如何低電耗制備500m2/kg活化礦渣微粉
0 前言
目前國內(nèi)外多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的礦渣微粉比表面積都在400m2/kg左右,已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的建筑市場需求。2008年7月1日執(zhí)行的《用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉GB/T l8046—2008》新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:S105級礦渣微粉比表面積指標(biāo)≥500m2/kg。但是,利用開路球磨機制造500m2/kg礦渣微粉,電耗一般都在130kWh/t左右。如何低成本制備比表面積≥500m2/kg活化礦渣微粉是建材領(lǐng)域亟待解決的問題。
本文著重介紹在粉磨電耗比較低的前提下,如何選擇礦渣、生產(chǎn)設(shè)備和對粉磨設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行改造以及通過應(yīng)用特殊的礦渣助磨活化劑等技術(shù)措施,生產(chǎn)顆粒分布存2~40μm之間的500m2/kg的礦渣微粉,達(dá)到低成本生產(chǎn)Sl05級礦渣微粉目的。
1 礦渣與礦渣質(zhì)量
礦渣是煉鐵過程中排出的工業(yè)廢料,通常經(jīng)水淬處理成為粒狀顆粒,稱為?;郀t礦渣。其化學(xué)成分和部分相組成與硅酸鹽水泥熟料的類似,經(jīng)水淬處理后的礦渣,玻璃體含量多,能量處于不穩(wěn)定狀態(tài),具有一定的潛在活性。
由于冶煉工藝及其原材料的不同,礦渣的質(zhì)量存在較大的差異。即比表面積相同的礦渣微粉,其活性也相差很大。所以制各活化礦渣微粉應(yīng)盡量選擇堿性礦渣。如遼寧凌鋼、河北邯鋼、貴州水鋼、廣西伢鋼所產(chǎn)礦渣,活性較高;而云南曲靖、四川內(nèi)江產(chǎn)的酸性礦渣則活性較低。貴州水鋼、云南曲靖的礦渣化學(xué)成分見表1。
表1 貴州水鋼、云南曲靖的礦潛化學(xué)成分比較
礦渣品種 |
化學(xué)成份/% |
堿性系數(shù) |
質(zhì)量系數(shù) | ||||||||
Si02 |
A1203 |
Fe203 |
CaO |
MgO |
S03 |
MnO |
Ti02 |
合計 | |||
水鋼礦渣 |
33.06 |
12.65 |
0.75 |
44.68 |
5.70 |
1.60 |
0.74 |
微量 |
98.44 |
1.10 |
1.90 |
曲靖礦渣 |
36.48 |
16.99 |
1.26 |
35.48 |
7.39 |
0.28 |
微量 |
微量 |
97.88 |
0.80 |
1.64 |
用高活性礦渣制備的500m2/kg礦渣微粉可單獨作為膠凝材料,3d抗壓強度即可達(dá)到9~17MPa,28d抗壓強度可達(dá)到35~39MPa,用一般水淬礦渣制備的比表面積500m2/kg礦渣微粉摻入25%左右的熟料或水泥,3d抗壓強度也能達(dá)到20MPa,28d抗壓強度達(dá)到45MPa的效果。
2 礦渣粉磨設(shè)備
2.1立式磨機
采用立式磨機粉磨礦渣,若比表面積控制在380~420m2/kg時產(chǎn)量還可以,電耗約40kWg/t左右。若礦渣質(zhì)量非常好時,也可生產(chǎn)S95級礦渣微粉,但礦渣微粉比表面積控制在450m2/kg以上時,磨機產(chǎn)量大幅度降低,而電耗則要增加到60kWh/t左右。
2.2管磨機(球磨機)
采用閉路粉磨系統(tǒng),較大的顆粒極易混入成品中,不利于提高礦粉的細(xì)度;現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)再礦渣微粉均采用開路球磨機,利用開路球磨機系統(tǒng)粉磨礦渣,比表面積可達(dá)到500m2/kg以上,粒徑分布在2~40μm之間,顆粒分卻比較合理,顆粒形狀優(yōu)于立式磨機,潛在活性發(fā)揮良好,對混凝土強度等性能的發(fā)揮有利,但球磨機電耗高于立式磨機。
3 礦渣微粉質(zhì)量與電耗
礦渣在粉磨過程中,比表面積增長十分緩慢,當(dāng)?shù)V渣比表面積大于450m2/kg時,由于研磨介質(zhì)產(chǎn)生靜電吸附造成顆粒聚集、糊球以及過粉磨現(xiàn)象,造成礦渣粉摩效率降低,電耗大幅增加。
為使礦渣微粉的比表面積達(dá)到450~550m2/kg要求,我們研究在粉磨時加入礦渣助磨劑激發(fā)礦渣微粉活性,同時改造磨機使其消除過粉磨現(xiàn)象,為方便區(qū)分將這種工藝制備的礦渣微粉稱之為活化礦渣微粉。
3.1普通礦渣微粉
