發(fā)揮礦渣微粉最大活性性能

  1 前言 
  隨著人們對礦渣微粉的性能和經(jīng)濟價值的逐漸認(rèn)識,最近幾年,很多水泥企業(yè)、水泥制品、混凝土企業(yè)都在生產(chǎn)、應(yīng)用礦渣微粉。
 
  由于礦渣、水泥物料的粒度、易磨性等條件不同,生產(chǎn)礦渣微粉歷史短,經(jīng)驗不足等原因,有些企業(yè)生產(chǎn)礦渣微粉的設(shè)備產(chǎn)量低、電耗高,礦渣微粉的活性指數(shù)低,沒有完全發(fā)揮礦渣微粉最大活性性能。
 
  針對這些問題,探討如何在粉磨礦渣電耗比較低的情況下,提高礦渣微粉的比表面積,提高礦渣微粉活性指數(shù),發(fā)揮其最大的活性性能。
 
  高活性指數(shù)礦渣微粉應(yīng)用到水泥可等量替代大量熟料、應(yīng)用到混凝土可等量替代大量水泥,并且能夠提高混凝土的綜合性能,達(dá)到降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排目的。
 
  2 目前礦渣的粉磨狀況
  礦渣在粉磨過程中,比表面積增長十分緩慢,當(dāng)?shù)V渣微粉比表面積大于450㎡/kg時,由于研磨介質(zhì)產(chǎn)生靜電吸附現(xiàn)象,造成顆粒聚集、糊球,致使磨機產(chǎn)量降低,電耗增加,產(chǎn)品比表面積降低。
 
  有的企業(yè)為了提高產(chǎn)量降低電耗,在礦渣粉磨的同時加入10%左右的粉煤灰,起到助磨作用,其結(jié)果是磨機產(chǎn)量有所提高,礦渣微粉活性卻下降,其潛在的活性性能卻沒有完全發(fā)揮,這種礦渣微粉只能摻入水泥15%以下,才能保證原水泥的強度指標(biāo)不降低。
 
  目前國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)礦渣微粉比表面積在380㎡/kg~420㎡/kg之間,礦渣微粉活性并沒有完全發(fā)揮,摻入水泥后雖然后期強度有所增長,但是,3d強度卻降低3~5Mpa,活性指數(shù)≤S75級礦渣微粉國家標(biāo)準(zhǔn)。
 
  這種粉磨方式存在:
 一、磨機產(chǎn)量低,電耗高。
  在普通的球磨機生產(chǎn)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(shù)為23kwh/t的礦渣,產(chǎn)品比表面積達(dá)到450㎡/㎏時,常規(guī)配球的φ1.83m×7.0m開流磨產(chǎn)量僅為1.5t/h,而φ2.4m×13m開流磨產(chǎn)量尚不足7t/h(參考文獻:羅凡 等,礦渣粉磨特性及其相關(guān)參數(shù)的探討《水泥》2002.01)
 
  國內(nèi)外多數(shù)企業(yè)利用開路球磨機生產(chǎn)礦渣微粉,在不摻粉煤灰的情況下,比表面積450㎡/㎏以上時,電耗達(dá)到90kwh/t~130kwh/t,統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。
 
表1  礦渣微粉比表面積450㎡/㎏以上,各規(guī)格開路球磨機產(chǎn)量與電耗
 
磨機規(guī)格
1.83m×7.0m
2.2m×7.0m
2.4m×13m
2.6m×13m
3.0m×13m
3.2m×13m
臺時t/h
1.8~2.8
3.0~4.0
7.0~9.0
9.0~11.0
13.0~15.0
16.0~18.0
電耗kwh/t
135~90
125~95
115~90
110~90
105~90
100~90
 
  二、礦渣 微粉活性指數(shù)低。
  摻入粉煤灰的礦渣微粉,密度<2.8,不符合礦渣微粉國家標(biāo)準(zhǔn),活性指數(shù)低,這種礦渣微粉摻入水泥、混凝土相對比例少,其經(jīng)濟價值也比較低。
 
