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經(jīng)濟(jì)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)在生產(chǎn)、應(yīng)用礦渣微粉。由于粉磨礦渣與粉磨水泥的物料易磨性、粒度等條件不相同，礦渣粉磨歷史短，對礦渣粉磨技術(shù)沒有完全掌握，經(jīng)驗(yàn)不足等原因，致使礦渣微粉球磨機(jī)產(chǎn)量低、產(chǎn)品電耗高，并且礦渣微粉的活性指數(shù)低，沒有最大發(fā)揮礦渣微粉的活性性能，針對這些問題，探討如何在礦渣粉磨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。利用高活性指數(shù)礦渣微粉生產(chǎn)水泥可等量替代大量熟料、提高混凝土性能，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

  由于礦渣的易磨性較差，利用不同的礦渣粉磨技術(shù)，其質(zhì)量、產(chǎn)量差別很大。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)生靜電吸附造成顆粒聚集、糊球現(xiàn)象，致使磨機(jī)產(chǎn)量大幅降低，電耗大幅增加。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)果是產(chǎn)量有所提高，礦渣微粉活性卻下降了，其潛在的活性性能卻沒有完全發(fā)揮出來。這種礦渣微粉只能往水泥里的摻入15%左右；河北某水泥集團(tuán)購買河北邯鄲某廠生產(chǎn)的礦渣微粉，往水泥里只摻加6%，才能保證原來的水泥強(qiáng)度指標(biāo)不降低。

  目前國內(nèi)大多數(shù)粉磨礦渣微粉的企業(yè)生產(chǎn)礦渣微粉比表面積低于450㎡/kg，礦渣微粉活性并沒有完全發(fā)揮出來；摻入水泥后雖然后期強(qiáng)度有所增長，但是，3d強(qiáng)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：礦粉比表面積低、礦渣微粉活性指數(shù)低，摻入水泥的比例少，磨機(jī)產(chǎn)量低，其經(jīng)濟(jì)價值也較低的問題。

  隨著企業(yè)質(zhì)量意識不斷提高，尤其是商品混凝土攪拌站對礦渣微粉的質(zhì)量要求已經(jīng)不再僅僅滿足S75級，他們要求礦渣微粉的活性指標(biāo)達(dá)到S95級或S105級，最大發(fā)揮礦渣微粉的潛在活性性能?，F(xiàn)在應(yīng)用在高速鐵路混凝土，設(shè)計(jì)時就要求摻入一定比例的S95級礦渣微粉。

  國家新出臺《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》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)礦渣微粉勢在必行，S105級礦渣微粉不久將設(shè)計(jì)應(yīng)用在國家重點(diǎn)建設(shè)工程上。

  附：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1

技術(shù)指標(biāo)表1     用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉

  因此，如何提高礦渣微粉的早期活性指數(shù)，把7d的活性指數(shù)提高到75%或95%以上，是我們急待解決的問題。

  3  問題的解決

  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(qiáng)度的發(fā)揮起決定性作用。提高礦渣微粉的途徑主要通過物理作用和化學(xué)作用二種方法，我們探討利用球磨機(jī)生產(chǎn)礦渣微粉，摻入礦渣專用活化劑，生產(chǎn)礦渣微粉（不摻粉煤灰），不但磨機(jī)產(chǎn)量高、電耗低，提高礦渣微粉的比表面積，提高礦渣微粉的活性指數(shù)，發(fā)揮礦渣微粉的最大活性性能。

  利用球磨機(jī)生產(chǎn)活化礦渣微粉，需要采取對球磨機(jī)設(shè)備內(nèi)部的部件進(jìn)行部分改造以及加入具有激發(fā)礦渣活性化學(xué)作用的礦渣助磨活化劑，并達(dá)到消除靜電現(xiàn)象等一系列助磨措施；礦渣微粉比表面積達(dá)到450㎡/㎏以上，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2。

  3.1  物理作用

  利用開路球磨機(jī)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500㎡/㎏左右礦渣微粉的硬件措施條件。

  3.2技術(shù)措施

  根據(jù)磨機(jī)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500㎡/㎏礦渣微粉的技術(shù)措施。

