淺析高細粉磨技術在循環(huán)經濟中的應用

1.概述
　　 我國工業(yè)部門每年產出的固體廢棄物(俗稱:工業(yè)廢渣)多達十億噸以上,它不僅耗費了大量資源、能源和人力，而且還要占用大量土地，有的還污染水源、大氣，給經濟建設和人民生活帶來重大危害。在黨的十六大會議上，中央明確提出要走新型工業(yè)化道路，走“循環(huán)經濟”的道路，實現由傳統工業(yè)經濟的“資源——產品——污染排放”的線型經濟向“資源——產品——再生資源”的循環(huán)經濟轉變，促進人類、資源與環(huán)境的和諧統一?！皽p量、再用、循環(huán)”是實現循環(huán)經濟的重要操作原則，即最大限度地利用進入系統的物質和能量，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，提高經濟運行質量和效益。
　　 工業(yè)固體廢棄物按其物理化學性質分為六類：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法，也可以是物理法，這個物理法，就是以粉磨為主的方法。以水泥工業(yè)為例，工業(yè)廢渣可以起到三個作用：1、活化效應，加快水泥的反應速度和完全程度；2、填料作用，增加產量，降低生產成本；3、改善水泥或砼的性能，提高強度。這些作用與工業(yè)廢渣的化學成分和顆粒大小有著直接的關系，尤其是顆粒大小。天然或人工制成的大顆粒工業(yè)廢渣，反應活性很低。當它們磨制成細粉后，性質就發(fā)生了變化，應用價值也得到了提升。
2.物理再循環(huán)利用機理
　　 根據粉碎過程機械力學和物理化學理論，物料在粉磨過程中，受到強烈的機械化學作用，顆粒吸收機械能后，比表面積首先發(fā)生變化，同時表面能也發(fā)生變化。導致內部晶體結構破壞，晶格鍵能發(fā)生變化，其物理化學性質及反應活性也隨之發(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系,也就是說,粉磨產品的細度對物料性質的變化起主要作用。
　　 用于水泥工業(yè)的工業(yè)固體廢棄物，一般細粉的水化速度比水泥慢得多，經測試表明：顆粒大小在80μm（比表面積300 m2/kg）左右時，高爐礦渣水化90天左右才能產生與硅酸鹽水泥熟料水化28天時相應的強度；粉煤灰則需150天左右才能達到相應的強度。對上述工業(yè)廢渣進行粉磨到產品顆粒大小大部分在45μm（比表面積450 m2/kg）左右時，擴大了水化反應時的表面積，相應地可以較大幅度地提高它們的水化速度，使它們能在較短時間內產生較高的強度。如：礦渣粉比表面積達到400m2/kg時，28天活性系數達98%，與水泥基本相當；而當礦渣粉比表面積達到或超過600～800m2/kg時，其28天活性系數達114～127%，高于普通細度（350m2/kg）水泥熟料的活性。
　　 在當前的工業(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中共同粉磨，由于各種物料易磨性的差異，當出磨物料達到工藝要求時，其中某些工業(yè)廢渣組份的細度并沒有達到理想的程度。如：粉磨礦渣水泥時，水泥比表面積達到了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天抗壓強度可以提高3MPa以上（見表1）。

表1礦渣分別粉磨對水泥質量的影響（略）

3.1粉磨層次及其產品特點
　　 從提高水化活性的角度講，混合材磨得越細越好。但是，由于目前設備、技術、經濟條件所限，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層次：普通粉磨、高細粉磨和超細粉磨。
　　 最常見的是普通粉磨，它是用普通的球磨機將入磨物料粉磨到80μm左右（比表面積300～350 m2/kg）；
　　 高細粉磨要求對球磨機結構進行一定的改造，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），其粉磨產品也稱之為高細粉；
　　 超細粉磨則要求專用的粉磨系統，將粉磨產品粒度全部小于10μm（比表面積600～800 m2/kg），其產品也稱之為超細粉。
　　 在普通粉磨的產品中，高細粉約占50～60%，超細粉不足10%；在高細粉中，超細粉約占30～40%。
　　 一般來說，物料在粉磨過程中，粉磨時間越長，出磨產品粒度越細。但是，隨著粉磨時間的延長，物料比表面積逐漸增大，其比表面能也增大，因而，微細顆粒相互聚集、結團的趨勢也逐漸增強。經過一段時間后，磨內會處于一個“粉磨 團聚”的動態(tài)平衡過程，達到所謂的“粉磨極限”。在這種狀態(tài)下，即使再延長粉磨時間，也難以將產品粉磨得更細，有時甚至使產品的表觀粒度變粗。同時，磨機產量明顯減少、粉磨能耗增加、粉磨效率降低。這種現象在普通粉磨時并不明顯，但在超細粉磨中經常出現，也是超細粉磨工藝必須認真解決的技術難點之一。
3.2粉磨層次經濟分析
　　 對于水泥企業(yè)來說,如果沒有單獨粉磨,對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。由于普通粉磨的產品細度，不能充分發(fā)揮其活性，做到物盡其用；而超細粉磨生產規(guī)模與投資比例太大，超細粉的生產、分級、貯存、裝運、使用，都必須特殊技術裝備；從“珍惜資源、節(jié)約能源、保護環(huán)境”的角度看，我們應該積極采用高細粉磨工藝，來單獨粉磨工業(yè)廢渣，才能更有效的利用它們變廢為寶。以礦渣高細粉磨與超細粉磨為例的經濟指標對比見表2 。
表2 礦渣粉生產線經濟指標對比（略）

從表2可以看出，高細粉磨適合于礦渣粉項目的開發(fā)，立式磨節(jié)電效果好，但一次性投資較大，維修比率（年維修費用/設備總投資）較高；球磨機生產線目前技術、設備配套成熟，特別適合原中、小型水泥企業(yè)小規(guī)模開發(fā)，經濟性較好。超細粉磨不僅技術難度較大，而且一次性投資大和維修任務較重，不適合大面積推廣。
4.結語
　　 水泥工業(yè)是消納工業(yè)固體廢棄物的大戶，為全面實施循環(huán)經濟作貢獻是企業(yè)神圣而光榮的任務。同時也有利于企業(yè)保護生態(tài)環(huán)境、解決資源短缺、節(jié)能降耗、優(yōu)質高產。
　　 利用高細粉磨技術再循環(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)適應市場經濟和產業(yè)結構調整政策，創(chuàng)造了有利條件。