  隨著企業(yè)質(zhì)量意識不斷提高,尤其是建筑工程對礦渣微粉的質(zhì)量要求已經(jīng)不再僅僅滿足S75級,他們要求礦渣微粉達(dá)到S95級或S105級標(biāo)準(zhǔn)。目前,新建高速鐵路的混凝土工程在設(shè)計時就要求摻入一定比例的S95級標(biāo)準(zhǔn)以上的礦渣微粉。
 
  國家新出臺《用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉》中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18046—2008》于2008年7月1日執(zhí)行,廢除《GB/T 18046—2000》標(biāo)準(zhǔn)。把原來的S105級比表面積≥350㎡/㎏指標(biāo)修改為≥500㎡/㎏,體現(xiàn)生產(chǎn)高比表面積、高活性指數(shù)礦渣微粉的意義,S105級礦渣微粉將設(shè)計應(yīng)用在國家重點建設(shè)工程上。
 
  因此,如何提高礦渣微粉的早期(7d)活性指數(shù),達(dá)到75%或95%以上,如何發(fā)揮礦渣微粉最大的活性性能,是我們急待解決的問題。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18046—2008技術(shù)指標(biāo)見表2。
 
表2 用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉
 
項        目
級    別
S105
S95
S75
密度g/cm3               ≥
2.8
比表面積m2/kg           ≥
500
400
300
活性指數(shù)/%  ≥
7d
95
75
55
28d
105
95
75
流動度比/ %               ≥
95
含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%     ≤
1.0
三氧化硫(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%   ≤
4.0
氯離子(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%     ≤
0.06
燒失量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%     ≤
3.0
玻璃體含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%  ≥
85
放射性
合格
 
  3  問題的解決
  由于礦渣易磨性較差,利用不同的礦渣粉磨技術(shù),其質(zhì)量、產(chǎn)量差別很大。國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),礦渣微粉的比表面積只有達(dá)到480㎡/㎏以上時,大多數(shù)顆粒分布在2~40um之間,其活性才能發(fā)揮出來,對混凝土強度的發(fā)揮起決定性作用。用激光粒度分析儀對活化礦渣微粉顆粒分布進行測定結(jié)果見表3表3  礦渣微粉比表面積450㎡/㎏以上的顆粒分布
 
粒徑um
<2
<4
<6
<9
<12
<17
<21
<27
<36
<45
累計含量%
10
20
30
40
50
60
70
80
90
98
 
  提高礦渣微粉的活性主要通過物理作用和化學(xué)作用二種方法。宏橋水泥技術(shù)研究所研究利用球磨機生產(chǎn)礦渣微粉,通過一系列技術(shù)途徑、摻入礦渣助磨活化劑,達(dá)到礦渣微粉比表面積高(不摻粉煤灰),礦渣微粉活性指數(shù)高,粉磨電耗低、磨機產(chǎn)量高的效果。
 
  3.1 物理作用
  利用開路球磨機設(shè)備研磨方法生產(chǎn)礦渣活化微粉,是在充分利用原有設(shè)備條件的情況下,對磨內(nèi)部件技術(shù)改造,應(yīng)用高效、特殊的內(nèi)篩分雙層隔倉板裝置、出磨篦板,選擇合適的襯板及鋼球鋼段,是保證低電耗生產(chǎn)比表面積550㎡/㎏左右礦渣微粉的硬件措施條件。
 
  甘肅某廠一個2.2m立式磨機生產(chǎn)礦渣微粉,比表面積500㎡/㎏以上,活性指數(shù)低,達(dá)不到S95級礦渣微粉標(biāo)準(zhǔn)。所以說礦渣微粉比表面積高并不等于活性指數(shù)一定高,還要通過化學(xué)激發(fā)辦法提高礦渣活性指數(shù)。
 