  球磨機(jī)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?yàn)楹娓稍O(shè)備工藝不當(dāng)，對礦渣活性的影響可下降12～15%。

  3.3  化學(xué)作用

  礦渣在粉磨的過程中通過加入礦渣活化劑，礦渣微粉在化學(xué)激發(fā)的作用下，提高活性，比表面積達(dá)到500㎡/㎏以上，中性或堿性礦渣，7d礦渣活性指數(shù)＞95%以上，同比提高標(biāo)準(zhǔn)一個等級；并且活化劑具有很好的助磨作用，提高粉磨效率，磨機(jī)增產(chǎn)20%以上。

  以上三方面具體技術(shù)途徑，必須完全做到；如果缺少某方面的技術(shù)途徑，必然會造成產(chǎn)品質(zhì)量低、產(chǎn)量低、粉磨電耗高、生產(chǎn)成本高，無形中將損失百八十萬。只有完成這些程序化的步驟和實(shí)施最佳技術(shù)方案，才能生產(chǎn)出來質(zhì)量好、成本低的礦渣活化微粉；質(zhì)量才能達(dá)到S95級、S105級礦渣微粉國家標(biāo)準(zhǔn)，7d活性指數(shù)才能達(dá)到或超過75%、95%。

  3.4  試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

  以下是實(shí)驗(yàn)室、實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)的試驗(yàn)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(shí)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。

  山西原平市某水泥有限公司利用HQ101型、HQ108型礦渣專用活化劑分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。表3是HQ101型礦渣專用活化劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，

表3  HQ101型礦渣專用活化劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：摻入35%、50%、56%活化礦渣微粉的水泥，28d抗折強(qiáng)度分別高于未參加活化礦渣微粉水泥1.2Mpa、1.0Mpa、2.1mpa，28d抗壓強(qiáng)度分別高于5.0Mpa、2.3Mpa、0，2Mpa，摻入35%、50%、56%活化礦渣微粉的水泥，3d抗折、抗壓指標(biāo)都分別低于未參加活化礦渣微粉水泥前的強(qiáng)度指標(biāo)；如何提高3d的早期強(qiáng)度？我們又利用HQ108型礦渣專用活化劑進(jìn)行了3d、28d的實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表4

表4  HQ108型礦渣專用活化劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

  從表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明：50%的礦渣活化微粉混合50%的32.5級水泥，3d抗壓強(qiáng)度是15.2Mpa，比對比樣水泥提高了0.8Mpa，活性指數(shù)3d達(dá)到了105.5%。利用65%的礦渣活化微粉摻入35%的32.5級水泥，3d的抗壓強(qiáng)度比水泥的3d強(qiáng)度提高0.6Mpa，利用75%的礦渣活化微粉摻25%的熟料粉，3d的抗壓強(qiáng)度比水泥的3d強(qiáng)度提高4.5Mpa；28d的活性指數(shù)達(dá)到105%（43.7Mpa/41.5Mpa）。

  礦渣活化微粉不含粉煤灰，只摻入石膏、活化劑，礦渣在粉磨過程中通過機(jī)械和化學(xué)作用得到激發(fā)和活化，礦渣活化微粉的活性指數(shù)7d可達(dá)到100%左右。比表面積達(dá)到450㎡/㎏～550㎡/㎏的范圍時，磨機(jī)產(chǎn)量比國內(nèi)外同樣條件的磨機(jī)提高80%，質(zhì)量達(dá)到或大于礦渣微粉國家S105級標(biāo)準(zhǔn)。新疆某鋼鐵公司水泥廠生產(chǎn)507㎡/㎏礦渣活化微粉分別摻入0.1%HQ131、HQ132、HQ152活化劑，礦渣微粉達(dá)到S95級、S105級標(biāo)準(zhǔn)，見表5。

表5  新疆某鋼鐵公司水泥廠生產(chǎn)的礦渣活化微粉達(dá)到S95級、S105級標(biāo)準(zhǔn)

  山水集團(tuán)某公司利用HQ131活化劑在φ500×500㎜試驗(yàn)?zāi)C(jī)的現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)。見表6。

