发挥矿渣微粉最大活性性能

  1  前言

  随着人们对矿渣微粉的经济价值的逐渐认识，最近几年，很多水泥企业、水泥制品、混凝土企业在生产、应用矿渣微粉。由于粉磨矿渣与粉磨水泥的物料易磨性、粒度等条件不相同，矿渣粉磨历史短，对矿渣粉磨技术没有完全掌握，经验不足等原因，致使矿渣微粉球磨机产量低、产品电耗高，并且矿渣微粉的活性指数低，没有最大发挥矿渣微粉的活性性能，针对这些问题，探讨如何在矿渣粉磨电耗比较低的情况下提高矿渣微粉的比表面积，提高矿渣微粉活性指数，发挥其最大的活性性能。利用高活性指数矿渣微粉生产水泥可等量替代大量熟料、提高混凝土性能，达到降低生产成本、节能减排目的。

  2  目前矿渣的粉磨状况

  由于矿渣的易磨性较差，利用不同的矿渣粉磨技术，其质量、产量差别很大。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造成颗粒聚集、糊球现象，致使磨机产量大幅降低，电耗大幅增加。有的企业为了提高产量降低电耗，在矿渣粉磨的同时加入10%左右的粉煤灰，起到助磨作用，其结果是产量有所提高，矿渣微粉活性却下降了，其潜在的活性性能却没有完全发挥出来。这种矿渣微粉只能往水泥里的掺入15%左右；河北某水泥集团购买河北邯郸某厂生产的矿渣微粉，往水泥里只掺加6%，才能保证原来的水泥强度指标不降低。

  目前国内大多数粉磨矿渣微粉的企业生产矿渣微粉比表面积低于450㎡/kg，矿渣微粉活性并没有完全发挥出来；掺入水泥后虽然后期强度有所增长，但是，3d强度却降低3～5Mpa，活性指数≤S75级矿渣微粉国家标准。这种粉磨方式存在：矿粉比表面积低、矿渣微粉活性指数低，掺入水泥的比例少，磨机产量低，其经济价值也较低的问题。

  随着企业质量意识不断提高，尤其是商品混凝土搅拌站对矿渣微粉的质量要求已经不再仅仅满足S75级，他们要求矿渣微粉的活性指标达到S95级或S105级，最大发挥矿渣微粉的潜在活性性能。现在应用在高速铁路混凝土，设计时就要求掺入一定比例的S95级矿渣微粉。

  国家新出台《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中华人民共和国国家标准《GB/T 18046-2008》于2008年7月1日执行，废除《GB/T 18046-2000》标准。把原来的S105级比表面积≥350㎡/㎏指标修改为≥500㎡/㎏，体现生产高比表面积高活性指数矿渣微粉势在必行，S105级矿渣微粉不久将设计应用在国家重点建设工程上。

  附：中华人民共和国国家标准GB/T 18046-2008  技术指标见表1

技术指标表1     用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉

  因此，如何提高矿渣微粉的早期活性指数，把7d的活性指数提高到75%或95%以上，是我们急待解决的问题。

  3  问题的解决

  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2～40um之间，其活性才能发挥出来，对混凝土强度的发挥起决定性作用。提高矿渣微粉的途径主要通过物理作用和化学作用二种方法，我们探讨利用球磨机生产矿渣微粉，掺入矿渣专用活化剂，生产矿渣微粉（不掺粉煤灰），不但磨机产量高、电耗低，提高矿渣微粉的比表面积，提高矿渣微粉的活性指数，发挥矿渣微粉的最大活性性能。

  利用球磨机生产活化矿渣微粉，需要采取对球磨机设备内部的部件进行部分改造以及加入具有激发矿渣活性化学作用的矿渣助磨活化剂，并达到消除静电现象等一系列助磨措施；矿渣微粉比表面积达到450㎡/㎏以上，活性指数比较高，用激光粒度分析仪对活化矿渣微粉颗粒分布进行测定结果见表2。

  3.1  物理作用

  利用开路球磨机设备研磨方法生产矿渣活化微粉，是在充分利用原有设备条件的情况下，对磨内部件技术改造，应用高效、特殊的内筛分双层隔仓板装置、出磨篦板，选择合适的衬板及钢球钢段，是保证低电耗生产比表面积500㎡/㎏左右矿渣微粉的硬件措施条件。