在普通的球磨機生產(chǎn)。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450m2/kg時,常規(guī)配球的Φ1.83×7.0m開流磨產(chǎn)量僅為1.5t/h,而Φ2.4 x13m開流磨產(chǎn)量尚不足7t/h,粉磨電耗達(dá)到95~105kWh/t。粉磨電耗通常的大概計算方法是磨機電機功率/臺時,因為電機功率的15%系數(shù)與粉磨系統(tǒng)輔助設(shè)備電耗相差無幾。各規(guī)格開路礦粉磨機產(chǎn)量指標(biāo)見表2。
表2 不同規(guī)格開路磨機純礦渣微粉在電耗95~105kWh/t時的產(chǎn)量
磨機規(guī)格/m |
1.83×7.0 |
2.2×7.0 |
2.4×13 |
2.6×13 |
3.0×13 |
3.2×13 |
功率/kWh |
245 |
380 |
800 |
1000 |
1400 |
1600 |
產(chǎn)量(t/h) |
1.5~2.0 |
3.0~4.0 |
6.0~8.0 |
8.5~10.5 |
11.0~13.0 |
15.0~17.0 |
目前多數(shù)企業(yè)為了提高礦渣微粉產(chǎn)量降低電耗,在礦渣粉磨的同時加入5%~10%的粉煤灰、石灰石達(dá)到助磨作用,比表面積控制在380~420m2/kg時,粉磨電耗達(dá)到75~85kWh/t,各規(guī)格開路礦粉磨機產(chǎn)量指標(biāo)見表3。
表3 不同規(guī)格開路磨機摻有粉煤灰的礦造微粉在電耗75—85kWh/t時的產(chǎn)量
磨機規(guī)格/m |
1.83×7.0 |
2.2×7.0 |
2.4×13 |
2.6×13 |
3.0×13 |
3.2×13 |
功率/kWh |
245 |
380 |
800 |
1000 |
1400 |
1600 |
產(chǎn)量(t/h) |
2.8~3.5 |
4.0~5.0 |
9.0~11.0 |
11.0~13.0 |
14.0~16.0 |
20.0~22.0 |
礦渣微粉比表面積控制在400m2/kg左右,并摻入較多粉煤灰的辦法雖然提高了產(chǎn)量,也降低了電耗,但卻限制,礦渣微粉的摻加量,而且改變了礦渣微粉的性質(zhì),容易在使用時引起誤導(dǎo),如拌制防腐蝕混凝土?xí)r會產(chǎn)生不良影響。
3.2 活化礦渣微粉
利用球磨機生產(chǎn)活化礦渣微粉,需要采取對球磨機設(shè)備內(nèi)部的部件進(jìn)行部分改造以及加入具有活化功能的礦渣助磨劑消除靜電現(xiàn)象等一系列技術(shù)措施,比表面積達(dá)到450m2/kg以上,礦渣微粉的活性指數(shù)比較高,用激光粒度分析儀對活化礦渣微粉顆粒分布進(jìn)行測定,結(jié)果見表4?;罨V渣微粉僅以水淬礦渣為原料,不加粉煤灰,活化礦渣微粉比表面積達(dá)到450m2/kg以上時,不同規(guī)格開路磨機在電耗50~60kWh/t時活化礦渣微粉的產(chǎn)量見表5。
表4 活化礦渣微粉顆粒分布
粒徑/μm |
<2 |
<4 |
<6 |
<9 |
<12 |
<17 |
<21 |
<27 |
<36 |
<45 |
累計含量/% |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
98 |
表5 不同規(guī)格開路磨機在電耗50—60kWh/t時活化礦渣微粉的產(chǎn)量
磨機規(guī)格/m |
1.83×7.0 |
2.2×7.0 |
2.4×13 |
2.6×13 |
3.0×13 |
3.2×13 |
功率/kWh |
245 |
380 |
800 |
1000 |
1400 |
1600 |
產(chǎn)量(t/h) |
4.0~5.0 |
6.0~7.0 |
14.0~16.0 |
17.0~19.0 |
23.0~25.0 |
27.0~29.0 |
一般摻礦渣混合材的水泥常存在早期強度偏低的問題,而摻活化礦渣微粉后,恰恰可以彌補水泥3d強度偏低的不足,摻入40%左右的活化礦渣微粉,不降低水泥原來的早期強度,所以活化礦渣微粉是一種活性較高的膠凝材料混合料。
4 活化礦渣微粉的制備工藝
4.1礦渣入磨前烘干
水淬礦渣呈空心粒狀,出廠的礦渣水分含量一般在25%左右,經(jīng)過運輸、儲存過程,水分仍然維持在8%~15%左右,采用立式磨機生產(chǎn)礦渣微粉可直接入磨。但球磨機生產(chǎn)時入磨礦渣水分需控制在0.5%~2.5%之間,而且烘干機最好選擇順流式,因為礦渣在高溫狀態(tài)下經(jīng)過水淬急冷后依然保持一定的活性;逆流烘干形式會使經(jīng)過水淬急冷后的礦渣又雨新經(jīng)過高溫調(diào)整,經(jīng)試驗證明,這種烘干工藝對其活性影響平均可下降12%~15%,影響礦渣微粉的質(zhì)量。
