矿渣微粉生产工艺技术

矿渣微粉生产工艺技术济南大学 陈绍龙〔250022〕一、国内矿渣综合利用现状矿渣是黑色冶金工业的主要固体废弃物，20233.4914619500090001284823化土壤、水体和大气，严峻影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源铺张。据估算14.2528.5心内容之一。矿渣在水泥工业中的综合利用主要经过了三个阶段。第一阶段主要是在1995年以前，粒化高炉矿渣主要是作为水泥混合材使用。以混合粉磨为主。矿渣由于难磨，在水泥中的掺量有限，一般不超过30%。其次阶段是1995～2023年，学习国外技术，矿渣微粉作为高性能混凝土的高掺合料，在建筑工程中推广使用。但要求矿渣微粉比外表积要到达600m2/kg以上，国内仅有几家粉磨站生产。主要缘由是：进口设备价格昂贵、生产线投资相当大。以年产30万吨矿渣微粉生产线为例，一次性投资至少在5000第三阶段是在2023年之后，粉磨设备节能技术和矿渣微粉应用经济技术争论的深400m2/kg左右。这样的1000/内一个兴产业正逐步在形成。二、什么是矿渣过程中，除了铁矿石和燃料〔焦炭〕之外，为降低冶炼温度，还要参加适当数量的石灰石和期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是粒化高炉矿渣，简称：矿渣。0.3～1我国局部钢铁厂的高炉矿渣化学成分列入表1，从表中可以看出，矿渣的化学成分与水泥熟料相像，只是氧化钙含量略低。表1 我国局部钢铁厂的高炉矿渣化学成分厂名SiO2Al2O3Fe2O3MnOCaOMgOSAG38.288.401.570.4842.667.40/AG32.279.902.2511.9539.232.470.72BG40.108.310.961.1343.655.750.23BG41.476.412.080.9943.305.20/SG38.1312.220.731.0835.9210.331.10WG38.8312.921.461.9538.704.630.05JG27.0215.132.0817.7433.152.31/未经淬水的矿渣，其矿物形态呈稳定形的结晶体，这些结晶体除少局部C2S尚有一些大，阻滞了晶体成长，形成了玻璃态构造，就使矿渣处于不稳定的状态。因而具有较大的潜活性也愈高。因此，经水淬急冷的高炉矿渣的活性比未经水淬的矿渣活性要高一些。三、矿渣化学成分对水泥质量有什么影响不同钢铁厂的矿渣的化学成分差异很大，同一钢铁厂不同时期排放的矿渣有时也不一样。所以，水泥厂在应用矿渣时，要按进厂批次检测其化学成分的变化。〔一〕氧化钙氧化钙属碱性氧化物，是矿渣的主要化学成分，一般占40%左右，他在矿渣中化合成矿渣活性越大。〔二〕氧化铝氧化铝属酸性氧化物，是矿渣中较好的活性成分，他在矿渣中形成铝酸盐或铝硅酸钙等矿物，有熔融状态经水淬后形成玻璃体。氧化铝含量一般为5%～15%，也有的高达30%；其含量越高，活性越大，越适合水泥使用。〔三〕氧化硅氧化硅微酸性氧化物，在矿渣中含量较高，一般为30%～40%。与氧化钙和氧化铝比较渣活性降低。〔四〕氧化镁氧化镁比氧化钙的活性要低，其含量一般波动在1%～18%，在矿渣中呈稳定的化合物渣粒化质量和提高矿渣活性。因此，一般将氧化镁看成是矿渣的活性组份。〔五〕氧化亚锰氧化亚锰对水泥的安定性无害，但对矿渣的活性有肯定的影响。其含量一般应限制在1%～3%，假设超过4%～5%，矿渣活性明显下降。在锰铁粒化高炉矿渣中可以放宽到15%，这是由于锰铁矿渣中氧化铝的含量较高，而氧化硅含量较低。〔六〕硫矿渣中硫较多时，可使水泥强度损失较大；但硫化钙与水作用，生成氢氧化钙起碱性激发作用；氧化亚锰的存在不仅使硫化物形成有害的硫化锰，而且使硫化钙相应削减。