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提高矿渣微粉活性的方法
作者:管理员   发表时间:2015-10-22

提高矿渣微粉活性的方法

李喜才 高级工程师

四平市宏桥水泥技术研究所     吉林 四平   136000

 

关键词   矿渣  矿渣微粉  活性  比表面积  颗粒形貌  颗粒级配  助磨剂

1前言

矿渣化学成分与硅酸盐水泥熟料化学成分十分相似,且潜在活性高,矿渣经过粉磨,达到一定的细度称之为矿渣微粉。矿渣微粉是较好的胶凝材料,尤其S105级高等级矿渣微粉具有较高的活性,掺入混凝土不但提高混凝土的强度,而且对混凝土的综合性能有较大的提高。加入高品质矿渣微粉的混凝土和易性能好、脱膜快,改善混凝土的抗渗性、抗冻性、增加塌落度等优点,是机场、码头、水电工程、桥梁等国家重点建筑工程首选建筑材料。

目前市场应用的矿渣微粉达到国家标准S105级的极少,市场占有份额大约不到5%;S95级矿渣微粉市场占有份额只有35%以下,不能满足建筑市场尤其是国家重点建设工程的需要。高等级矿渣微粉占有率低的主要原因是矿渣微粉活性指数低,达不到建筑工程设计要求。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方法,是我们大家十分关注并希望解决的问题。

2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,其次是粉磨工艺、粉磨设备、粉磨技术等等原因造成活性指数低。

所以必须从粉磨工艺、粉磨方式、粉磨技术等方面寻找原因,才能完全解决矿渣微粉活性低的问题。

3 提高矿渣微粉活性方法

提高矿渣微粉活性方法较多,除注意选择矿渣品质之外,主要依靠粉磨工艺、粉磨技术提高矿渣微粉活性,要做到矿渣微粉比表面积比较高,颗粒形貌比较好,颗粒级配分布范围较大;另外,还要通过化学激发方法提高矿渣微粉活性。

3.1选择相对优质矿渣

矿渣是炼铁过程中排出的工业废料,经水淬称为粒化高炉矿渣,经水淬处理后的矿渣,玻璃体含量多,能量处于不稳定状态,具有一定的潜在活性。

由于冶炼工艺及其原材料不同,矿渣品质存在较大的差异,用不同品质的矿渣粉磨相同比表面积矿渣微粉,其活性差异很大。如果矿渣酸碱值达到0.85左右,即使利用开路球磨机系统粉磨,把矿渣粉磨到比表面积500㎡/㎏以上,其活性也很难提高上去,因为矿渣微粉活性指数高低不仅仅取决于比表面积高低,矿渣的品质是非常重要的因素,因此要尽可能选择相对优质矿渣。

3.2 物理方法提高矿粉活性

矿渣微粉比表面积、颗粒形貌、颗粒级配、粉磨方式及磨机内部结构设置和研磨体级配,对矿渣微粉活性都有着非常大的影响。

3.2.1提高矿渣微粉比表面积

根据有关资料报道,矿渣微粉的比表面积只有达到480㎡/㎏以上时,大多数颗粒分布在2um~40um之间,其活性才能完全发挥出来,对混凝土强度提高及性能发挥起决定性作用;如果矿渣微粉比表面积480㎡/㎏以下,其活性不可能完全发挥出来,因此对混凝土强度提高及性能发挥作用较小。