4.2礦渣入磨前除鐵
礦渣入磨前應(yīng)當(dāng)增加除鐵裝置。礦渣磨損比一般水泥粉磨要嚴(yán)重,而礦渣中夾雜的鐵和氧化鐵的混合物仍然是磨損的主要因素之一,由于細(xì)磨礦渣所需的研磨體平均球徑較小,當(dāng)此類含鐵物質(zhì)進(jìn)入磨機后,通常很難將其磨細(xì),容易導(dǎo)致一倉積料,堵塞內(nèi)篩分式雙層隔倉板篦縫,造成過料通風(fēng)不暢,影響磨機產(chǎn)量;當(dāng)所含的鐵雜質(zhì)較多時,會迅速加劇研磨體、襯板、隔倉板、出料篦板的摩損,還影響礦渣微粉的活性。
4.3 磨內(nèi)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
粉磨礦渣與粉磨水泥、生料在磨內(nèi)結(jié)構(gòu)方面有很大區(qū)別,礦渣粉磨,對于倉位、倉長設(shè)置及隔倉板形式也需要根據(jù)礦渣的粒度、易磨性等作適當(dāng)選擇。一般是一倉選用溝槽階梯襯板比較好,利于破碎;二倉或三倉適當(dāng)選用大波紋襯板,隨著磨內(nèi)礦渣細(xì)度的變化,襯板形式也應(yīng)與之作相應(yīng)變化,以滿足研磨體變小而接觸面移積增大的特性,可適當(dāng)選用小波紋襯板和平襯板相結(jié)合。但尾倉應(yīng)增加活化襯板,來調(diào)整物料流速及料層厚度,以利于礦渣微粉比表面積的提高。內(nèi)篩分高細(xì)裝置、出磨篦板是達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵部位,由于要求比較嚴(yán)格,制造精度高,需要專業(yè)制造廠生產(chǎn)。
4.4 合理的研磨體級配
合理的研磨體級配是提高礦渣微粉比表面積、提高磨機產(chǎn)量重要的技術(shù)措施之一,礦渣硬脆不易磨,但入磨粒度比較穩(wěn)定,一般以中等的鋼球和微型鍘段為主。根據(jù)測得的礦渣易磨性能指數(shù)確定研磨體球徑大小和填充率,研磨體質(zhì)量要求損耗<100g/t,破損率<1%。
4.5應(yīng)用礦渣助磨活化劑
一般助磨劑是以分散物料、助磨為主,有的助磨劑也具有一定的激發(fā)強度作用;礦渣助磨活化劑是以激發(fā)礦渣活性為主同時具有助磨作用的化學(xué)激發(fā)劑,豐要成分有三乙醇胺、二乙醇胺、丙二醇等,不含氯離子等有害成分,對混凝土不會產(chǎn)生不良影響。礦渣分別加入BB2型助磨劑0.5%、HQ礦渣助磨活化劑0.1%,粉磨到比表面積507m2/kg時,活性指數(shù)對比見表6。
表6 礦渣微粉不摻入助磨劑及摻入不同助磨劑的活性指數(shù)對比
礦渣種類 |
助磨劑品種 |
膠凝材料組成 |
7d強度/MPa |
28d強度/MPa |
凝結(jié)時間/(h:min) | |||
抗折 |
抗壓 |
抗折 |
抗壓 |
初凝 |
終凝 | |||
|
|
普硅水泥P 100% |
6.4 |
29.1 |
8.3 |
44.3 |
3:42 |
5:40 |
礦渣微粉A |
|
50%A+50%P |
6.0 |
24.1 |
8.1 |
42.7 |
4:18 |
5:27 |
礦渣微粉B |
BB2型助磨劑0.5% |
50%B+50%P |
6.2 |
25.5 |
8.8 |
45.0 |
4:05 |
5:23 |
礦渣微粉c |
HQ礦渣活化劑0.1% |
50%C+50%P |
7.3 |
29.0 |
100 |
49.0 |
3:47 |
5:57 |
4.6配備除塵設(shè)備
活化礦渣微粉粒度比較小,粉磨系統(tǒng)配備袋式收塵設(shè)備效果較好,利于環(huán)保達(dá)標(biāo)。因為采用強力通風(fēng)方式,有利于改善磨內(nèi)微粉的過粉磨現(xiàn)象,同時可適當(dāng)降低磨內(nèi)溫度,保證出磨礦渣微粉的品質(zhì);磨內(nèi)風(fēng)速過高或過低,會產(chǎn)生磨內(nèi)物料流速偏快或偏慢,影響磨機產(chǎn)量和礦渣微粉的比表面積,因此選擇除塵設(shè)備要比同規(guī)格水泥磨略小一些。
5 結(jié)論
通過對球磨機內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤勰サV渣的同時加入HQ助磨活化劑,電耗控制在60kWh/t之內(nèi),可生產(chǎn)比表面積450m2/kg以上的活化礦渣微粉:若電耗控制在70kWh/t之內(nèi)時,可生產(chǎn)比表面積達(dá)500m2/kg以上的活化礦渣微粉,與普通粉磨工藝相比降低電耗40%以上。做到了利用一般質(zhì)量的礦渣生產(chǎn)出Sl05級的活化礦渣微粉。
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