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活化矿渣微粉的生产技术

技术交流

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活化矿渣微粉的生产技术

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技术交流
作者:
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2009/11/11
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四平市宏桥水泥技术研究所所长 高级工程师 李喜才

引言 生产水泥需要大量水泥硅酸盐熟料,由于生产熟料需要消耗大量能源,熟料生产成本也高于其他混合材料,所以我们不断地寻求活性高、成本低的混合材料,借以等量替代部分熟料或水泥用量,提高混凝土的综合性能,达到降低生产成本,节能减排的目的。

1 矿渣与矿渣的选择

由于冶炼工艺及其原材料不同,矿渣的质量存在较大的差异。利用不同质量的矿渣,粉磨相同比表面积的矿渣微粉,活性指数相差很大。

活性化学成分CaO、MgO、Al2O3相加之和与惰性化学成分SiO2等相加之和的比值为质量系数,生产矿渣微粉要优先选择质量系数高的碱性矿渣。河北邯钢、贵州水钢的碱性矿渣,活性成分多,惰性成分少;云南曲靖、四川内江的酸性矿渣活性成分少,惰性成分多。见表1

表1 邯钢、水钢、伢钢及曲靖、内江的矿渣化学成分

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2 粉磨设备的选择

2.1 立式磨机

立式磨机生产比表面积400㎡/kg左右矿渣微粉时,磨机产量高,电耗40kwh/h左右;生产比表面积500㎡/kg左右的矿渣微粉,磨机产量急剧下降,电耗较高。因此,立式磨机比较适合生产S75级矿渣微粉,不适合生产S95级、S105级矿渣微粉。

2.2 管磨机(球磨机)

闭路球磨粉磨系统,尽管把筛余细度控制的很小,较大的颗粒仍然极易被选入成品中,不利于提高矿粉的比表面积,影响矿粉活性发挥。

国内大多数企业生产矿渣微粉均选用球磨机并采用开路球磨粉磨系统,产品比表面积可达到500㎡/kg以上,多数颗粒分布在2~40um之间,颗粒组成比较合理,潜在活性发挥好,对混凝土强度、性能发挥作用好。

3 普通矿渣微粉

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450㎡/kg时,由于研磨介质产生静电吸附造成颗粒聚集、糊球,产生过粉磨现象,造成矿渣微粉比表面积降低,磨机产量大幅度降低,电耗大幅幅度增加。在正常的球磨机生产中,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450㎡/㎏时,常规配球的φ1.83m×7.0m开流磨产量仅为1.5t/h,而φ2.4m×13m开流磨产量尚不足7t/h(罗凡 等,矿渣粉磨特性及其相关参数的探讨《水泥》2002.01),粉磨电耗达到100 kwh/ t左右。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100 kwh/t左右时的产量

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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10%左右的粉煤灰达到助磨作用,比表面积控制在380㎡/㎏~420㎡/㎏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部分粉煤灰、石灰石的矿渣微粉在电耗80kwh/t左右时的产量

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矿渣微粉比表面积控制在400㎡/㎏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,但却降低矿渣微粉的活性,限制了矿渣微粉的掺加量,一般只能掺入水泥20%左右,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。

4 活化矿渣微粉

试验结果表明,矿渣的比表面积只有达到480㎡/㎏左右时,大多数颗粒分布在2~40um之间,其潜在的活性才能完全发挥出来,对混凝土强度的发挥起决定性作用。

在粉磨矿渣时加入矿渣助磨活化剂激发矿渣微粉活性,并且消除过粉磨现象,矿渣微粉比表面积达到450㎡/kg ~550㎡/kg,粉磨系统电耗55kwh/t~70kwh/t,中性矿渣,7d活性指数即可达到95%~100%,生产出来的矿渣微粉称之为活化矿渣微粉。碱性矿渣,纯活化矿渣微粉3d抗压强度可达到9~17Mpa之间、28d抗压强度可达到35~39Mpa之间;利用这种质量的活化矿渣微粉掺入25%左右熟料,3d抗压强度可达到20Mpa以上、28d抗压强度可达到45Mpa以上。一般矿渣水泥常存在早期强度偏低问题,而活化矿渣微粉恰恰可以弥补掺入水泥后3d强度偏低的不足,掺入水泥40%左右活化矿渣微粉,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高的胶凝材料混合料。

4.1 矿渣烘干

矿渣呈空心粒状,易含水。出厂的矿渣水分含量在25%左右,经过运输、储存过程,水分仍然保持在8%~15%左右,立式磨机生产矿渣微粉可直接使用。利用球磨机生产矿渣微粉,矿渣入磨水分要求控制在0.5%~2.5%之间。矿渣烘干时避免高温影响矿渣活性下降,因为矿渣在高温状态下经过水淬急冷后依然保持了活性。逆流式烘干工艺,将经过水淬急冷后的矿渣又重新经过高温还原,经试验证明,这种烘干工艺对矿渣活性的影响平均可下降12~15%。

4.2 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,主要成分有三乙醇胺、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。矿渣分别加入某厂BB2型助磨剂0.5%、HQ矿渣助磨活化剂0.1%,粉磨到比表面积507㎡/㎏时,活性指数对比如下,见表4

表4 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1

4.3 磨内结构及技术要求

粉磨矿渣与粉磨水泥、生料在磨内结构方面有很大区别,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多,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件,由于要求比较严格,制造精度高,需要专业制造厂生产。

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钢锻为主。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<0.5%。

4.4 活化矿渣微粉技术电耗低

由于对球磨机设备内部的部件进行改造,加入矿渣助磨活化剂消除静电现象等采取的一系列技术措施,仅以粉磨矿渣为原料,不加入粉煤灰,活化矿渣微粉比表面积达到450㎡/kg以上时。粉磨电耗达到50~60kwh/t,各规格开路矿粉磨机活化矿渣微粉产量指标见表5

表5 不同规格开路磨机以纯矿渣在电耗50~60kwh/t时活化矿渣微粉的产量

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经过(国家)建筑材料工业技术情报研究所对《四平市宏桥水泥技术研究所》的 “矿渣活化微粉”项目的科技查新:并没有查到利用开路球磨机生产矿渣微粉(在粉磨的过程中不掺入粉煤灰),比表面积达450㎡/㎏以上,电耗60kwh/t以内的文献报道。

5 相同设备不同技术的效益比较

以3.2m×13m开路球磨机(装机1600kw)为例,生产比表面积450㎡/㎏矿渣微粉(不掺入粉煤灰),如每吨矿粉利税100元,设备运转率按照90%计算。产量效益—见下表

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矿渣微粉吨成本构成与及生产成本的对比(电价0.55元/kwh)——见下表

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同比条件,活化矿渣微粉技术比较普通矿渣微粉技术年增产增效777.6万元;每年降低生产成本439.2万元(20.92元/吨×20.9952万吨),二项多增加效益1216.8万元/年,每吨降低成本58元(1216.8万元/20.9952万吨)。所以,利用本技术在全国任何一个地区生产活化矿渣微粉,都具有明显的质量优势及生产成本的竞争能力和抗风险能力。

6 结论

生产、应用活化矿渣微粉,不但降低企业的生产成本,提高产品的质量和性能,还节约大量的能源,减少环境污染。活化矿渣微粉是国家科研成果,国家扶持的资源与环境项目领域—发展清洁与循环经济的关键技术—工业固体废物资源化处理技术。利国利民,应大力推广、应用,转化生产。

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