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浅谈矿渣微粉活性
作者:李喜才   发表时间:2014-04-24

关键词:矿渣  钢渣  矿渣助磨剂  矿渣微粉  强度  活性  活性指数 

    0 前言

    本文针对目前矿渣微粉的生产应用情况,论述提高矿渣微粉活性的重要性,以及介绍如何生产高活性矿渣微粉方法,建议生产高活性矿渣微粉。

    1 矿渣 

    矿渣是炼铁过程中排出的工业废料,矿渣微粉是较好的胶凝材料,尤其是潜在活性高。建材行业对矿渣微粉的应用已经十分普遍,但是,矿渣微粉活性指数的高低对混凝土性能有多大的影响,尚未引起我们大家足够的重视。

    2 目前矿渣微粉粉磨状况

    矿渣在粉磨过程中,比表面积增长十分缓慢,当矿渣微粉比表面积大于450㎡/kg时,由于研磨介质产生静电吸附现象,造成颗粒聚集、糊球,致使磨机产量降低,电耗增加,产品比表面积降低。

    目前国内大多数企业生产矿渣微粉比表面积在380㎡/kg~420㎡/kg之间,有的企业为了提产降耗,在矿渣粉磨的同时加入粉煤灰,起到助磨作用。磨机虽然提产,但矿渣微粉活性却下降,潜在的活性性能却没有完全发挥。

    3 矿渣微粉活性

    矿渣微粉具有较高的活性,评价活性多少是根据矿渣微粉活性指数,而活性指数是根据强度计算而得,即:矿渣微粉按照1:1比例掺入对比水泥的抗压强度与对比水泥抗压强度的比值(对比水泥要求,比表面积300㎡/㎏~400㎡/㎏,7d抗压强度35Mpa~45Mpa,28d抗压强度50Mpa~60Mpa),比值越大活性指数越高。

    提高矿渣微粉活性指数有什么意义?低活性矿渣微粉和高活性矿渣微粉对混凝土的性能有什么影响?谈谈个人看法。

    3.1低活性矿渣微粉对水泥强度的影响

    低活性矿渣微粉按照1:1比例掺入对比水泥,配制后的水泥7d、28d、90d抗压强度分别达到13.5Mpa、36.8Mpa、45.5Mpa;比对比水泥7d、28d、90d抗压强度分别降低12.3Mpa、6.8Mpa、5.3Mpa。见表1.

    表1 低活性矿渣微粉1:1掺入水泥抗压强度

水泥

矿渣微粉活性指数

抗压强度Mpa

7d

28d

7d

28d

90d

100%普硅42.5级水泥



25.8

43.6

50.8

50%矿渣微粉+50%水泥

52.3%

84.4%

13.5

36.8

45.5

    经过对比试验数据可以看出,低活性矿渣微粉不仅仅影响混凝土强度,同时也降低矿渣微粉掺量,不能在混凝土中体现出矿渣微粉的优秀性能。

    3.2高活性矿渣微粉对水泥强度的影响

高活性矿渣微粉按照5:5比例掺入对比水泥,配制的水泥7d、28d、90d抗压强度分别达到41.1Mpa、71.5Mpa、91.6Mpa;比对比水泥7d、28d、90d抗压强度分别高出2.6Mpa、19.9Mpa、27.3Mpa。见表2

    表2 高活性矿渣微粉1:1掺入水泥抗压强度

水泥

矿渣微粉活性指数

   抗压强度Mpa

7d

28d

7d

28d

90d

100%普硅42.5级水泥



38.5

51.6

64.3

50%矿渣微粉+50%水泥

106.5%

138.5%

41.1

71.5

91.6

    高活性矿渣微粉掺入混凝土中,不但降低生产成本,最大的优点是提高混凝土的综合性能,提高建筑工程质量,延长建筑物寿命。

    4 影响矿渣微粉活性因素

    影响矿渣微粉活性因素比较多,主要有如下几个方面:

