理论文献
活化矿渣微粉的生产与应用
作者:李喜才   发表时间:2014-04-24

0  引言 

    由于矿渣微粉高活性性能逐渐被水泥企业、建筑行业广泛应用,尽管矿渣总产随钢铁企业发展而上升,但矿渣资源反而比前几年更显短缺,价格上扬。在这种情况下,我们如何让有限的矿渣发挥最大的价值,让矿渣为我们企业提供更大的经济效益,让矿渣微粉为我们的产品更优质,让活化矿渣微粉为我们建筑工程更加坚固。

1  目前矿渣微粉生产状况

    目前多数企业为了提高矿渣微粉产量降低电耗,在矿渣粉磨的同时加入5%~10%左右的粉煤灰达到助磨作用,比表面积控制在380㎡/㎏~420㎡/㎏。

掺入粉煤灰的办法虽然提高磨机产量,降低电耗,其密度<2.8,活性指数小于矿渣微粉标准,改变了矿渣微粉的性质,一般只能掺入水泥10%~15%左右;其实它不是矿渣微粉而是一种高级混合材,在使用时容易引起误导,如拌制防腐蚀混凝土时会产生不良。各规格开路球磨机粉磨矿渣微粉的产量、电耗指标 见表1

表1  不同规格开路磨机粉磨矿渣掺粉煤灰的台时、电耗

磨机规格1.83m×7.0m2.2m×7.0m2.4m×13m2.6m×13m3.0m×13m3.2m×13m电耗kwh/t818480838280产量t/h2.8~3.54.0~5.09.0~11.011.0~13.016.0~18.019.0~21.0

2  矿渣微粉标准

GB/T 18046—2008

用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉

表2   三项主要技术指标

项        目级    别S105S95S75 密度g/cm3               ≥2.8 比表面积m2/kg           ≥500400300  活性指数/%  ≥7d95755528d1059575

3  普通矿渣微粉

    在正常的球磨机生产中,单独粉磨矿渣的平均电耗是粉磨水泥的2~3倍。按邦德方法计算,粉磨功指数为23kwh/t的矿渣,产品比表面积达到450㎡/㎏时,常规配球的φ1.83m×7.0m开流磨产量仅为1.5t/h,而φ2.4m×13m开流磨产量尚不足7t/h(罗凡 等,矿渣粉磨特性及其相关参数的探讨《水泥》2002.01),粉磨电耗达到100kwh/t左右。各规格开路球磨机矿渣微粉产量、电耗指标见表3

表3  不同规格开路磨机纯矿渣微粉450㎡/㎏电耗、产量指标

磨机规格1.83m×7.0m2.2m×7.0m2.4m×13m2.6m×13m3.0m×13m3.2m×13m电耗kwh/t13011011410510894产量t/h1.5~2.03.0~4.06.0~8.08.5~10.512.0~14.015.0~17.0

4     活化矿渣微粉

    粉磨矿渣不掺入粉煤灰,比表面积达到450㎡/kg以上,加入矿渣助磨剂激发矿渣活性,这种具有较高活性的矿渣微粉称之为活化矿渣微粉。

    由于对球磨机设备内部结构进行技术改造及采取消除静电现象等一系列技术措施,活化矿渣微粉的粉磨电耗控制在55~60kwh/t,各规格开路球磨机产量、电耗指标见表4

表4  不同规格开路磨机以纯矿渣在电耗55~60kwh/t时活化矿渣微粉的产量

磨机规格1.83m×7.0m2.2m×7.0m2.4m×13m2.6m×13m3.0m×13m3.2m×13m电耗kwh555857596059产量t/h4.0~5.06.0~7.013.0~15.016.0~18.022.0~24.026.0~28.0

    活化矿渣微粉比表面积达到450㎡/kg ~550㎡/kg,中性矿渣,7d活性指数即可达到95%~100%,碱性矿渣,纯活化矿渣微粉3d抗压强度可达到9~17Mpa之间、28d抗压强度可达到35~39Mpa之间;利用这种质量的活化矿渣微粉掺入25%左右熟料,3d抗压强度可达到20Mpa以上、28d抗压强度可达到45Mpa以上。

    一般矿渣水泥常存在早期强度偏低问题,而活化矿渣微粉恰恰可以弥补掺入水泥后3d强度偏低的不足,掺入水泥40%左右活化矿渣微粉,不会降低水泥原来的早期强度;所以说活化矿渣微粉是一种活性高的胶凝材料混合料。

5、 活化矿渣微粉的生产

5.1  矿渣的选择

    由于冶炼工艺及其原材料不同,矿渣的质量存在较大的差异。利用不同质量的矿渣,粉磨相同比表面积的矿渣微粉,活性指数相差很大。

    在有多种矿渣资源的情况下,要依次优先选择质量系数高的碱性矿渣、中性矿渣、酸性矿渣,即使价格相对高三四十元/吨。河北邯钢、贵州水钢的碱性矿渣,活性成分多,惰性成分少;云南曲靖、四川威远的酸性矿渣活性成分少,惰性成分多。见表5

表5  邯钢、水钢及曲靖、威远矿渣化学成分

产地LOSSSiO2AL2O3Fe2O3CaOMgOSO3ΣMnOTiO2碱性系数质量系数邯钢-0.3233.9112.770.4538.6310.59 96.35  1.061.83水钢 33.0612.650.7544.685.701.6098.440.74 1.101.90曲靖 36.4816.991.2635.487.390.28   0.801.64威远 34.0011.501.0032.007.50   14.000.861.34

