淺析高細(xì)粉磨技術(shù)在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用

1.概述
　　 我國(guó)工業(yè)部門每年產(chǎn)出的固體廢棄物(俗稱:工業(yè)廢渣)多達(dá)十億噸以上,它不僅耗費(fèi)了大量資源、能源和人力，而且還要占用大量土地，有的還污染水源、大氣，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活帶來重大危害。在黨的十六大會(huì)議上，中央明確提出要走新型工業(yè)化道路，走“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的道路，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的“資源——產(chǎn)品——污染排放”的線型經(jīng)濟(jì)向“資源——產(chǎn)品——再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，促進(jìn)人類、資源與環(huán)境的和諧統(tǒng)一?！皽p量、再用、循環(huán)”是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要操作原則，即最大限度地利用進(jìn)入系統(tǒng)的物質(zhì)和能量，提高資源利用率，創(chuàng)造再生能源，最大限度地減少污染物排放，提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量和效益。
　　 工業(yè)固體廢棄物按其物理化學(xué)性質(zhì)分為六類：具有潛在水硬性、火山灰性、水硬性、氣硬性、惰性和其他類廢渣。這六類工業(yè)廢渣都可以在水泥工業(yè)中被再循環(huán)利用。利用的方法可以是化學(xué)法，也可以是物理法，這個(gè)物理法，就是以粉磨為主的方法。以水泥工業(yè)為例，工業(yè)廢渣可以起到三個(gè)作用：1、活化效應(yīng)，加快水泥的反應(yīng)速度和完全程度；2、填料作用，增加產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本；3、改善水泥或砼的性能，提高強(qiáng)度。這些作用與工業(yè)廢渣的化學(xué)成分和顆粒大小有著直接的關(guān)系，尤其是顆粒大小。天然或人工制成的大顆粒工業(yè)廢渣，反應(yīng)活性很低。當(dāng)它們磨制成細(xì)粉后，性質(zhì)就發(fā)生了變化，應(yīng)用價(jià)值也得到了提升。
2.物理再循環(huán)利用機(jī)理
　　 根據(jù)粉碎過程機(jī)械力學(xué)和物理化學(xué)理論，物料在粉磨過程中，受到強(qiáng)烈的機(jī)械化學(xué)作用，顆粒吸收機(jī)械能后，比表面積首先發(fā)生變化，同時(shí)表面能也發(fā)生變化。導(dǎo)致內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)破壞，晶格鍵能發(fā)生變化，其物理化學(xué)性質(zhì)及反應(yīng)活性也隨之發(fā)生變化。這些變化的大小,與其被粉磨的程度有著直接的關(guān)系,也就是說,粉磨產(chǎn)品的細(xì)度對(duì)物料性質(zhì)的變化起主要作用。
　　 用于水泥工業(yè)的工業(yè)固體廢棄物，一般細(xì)粉的水化速度比水泥慢得多，經(jīng)測(cè)試表明：顆粒大小在80μm（比表面積300 m2/kg）左右時(shí)，高爐礦渣水化90天左右才能產(chǎn)生與硅酸鹽水泥熟料水化28天時(shí)相應(yīng)的強(qiáng)度；粉煤灰則需150天左右才能達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度。對(duì)上述工業(yè)廢渣進(jìn)行粉磨到產(chǎn)品顆粒大小大部分在45μm（比表面積450 m2/kg）左右時(shí)，擴(kuò)大了水化反應(yīng)時(shí)的表面積，相應(yīng)地可以較大幅度地提高它們的水化速度，使它們能在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較高的強(qiáng)度。如：礦渣粉比表面積達(dá)到400m2/kg時(shí)，28天活性系數(shù)達(dá)98%，與水泥基本相當(dāng)；而當(dāng)?shù)V渣粉比表面積達(dá)到或超過600～800m2/kg時(shí)，其28天活性系數(shù)達(dá)114～127%，高于普通細(xì)度（350m2/kg）水泥熟料的活性。
　　 在當(dāng)前的工業(yè)固體廢棄物的物理再循環(huán)利用中，水泥企業(yè)一般是將其與其它組份物料按配比一起加到球磨機(jī)中共同粉磨，由于各種物料易磨性的差異，當(dāng)出磨物料達(dá)到工藝要求時(shí)，其中某些工業(yè)廢渣組份的細(xì)度并沒有達(dá)到理想的程度。如：粉磨礦渣水泥時(shí)，水泥比表面積達(dá)到了300 m2/kg以上，水泥中的礦渣粉的比表面積只有200～250 m2/kg，其水化活性不能在水泥構(gòu)件或建筑工程中正常發(fā)揮。因此，專家們建議：有條件的水泥企業(yè)應(yīng)該采用將礦渣與熟料等其他組份物料分別粉磨，然后再均化合成水泥的工藝流程，礦渣水泥的28天抗壓強(qiáng)度可以提高3MPa以上（見表1）。

