指亞微米的顆粒，不是嚴(yán)格意義上的超細(xì)定義。國(guó)內(nèi)水泥工業(yè)開(kāi)發(fā)的TCX型超細(xì)選粉機(jī)，為蝸殼體結(jié)構(gòu)，分為殼體、導(dǎo)風(fēng)裝置和籠式轉(zhuǎn)子等部分，轉(zhuǎn)子內(nèi)部設(shè)渦流消除裝置，避免了渦流產(chǎn)生，提高了選粉效率，降低了內(nèi)部阻力和磨損，并且轉(zhuǎn)子和殼體間采用迷宮式和氣倉(cāng)式雙重密封裝置，具有高分散作用的進(jìn)料口保證物料均勻分散到整個(gè)選粉區(qū)。生產(chǎn)超細(xì)水泥的產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)800m2/kg以上，平均粒徑2～3μm，最大粒徑＜10μm。

3.6 水泥粒度檢測(cè)[3]

（1）水泥細(xì)度表征技術(shù)最近發(fā)展很快，主要采用光學(xué)、電學(xué)的原理，實(shí)現(xiàn)了光機(jī)電一體化，具有測(cè)速快、統(tǒng)計(jì)精度高的特點(diǎn)，符合現(xiàn)代水泥細(xì)度表征在線(xiàn)化的要求，其中激光粒度儀已有20多年的發(fā)展歷史，在生產(chǎn)和科研中得到了廣泛采用。

現(xiàn)在一般采用的是激光衍射法，顆粒越小衍射角越大，粒徑的分布可通過(guò)分析透射鏡聚焦面上光環(huán)之間的能量分布而獲得。此外，用專(zhuān)門(mén)相機(jī)拍攝顆粒形狀的圖像，再用傅立葉轉(zhuǎn)換對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字處理，也可得到粒度分布。激光粒度分布儀的表征范圍可以擴(kuò)大，如各種定義的平均粒徑、比表面積等。國(guó)內(nèi)一些水泥廠(chǎng)已開(kāi)始采用這種儀器進(jìn)行水泥產(chǎn)品分析，如Malvern Insitec在線(xiàn)粒徑/細(xì)度監(jiān)控系統(tǒng)、Xoptix在線(xiàn)粒徑監(jiān)控系統(tǒng)、法國(guó)Cilas粒度測(cè)定儀、我國(guó)歐美科公司的LS-C(I)激光粒度分布儀等。通過(guò)測(cè)定水泥磨產(chǎn)品的顆粒組成，可以指導(dǎo)水泥磨生產(chǎn)，建立起粒度分布與強(qiáng)度的關(guān)系，以便達(dá)到增產(chǎn)降耗的目的。現(xiàn)代新型激光粒度分布儀均已具有在線(xiàn)測(cè)定功能。

（2）高分散、高比表面積測(cè)定儀器，隨超細(xì)粉體產(chǎn)品的出現(xiàn)而逐步得到了發(fā)展，例如超細(xì)水泥一般比表面積達(dá)500～1000m2/kg,，細(xì)磨礦渣與粉煤灰為400～800m2/kg。由于BET法測(cè)定的比表面積不具有與水泥比表面積的可比性，另外低壓透氣法還不普遍，故實(shí)用性強(qiáng)、性能好的高分散、高比表面積測(cè)定儀器還在發(fā)展中。

（3）在我國(guó)的水泥細(xì)度測(cè)定中，具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的是篩分法和透氣比表面積法，故今后隨著技術(shù)發(fā)展的需要，要補(bǔ)充水泥粒度分布測(cè)定方法和高分散物料比表面積測(cè)定方法的標(biāo)準(zhǔn)。

4 水泥工業(yè)處置廢棄物對(duì)粉體技術(shù)的需求[4]

4.1 廢棄物的前處理技術(shù)與設(shè)備

（1）磁選和分選設(shè)備

在產(chǎn)業(yè)廢棄物中免不了摻有鐵質(zhì)物質(zhì)，因此高效的磁選設(shè)備是十分必要的。另外要適應(yīng)不同產(chǎn)業(yè)廢棄物的分級(jí)分離特性，而出現(xiàn)了對(duì)各種分選設(shè)備的需求。利用固體物料本身特性的差異，如比重、色彩、成分等特性把固體顆粒分離分選的技術(shù)，雖然是古典的選礦方法，但隨著廢棄物再循環(huán)利用技術(shù)的發(fā)展而得到了重視和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，在廢棄物利用的前處理中回收有用的資源起著重要的作用。在日本已出現(xiàn)用于汽車(chē)拆分、廢家電和電子零部件、廢塑料、城市垃圾、粉煤灰、建筑廢棄物等的分級(jí)機(jī)，在廢棄物的分離分選上表現(xiàn)得非常活躍。