    4.1矿渣品质低是矿渣微粉活性指数低主要的因素,因为酸性矿渣是不能生产出来高活性矿渣微粉的。

    4.2 矿渣微粉粉磨电耗高、比表面积低是矿渣微粉活性指数低的重要原因,建议矿渣微粉比表面积达到500㎡/㎏以上,采用新技术降低粉磨电耗。

    4.3生产工艺技术方面存在一定的问题,尤其磨内结构不合理,进行技术改造。

    4.4粉磨矿渣掺入粉煤灰等,也是矿渣微粉活性指数低的原因。

    5 提高矿渣微粉活性的办法

    通过机械物理方法提高矿渣微粉比表面积以及利用HQ矿渣助磨活化剂化学办法激发矿渣的活性,掺入钢渣、激发剂等材料通过水化反应提高矿渣微粉活性指数。

    5.1 物理机械办法提高矿渣微粉活性

    提高矿渣微粉活性的首要办法就是通过物理机械办法把矿渣磨细,而磨细需要提高电耗,增加成本,如何解决这个矛盾?实现低电耗生产高比表面积矿渣微粉。我们经过多年研究和实践,已经掌握在球磨机开路粉磨系统低电耗生产矿渣微粉的技术。磨前无细碎工艺,粉磨400㎡/㎏矿渣微粉,粉磨系统电耗可控制在65kwh/t以下;粉磨500㎡/㎏矿渣微粉,粉磨系统电耗可控制在70~80kwh/t,要做到如下几项技术要求:

    5.1.1  矿渣入磨前烘干

水淬矿渣呈空心粒状,出厂的矿渣水分一般在25%左右,经过运输、储存过程,水分仍然维持在8%~15%左右,立式磨机生产矿渣微粉可直接入磨。但球磨机生产时入磨矿渣水分需控制<2.0%。烘干机选择要顺流式,因为矿渣在高温状态下经过水淬急剧降温的。逆流烘干形式会使经过水淬急剧降温的矿渣又重新经过高温,会降低一定活性。经过检验,证明这种烘干工艺降低矿渣微粉活性12~15%。

    5.1.2    矿渣入磨前除铁

    矿渣入磨磨前应当增加除铁装置,因为矿渣中夹杂较多的铁和氧化铁的混合物。当此类含铁物质进入磨机后,很难将其磨细,不但加剧研磨体、衬板、隔仓板、出料篦板的磨损,还容易导致一仓积料,堵塞筛板筛缝,造成过料通风不畅,影响磨机产质量,影响矿渣微粉的活性。

    5.1.3    磨内结构的改进

    粉磨矿渣与粉磨水泥、生料在磨内结构方面有很大区别。粉磨矿渣要根据矿渣的粒度,易磨性设置仓位、仓长,选择各仓衬板、隔仓板、出料篦板形式。1仓一般选用沟槽阶梯衬板比较好,利于破碎;2仓或3仓适当选用大波纹衬板或小波纹衬板和平衬板相结合。但尾仓应增加活化衬板,来调整物料流速及料层厚度,以利于矿渣微粉比表面积的提高。内筛分高细装置、出磨篦板是达到技术指标的关键部件,由于制造精度高,根据物料情况和技术要求,由专业制造厂生产。

    5.1.4    合理的研磨体级配

    合理的研磨体级配是提高矿渣微粉比表面积、提高磨机产量重要的技术措施之一,矿渣硬脆不易磨,但入磨粒度比较稳定,一般以中等的钢球和微型钢锻为主。根据测得的矿渣易磨性能指数确定磨机仓位、仓长,研磨体球径大小和填充率。研磨体质量要求表面光滑,无毛刺,无砂眼,损耗<100g/t,破损率<0.2%。

    5.1.5除尘设备

    矿渣微粉粒度比较小,粉磨系统配备袋式收尘设备效果较好,利于环保达标。因为采用强力通风方式,有利于改善磨内微粉的过粉磨现象,同时可适当降低磨内温度,保证出磨矿渣微粉的品质;磨内风速过高或过低,会产生磨内物料流速偏快或偏慢,影响磨机产量和矿渣微粉的比表面积;除尘设备选择要比同规格水泥磨略小一些。

    5.2 化学激发办法提高矿渣微粉活性

    由于矿渣具有较高的潜在活性,要把矿渣微粉的潜在活性完全发挥出来,除依靠物理作用把矿渣粉磨到一定的细度发挥矿渣微粉的活性外,还要利用化学方法激发矿渣微粉的潜在活性。化学激发办法主要用化工产品配制的矿渣助磨剂,同时还可应用某些材料通过水化反应激发矿渣微粉活性。