  3.2  化學(xué)作用
  礦渣在粉磨的過程中通過加入礦渣助磨活化劑,礦渣微粉比表面積可以達(dá)到500㎡/㎏~700㎡/㎏,同時在化學(xué)激發(fā)的作用下提高礦渣微粉活性。質(zhì)量系數(shù)比較高的中性或堿性礦渣,7d礦渣活性指數(shù)可以達(dá)到100%左右,同比提高礦粉標(biāo)準(zhǔn)1個等級。
礦渣助磨活化劑能夠消除球磨機研磨體靜電吸附現(xiàn)象,具有很好的助磨、提高粉磨效率作用,同比開路球磨機可增加產(chǎn)量20%以上。
 
  這些硬件措施具備之后,還要有一個重要的因素——技術(shù)措施。
 
  3.3  技術(shù)措施
  根據(jù)礦渣的易磨性、磨機的長度,確定合理的倉位、倉長;選擇合理的研磨體級配方案,如平均球徑、填充率等等,是保證低電耗生產(chǎn)比表面積550㎡/㎏礦渣微粉的技術(shù)措施之一。
 
  球磨機外部的一些技術(shù)要求不可忽視,如對礦渣的易磨性、入磨粒度、水分,除塵設(shè)備的選型及風(fēng)壓、風(fēng)量的參數(shù)確定等等;即使是烘干設(shè)備的選型和烘干形式,也不可忽視,因為烘干設(shè)備工藝不當(dāng),對礦渣活性的影響可下降12~15%。
 
  以上三方面的技術(shù)途徑,必須完全做到。如果缺少某個方面技術(shù)措施,必然會造成礦渣微粉比表面積低、活性指數(shù)低、磨機產(chǎn)量低、粉磨電耗高、生產(chǎn)成本高。只有完成這些程序化的步驟和實施最佳技術(shù)方案,才能達(dá)到:
 
  一、磨機產(chǎn)量高、電耗低。
  我們利用開路球磨機生產(chǎn)超細(xì)活化礦渣微粉,在不摻入粉煤灰的情況下,礦渣活化微粉比表面積≥450㎡/kg時,電耗控制在50~60kwh/t。比國內(nèi)外生產(chǎn)相同比表面積的礦渣微粉,電耗降低40%、產(chǎn)量提高80%左右,見表4。
 
  表4 超細(xì)活化礦渣微粉比表面積450㎡/㎏以上,各規(guī)格開路球磨機產(chǎn)量與電耗
 
磨機規(guī)格
1.83m×7.0m
2.2m×7.0m
2.4m×13m
2.6m×13m
3.0m×13m
3.2m×13m
產(chǎn)量t/h
4.0~5.0
6.5~7.5
14.0~16.0
17.0~19.0
23.0~25.0
27.0~29.0
電耗Kwh/t
61~49
60~51
57~50
59~53
61~56
59~55
 
  二、礦渣微粉活性指數(shù)高
  加入礦渣助磨活化劑,超細(xì)活化礦渣微粉7d活性指數(shù)完全可以達(dá)到或超過75%、95%,質(zhì)量才能達(dá)到S95級、S105級礦渣微粉國家標(biāo)準(zhǔn)??梢越鉀Q大摻量礦渣微粉造成水泥、混凝土早期強度偏低的技術(shù)問題,具有較高的經(jīng)濟效益。
 
  超細(xì)活化礦渣微粉不含粉煤灰,只摻入石膏、活化劑,礦渣在粉磨過程中通過機械和化學(xué)作用得到激發(fā)和活化,超細(xì)活化礦渣微粉的活性指數(shù)7d可達(dá)到100%左右。比表面積達(dá)到450㎡/㎏~550㎡/㎏的范圍時,磨機產(chǎn)量比國內(nèi)外同樣條件的磨機提高80%,質(zhì)量達(dá)到或大于礦渣微粉國家S105級標(biāo)準(zhǔn)。
 