〔七〕氧化钛10%。〔八〕氧化铁和氧化亚铁在正常冶炼时，矿渣中的氧化铁和氧化亚铁含量很少，一般为1%～3%，对矿渣的活性影响不大。四、怎样评价矿渣质量的好坏〔一〕质量评定方法1.化学分析法用化学成分分析来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法.我国国家标准〔GB/T203-94〕规定粒化高炉矿渣质量系数如下：CaO MgO Al OK 2 3SiO

MnO TiO2 2式中：各氧化物表示其质量百分数含量。质量系数K反映了矿渣中活性组份与低活性、非活性组份之间的比例关系，质量系数KCaO MgOMo

SiO

Al O2 2 3矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之比值Mo，称之为：碱性系数。假设：Mo＞1Mo=1Mo＜1表示碱性氧化物少于酸性氧化物，该矿渣称之为：酸性矿渣。2.激发强度试验法R法都存在肯定的缺乏和局限性。我国国家标准〔GB/T18046-2023〕GB/T175的PⅠ型砂浆种类水泥〔g〕矿渣粉〔g〕中国ISO标准砂〔g〕水〔mL〕比照砂浆450/砂浆种类水泥〔g〕矿渣粉〔g〕中国ISO标准砂〔g〕水〔mL〕比照砂浆450/试验砂浆2252251350225试验方法按GB/T17671进展。分别测定试验样品的728天的抗压强度R〔MPRMP〕和比照样品7天和28天的抗压强度R〔MPR〔MP。07 028

7 28然后，按下式计算矿渣粉的7天活性指数A〔%〕和28天活性指数A〔%，计算结果取整数。

7 28A=R÷R×100〔%〕7 7 07A=R÷R×100〔%〕28 28 028比外表积活性指数〔%〕表比外表积活性指数〔%〕〔m2/kg〕3d7d28d91d400606498119600728311412980099110128137高，其活性指数〔强度比〕相应明显提高。当矿渣粉比外表积到达400m2/kg时，28天活性指数达98600～800m2/kg时，其28114～127%，高于一般比外表积〔350m2/kg〕水泥熟料的活性。〔二〕矿渣品质要求国家标准〔GB/T203-94〕对粒化高炉矿渣质量要求规定如下：1.粒化高炉矿渣的质量系数K1.2。MnO计不得超过4%；锰铁合金粒化高炉矿渣的MnO允许放宽到15%；硫化物含量〔以硫计〕不得超过3%；氟化物含量〔以氟计〕计不得大2%。粒化高炉矿渣的松散容重不大于1.2kg/L；最大直径计不得超过100mm；大于10mm颗粒含量〔以重量计〕8%。粒化高炉矿渣不得混有外来夹杂物，铁尘泥、未经淬冷的块状矿渣等。矿渣在未烘干前，其贮存期限，从淬冷成粒时算起，不宜超过3个月。国家标准GB/T18046-20231〔简称矿渣粉定义：符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经枯燥、〔或添加少量石膏一起粉磨允许参加助磨剂，参加量不得大于矿渣粉质量的1%。2.8g/cm3350m2/kg。矿渣粉共分为三级。S105、S95S75，他们对应的活性指数795%、75%和55%，28105%、957585%、9095%。1.0%；4.0%；0.02%；3.0%。五、怎样激发矿渣的活性矿渣是一种具有“潜在水硬性”的材料，即：其单独存在时，根本无水硬性。但受到某些激发作用后，就呈现出水硬性。常用的激发方式有两大类，后，其内部晶体构造会不规章化和产生多相晶型转变，导致晶格缺陷发生、比外表积增大、二是化学激发：承受对混凝土耐久性无害的化学物质，激发矿渣水泥的活性。化学激发方式，可分为：碱激发、硫酸盐激发等多种激发形式。