  表6     在φ500㎜×500㎜試驗(yàn)?zāi)C(jī)的現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

  由于各地礦渣的化學(xué)成分不同、質(zhì)量也不同，所以利用活化技術(shù)生產(chǎn)礦渣活化微粉的3d抗壓強(qiáng)度在9～17Mpa之間。利用活化微粉生產(chǎn)的水泥質(zhì)量也同樣受到影響。如：柳鋼礦渣活性較好，廣西大化利用80%的礦渣活化微粉與熟料粉生產(chǎn)的水泥，3d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.9Mpa；華北邢臺、邯鄲等地的礦渣活性次之，利用60～75%的礦渣活化微粉與熟料粉生產(chǎn)的水泥，水泥3d抗壓強(qiáng)度亦達(dá)到15.0～20.0Mpa。

  河北邢臺某水泥有限公司利用宏橋水泥技術(shù)研究所礦渣活化技術(shù)在φ500㎜×500㎜試驗(yàn)?zāi)C(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、摻入30～50%活化微粉的水泥，與未摻入活化微粉的水泥強(qiáng)度對比；2、用55～75%活化微粉生產(chǎn)的水泥與未摻入活化微粉的水泥強(qiáng)度對比。見表7

  表7    在φ500㎜×500㎜實(shí)驗(yàn)?zāi)C(jī)的現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

  檢驗(yàn)結(jié)果：1、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(qiáng)度平均提高6.3Mpa；28d抗壓強(qiáng)度平均達(dá)到51.4Mpa；2、用55～75%的礦渣活化微粉生產(chǎn)的水泥，比未摻入礦渣活化微粉的水泥3d強(qiáng)度提高3.8Mpa；28d抗壓強(qiáng)度平均達(dá)到60.9Mpa。

  河北邢臺某水泥有限公司利用宏橋水泥技術(shù)研究所礦渣微粉活化技術(shù)，在2.4m×9m磨機(jī)生產(chǎn)的礦渣微粉的3d活性指數(shù)較高，摻入30～50%活化微粉的水泥，與未摻入活化微粉的水泥質(zhì)量對比；摘錄幾組運(yùn)行數(shù)據(jù)見表8

表8         2.4m×9.0m磨機(jī)生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告

  檢驗(yàn)結(jié)果：摻入30%活化微粉的水泥，比未摻入活化微粉的水泥3d強(qiáng)度平均提高4.8Mpa。

  4  結(jié)論

  從生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)的各種數(shù)據(jù)表明，通過活化微粉技術(shù)，激發(fā)礦渣活性，礦渣微粉的比表面積可以達(dá)到450～550㎡/kg；3d活性指數(shù)達(dá)到100%左右；因?yàn)榈V渣微粉的活性指數(shù)得到提高，摻入礦渣活化微粉的水泥，3d強(qiáng)度比摻入普通礦渣微粉的水泥3d強(qiáng)度提高3Mpa～5Mpa。因?yàn)樘岣吡说V渣微粉的早期活性指數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)：利用活化技術(shù)生產(chǎn)的礦渣活化微粉摻入水泥后，無論是3d的強(qiáng)度還是28d的強(qiáng)度指標(biāo)，都大于未摻入活化微粉的水泥強(qiáng)度，其活性指數(shù)達(dá)到礦渣微粉國家標(biāo)準(zhǔn)S105級以上。利用60～70%的礦渣活化微粉，生產(chǎn)32.5～42.5級水泥，達(dá)到國家水泥新標(biāo)準(zhǔn)；可降低水泥生產(chǎn)成本20～40元/噸；摻入50%左右礦渣活化微粉的水泥，安定性好，摻加礦渣活化微粉后的水泥強(qiáng)度大于未摻加礦渣活化微粉的水泥強(qiáng)度指標(biāo)，3d強(qiáng)度增加1～3Mpa，28d強(qiáng)度增加3～8Mpa；

  因此，有礦渣資源的鋼鐵企業(yè)、水泥企業(yè)生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)利用少量熟料（25%左右熟料）生產(chǎn)符合國家新標(biāo)準(zhǔn)的32.5～42.5級礦渣水泥，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(jì)效益和較好的社會效益。