表1礦渣分別粉磨對(duì)水泥質(zhì)量的影響（略）

3.1粉磨層次及其產(chǎn)品特點(diǎn)
　　 從提高水化活性的角度講，混合材磨得越細(xì)越好。但是，由于目前設(shè)備、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件所限，將工業(yè)廢渣粉磨到什么程度再利用更為有利？還必須通盤考慮。水泥工業(yè)中，將粉磨過程分為三個(gè)層次：普通粉磨、高細(xì)粉磨和超細(xì)粉磨。
　　 最常見的是普通粉磨，它是用普通的球磨機(jī)將入磨物料粉磨到80μm左右（比表面積300～350 m2/kg）；
　　 高細(xì)粉磨要求對(duì)球磨機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改造，或換成立式磨，將物料顆粒粉磨到50μm左右（比表面積400～600 m2/kg），其粉磨產(chǎn)品也稱之為高細(xì)粉；
　　 超細(xì)粉磨則要求專用的粉磨系統(tǒng)，將粉磨產(chǎn)品粒度全部小于10μm（比表面積600～800 m2/kg），其產(chǎn)品也稱之為超細(xì)粉。
　　 在普通粉磨的產(chǎn)品中，高細(xì)粉約占50～60%，超細(xì)粉不足10%；在高細(xì)粉中，超細(xì)粉約占30～40%。
　　 一般來說，物料在粉磨過程中，粉磨時(shí)間越長(zhǎng)，出磨產(chǎn)品粒度越細(xì)。但是，隨著粉磨時(shí)間的延長(zhǎng)，物料比表面積逐漸增大，其比表面能也增大，因而，微細(xì)顆粒相互聚集、結(jié)團(tuán)的趨勢(shì)也逐漸增強(qiáng)。經(jīng)過一段時(shí)間后，磨內(nèi)會(huì)處于一個(gè)“粉磨 團(tuán)聚”的動(dòng)態(tài)平衡過程，達(dá)到所謂的“粉磨極限”。在這種狀態(tài)下，即使再延長(zhǎng)粉磨時(shí)間，也難以將產(chǎn)品粉磨得更細(xì)，有時(shí)甚至使產(chǎn)品的表觀粒度變粗。同時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)量明顯減少、粉磨能耗增加、粉磨效率降低。這種現(xiàn)象在普通粉磨時(shí)并不明顯，但在超細(xì)粉磨中經(jīng)常出現(xiàn)，也是超細(xì)粉磨工藝必須認(rèn)真解決的技術(shù)難點(diǎn)之一。
3.2粉磨層次經(jīng)濟(jì)分析
　　 對(duì)于水泥企業(yè)來說,如果沒有單獨(dú)粉磨,對(duì)于少部分易磨性較好的廢渣利用是可行的,但大部分廢渣利用是不劃算的。由于普通粉磨的產(chǎn)品細(xì)度，不能充分發(fā)揮其活性，做到物盡其用；而超細(xì)粉磨生產(chǎn)規(guī)模與投資比例太大，超細(xì)粉的生產(chǎn)、分級(jí)、貯存、裝運(yùn)、使用，都必須特殊技術(shù)裝備；從“珍惜資源、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境”的角度看，我們應(yīng)該積極采用高細(xì)粉磨工藝，來單獨(dú)粉磨工業(yè)廢渣，才能更有效的利用它們變廢為寶。以礦渣高細(xì)粉磨與超細(xì)粉磨為例的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見表2 。
表2 礦渣粉生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比（略）

從表2可以看出，高細(xì)粉磨適合于礦渣粉項(xiàng)目的開發(fā)，立式磨節(jié)電效果好，但一次性投資較大，維修比率（年維修費(fèi)用/設(shè)備總投資）較高；球磨機(jī)生產(chǎn)線目前技術(shù)、設(shè)備配套成熟，特別適合原中、小型水泥企業(yè)小規(guī)模開發(fā)，經(jīng)濟(jì)性較好。超細(xì)粉磨不僅技術(shù)難度較大，而且一次性投資大和維修任務(wù)較重，不適合大面積推廣。
4.結(jié)語(yǔ)
　　 水泥工業(yè)是消納工業(yè)固體廢棄物的大戶，為全面實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)作貢獻(xiàn)是企業(yè)神圣而光榮的任務(wù)。同時(shí)也有利于企業(yè)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、解決資源短缺、節(jié)能降耗、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。
　　 利用高細(xì)粉磨技術(shù)再循環(huán)利用工業(yè)廢棄物，是成熟而有效的途徑；也為中小水泥企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，創(chuàng)造了有利條件。