〔一〕物理激发机械粉碎是承受机械能使物料由大颗粒变成小颗粒的工艺过程。在粒径减小的同时，自身的晶体构造、化学组成、物理化学性质发生气械化学变化。主要方面包括：被激活物料原子构造的重排和重结晶；外表层自发地重组，形成非晶质构造。外来分子〔气体、外表活性剂等〕在生成的外表上自发地进展物理吸附和化学吸附。被粉碎物料的化学组成变化及颗粒之间的相互作用和化学反响。被粉碎物料物理性能变化。用于水泥工业的工业固体废弃物，一般细粉的水化速度比水泥慢得多，经测试说明：80μm〔300m2/kg〕9028150对上述工业废渣进展粉磨到产品颗粒大小大局部在45μm〔比外表积450m2/kg〕左右较短时间内产生较高的强度。〔二〕化学激发活性的物质称之为碱性激发剂。它生成碱性溶液能破坏矿渣玻璃体外表构造，使水分易于渗入并进展水化反响，造成硅酸盐熟料。在含有氢氧化钙的碱性溶液中，参加肯定数量的硫酸钙，就能使矿渣的潜在活性较为常用的硫酸盐激发剂有：二水石膏；半水石膏；无水石膏等。六、矿渣高细粉磨工艺实施方案对粒化高炉矿渣承受高细粉磨并承受分别粉磨的形式艺流程。工艺流程形式多样，可以是高细高产管磨机〔尤其是滚动轴承球磨机〕一级开路流程，也可以是一般球磨机、高效选粉机一级闭路流程；可以是立式磨一级闭路流程，也可以〔统称：矿渣微粉，即矿渣微粉中的颗粒805μm、比外表积≥3802/k，其中，≤10μm30～40%。然后可以直接给混凝土搅拌站供给掺合料泥。粉磨工艺流程一级开路一级闭路粉磨工艺流程一级开路一级闭路立磨闭路主机规格型号φ2.2×7mφ2.4×12mHFC1000/300、φ3.5×10mCK－310台时产量t/h6.0141890比外表积m2/kg≥400产品质量标准GB/T18046－2023kwh/t75706036.5金属消耗g/t10307007006.0燃料消耗kg/t404040124局部单独粉磨矿渣微粉和高细粉煤灰工艺生产线投资表粉磨系统流程粉磨系统流程一级闭路一级闭路一级闭路设备名称规格型号投资/万元规格型号投资/万元规格型号投资/万元斗式提升机TD2502.5HL3003HL3003螺旋计量秤WL2501.5WL2501.5WL3002球磨机φ1.5×5.728φ1.83×745φ2.2×6.564斗式提升机TD2502.5TH3003.5TH4004微细粉选粉机CXW80012CXW100020CXW125028袋收尘器PPC32/69PPC64/515PPC96/524高压风机9-19№10D1.29-26№10D29-26№14D4.5拉链输送机FU2001.8FU2702.5FU2702.5总投资58.592.5132磨矿渣微粉2～3t/h4～6t/h7～9t/h磨高细粉煤灰3～5t/h7～8t/h10～12t/h技术改造而成为矿渣微粉生产基地。或购置少量水泥熟料，生产高混合材掺量的32.5级矿渣水泥或复合水泥。局部企业改造后的状况见表4。常见球磨机分别粉磨工艺流程图如下：〔一〕球磨机分别粉磨合成水泥工艺流程〔1〕1400m2/kg350m2/kg以上；然后分别进入水泥配料系统各自的储存库，依据市场需求和国家质量标准要求，将矿渣微粉和熟料、石膏粉，按比例计量、混合、均化、配制成不同强度等级的矿渣水泥。这样不仅使矿渣的活性得到充分发挥，水泥强度等级提高、使用性能得到改善；而且，矿渣的掺加量可以到达60%以上，水泥熟料既是碱激发剂，又是早期强度的保证；一吨熟料生产三吨水泥，不仅降低了生产本钱，而且增加了经济效益。排空排空排空收尘器收尘器排风机排风机选粉机熟 熟 石料 料 膏粗粉回料矿渣协作料球磨机球磨机矿渣微粉粉水泥混合机成品图1 球磨机分别粉磨合成水泥工艺流程〔二〕辊压机与球磨机联合粉磨工艺流程如图2分选，细料〔粒径≤2mm〕送入球磨机水泥粉磨系统；粗料〔粒径在2mm以上〕返回辊压机开路流程。