矿渣微粉在水泥生产中的应用.doc

矿渣微粉在水泥生产中的应用摘 要：矿渣是黑色冶金工业的主要固体废弃物，它的存放主要以露天储存为主。这些露天储存的矿渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。矿渣在水泥工业中的综合利用将大大减少这些弊端，使矿渣走入无害化、资源化的循环经济。关键词：矿渣、微粉、水泥生产。一、国内矿渣综合利用现状 矿渣是黑色冶金工业的主要固体废弃物，2021年我国产钢5亿吨，冶炼废渣产生20944万吨 (其中钢渣约为7200万吨,高炉矿渣约13000万吨),这些露天储存的冶炼废渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。所以，冶炼废渣的无害化、资源化处理是我国乃至世界各国十分重视的焦点，也是我们推进循环经济的中心内容之一。 矿渣在水泥工业中的综合利用主要经过了三个阶段。 1.第一阶段主要是在1995年以前，粒化高炉矿渣主要是作为水泥混合材使用。以混合粉磨为主。矿渣由于难磨，在水泥中的掺量有限，一般不超过30%。 2.第二阶段是19952000年，学习国外技术，矿渣微粉作为高性能混凝土的高掺合料，在建筑工程中推广使用。但要求矿渣微粉比外表积要到达600m2/kg以上，国内仅有几家粉磨站生产。主要原因是：进口设备价格昂贵、生产线投资相当大。以年产30万吨矿渣微粉生产线为例，一次性投资至少在5000万元左右。 3.第三阶段是在2000年之后，粉磨设备节能技术和矿渣微粉应用经济技术研究的深入，使广阔水泥企业认识到，矿渣微粉最经济的粉磨细度应控制在400m2/kg左右。这样的矿渣微粉，既能直接供应混凝土搅拌站作掺合料，又能与熟料、石膏粉合成高掺量矿渣水泥。随着循环经济的大力开展，矿渣微粉的产量年年翻番，目前已接近1000万吨/年，建材行业内一个新兴产业正逐步在形成。 二、矿渣品质要求 国家标准GB/T203-94对粒化高炉矿渣质量要求规定如下： 1.粒化高炉矿渣的质量系数K应不小于。 2.粒化高炉矿渣中锰化合物的含量，以MnO计不得超过4%；锰铁合金粒化高炉矿渣的MnO允许放宽到15%；硫化物含量以硫计不得超过3%；氟化物含量以氟计计不得大于2%。 3.粒化高炉矿渣的松散容重不大于；最大直径计不得超过100mm；大于10mm颗粒含量以重量计不大于8%。 4.粒化高炉矿渣不得混有外来夹杂物，铁尘泥、未经淬冷的块状矿渣等。 5.矿渣在未烘干前，其贮存期限，从淬冷成粒时算起，不宜超过3个月。 国家标准GB/T18046-2000?用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉?有如下规定： 1.粒化高炉矿渣粉简称矿渣粉定义： 符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经枯燥、粉磨或添加少量石膏一起粉磨到达相当细度且符合相应活性指数的粉体。矿渣粉粉磨时允许参加助磨剂，参加量不得大于矿渣粉质量的1%。 2.矿渣粉密度不小于3；比外表积不小于350m2/kg。 3.矿渣粉共分为三级。S105、S95和S75，他们对应的活性指数7天不小于95%、75%和55%，28天不小于105%、95%和75%。流动度比小于85%、90%和95%。 4.矿渣粉含水量不大于1.0%； 5.三氧化硫不大于4.0%； 6.氯离子不大于0.02%； 7.烧失量不大于3.0%。 三、矿渣高细粉磨的原因 矿渣是一种具有“潜在水硬性的材料，即：其单独存在时，根本无水硬性。但受到某些激发作用后，就呈现出水硬性。 常用的激发方式有两大类，一是物理激发：也就是采用高细粉磨和超细粉磨的方法。固体物料在施加机械力作用后，其内部晶体结构会不规那么化和产生多相晶型转变，导致晶格缺陷发生、比外表积增大、外表能增加等，随之物料的热力学性质、结晶学性质、物理化学性质等都会发生规律性变化。 二是化学激发：采用对混凝土耐久性无害的化学物质，激发矿渣水泥的活性。