矿渣微粉活性低的原因及解决办法

李喜才

四平市宏桥水泥技术研究所     吉林 四平   136000

    关键词   矿渣微粉  活性  比表面积  颗粒形貌  颗粒级配  激发剂

    1.0摘要

    矿渣经过磨细达到一定的比表面积成为矿渣微粉，矿渣微粉无论应用于水泥还是混凝土，都需要具有较高的活性。

    目前市场应用的矿渣微粉等级达到S105级标准的极少，市场份额大约不到5%；低于矿渣微粉S95级标准的约占40%以上，达不到S95级标准的主要原因是矿渣微粉活性指数低。因此，找出矿渣微粉活性低的原因，寻求提高矿渣微粉活性的办法，是我们大家十分关注并要解决的问题。

    2.0矿渣微粉活性低的原因

    影响矿渣微粉活性低的因素较多，矿渣中晶体所占比例大而且晶体结构比较完整，SiO₂等酸性氧化物含量偏高， CaO等碱性氧化物含量较少，是造成矿渣微粉活性低的主要原因。

    其次是比表面积、颗粒形貌、颗粒级配等也会影响矿渣微粉的活性。比表面积是矿渣微粉的一个重要的技术指标，是提高矿渣微粉活性的一个必要前提条件，但也不能认为比表面积越高，矿渣微粉活性就一定越高；粉磨设备、粉磨工艺均可以通过改变颗粒形貌、颗粒级配等影响矿渣微粉活性。就像水泥理想颗粒3um~32um分布范围达到65%以上时强度发挥最好。理想的矿渣微粉颗粒0um~12um分布范围80%～85%，＜30um颗粒分布范围＞95%。①

    3.0粉磨设备与粉磨工艺

    目前，国内矿渣微粉生产用的粉磨设备主要是球磨机、立式磨机，粉磨设备与粉磨工艺直接影响矿渣微粉的细度、颗粒形貌、颗粒级配，初步分析如下。

    3.1 球磨机（管磨机）

    球磨机粉磨矿渣微粉生产工艺，分为闭路粉磨系统与开路粉磨系统。

    3.1.1、闭路粉磨系统

    闭路球磨矿渣粉磨系统电耗低于开路粉磨系统，尽管把产品细度控制的很小，但较大的矿渣微粉颗粒在负压风的作用下仍然极易被选入成品中，因为渣微粉的颗粒大小相近，造成的颗粒级配不合理。选粉原理属重力分级，即根据颗粒的重力大小决定去留，较多30um以上的颗粒会进入成品里，而这部分颗粒对强度的贡献是相对较低的。

    3.1.2、开路粉磨系统

    国内大多数生产矿渣微粉企业仍然使用球磨机并采用开路球磨粉磨系统，球磨机所加工的矿渣微粉细颗粒含量高，细颗粒尺寸分布宽；矿渣微粉活性指数相对比较高。矿渣粉磨到480㎡/kg时，颗粒级配分布比较合理的情况下，多数颗粒分布在0um～30um之间。同样品质的矿渣在球磨机开路粉磨系统粉磨，矿渣微粉活性指数相对较高。

    球磨机开路矿渣粉磨系统，在无预粉碎设备时，产品比表面积420㎡/kg左右时，粉磨系统电耗控制在65kwh/t～95kwh/t，粉磨电耗比较高。

    球磨机内部结构的仓位分配、隔仓板配置、研磨体级配等因素，均会影响矿渣微粉比表面积和颗粒级配，进而影响矿渣微粉的活性指数。

    笔者调研中发现宁夏某矿渣微粉公司利用开路球磨机掺助磨剂粉磨矿渣微粉活性特低，比表面积只能达到450㎡/kg。该球磨机分三个仓，而第三仓使用微型钢段配置的衬板是沟槽形状。第三仓属于研磨仓，是提高矿渣微粉比表面积、提高活性的关键仓，微型钢段配置沟槽衬板不符合常识，这种研磨方式，怎能提高矿渣微粉比表面积、保证矿粉合理的颗粒级配，提高矿渣微粉活性呢？

    3.2立式磨机

    利用立磨粉磨矿渣微粉，生产比表面积420㎡/kg左右时，磨机产量高，电耗40kwh/t左右，粉磨电耗比较低，受到用户欢迎。

    实践证明，一样的熟料在比表面积相同的情况下，立磨生产的水泥，比球磨机生产的水泥3d抗压强度下降3Mpa左右。那么立磨粉磨矿渣微粉是否也存在同样的缺陷呢？

    同球磨机闭路粉磨系统相似，立磨配置选粉机细粉收集工艺，如果操作不当，系统参数控制不合理，同样会把较多的30μm以上的颗粒收集成为成品，造成矿渣微粉颗粒级配分布范围狭窄，降低矿渣微粉活性；其次是立磨粉磨方式属于剪切式，颗粒形貌亦影响强度发挥，降低矿渣微粉活性指数。另一个被忽视的问题是高温气体在磨内直接烘干矿渣的工艺，或者说矿渣微粉0um～12um微小颗粒需要经过250⁰C左右的高温气体后才能进入成品库，相当于把水淬的矿渣再次经高温热处理，促使矿渣内的晶体长大缺陷减少，降低了矿渣微粉的活性。例如，逆流式矿渣烘干工艺，会降低矿渣微粉活性12%~15%。所以，立磨磨内的烘干矿渣工艺同样会降低矿渣微粉的活性。