不必刻意追求辊压机出料中的合格细粉含量，充分发挥打散分级机的调控作用。实践证明：6015～20%，不仅经济效显著，而且运行费用降低、修理量大为减小。排空排空打散分级机或U型分级机排风机收尘器高炉粒化矿渣磨头仓料仓辊压机高细高产管磨机矿渣微粉图2 辊压机与球磨机联合粉磨工艺流程〔三〕立式磨水泥粉磨一级闭路流程↓↓↓熟料石膏混合材袋收尘器主风机↓↓计量配料↓↓外循 立式磨环←混合材粉熟料石膏粉热风水泥混合机成品图3 立式磨水泥粉磨一级闭路流程如图3所示，立式磨水泥粉磨一级闭路流程，主要分为粉磨功能区和混合功能区两大品标准进展各品种水泥的合成配置。立式磨在磨体内自成闭路粉磨系统。20237公司建成投产。承受德国制造的莱歇磨LM46703，实质上是一条熟料、矿渣分别粉磨、然后再合成水泥的工艺线；这样避开了气流分级过程中，水泥多组份颗粒分布不易掌握的难题，对于确保水泥质量供给了便利条件。〔四〕立式磨与球磨机分别粉磨合成水泥工艺流程承受立式磨单独粉磨矿渣，可以利用立磨热风炉供给的热气，实现矿渣的烘干兼粉磨过程，合格的矿渣微粉进入矿渣粉库。省掉矿渣烘干机，简化生产流程。熟料、石膏或其它混合材用球磨机一级闭路系统粉磨，合格细粉进入熟料、石膏粉库。在水泥合成车间，依据制成不同强度等级的矿渣水泥或复合水泥。目前国内大型钢铁集团一般都承受这种工艺流程，一次性投资都在3000～5000万元以上，但经济效益的回报也是格外可观的。〔五〕卧辊磨及其一级闭路流程卧辊磨是在消化吸取国外辊筒磨〔HORO磨〕技术的根底上，近开发研制的第四代高具有如下特点：主机故障率低，运转率高；检修维护便利，劳动强度小。整个系统处于负压操作，无粉尘污染；设备运转平稳，噪音小。45～55kWh/t26～32kWh/t35%～40%。自动化水平高，设备操作便利、快捷，整个系统在中控室集中掌握，操作人员少，生产本钱较低。级协作理。卧辊磨制造本钱低于立式磨，略高于球磨机，有望2023年投放市场，逐步成为矿渣微粉生产最经济适用的主机设备。在当前的工业固体废弃物的物理再循环利用中，水泥企业一般是将矿渣与熟料及其〔混合材组份的细度并没有到达抱负的指标。如：粉磨矿渣水泥时，矿渣比水泥熟料难磨得多，水泥比外表积到达了300m2/kg上，水泥中的矿渣粉的比外表积只有200～250m2/kg，其水化活性不能在水泥构件或建筑工开，将矿渣单独粉磨、熟料与石膏及其他混合材一起粉磨，然后再依据市场需求高炉粒化矿渣粉磨到肯定细度〔比外表积≥380m2/kg〕后，其玻璃体晶体构造被破坏，促使矿渣中的CaO、SiOAlO活性发挥出来，这些活性组份水化时，在碱性溶液的激2 2328天抗压强度一般可以提高5MPa〔见表水泥粉磨物料配比%比外表积〔m2水泥粉磨物料配比%比外表积〔m2/kg〕抗压强度〔MPa〕工艺流程熟料矿渣熟料矿渣3d28d混合粉磨7030351(矿渣水泥)21.957.4分别粉磨703035039025.165.5八、矿渣粉磨工艺主要留意事项〔一〕粉磨平衡一般来说，物料粉磨时间越长，出磨粒度越细。但是，随着粉磨时间的延长，物料比外表积渐渐增大，其比外表能也增大，因而，微细颗粒相互聚拢、结团的趋势也渐渐增加。经过一段时间后，磨内会处于一个“粉磨团聚”的动态平衡过程，到达所谓的“粉磨极限”。在这种状态下，即使再延长粉磨时间，物料也难粉磨得更细，有时甚至使粒度变粗。同时，粉磨能耗成倍增加、粉磨效率降低。这种现象在一般粉磨时并不明显，但在高细粉磨和吸附，降低颗粒硬度、减弱强度，改善其易磨性。助磨剂通过保持颗粒的分散，来阻挡颗粒之间的聚结或团聚。粉磨粒度越细，使用助磨剂的效果越显著。