用350㎡/㎏的熟料(95.5%的熟料和4.5%的石膏在3m×9m闭路水泥中共同粉磨)与不同细度的矿渣粉配制而成的水泥的物理性能,见表1

表1  矿渣微粉细度对水泥物理性能的影响。

配比%

用水

mI

凝结时间

min

3dMpa

28dMpa

矿渣微粉

比表面积

㎡/㎏

熟料

矿渣

初凝

终凝

抗折

抗压

抗折

抗压

0

100

0

127.0

105

155

5.5

22.5

8.1

51.5

--

1

55

45

122.0

233

308

2.8

10.1

6.1

32.6

316

2

55

45

126.0

246

335

2.7

9.6

6.0

31.2

356

3

55

45

138.5

225

319

3.1

12.4

6.5

37.5

410

4

55

45

142.0

252

299

3.4

13.3

6.4

40.0

445

5

55

45

148.5

247

348

3.5

14.8

7.6

43.6

495

6

55

45

146.0

296

355

4.1

15.5

7.8

44.5

567

7

55

45

155.0

309

360

4.2

15.7

8.1

49.6

611

8

55

45

155.1

305

357

4.0

15.9

8.4

52.7

650


从上表数据分析,同等原材料配比,矿渣微粉比表面积相对较大,强度相对较高,说明矿渣微粉比表面积对矿渣微粉活性影响较大。

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,但它不是矿渣微粉活性指数高的唯一条件。如果矿渣微粉颗粒形貌不好,颗粒级配不合理,即使是矿渣微粉比表面积较高,矿渣微粉活性也不一定高。

因此,必须重视粉磨工艺、粉磨设备及球磨机磨内结构和研磨体级配,否则不能粉磨出比表面积较高、活性较高的矿渣微粉。

3.2.2优化颗粒形貌颗粒级配

影响矿渣微粉活性原因除矿渣品质、粉磨细度(比表面积)之外,粉磨工艺、粉磨设备及粉磨方式所导致矿渣微粉的颗粒形貌、颗粒级配也是非常重要的。重视矿渣微粉颗粒级配合理性,就像大家都认同水泥3um~32um理想颗粒分布范围达到65%以上时水泥强度发挥最好一样,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,这样的矿渣微粉颗粒级配分布,其活性指数比较高。

因此,必须强调粉磨工艺、粉磨设备、粉磨技术的重要性,因为球磨机内部结构设置及研磨体级配直接影响矿渣微粉颗粒形貌、颗粒级配。

3.2.3 优化磨内设置

根据矿渣的入磨粒度与矿渣微粉比表面积要求设置磨机仓位和各仓的长度,头仓衬板形状一般选择阶梯或阶梯沟槽衬板,便于发挥钢球破碎作用。其余仓位选择小波纹形状较多。尾仓切勿选择阶梯衬板,笔者曾在银川某矿粉公司见过磨机尾仓是阶梯衬板与钢段研磨矿渣微粉,比表面积只能达到300㎡/㎏左右。

磨内隔仓板装置由二十多个部件组成,产品质量控制如何?磨机是否节能高产?都与隔仓板装置设计的篦缝形式、篦缝宽度及筛分装置等技术参数有很大关系。由于隔仓板装置制造技术要求严格,一般由专业工厂生产。对出料篦板结构形式、篦缝宽度也都有严格的技术要求。

3.2.4 优化研磨体级配

合理的研磨体级配及钢球钢锻质量是保证矿渣微粉质量和磨机产量的关键所在,选用钢球还是钢段都必须与衬板相匹配,根据入磨粒度选择钢球大小,头仓多选用钢球级配,尾仓多数采用微段级配。

球段的质量亦是非常重要的问题,一是球段的破损率必须控制在0.2%以下,因为破损的球段不但直接影响磨机产量,对产品质量也难以保证;二是球段粉磨矿粉损耗(磨耗)控制在40g/t~80g/t之内;三是球段表面必须光滑,无毛刺砂眼;只有球段表面光滑,才能研磨出比表面积较高的矿渣微粉。如果球段表面粗糙,粉磨的矿渣微粉比表面积必然很低,需要生产十几个月(5000小时~8000小时,具体时间视球段材质表面硬度)之后等待球段本身磨光滑了,才能粉磨出理想的比表面积。

例如德阳某公司最初曾采用带毛刺(水口)的钢段,经过粉磨1年多长的时间后才能生产比表面积合格的微粉;安阳某水泥公司2013年5月技术改造5号磨机粉磨矿渣微粉,利用麻面高铬材质钢段,至今已生产2年多长时间钢段表面尚未磨光滑,生产的矿渣微粉比表面积只有320㎡/㎏左右。

钢段在磨内要形成线研磨效果,因此制作各种规格的钢段尺寸都有一定的技术要求。宁国某公司曾为北海综微公司制作ф14×12、ф14×10钢段,这种钢段在磨内不能形成线研磨效果,比表面积提不上去,磨机产量更是无从谈起。 