    立磨操作管理比较好，能够合理控制温度，风压风量等系统参数，可相对减少降低矿渣微粉活性，若控制管理不好会加剧降低矿渣微粉活性。

    3.3 卧式筒辊磨机

    卧式筒辊磨机工艺简单，磨内结构简单，降低矿渣微粉活性因素少，粉磨物料后具有理想的颗粒形貌和颗粒级配，产品质量可靠。粉磨水泥强度相对较高，卧式筒辊磨机粉磨钢渣微粉比表面积460㎡/㎏左右，主机电耗33kwh/t～35kwh/t，是粉磨矿渣微粉首选设备之一。

    卧式筒辊磨机生产的水泥颗粒形貌，与球磨机生产的水泥颗粒形貌十分相似。

        图1球磨机颗粒形貌                        图2卧辊磨颗粒形貌

     卧辊磨粉磨物料颗粒级配分布比较合理，唐山新宝泰钢厂利用卧辊磨生产的钢渣微粉，比表面积460㎡/㎏左右，其中3μm~32μm颗粒占70%以上。

    4.0提高矿渣微粉活性办法

    经过上述分析，矿渣微粉活性低的主要原因，是矿渣水淬处理结果以及化学组成、颗粒形貌、颗粒级配及工艺操作，如何合理采用适合的工艺措施来提高矿渣微粉活性呢？

    从理论上讲，矿渣粉磨只有达到比表面积480㎡/㎏以上，其活性才能充分发挥出来。如果矿渣酸碱值达到85%左右，使用球磨机开路粉磨系统，即使把矿渣粉磨到比表面积500㎡/㎏以上，其活性也很少能够提高，因为矿渣微粉活性指数高低不仅仅取决于比表面积高低，粉磨工艺及粉磨设备粉磨方式所导致矿渣微粉的颗粒形貌、颗粒级配合理性也是重要的因素，所以说提高矿渣微粉活性应采取综合技术手段。

    提高矿渣微粉活性需要在物理及化学的双重激发作用下，调整矿渣微粉的表面化学成分，进而提高矿渣微粉活性。若把酸性矿渣微粉，调整成弱碱性、甚至碱性，再经过合理的粉磨工艺磨细，扩大理想颗粒分布范围，才有可能达到提高矿渣微粉活性目的。

    针对酸性矿渣或因粉磨工艺不当造成活性指数低的问题，四平水泥所研究利用外加液体活化剂、粉体激发剂及物理、化学复合激发相结合的办法，促进矿渣微粉活性提高技术，取得初步成效。

    在粉磨矿渣的同时加入激发剂，矿渣微粉的化学成分出现微量变化，见表1。

   表1 矿渣掺入激发剂粉磨矿渣微粉化学成分出现微量变化

    酸性矿渣主要是矿渣的SiO₂含量高，使得酸性矿渣的结构性能稳定，是导致质量系数低的主要因素。利用液体活化剂0.1%与矿渣混合粉磨，原来矿渣化学成分SiO₂ 39.18%，粉磨后的矿渣微粉SiO₂降到37.26%，酸碱值由0.86%提高到0.95%（见上表）；利用液体活化剂、粉体激发剂同时与矿渣粉磨后，原来矿渣化学成分SiO₂39.18%，粉磨后的矿渣微粉SiO₂降到35.14%，矿渣微粉酸碱值提高到1.04%，调整到碱性矿渣指标。

    这种“碱性矿渣”粉磨到一定的比表面积，且颗粒级配比较合理，矿渣微粉活性指数将会有所提高。

    酸性矿渣加入0.1%矿渣液体活化剂在球磨机粉磨，7d活性指数由67.4%提高到88.8%，提高幅度达到31.75%；28d活性指数由89.5%提高到110.7%，提高幅度达到23.7%。见表2

    表2 酸性矿渣加入矿渣液体活化剂在球磨机粉磨活性指数有所提高

    根据各地原材料不同，生产工艺不同，化学激发办法可分别提高矿渣微粉活性指数15%、25%左右，复合激发方法可提高矿渣微粉活性指数50%左右。

    利用上述技术措施，原7d活性指数55%左右的矿渣微粉，活性指数可提高到75%以上；原7d活性指数70%左右的矿渣微粉，活性指数可提高到95%以上。

    解决矿渣微粉活性低的问题，须根据现场的设备、原材料等具体条件，制订出几套工艺技术方案进行现场化验室试验，待7d、28d试验结果出来后，才能选出提高矿渣微粉活性指数比较高、生产成本比较低、投资少的优化技术方案。

①引用武汉理工大学万惠等《矿渣成分及结构对潜在活性的影响》

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