（2）破碎與壓縮固化設(shè)備

水泥工業(yè)通常使用的破碎設(shè)備是為了石灰石和粘土等的破碎，但廢棄物很復(fù)雜，原有的破碎設(shè)備很可能不能適應(yīng)，現(xiàn)在國(guó)外已出現(xiàn)許多產(chǎn)業(yè)廢棄物的破碎設(shè)備，如建筑廢材、粗大垃圾、廢塑料和廢木材用的3輥或4輥強(qiáng)力破碎機(jī)，還有針對(duì)廢紙、纖維狀廢料和橡膠類(lèi)廢棄物的破碎機(jī)等，新出現(xiàn)的4輥二段式粉碎機(jī)，可以把廢棄物破碎到25mm以下，移動(dòng)式粗大垃圾破碎機(jī)使用起來(lái)很方便。此外還有用于城市垃圾和產(chǎn)業(yè)廢棄物不燃物的減容及固化的壓縮成形機(jī)，這種減容固化機(jī)，可以把塑料、城市垃圾等進(jìn)行壓縮和強(qiáng)力固化，形成有一定外形的代用燃料或再利用原料，這樣處理之后，雜亂且占有很大空間的廢棄物，可以變得整齊且小型化，減少使用空間，使得運(yùn)輸儲(chǔ)存處理都很方便。

（3）專(zhuān)用移送與給料設(shè)備

當(dāng)水泥廠(chǎng)使用廢棄物之后，進(jìn)廠(chǎng)廢棄物的種類(lèi)和批量差別很大，并存在很大的變化性，因此需要可移動(dòng)的、靈活操作的廠(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸和給料設(shè)備。國(guó)外一些廠(chǎng)家已開(kāi)發(fā)了這方面的一些裝置，如Aumund集團(tuán)B&W公司的薩姆森帶式給料機(jī)，可以直接從自卸卡車(chē)接受物料，然后向前傳送到次級(jí)給料器或物料接受點(diǎn),全套裝置可以是全封閉的或部分封閉，沒(méi)有操作時(shí)的粉塵污染。

（4）通用設(shè)備

干燥設(shè)備有流化床干燥機(jī)、沸騰床干燥機(jī)、回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)，液體物料分離器有過(guò)濾機(jī)和壓濾機(jī)，清堵助流設(shè)備有空氣炮清堵器等，此外還有閥門(mén)、泵和風(fēng)機(jī)等，這些設(shè)備和裝置都是處置廢棄物必需的，對(duì)這些通用設(shè)備的要求是：耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐磨、耐沖擊，有時(shí)需要的直徑變化范圍較大。

4.2 污染物監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)

所需的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)裝置很多。由于光學(xué)、機(jī)電學(xué)、微電子技術(shù)、粉體技術(shù)、儀表制造技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，近代檢測(cè)技術(shù)和儀表裝置有了很大進(jìn)步，出現(xiàn)了許多光機(jī)電一體化儀器，使得水泥生產(chǎn)控制提高到空前水平。水泥生態(tài)化后，除了一般常規(guī)檢測(cè)的顆粒物、SO2、NOx、氟化物、噪音等內(nèi)容外，重要的是對(duì)擬采用的廢棄物、生料、水泥、混凝土以及廢水等有害元素和重金屬的檢測(cè)，如Sb、As、Be、Cd、Cr、Co、Cu、Sn、Hg、Ni、Pb、Se、Ti、Zn及二惡英類(lèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

由于粉體技術(shù)的進(jìn)步，相關(guān)科技領(lǐng)域水平的提高，使得水泥生產(chǎn)技術(shù)得到了飛快發(fā)展和進(jìn)步，然而，由于全球性的人口、資源、環(huán)境矛盾尖銳，中國(guó)水泥工業(yè)的現(xiàn)代化面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)[5]，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，走新型工業(yè)化道路，將繼續(xù)成為下一個(gè)五年規(guī)劃的戰(zhàn)略目標(biāo)，水泥工業(yè)以它得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，必然成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的組成部分。中國(guó)水泥工業(yè)現(xiàn)在已開(kāi)始向生態(tài)化進(jìn)軍，急需廢棄物預(yù)處理和處理、污染物減排和防治、有害元素和重金屬的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)的各種創(chuàng)新粉體技術(shù)、設(shè)備的支持，這已成為粉體技術(shù)在水泥領(lǐng)域應(yīng)用的新進(jìn)展。

參考資料：

[1]韓仲琦.水泥和粉體——制備、改性與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2]天津市硅酸鹽學(xué)會(huì)天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院.華北地區(qū)硅酸鹽學(xué)會(huì)第八屆學(xué)術(shù)技術(shù)交流會(huì)論文集[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社,2005.

[3]盧壽慈.粉體加工技術(shù)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999.

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[5]左鐵鏞.加速發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)[J].中國(guó)建材.2005,（10），10-11.

[6]楊南如.一類(lèi)新的膠凝材料.水泥技術(shù)[J].2004,3:11-14.

Innovation and Application of Powder Technology in Cement Industry

HAN Zhong-qi
(Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co,Ltd.Tianjin,300400,China)

In the cement production process,bulk materials handling are concerned in all processes from raw materials mine to finished products,therefore powder technology development and progress are of great significance for the cement industry.In this paper,main research contents of powder technology and the application of innovative powder technologies in the cement industry are introduced.Also the requirements for powder technology and equipments from the perspective of wastes disposal in cement industry are presented,which becomes the new application of powder technology in cement industry.

Cement industry;Powder technology;Waste;Resource

TQ172.63

A

1001-6171（2011）02-0026-06

2010-09-27； 編輯：沈 穎

韓仲琦（1939-），男，北京人，教授級(jí)高級(jí)工程師，粉體工程專(zhuān)業(yè)，中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)顆粒制備與處理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員，天津市硅酸鹽學(xué)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)，《中國(guó)粉體技術(shù)》雜志編委，政府特貼獲得者。目前研究領(lǐng)域?yàn)樗喙I(yè)的綠色技術(shù)。