化学激发方式，可分为：碱激发、硫酸盐激发等多种激发形式。一物理激发 机械粉碎是采用机械能使物料由大颗粒变成小颗粒的工艺过程。在粒径减小的同时，自身的晶体结构、化学组成、物理化学性质发生机械化学变化。主要方面包括： 1.被激活物料原子结构的重排和重结晶；外表层自发地重组，形成非晶质结构。 2.外来分子气体、外表活性剂等在新生成的外表上自发地进行物理吸附和化学吸附。 3.被粉碎物料的化学组成变化及颗粒之间的相互作用和化学反响。 4.被粉碎物料物理性能变化。用于水泥工业的矿渣，一般细粉的水化速度比水泥慢得多，经测试说明：颗粒大小在80m比外表积300 m2/kg左右时，高炉矿渣水化90天左右才能产生与硅酸盐水泥熟料水化28天时相应的强度。 当矿渣微粉产品颗粒大小大局部在45m比外表积450 m2/kg左右时，扩大了水化反响时的外表积，相应地可以较大幅度地提高它们的水化速度，使它们能在较短时间内产生较高的强度。表1 某厂矿渣微粉的细度与活性指数比外表积m2/kg活性指数%3d7d28d91d400606498119600728311412980099110128137由表中可见，矿渣微粉的早期强度较低，而后其强度增进率较快。随着比外表积的提高，其活性指数强度比相应明显提高。当矿渣粉比外表积到达400m2/kg时，28天活性指数达98%，与水泥根本相当；而当矿渣粉比外表积到达或超过600800m2/kg时，其28天活性指数达114127%，高于一般比外表积350m2/kg水泥熟料的活性。二化学激发 粒化高炉矿渣单独与水拌合时，反响极慢，得不到足够的强度；但在氢氧化钙溶液的中就能够发生水化，而在饱和的氢氧化钙溶液中反映更快，并产生一定的强度。这说明矿渣潜在能力的发挥，必须以含有氢氧化钙的液相为前提。这种能造成氢氧化钙液相以激发矿渣活性的物质称之为碱性激发剂。常用的碱性激发剂有石灰和硅酸盐熟料。 在含有氢氧化钙的碱性溶液中，参加一定数量的硫酸钙，就能使矿渣的潜在活性较为充分地发挥出来，产生比单独加碱性激发剂高得多的强度，这一类物质称之为硫酸盐激发剂。常用的硫酸盐激发剂有：二水石膏；半水石膏；无水石膏等。 四、矿渣水泥 “分别粉磨工艺 在当前的工业固体废弃物的物理再循环利用中，水泥企业一般是将矿渣与熟料及其它组份物料，按配比一起加到球磨机中共同混合粉磨。由于各种物料易磨性的差异较大，当出磨物料到达工艺要求时，其中矿渣组份的细度并没有到达理想的指标。 如：粉磨矿渣水泥时，矿渣比水泥熟料难磨得多，水泥比外表积到达了300 m2/kg以上，水泥中的矿渣粉的比外表积只有200250 m2/kg，其水化活性不能在水泥构件或建筑工程中正常发挥。因此，专家们建议：有条件的水泥企业应该将矿渣与熟料等其他组份物料分开，将矿渣单独粉磨、熟料与石膏及其他混合材一起粉磨，然后再根据市场需求，提供各种具有不同特殊性能和用途的水泥产品，实现水泥产品性能的个性化开展，配制合成不同强度等级的矿渣水泥或复合水泥，更好地满足客户的不同使用要求。这就是 “分别粉磨工艺。 高炉粒化矿渣粉磨到一定细度比外表积380 m2/kg后，其玻璃体晶体结构被破坏，促使矿渣中的CaO、SiO2、Al2O3活性发挥出来，这些活性组份水化时，在碱性溶液的激发下，进一步生成水化硅酸钙等水硬性物质，有利于矿渣水泥后期强度增进率的提高。实践证明，分别粉磨后均化合成的矿渣水泥， 28天抗压强度一般可以提高5MPa以上见表2。 表2 矿渣分别粉磨对水泥质量的影响水泥粉磨工艺流程物料配比%比外表积m2/kg抗压强度MPa熟 料矿 渣熟 料矿 渣3d28d混合粉磨7030351(矿渣水泥)分别粉磨7030350390五、矿渣粉磨工艺主要考前须知一粉磨平衡 一般来说，物料粉磨时间越长，出磨粒度越细。但是，随着粉磨时间的延长，物料比外表积逐渐增大，其比外表能也增大，因而，微细颗粒相互聚集、结团的趋势也逐渐增强。经过一段时间后，磨内会处于一个“粉磨团聚的动态平衡过程，到达所谓的“粉磨极限。在这种状态下，即使再延长粉磨时间，物料也难粉磨得更细，有时甚至使粒度变粗。同时，粉磨能耗成倍增加、粉磨效率降低。