3.3化学方法提高矿粉活性

提高矿渣微粉活性除物理方法外,还需要通过化学激发方法调整矿渣微粉的表面化学成分,进而提高矿渣微粉活性。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,才能完全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矿渣微粉活性指数低的问题,四平水泥所研究2014年5月份在宁夏建成建材有限责任公司利用外加液体助磨剂(活化剂)、粉体激发剂及物理、化学复合激发相结合的方法,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2。


表2  矿渣掺入激发剂粉磨的矿粉化学成分出现微量变化

激发方式

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

酸碱值

质量系数

矿渣(无激发剂)粉磨

39.18

14.02

1.39

39.23

6.75

0.86

1.53

矿渣掺入液体活化剂粉磨

37.26

12.02

1.92

40.71

6.35

0.95

1.58

矿渣掺入液体活化剂+粉体激发剂粉磨

35.14

10.42

1.32

40.24

7.23

1.04

1.65


酸性矿渣主要是SiO2含量高,使得酸性矿渣的结构性能稳定,是导致矿渣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,矿渣化学成分SiO2由原来39.18%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、粉体激发剂同时加入与矿渣粉磨后,矿渣化学成分SiO2由原来39.18%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3


表3  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


抗压强度Mpa

活性指数%


7d

28d

7d

28d

水泥对比样

40.2

45.02



酸性矿渣在球磨机粉磨

27.1

40.3

67.4

89.5

酸性矿渣+0.1%矿渣激发剂

35.7

49.85

88.8

110.7

根据各地原材料不同,生产工艺不同,化学激发方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。

矿渣微粉普遍存在早期(7d)活性指数比较低的问题,后期活性指数比较好,见表4

表4 矿渣微粉早期活性低

实验项目

抗折强度Mpa

抗压强度Mpa

活性指数%

7d

28d

7d

28d

7d

28d

水泥对比样

7.2

8.4

41.3

50.9



镍渣微粉(试验胶砂)

6.4

8.8

30.4

54.2

73.61

106.5

为了提高矿粉早期活性,把激发剂掺入镍渣,激发剂掺入镍渣、钢渣中一起粉磨到比表面积420㎡/㎏左右,通过水化反应,7d活性指数明显提高,见表5。

表5  掺入激发剂等材料通过水化反应提高矿粉早期活性

粉磨材料类别

镍渣掺%

钢渣掺%

激发剂掺%

比面积㎡/㎏

7d活性指数%

镍渣

100



407

72.3

镍渣+激发剂

92


8

420

77.1

镍渣+钢渣+激发剂

72

20

8

420

79.6

3.4 提高立磨矿粉活性

提高立磨生产的矿渣微粉活性难度较大,因为立磨粉磨矿渣微粉的颗粒形貌、颗粒级配不如球磨机好是大家所公认的,尤其矿渣在磨内再次经过高温,对活性影响较大,与球磨机生产的矿渣微粉相对比较活性指数降低一个等级。

解决立磨生产工艺矿粉活性指数低的问题,依然要采取化学方法激发矿粉活性,并且应用物理方法对微粉颗粒表面进行活性修复,促使矿渣微粉活性提高。

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%左右;原7d活性指数70%左右的矿渣微粉,活性指数可提高到95%左右。

4 结论

提高矿渣微粉活性的方法,主要是物理方法、化学激发方法。需要注意的是要避免采用降低矿渣微粉活性的生产工艺,因为不当的生产工艺会降低矿渣微粉活性指数15%~35%;如果只为降低粉磨电耗而不惜降低矿渣微粉活性指数为代价,显然这样的矿渣微粉生产工艺是不值得提倡的。

综上论述,只要掌握提高矿渣微粉活性的方法,掌握矿渣微粉的粉磨技术,生产矿渣微粉是完全可以做到:矿渣微粉活性指数(比表面积)相对较高,粉磨电耗相对较低。可实现3.2m×13m开路球磨机生产420㎡/㎏以上矿渣微粉,粉磨系统电耗可控制在60kwh/t左右、磨前配置辊压机,粉磨系统电耗可控制在45kwh/t以下。

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》

 

作者李喜才18843442229            

2015/10/31修改