  3.4 試驗數(shù)據(jù)對比
  以下是礦渣粉磨時加入礦渣助磨活化劑,礦渣微粉比表面積達(dá)到450㎡/㎏~550㎡/㎏之間,在實驗室、實際工業(yè)化生產(chǎn)的試驗數(shù)據(jù),說明只要把礦渣微粉的活性指數(shù)提高上去,就能實現(xiàn)生產(chǎn)水泥減少熟料用量,混凝土減少水泥用量的目標(biāo),達(dá)到企業(yè)增效目的。
 
  3.4.1 山西某水泥有限公司利用堿性礦渣(堿性系數(shù)1.10、質(zhì)量系數(shù)1.67),摻入0.1%HQ108型礦渣助磨活化劑制造超細(xì)活化礦渣微粉,制造水泥,早期強度高。50%超細(xì)活化礦渣微粉勾兌50%的32.5級水泥,3d抗壓強度是15.2Mpa,比對比樣水泥提高了0.8Mpa;利用65%的超細(xì)活化礦渣微粉摻入35%的32.5級水泥,3d的抗壓強度比水泥的3d強度提高0.6Mpa,利用75%的超細(xì)活化礦渣微粉摻25%的熟料粉,3d的抗壓強度比32.5級水泥3d抗壓強度提高4.5Mpa。見表5。
 
表5 HQ108型礦渣助磨活化劑實驗數(shù)據(jù)
 
實   驗   項   目
3天強度
28天強度
凝結(jié)時間
抗折
抗壓
抗折
抗壓
初凝
終凝
32.5級水泥
3.3
14.4
7.3
41.5
2:48
4:10
35%超細(xì)活化礦渣微粉+65%水泥
4.4
20.9
10.5
47.8
3:20
4:48
50%超細(xì)活化礦渣微粉+50%水泥
3.8
15.2
9.2
39.8
3:42
4:55
65%超細(xì)活化礦渣微粉+35%水泥
3.8
15.0
9.1
38.2
3:50
5:25
熟料粉
5.2
28.2
8.8
54.7
3:12
4:00
65%超細(xì)活化礦渣微粉+ 35%熟料粉
4.5
20.4
9.5
43.4
3:45
4:58
75%超細(xì)活化礦渣微粉+25%熟料粉
4.4
18.9
9.3
43.7
3:35
4:32
 
  3.4.2  新疆某鋼鐵公司水泥廠利用HQ131、HQ132、HQ152礦渣助磨活化劑生產(chǎn)507㎡/㎏超細(xì)活化礦渣微粉,達(dá)到S95級、S105級標(biāo)準(zhǔn),見表6。
 
表6  新疆某鋼鐵公司水泥廠生產(chǎn)的礦渣微粉達(dá)到S95級、S105級標(biāo)準(zhǔn)
 
實驗
編號
實驗項目
7dMpa
28dMpa
凝結(jié)時間
礦粉
標(biāo)準(zhǔn)
抗折
抗壓
抗折
抗壓
初凝
終凝
F
普硅水泥
6.4
29.1
8.3
44.3
3:42
5:40
 
HQ131-1
50%活化礦渣微粉+50%普硅水泥
6.6
26.9
9.8
45.3
4:05
5:23
S95
HQ132-1
50%活化礦渣微粉+50%普硅水泥
7.3
29.0
10.0
49.0
3:47
5:57
S105
HQ152-1
50%活化礦渣微粉+50%普硅水泥
7.3
28.3
9.5
49.3
3:19
5:05
S105
 
  3.4.3  山水集團某公司在φ500×500㎜試驗?zāi)C利用HQ131活化劑制成450㎡/㎏比表面積超細(xì)礦渣活化微粉,分別摻入水泥、熟料粉的試驗數(shù)據(jù)。見表7。
 
表7 在φ500㎜×500㎜試驗?zāi)C的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)
 
強度Mpa
40%活化微粉+54%熟料
50%活化微粉+44%熟料
60%活化微粉+34%熟料
20%活化微粉+42.5水泥
30%活化微粉+42.5水泥
40%活化微粉+42.5水泥
3d抗折
4.7
4.4
4.0
5.4
5.2
4.9
3d抗壓
22.0
18.9
17.5
25.2
23.6
21.2
28d抗折
8.6
9.0
8.7
9.1
8.8
8.5
28d抗壓
56.4
55.9
54.2
52.6
53.4
53.2
 
