工业废渣超细粉磨以及在水泥生产降本增效中的实际应用

0　引言

实现水泥生产节能减排、降本增效主要在熟料煅烧和水泥粉磨两个环节。目前，我国水泥工业熟料煅烧技术处于世界先进水平，在熟料煅烧技术没有突破性进展之前其节能减排、降本增效潜力不大。而且为了保证水泥性能，水泥成品中熟料用量普遍偏高，52.5级水泥熟料含量一般在80%以上，42.5级水泥也在60%以上，间接导致了资源能源消耗较高，环境负荷较大。在水泥粉磨环节，由于对工业废渣应用研究的不断加强，其节能减排、降本增效的挖掘潜力很大。

众所周知，工业废渣用作水泥混合材，在水泥中主要起三种作用：一是活化效应，废渣中活性SiO2、Al2O3与水泥水化时析出的Ca（OH）2、钙矾石、多余的水起化合反应生成对水泥强度增长有利的C-S-H凝胶和铝硅酸钙；二是填料作用，它与水泥水化产物结合在一起，起骨架作用；三是紧密堆积作用，当废渣粒径比水泥粒径小得多时，可以提高水泥石密实度，继而提高水泥强度，提高水泥混凝土抵抗外侵能力，提高耐久性。按照反应动力学的一般原理，在其他条件相同的情况下，反应物参与反应的表面积越大，其反应速率越快，反应越完全。因此工业废渣在一定范围内磨得越细，其活性越高，对水泥强度贡献亦越大。

1　超细粉磨核心设备及工艺技术

工业废渣超细粉磨的关键技术在于粉磨的核心设备——磨机和选粉机。在高细高产磨基础上创新开发的高长径比超细磨机配合由中国建筑材料科学研究总院研发的大容量超细选粉机组成的闭路粉磨工艺系统用于超细粉磨矿渣、超细粉煤灰效果良好。该系统具有产量高、电耗低、成品微细粉含量高且易于控制等优点。成品细度30 μm筛筛余小于3%（比表面积750 m2/kg，d97＜30 μm，d50＜10 μm），平均产量达55 t/h，平均综合电耗超细粉煤灰低于50 kWh/t，超细矿渣微粉低于70 kWh/t。

超细磨机特点：对衬板、隔仓板、出料装置和研磨体进行创新设计和制造，改善了研磨体运动轨迹。传统管磨研磨体只作径向运动，超细磨机研磨体既作径向运动，又作轴向运动，提高了粉磨效率。物料一次受磨时间是Φ3.2 m×13 m高细磨的1.5倍。长期连续粉磨作业磨内温升小，出磨物料温度低于95 ℃，静电重聚现象不明显，不粘研磨体、不粘衬板、微细粉不易结团，保障粉磨作业持续进行。

超细选粉机特点：采用悬浮分散技术、预分级技术，利用空气喷射气流将物料进行悬浮分散，强化了物料的分散能力。在物料进入分级区前，通过预分级装置将部分粗料直接分离，降低受选物料浓度，为清晰分选提供良好的基础。涡流型转子分级区分级精度高，切割粒径小，并且分级细度易于控制，对于分级小于30 μm微细粉，其选粉效率高达70％以上。

2　超细磨机和超细选粉机的实际应用

贵州遵义聚源建材有限公司采用超细磨机、超细选粉机组成的闭路粉磨工艺系统，于2015年建成投产了一条年产30 万t超细矿渣微粉和年产30 万t超细粉煤灰生产线。该生产线生产超细矿粉时是使用联合粉磨系统，生产超细粉煤灰时直接采用闭路粉磨系统，实现了一条生产线依据不同要求生产不同超细产品的目的。

2.1　主要设备规格性能（见表1）

2.2　系统工艺流程

湿矿渣经皮带输送机（上方装除铁器）送入喂料小仓，经仓底计量后由提升机喂入烘干塔，烘干至水分8%±1%。出烘干塔矿渣经提升机、皮带输送机（上方装除铁器、金属探测器）送入计量喂料仓，喂入辊压机进行挤压，出辊压机矿渣经提升机喂入打散分级机进行分选，同时烘干至水分＜1%。合格细料由收尘器收集下来，经空气斜槽、提升机送入半成品库；不合格粗料用拉链机送入计量喂料仓前提升机、皮带输送机送入计量喂料仓，喂入辊压机继续挤压。半成品经库底计量后由空气斜槽、提升机喂入超细磨机进行粉磨，出磨混粉经空气斜槽、提升机喂入超细选粉机进行分选。合格细粉经高效袋式除尘器收集下来，经空气斜槽、提升机送入成品库；不合格粗粉经空气斜槽、提升机喂入超细磨机继续粉磨。生产过程全封闭负压操作，设有两个排放点，各排放点都设有高效袋式除尘器，除尘效率99%，排放浓度低于15 mg/Nm3，清洁文明生产。工艺流程简图如图1所示。

图1　工艺流程

2.3　原料化学组成及物理性能（见表2）

2.4　主要技术指标

磨细矿渣微粉及粉煤灰技术指标见表3，粒径分布见图2、图3。

图2　超细矿渣微粉粒径分布

图3　超细粉煤灰粒径分布

2.5　水泥的配制及水泥性能

利用原水泥粉磨系统将熟料、石膏一同粉磨至比表面积（400±20） m2/kg入库。把水泥、超细矿渣微粉、超细粉煤灰按表4比例分别计量后，一同喂入LDHC15000连续式混合机混合均匀，即生产出不同品种、不同强度等级的水泥，水泥强度（多组平均值）见表4。

从上述实际生产数据可以看出，该系统不仅能够在工业生产线上实现比表面积在700~800 m2/kg的超细粉的生产，而且生产的成品无论在单位生产电耗、微观粒度分布以及作为高掺量混合材在水泥中的应用性能，与传统的超细粉磨生产线相比都有显著的改善和提高。

3　成本分析

3.1　超细掺和料以及非配制水泥的生产成本

外购原燃料及电价格见表5，超细矿渣粉及超细粉煤灰生产成本计算见表6，P·I 52.5级水泥及P·O 42.5级水泥生产成本计算见表7。

注：矿渣含水率20%。

3.2　不同品种水泥料耗、能耗、排放量、生产成本比较

不同品种水泥料耗、能耗、CO2排放量及生产成本见表8。

4　结论

1）用超细磨机和超细选粉机组成的闭路粉磨系统，能将矿渣超细粉磨至比表面积750~800 m2/kg，d97<30 μm，d50<10 μm，粉煤灰超细粉磨至比表面积700~750 m2/kg，d97<30 μm，d50<10 μm。超细矿渣微粉综合电耗70 kWh/t，超细粉煤灰综合电耗50 kWh/t。台时产量平均55 t/h。

2）该系统既可单独超细粉磨矿渣、粉煤灰，又可单独超细粉磨钢渣、煤矸石等工业废渣，以及比表面积>800 m2/kg的超细水泥等。

3）用超细矿渣微粉和超细粉煤灰作水泥混合材，节能减排、降本增效成果显著。生产1 t 52.5级水泥节省石灰石等天然资源427～712 kg左右、节省标煤30～36 kg、减排CO2 227~338 kg、降低水泥生产成本26~46元。生产1 t 42.5级水泥节省不可再生石灰石等天然资源345~630 kg、节省标煤24~27 kg、减排CO2181~284 kg、降低水泥生产成本26~34元。

4）工业废渣超细高掺是水泥工业节能减排、降本增效的有效途径之一。

作者：姜其斌，等

作者单位：江苏德玛超细粉体科技有限公司