这种现象在普通粉磨时并不明显，但在高细粉磨和超细粉磨中经常出现。解决方法是：添加助磨剂。它能形成物料颗粒外表的包裹薄膜，使外表到达饱和状态，不再互相吸引粘结成团，并通过裂纹形成和扩展过程中的防“闭合和吸附，降低颗粒硬度、减弱强度，改善其易磨性。助磨剂通过保持颗粒的分散，来阻止颗粒之间的聚结或团聚。粉磨粒度越细，使用助磨剂的效果越显著。 二矿渣质量检验与分选不同钢铁企业由于自己钢铁产品生产的需要，使其排放的高炉粒化矿渣化学成分不尽相同，加上冶炼环境、水淬条件不一样，同一工厂不同时段排放的矿渣，质量的差异有时也波动相当大。如：质量系数的变化对矿渣微粉的活性指数影响十清楚显；水淬条件的不同，使矿渣的易磨性系数在2026KWh/t波动，以及矿渣中的大颗粒、氧化铁和碎铁块含量对微粉生产的节能高产都有敏感的反响。因此，有条件的地方应按国家标准选择性地订购矿渣资源，对于进厂的矿渣必须按每一批次进行检验，以便生产线对工艺参数实施控制与调整；矿渣入磨之前一定要经过筛选或篦条筛分流、并在供料输送过程中安装除铁器仔细处理。 三粉磨工艺参数调整 矿渣比水泥熟料难磨，易磨性系数一般高出5 kwh/t以上，矿渣微粉产品的比外表积又比水泥要求高，因此，用球磨机生产矿渣微粉，在相同工艺装备条件下，比水泥磨的产量约下降4050%。在单独粉磨矿渣时，关键技术是严格控制物料在磨内的停留时间。原球磨机水泥粉磨系统应作如下调整：1、研磨体级配。由于经筛分处理后的入磨矿渣粒度减小，球磨机磨内研磨体的平均球径应随之减小。一般来说，最大球的球径不要超过60，平均球径一般不超过45mm。根据磨机的仓位，减大球、换小球。2、研磨体装载量。由于矿渣难磨，研磨体的装载量应适当高于磨机设计装载量，约增加510%，不要超过15%，正规的设备制造厂家已给球磨机预留了这局部电机功率。开路磨的研磨体装填形式应保持后仓高于前仓，闭路磨那么保持后仓略低或前后仓根本持平。3、隔仓板形式。单层隔仓板应适当缩小篦缝宽度，一般为57mm；双层隔仓板篦缝宽度控制在10mm左右；双仓磨，还应该将隔仓板前移，增加细磨仓长度。4、衬板形式。由于矿渣的流动性好、磨琢性强，磨机采用环沟衬板较好，尤其是细磨仓。粉磨作业时，环沟衬板的沟槽内，不同程度的存有一局部物料，所形成的料垫既增加了物料的研磨时机，又减少了磨内金属的空撞消耗，延长了衬板使用寿命。5、出磨回转筛篦缝。经过磨前筛分和有效控制延长物料粉磨时间后，为保证出磨矿渣微粉的质量，应将磨尾回转筛的篦缝缩小到3mm以下，以便及时去除出磨物料中的金属杂物。6、优选轴承磨和高细磨。根据目前统计数据说明，采用球磨机粉磨系统生产矿渣微粉的单产电耗一般在6080 kwh/t范围内。其中轴承磨和高细磨节能高产效果较为明显，其磨内结构形式对矿渣微粉生产的适应性比普通球磨机强，经济效益明显。六、结束语矿渣微粉技术在我国的快速开展，使大量细度在400 m2/ kg 的矿粉得到广泛应用。矿粉的大量应用，减少了大量的矿渣排放，使矿渣进入了循环经济的轨道。而对于水泥生产企业而言，这种矿粉的出现给我们配制矿渣水泥及混凝土带来了很大的方便， 随着矿粉研究和应用的不断深入，水泥及混凝土质量会逐步改善。同时，矿粉的应用，可以进一步降低水泥熟料产量，降低水泥本钱及一些相关建筑本钱，节约能源，改善环境。【参考文献】：1 国家技术监督局。用于水泥中的粒化高炉矿渣GB/T203-94。中国标准出版社,1994。2 国家技术监督局。用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉(GB/T18046-2000).。中国标准出版社.2000。 3 张雄，吴科如。 高性能混凝土矿渣复合掺合料特性与作用机理。 混凝土与水泥制品，1997 ，3。 4 肖国先，徐德龙，侯新凯。 水淬高炉矿渣超细粉的应用与制备。 西安建筑科技大学学报。 5宋中南，石云兴。 矿渣微细粉复合效应对高性能混凝土工作性能与流变性的影响。 混凝土，2003。 1。 6张树青。 新型矿渣水泥的强度开展特性。 混凝土，2002。 4。