  3.4.4 河北某水泥有限公司利用礦渣助磨活化劑在φ500㎜×500㎜試驗?zāi)C粉磨超細(xì)礦渣活化微粉,35%~55%超細(xì)活化礦渣微粉摻入32.5級水泥,摻入35~55%活化微粉的水泥,比未摻入活化微粉的水泥3d抗壓強度平均提高6.3Mpa;28d抗壓強度平均達(dá)到51.4Mpa;55%~75%超細(xì)活化礦渣微粉摻入熟料粉,55~75%的活化礦渣微粉生產(chǎn)的水泥,比未摻入活化礦渣微粉的水泥3d強度提高3.8Mpa;28d抗壓強度平均達(dá)到60.9Mpa,見表8。
 
表8 在φ500㎜×500㎜實驗?zāi)C的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)
 
形式
實  驗  項  目
3d強度
28d強度
凝結(jié)時間
抗折
抗壓
抗折
抗壓
初凝
終凝
成品
32.5級水泥,細(xì)度4%
2.5
13.0
 
 
 
 
勾兌
35%超細(xì)活化礦渣微粉+65%水泥
3.9
20.2
10.7
47.2
3:21
6:06
45%超細(xì)活化礦渣微粉+55%水泥
4.0
19.0
10.9
52.8
3:37
6:35
55%超細(xì)活化礦渣微粉+45%水泥
3.6
18.6
10.1
54.1
3:27
5:31
粉磨
熟料粉,細(xì)度4%,382㎡/㎏
 
 
 
 
 
 
勾兌
75%超細(xì)活化礦渣微粉+25%熟料粉
3.1
14.0
11.2
58.7
2:59
6:32
65%超細(xì)活化礦渣微粉+35%熟料粉
3.90
18.9
10.2
59.7
2:30
6:09
55%超細(xì)活化礦渣微粉+ 45%熟料粉
3.4
17.4
9.4
64.4
2:45
5:31
 
  3.4.5  河北某水泥廠在2.4m×9m磨機生產(chǎn)超細(xì)礦渣活化微粉,30%超細(xì)礦渣活化微粉摻入32.5級水泥,比未摻入活化微粉的水泥3d強度平均提高4.8Mpa,見表9。
 
表9 2.4m×9.0m磨機生產(chǎn)質(zhì)量檢驗報告
 
形式
實    驗    項    目
3d抗折強度Mpa
3d抗壓強度Mpa
成品
32.5級水泥  細(xì)度4%
2.60
12.1
1#
30%超細(xì)活化礦渣微粉+70%水泥
3.70
16.8
2#
30%超細(xì)活化礦渣微粉+70%水泥
3.6
17.0
 
  3.4.6  工業(yè)化生產(chǎn)超細(xì)礦渣活化微粉效果好于試驗小磨機。
  山東某水泥廠利用HQ131礦渣助磨活化劑分別在φ500㎜×500㎜實驗小磨粉磨、2.4m×13m球磨機粉磨生產(chǎn)超細(xì)活化礦渣微粉,用20%熟料粉,5%石膏粉和75%超細(xì)活化礦渣微粉勾兌成水泥,3d抗折、抗壓強度對比如下表10。
 
 
φ500㎜×500㎜
2.4m×13m球磨機
3d抗折Mpa
3.7
4.1
3d抗壓Mpa
14
15.2
 
  4 礦渣的選擇
  由于鋼鐵廠的冶煉工藝及其原材料不同,礦渣的質(zhì)量存在較大的差異。利用不同質(zhì)量的礦渣,粉磨相同比表面積的礦渣微粉,活性指數(shù)相差很大。
 