〔二〕矿渣质量检验与分选不同钢铁企业由于自己钢铁产品生产的需要20～26KWh/t产的节能高产都有敏感的反响之前肯定要经过筛选或篦条筛分流、并在供料输送过程中安装除铁器认真处理。〔三〕粉磨工艺参数调整矿渣比水泥熟料难磨，易磨性系数一般高出5kwh/t比水泥要求高，因此，用球磨机生产矿渣微粉，在一样工艺装备条件下，比水泥磨的产量约下降40～50%。在单独粉磨矿渣时，关键技术是严格掌握物料在磨内的停留时间。原球磨机水泥粉磨系统应作如下调整：1、研磨体级配。由于经筛分处理后的入磨矿渣粒度减小，球磨机磨内研磨体的平均球径应随之减小。一般来说，最大球的球径不要超过φ60，平均球径一般不超过45mm。依据磨机的仓位，减大球、换小球。2、研磨体装载量。由于矿渣难磨，研磨体的装载量应适当高于磨机设计装载量，约增5～1015的研磨体装填形式应保持后仓高于前仓，闭路磨则保持后仓略低或前后仓根本持平。3、隔仓板形式。单层隔仓板应适当缩小篦缝宽度，一般为5～7mm；双层隔仓板篦缝宽10mm4、衬板形式。由于矿渣的流淌性好、磨琢性强，磨机承受环沟衬板较好，尤其是细磨仓。粉磨作业时，环沟衬板的沟槽内，不同程度的存有一局部物料，所形成的料垫既增加了物料的研磨时机，又削减了磨内金属的空撞消耗，延长了衬板使用寿命。5、出磨回转筛篦缝。经过磨前筛分和有效掌握〔延长〕物料粉磨时间后，为保证出磨3mm杂物。6、优选轴承磨和高细磨。依据目前统计数据说明，承受球磨机粉磨系统生产矿渣微粉60～80kwh/t磨内构造形式对矿渣微粉生产的适应性比一般球磨机强，经济效益明显。山东LBφ2.2×7400m2/kg6t/h5%左右的粉煤灰后，7t/h65～70kwh/t例为：L:L:L=1:1:2.833.56。1 2 3仓位研磨体级配〔t〕平均球径〔mm〕填充率〔%〕仓位研磨体级配〔t〕平均球径〔mm〕填充率〔%〕一φ60φ50φ40φ30仓1.01.92.81.243.933二φ30φ25φ20φ15仓1.12.22.71.222.234三φ14×16φ12×14φ10×12φ8×10仓3.27.26.22.8/36感。所以在开流磨中要特别留意对助磨剂添加方法的合理掌握：一方面，通过对添加量不转变磨内构造的条件下，还可以适当降低通风量以降低物料流速。在圈流粉磨系统，要使选粉机与之匹配，保持成品细度不变，则可提高产量。在某一物料在磨机中停留时间的长短。循环负荷大，说明物料在磨机内停留时间短，出磨物料粗。消逝。同时，由于流速过快，物料得不到“充分”研磨致使出磨物料细度跑粗，循环负荷逐渐增加．时间一长会造成出磨物料量的成倍增加，磨尾提升机简洁过载而使生产受到影响。添加助磨剂后，在掌握成品细度及磨机产量不变的状况下，假设循环负荷渐渐减小，会影响正常生产。在一般状况下，只要磨机运行状况良好，助磨剂就可以到达预期的助磨效果。假设要细度下降，比外表积增加。其次，在此根底上，不转变选粉运行参数，保持产品细度不变，就可以增加喂料量，提高磨机台时产量。九、矿渣微粉生产工艺实例北京市PG水泥二厂始建于1976年，经过技术改造，生产规模由投产时的一条8.8万吨机立窑生产线进展到现在三条机立窑生产线〔3台Ф3×10米机立窑〕和两条日产2023吨型干法窑外分解生产线，生产力量到达200通过不断优化工艺配置、技术改造，水泥产、质量取得了巨大的提高。同时，该厂乐观100500该厂离首钢、唐山较近，有大量的矿渣资源，铁路运输便利，价格廉价；同时市场格外好，可以说是供不应求。由于水泥厂在改造过程中，有意识地加大了粉磨力量，现有水泥磨10台，其中φ2.2×73φ2.2×6.52φ2.4×81φ3.0×124厂领导始终在查找一种能多用矿渣，增加产量降低本钱的先进技术方法。2023～2023H