    5.2.1 应用矿渣助磨剂激发活性

    矿渣助磨剂是以激发矿渣活性为主,同时具有助磨作用的化学激发剂,主要成分有三乙醇胺、二乙醇胺、丙二醇等,不含氯离子等有害成分,对混凝土不会产生不良影响。

    同样把矿渣微粉粉磨到比表面积507㎡/㎏,矿渣微粉A不加助磨剂,矿渣B加入0.1%HQ矿渣助磨剂,抗压抗折强度对比如下,见表3

表3   不掺助磨剂的矿渣微粉与掺入助磨剂的矿渣微粉强度对比

矿渣种类

助磨剂品种

胶凝材料组成

7d强度(Mpa)

28d强度(Mpa)

凝结时间

抗折

抗压

抗折

抗压

初凝

终凝

-------

--------

P普硅水泥100%

6.4

29.1

8.3

44.3

3:42

5:40

矿渣微粉A

无助磨剂

50%A+50%P

6.0

24.1

8.1

42.7

4:18

5:27

矿渣微粉B

HQ助磨剂

50%B+50%P

7.3

29.0

10.0

49.0

3:47

5:57

    试验结果,矿渣微粉B掺入矿渣助磨剂,抗压抗折强度超过对比水泥强度,比不加助磨剂的矿渣微粉A抗压强度7d、28d分别提高4.9Mpa、6.3Mpa。

    某矿渣微粉公司2013年9月份在3.2m×13m闭路系统矿渣加入HQ助磨剂0.1%,矿粉比表面积420㎡/㎏时,提产10%左右,提高早期活性指数9%,见表4。

    表4 加入HQ助磨剂,球磨机提产10%,提高活性指数


产量t/h

7d抗折强度Mpa

7d抗压强度Mpa

7d活性指数%

原矿渣微粉

30~32

5.0

26.6

71

加HQ助磨剂矿渣微粉

33~35

5.4

30.0

80

    加HQ助磨剂的矿渣微粉7d抗压强度比不加HQ助磨剂的矿渣微粉7d抗压强度高3.4Mpa,提高7d活性指数9%。

    5.2.2  掺入钢渣等材料水化反应激发活性

    钢渣是炼钢时排出的废渣,在粉磨矿渣的同时掺入20%~25%钢渣(及激发剂),提高矿渣微粉抗折、抗压强度,减少初凝时间,见表5。

    表5  掺钢渣矿粉与不掺钢渣矿粉试验对比

名称


凝结时间

抗折强度

抗压强度

初凝

终凝

7d

28d

7d

28d

对比水泥1

42.5级水泥

155

195

6.2

8.0

31.6

51.8

对比矿粉2

50%对比水泥1+50%矿渣微粉

195

235

4.6

7.5

19.2

44.4

试验品3

50%对比水泥1+掺钢渣矿粉50%

170

235

5.5

9.2

20.0

45.8

                                           

    在矿渣微粉中掺入一定比例的钢渣及激发剂,不但降低矿渣微粉生产成本,经过水化反应后矿渣微粉7d、28d活性指数比不掺钢渣的矿渣微粉活性指数相对提高2%~15%(根据物料品质,一般提高8%以上,极个别降低2%)。尤其抗折强度明显提高, 28d超过对比样水泥的抗折强度。可见通过某些材料水化反应方法也可激发矿渣微粉活性。

    6  结论

    提高矿渣微粉活性是十分必要的,因为高活性矿渣微粉大量掺入水泥中,可节省较多的硅酸盐熟料,不但降低水泥的生产成本,而且还节省很多优质煤炭和电能,减少CO2排放;高活性矿渣微粉掺入混凝土中,可等量替代50%左右水泥用量,降低混凝土成本;提高混凝土的综合性能:和易性能好、脱膜快、增加塌落度,提高混凝土的早期、后期强度;提高混凝土的抗渗性、抗冻性等等。有资料显示,掺入高活性矿渣微粉混凝土的强度增长期可达到几百年,是配置高性能、大体积、长寿命混凝土的首选材料之一。

    高活性矿渣微粉广泛应用于国防工业及一般民用建筑,机场、高速铁路、高架公路、电厂烟囱、桥梁码头、水利工程和地下设施等混凝土工程中。
    矿渣资源是有限的,建议把有限的矿渣制成高活性矿渣微粉,应用到混凝土,建设我们美好的家园。

 

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