矿渣微粉的生产与应用前景 矿渣是炼铁过程中排出的工业废料。 据统计，仅2004年全国工业固体废物产生量为13多亿吨，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。据行业部门专家估算以每吨冶炼废渣堆存的经济损失按照15元计算，每年造成经济损失达200亿元。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。 一、国内外矿渣微粉产量与电耗指标 国内外的业内专家研究资料证明，矿渣微粉经过粉磨比表面积达到480㎡/㎏以上时，具有很高的活性。由于利用立磨生产矿渣微粉的设备投资比较高，矿渣微粉颗粒组成不如球磨机生产的矿渣微粉合理，活性偏低；因此，国内外多数企业仍然利用开路球磨机生产矿渣微粉。粉磨的过程中，在不掺粉煤灰、石灰石的情况下，矿粉比表面积450㎡/㎏左右时，电耗达到100kwh/t左右。见表1 表1 矿渣微粉比表面积450㎡/㎏以上，各规格开路磨机产量与电耗 磨机规格1.83m×7.0m2.2m×7.0m2.4m×13m2.6m×13m3.0m×13m3.2m×13m产量t/h2.2~3.03.0~4.07.0~9.09.0~11.013.0~15.015.0~17.0电耗kwh/t95～10595～10595～10595～10595～10595～105 由于矿渣微粉的制造成本高，国内多数的生产企业在生产矿渣微粉的过程中掺入8%左右的粉煤灰或石灰石，借以增加磨机产量，降低生产成本；准确的说这种产品不是纯粹的矿渣微粉，是一种混合材料，也不符合矿渣微粉国家标准。因为活性指数很低，28d只能达到75%左右；生产水泥、混凝土或水泥制品只能利用5%～20%左右；这种情况，矿渣潜在的活性不但没有得到充分的发挥和利用，而且工业废渣的应用范围和利用率都受到了一定的限制和影响。 二、矿渣活化微粉达到国家矿渣微粉S105级标准 矿渣活化微粉不含粉煤灰、石灰石；只掺入石膏、活化剂，矿渣微粉在粉磨的过程中通过机械和化学作用得到活化，矿渣活化微粉的活性指数7d可达到100%左右。比表面积达到450㎡/㎏～550㎡/㎏的范围时，磨机产量比国内外同样条件的磨机提高80%，质量达到或大于矿渣微粉国家S105级标准。见表2 表2 某钢铁公司水泥厂生产的矿渣活化微粉达到的矿渣微粉国家标准 实验编号实验项目7dMpa28dMpa凝结时间矿粉标准抗折抗压抗折抗压初凝终凝F32.5普水泥6.429.18.344.33:425:40 H32.5 复合水泥5.620.08.336.83:386:12 KH131-150%矿渣活化微粉+50%普32.5水泥6.626.99.845.34:055:23S95KH132-150%矿渣活化微粉+50%普32.5水泥7.329.010.049.03:475:57S105KH152-150%矿渣活化微粉+50%普32.5水泥7.328.39.549.33:195:05S105KH131-250%矿渣活化微粉+50%复32.5水泥6.522.210.037.94154:56S105KH132-250%矿渣活化微粉+50%复32.5水泥6.222.610.938.93415:23S105KH152-250%矿渣活化微粉+50%复32.5水泥6.622.110.239.53566:10S105 四、矿渣活化微粉产量与电耗 利用开路球磨机生产矿渣活化微粉，在不掺入粉煤灰、石灰石的情况下，矿渣活化微粉比表面积450㎡/kg～550㎡/㎏的范围内，电耗控制在50～60kwh/t，比国内外生产相同比表面积的矿渣微粉电耗降低50%、提高产量80%左右。 各规格开路磨机生产矿渣活化微粉，不掺入粉煤灰、石灰石，比表面积450㎡/㎏以上，电耗50～60kwh/t。