  有多種礦渣資源的情況下,要優(yōu)先選擇質(zhì)量系數(shù)高的堿性、中性礦渣,其次選擇酸性礦渣。河北邯鋼、貴州水鋼的堿性礦渣,活性成分多,惰性成分少;云南曲靖、四川內(nèi)江的酸性礦渣活性成分少,惰性成分多;歐洲烏克蘭某鋼鐵廠的礦渣雖然是堿性,但是活性成分少,惰性成分多,并非優(yōu)秀礦渣。見表11。
 
表11  邯鋼、水鋼、曲靖、內(nèi)江、歐洲烏克蘭鋼鐵廠礦渣化學(xué)成分
 
產(chǎn)地
LOSS
SiO2
AL2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Σ
MnO
TiO2
堿性系數(shù)
質(zhì)量系數(shù)
邯鋼
-0.32
33.91
12.77
0.45
38.63
10.59
 
96.35
 
 
1.06
1.83
水鋼
 
33.06
12.65
0.75
44.68
5.70
1.60
98.44
0.74
 
1.10
1.90
曲靖
 
36.48
16.99
1.26
35.48
7.39
0.28
 
 
 
0.80
1.64
內(nèi)江
 
34.00
11.50
1.00
32.00
7.50
 
 
 
14.00
0.86
1.34
歐洲
 
39,20
4,90
0,44
47,38
4,29
2,48
 
0,35
0,41
1.17
1.415
 
  各地礦渣質(zhì)量不同。利用礦渣質(zhì)量系數(shù)比較高的堿性礦渣,純超細(xì)活化礦渣微粉3d抗壓強度可達(dá)到9~17Mpa之間。如河北邯鋼、貴州水鋼礦渣質(zhì)量較好,利用70%的超細(xì)礦渣活化微粉與30%左右熟料粉生產(chǎn)礦渣水泥,3d抗壓強度達(dá)到20Mpa左右;如果礦渣質(zhì)量系數(shù)(<1.4)比較低的酸性(<0.85)礦渣,盡管采取很多技術(shù)措施也很難生產(chǎn)S105級礦渣微粉。
 
  5  結(jié)論
  從生產(chǎn)、實驗的各種數(shù)據(jù)表明,開路球磨機生產(chǎn)超細(xì)活化礦渣微粉,通過一系列技術(shù)措施和化學(xué)作用激發(fā)礦渣活性和消除研磨介質(zhì)的靜電現(xiàn)象,礦渣微粉比表面積達(dá)到450~550㎡/kg,礦渣微粉7d活性指數(shù)可達(dá)到100%左右,其活性指數(shù)達(dá)到礦渣微粉國家標(biāo)準(zhǔn)S105級以上;粉磨電耗控制在50kwh/t~60kwh/t范圍,達(dá)到低電耗生產(chǎn)高等級礦渣微粉的目的。
據(jù)某市場調(diào)查,當(dāng)?shù)?2.5級水泥280元/噸、42.5級水泥340元/噸;礦渣微粉S75級、S95級、S105級價格分別是170元/噸、220元/噸、380元/噸。高等級礦渣微粉價格超過42.5級水泥價格,S105級價格比S75級礦渣微粉價格高出200元/噸,可見生產(chǎn)高等級礦渣微粉比生產(chǎn)低等級礦渣微粉利潤空間之大。
 
  因此,有礦渣資源的鋼鐵、水泥、礦粉、混凝土企業(yè)(不外購活性指數(shù)比較低的礦渣微粉)生產(chǎn)超細(xì)活化礦渣微粉,比表面積要達(dá)到450㎡/㎏~550㎡/㎏,7d活性指數(shù)達(dá)到100%左右,就可以實現(xiàn)利用少量熟料(30%左右熟料)生產(chǎn)礦渣水泥,可降低水泥生產(chǎn)成本20~40元/噸。應(yīng)用在混凝土可替代部分水泥,不但降低了生產(chǎn)水泥的成本,還節(jié)省了大量的能源,減少了環(huán)境的污染,具有顯著的經(jīng)濟效益和較好的社會效益。

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2024-12-23 07:20:08