5.2  矿渣烘干及除铁

    矿渣呈空心粒状,易含水。出厂矿渣水分含量在25%左右,经过运输、储存过程,水分仍然保持在8%~15%左右,球磨机生产矿渣微粉,入磨矿渣水分要求控制2%以下。

    矿渣在高温状态下经过水淬急冷的过程增加活性,就象碳钢淬火增加强度一样;矿渣烘干时如再遇高温,就等于回火,必然降低矿渣活性。因此逆流式烘干工艺,等于将矿渣又重新高温还原。经试验证明,这种烘干工艺对矿渣活性的影响平均可下降12~15%。

矿渣烘干后要进行彻底除铁再入磨粉磨,利于提高矿渣微粉比表面积、提高磨机产量,减少研磨体损耗。

        5.3  粉磨设备

    国内大多数企业生产矿渣微粉均选用球磨(管磨)机。闭路球磨矿渣粉磨系统,尽管把筛余细度控制的很小,成品中50~80um的颗粒仍然占用较大的比例,不利于提高矿粉的比表面积,影响矿渣微粉活性发挥。

    采用开路管磨机矿渣粉磨系统,细磨仓长度达到7m以上,便于细粉生成,比表面积可达到500㎡/kg以上,多数颗粒分布在2~40um之间,颗粒组成比较合理,潜在活性发挥好,对混凝土强度、性能发挥作用好。

5.4  磨内结构及技术要求

    粉磨矿渣与粉磨水泥在磨内结构方面有很大区别,对于仓位、仓长设置及隔仓板形式,要根据矿渣的粒度,易磨性等作适当调整。一般是一仓选用沟槽阶梯衬板比较多,利于破碎;二仓适当选用大波纹衬板,三仓适合选用小波纹衬板,尾仓应增加活化衬板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,由于要求比较严格,制造精度高,需要专业制造厂生产。

    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研磨体球径大小和填充率,研磨体质量要求:损耗<100g/t,破损率<0.5%。

5.5   应用矿渣助磨剂

5.5.1助磨作用

    矿渣在粉磨过程中,比表面积增长十分缓慢,当矿渣比表面积大于450㎡/kg时,由于研磨介质产生静电吸附造成颗粒聚集、糊球,产生过粉磨现象,造成矿渣微粉比表面积降低,磨机产量大幅降低,电耗大幅增加。应用矿渣助磨剂可以解决这个问题,可相对提高磨机产量15%~40%。

5.5.2化学激发作用

    提高矿渣微粉活性,一是物理作用,通过机械—球磨机把矿渣粉磨成微粉,达到较高的比表面积,增加活性。另一办法是通过化学激发作用,在粉磨的同时加入矿渣助磨剂,增加活性。

利用球磨机粉磨矿渣的同时加入矿渣助磨剂属于复式激发,取得激发矿渣活性的效果更加明显。

    一般水泥助磨剂是以分散物料、助磨为主,有的助磨剂对矿渣也具有一定的激发强度作用,却没有助磨效果;矿渣助磨剂是以激发矿渣活性、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。矿渣分别加入BB2型水泥助磨剂0.5%、HQ矿渣助磨剂0.1%,粉磨到比表面积507㎡/㎏时,活性指数对比试验数据如下,见表6

表6   矿渣微粉不掺入助磨剂及掺入不同助磨剂的活性指数对比

胶凝材料助磨剂品种及掺量胶凝材料组成7d强度(Mpa)28d强度(Mpa)活性指数抗折抗压抗折抗压7d28d普硅水泥P--------P普硅水泥100%6.429.18.344.3--------矿渣微粉A---------50%A+50%P6.024.18.142.782.8%96.4%矿渣微粉BBB2型助磨剂0.5%50%B+50%P6.225.58.845.087.6%102%矿渣微粉CHQ矿渣活化剂0.1%50%C+50%P7.329.010.049.099.6%110%

6、 活化矿渣微粉的应用

    活化矿渣微粉比表面积达到480㎡/㎏以上,具有很高的活性性能,应用在水泥厂生产水泥,可等量替代40%左右熟料用量,应用在混凝土可以等量替代40%左右水泥用量。

    生产矿渣微粉不仅仅局限于降低生产成本方面,其实,矿渣微粉更主要的价值在于提高混凝土的综合性能。而且还能使混凝土的和易性能好、脱膜快,早期、后期强度高、改善混凝土的抗渗性、抗冻性、增加塌落度等。

    机场、码头、水电工程、桥梁建筑等国家重点建设工程,需要S95级、S105级高质量的活化矿渣微粉。高速铁路混凝土构件及基础工程,设计规定掺入矿渣微粉的比例由15%提高到30%~40%。国内有些地区活化矿渣微粉的市场价格已经达到或超过32.5级水泥的价格。可见,活化矿渣微粉具有广大的应用前景。

7   结论

    在有限矿渣资源的情况下,生产、应用高等级活化矿渣微粉,不但降低企业的生产成本,提高产品的质量和性能,还节约大量的能源,减少环境污染。生产、应用活化矿渣微粉,具有较高的经济效益和社会效益,值得力推广、应用。

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