见表3 表3 矿渣活化微粉比表面积450㎡/㎏以上，各规格开路磨机产量与电耗 磨机规格1.83m×7.0m2.2m×7.0m2.4m×13m2.6m×13m3.0m×13m3.2m×13m产量t/h4.0~5.06.0~7.014.0~16.017.0~19.023.0~25.027.0~29.0电耗Kwh/t50～6050～6050～6050～6050～6050～60 三、矿渣活化微粉制造工艺及其专用设备配件 矿渣活化微粉与矿渣微粉生产工艺相似，但粉磨矿渣时不掺入粉煤灰、石灰石，只掺入石膏、液体的活化剂。在不改变原来磨机主体结构的情况下，根据具体情况，主要采取的技术措施有四点： 1、对磨机的隔仓装置进行改造，把原来的隔仓板更换为矿粉专用磨内筛分装置，对前仓物料起着强制筛分作用，拦截大颗粒物料，使其返回前仓继续研磨。同时，更换矿渣活化微粉专用的出料篦板。 2、为了加强研磨效果，采用微型研磨体球锻。 3、避免逆流烘干方式降低矿渣活性，烘干机必须选择顺流形式的，严格控制入磨矿渣的水分。 4、粉磨时加入0.05～0.1%液体活化剂，活化剂的主要化学成分是三乙醇胺、二乙醇胺，不会对混凝土产生不良影响，起着既助磨，又增加矿粉活性作用。不同于国内外使用的助磨剂，因为助磨剂只能增加产量，是不能提高矿粉的比表面积，不能提高矿渣微粉的活性的。 五、利用矿渣活化微粉制造水泥 利用矿渣活化微粉生产水泥，可节约40%左右熟料，矿渣所占的比例高达70%左右，矿渣微粉活化制造技术解决了矿渣微粉的制造难点，生产成本可降低40～60元/吨左右。某钢铁公司水泥厂利用25～35%熟料，65%～75矿渣活化微粉生产水泥，达到的水泥强度指标。表4 表4 利用65%～75矿渣活化微粉生产的水泥强度 实验编号实验项目3dMpa28dMpa凝结时间抗折抗压抗折抗压初凝终凝F32.5普通水泥4.719.98.344.33:425:40H32.5 复合水泥3.712.48.336.83:386:12D熟料粉7.231.68.949.72:163:53K131-765%活化矿粉+35%D4.215.811.352.24:136:03K131-875%活化矿粉+25%D3.813.711.246.03:586:04K132-765%活化矿粉+35%D4.315.210.851.33:004:23K132-875%活化矿粉+25%D3.812.311.346.73:315:27K152-765%活化矿粉+35%D3.914.111.251.82:463:47K152-875%活化矿粉+25%D3.412.211.146.83:104:35 六、矿渣活化微粉等量替代部分水泥 山西某水泥公司利用HK108活化剂制造的矿渣活化微粉， 在32.5级水泥中掺入35%矿渣活化微粉，掺入矿渣活化微粉后的水泥强度比不掺入矿渣活化微粉之前的水泥3d提高抗压强度6.5Mpa，28d提高抗压强度6.3Mpa。32.5级水泥掺入35%矿渣活化微粉后，比原来的水泥提高一个等级，达到42.5级水泥标准，见表5 表5 掺入水泥中35%矿渣活化微粉前、后的水泥强度 实 验 项 目比表面积细度%3dMpa28dMpa凝结时间抗折抗压抗折抗压初凝终凝 32.5级水泥（不添加增强剂）3425.23.314.47.341.52：484：10 35%矿渣活化微粉+65%水泥4283.24.420.910.547.83：204：48 七、利用矿渣活化微粉制造水泥制品 生产建筑用的免烧砖一般需要掺入水泥11～12%，利用矿渣活化微粉生产的矿渣免烧砖只用2%水泥，可节省80%水泥，生产成本低于黏土砖的50%，利于推广国家墙改政策，避免因生产建筑砖而减少大量耕地的现象发生。 云南玉溪市声誉建材有限公司砖厂原来生产每一块砖的材料成本表6 表6 传统方法生产的免烧砖材料成本 材料价格元/吨比例%成本/砖水泥300110.09元石粉40670.072矿渣10220.006合计 0.168 玉溪市声誉建材有限公司砖厂利用40%矿渣活化微粉生产的免烧砖，取消原来的40%石粉材料，由原来的11%水泥用量减少到2%，增加了工业废渣36%；生产一块砖的材料成本是0.09552元，比原来生产的免烧砖材料成本0.168元降低0.07248元/块砖，生产材料成本降低43%以上。 按照原来的材料配方和生产工艺，40天左右才能达到10Mpa抗压强度，利用新技术后，经过玉溪市技术监督局检测，7d抗压强度达到15.43Mpa（国家标准28d抗压强度10Mpa）。比原来可缩短生产周期5倍以上。 云南玉溪市声誉建材有限公司利用矿渣活化微粉生产免烧砖每一块砖的材料成本表7 表7 利用矿渣活化微粉制造免烧砖的材料成本 材料价格元/吨比例%成本/砖水泥30020.0144矿渣活化微粉70400.0672元矿渣10580.01392合计 0.09552 八、矿渣活化微粉技术填补了国内外的空白 国家建材行业权威部门对“矿渣活化微粉”的《科技查新报告》显示证明：《国内外没见有采用开路磨机生产矿渣微粉（粉磨过程中不加粉煤灰）且比表面积达到450㎡/㎏～550㎡/㎏时，电耗控制在50kwh/t～60kwh/t左右，7d活性指数达到100%以上的文献报道。》此项新技术填补了国内外的空白。 国家发明专利200810050572.5《矿渣活化微粉生产工艺及设备》，专利权人李明已经独家转让专利申请权、专利权给四平市宏桥水泥技术研究所。 九、生产矿渣活化微粉的经济效益 前面论述的矿渣活化微粉活性指数高，除制造水泥可降低熟料的掺加量，生产混凝土、水泥制品可替代部分水泥，给企业增加可观的经济效益之外，矿渣活化微粉与国内外矿渣微粉生产方式比较还有增产增效，节约电费方面的经济效益。 以φ3.2m×13m开路球磨机生产比表面积450㎡/㎏以上的矿渣活化微粉为例，台时产量27吨以上，比矿渣微粉的生产方式增加台时产量10吨，节省电费20元/吨左右，增加7元/吨活化剂费用。如果按照矿渣价值40元/吨，32.5级水泥价值270元/吨计算，生产1.0吨矿渣活化微粉的利税应该在100元以上，也就是说每1小时可多增加1000元利税；另外，φ3.2m×13m开路球磨机生产比表面积450㎡/㎏以上的矿渣活化微粉台时产量可达到27吨以上，每1小时可节约电费540元，减去活化剂增加的成本189元，实际增加利税1351元/小时。利用本技术比较国内外的矿渣微粉生产方式，每天24小时可增加利税合计32424元。 十、矿渣活化微粉的社会效益，节能减排，保护资源环境 利用矿渣活化微粉生产水泥可等量替代传统的熟料；生产混凝土、水泥制品可等量替代部分水泥；生产建筑墙体，可替代部分黏土。矿渣活化微粉广泛应用在钢铁、水泥、混凝土、水泥制品、建筑方面。矿渣活化微粉实现了资源综合利用原则，对于保护资源环境，节约能源，保护耕地，实现经济的可持续发展具有十分重要的现实意义。 我国年产水泥13亿多吨，如果利用矿渣活化微粉生产2.0亿吨水泥，每年可使企业增加利税80亿元，可节约1160万吨优质煤炭，节省16亿度电能；也是实现“十一五”计划节约20%能源总体目标的有力措施。 十一、矿渣活化微粉的应用前景 优质矿渣生产的矿渣活化微粉3d的抗压强度可达到18.9Mpa，28d的抗压强度可达到37Mpa，相当32.5级水泥的强度。所以，如果有多种矿渣，应该优先选择其化学成分CaO的含量0.40左右，质量系数达到1.8～2.0左右的矿渣。 国内大多企业生产矿渣微粉仅仅是局限于降低生产成本方面，其实，矿渣活化微粉更主要的价值在于提高混凝土的综合性能。矿渣活化微粉比表面积达到450～550㎡/㎏，具有很高的活性，不但可以替代50%水泥用量，而且混凝土的和易性能好、脱膜快，早期、后期强度高；可改善水泥混凝土的抗渗性、抗冻性、增加塌落度等。 机场、码头、水电站、桥梁等国家重点工程，需要S105级高质量的矿渣活化微粉。哈尔滨到大连的高速铁路客运专线的桥梁材料设计时，规定必须掺入一定比例的矿渣微粉。国内有些城市矿渣活化微粉的市场价格已经相当或超过32.5级水泥的价格。可见，矿渣活化微粉具有广大的应用前景。 四平市宏桥水泥技术研究所工程技术部提供 联系电话：0434-6185118 http://www.spsns.com |