  3.2技术措施

  根据磨机的长度，确定合理的仓位、仓长；选择合理的研磨体级配方案，如平均球径、填充率等等，是保证低电耗生产比表面积500㎡/㎏矿渣微粉的技术措施。

  球磨机外部的一些技术要求不可忽视，如对矿渣的易磨性、入磨粒度、水分，除尘设备的选型及风压、风量的参数确定等等；即使是烘干设备的选型和烘干形式，也不可忽视，因为烘干设备工艺不当，对矿渣活性的影响可下降12～15%。

  3.3  化学作用

  矿渣在粉磨的过程中通过加入矿渣活化剂，矿渣微粉在化学激发的作用下，提高活性，比表面积达到500㎡/㎏以上，中性或碱性矿渣，7d矿渣活性指数＞95%以上，同比提高标准一个等级；并且活化剂具有很好的助磨作用，提高粉磨效率，磨机增产20%以上。

  以上三方面具体技术途径，必须完全做到；如果缺少某方面的技术途径，必然会造成产品质量低、产量低、粉磨电耗高、生产成本高，无形中将损失百八十万。只有完成这些程序化的步骤和实施最佳技术方案，才能生产出来质量好、成本低的矿渣活化微粉；质量才能达到S95级、S105级矿渣微粉国家标准，7d活性指数才能达到或超过75%、95%。

  3.4  试验数据对比

  以下是实验室、实际工业化生产的试验数据，说明只要把矿渣微粉的活性指数提高上去，就能实现生产水泥减少熟料用量，混凝土减少水泥用量的目标，达到企业增效目的。

  山西原平市某水泥有限公司利用HQ101型、HQ108型矿渣专用活化剂分别进行了实验。表3是HQ101型矿渣专用活化剂的实验数据，

表3  HQ101型矿渣专用活化剂实验数据

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  实验结果表明：掺入35%、50%、56%活化矿渣微粉的水泥，28d抗折强度分别高于未参加活化矿渣微粉水泥1.2Mpa、1.0Mpa、2.1mpa，28d抗压强度分别高于5.0Mpa、2.3Mpa、0，2Mpa，掺入35%、50%、56%活化矿渣微粉的水泥，3d抗折、抗压指标都分别低于未参加活化矿渣微粉水泥前的强度指标；如何提高3d的早期强度？我们又利用HQ108型矿渣专用活化剂进行了3d、28d的实验，数据见表4

表4  HQ108型矿渣专用活化剂实验数据

  从表4的实验数据说明：50%的矿渣活化微粉混合50%的32.5级水泥，3d抗压强度是15.2Mpa，比对比样水泥提高了0.8Mpa，活性指数3d达到了105.5%。利用65%的矿渣活化微粉掺入35%的32.5级水泥，3d的抗压强度比水泥的3d强度提高0.6Mpa，利用75%的矿渣活化微粉掺25%的熟料粉，3d的抗压强度比水泥的3d强度提高4.5Mpa；28d的活性指数达到105%（43.7Mpa/41.5Mpa）。

  矿渣活化微粉不含粉煤灰，只掺入石膏、活化剂，矿渣在粉磨过程中通过机械和化学作用得到激发和活化，矿渣活化微粉的活性指数7d可达到100%左右。比表面积达到450㎡/㎏～550㎡/㎏的范围时，磨机产量比国内外同样条件的磨机提高80%，质量达到或大于矿渣微粉国家S105级标准。新疆某钢铁公司水泥厂生产507㎡/㎏矿渣活化微粉分别掺入0.1%HQ131、HQ132、HQ152活化剂，矿渣微粉达到S95级、S105级标准，见表5。

表5  新疆某钢铁公司水泥厂生产的矿渣活化微粉达到S95级、S105级标准

  山水集团某公司利用HQ131活化剂在φ500×500㎜试验磨机的现场试验数据。见表6。

  表6     在φ500㎜×500㎜试验磨机的现场试验数据

  由于各地矿渣的化学成分不同、质量也不同，所以利用活化技术生产矿渣活化微粉的3d抗压强度在9～17Mpa之间。利用活化微粉生产的水泥质量也同样受到影响。如：柳钢矿渣活性较好，广西大化利用80%的矿渣活化微粉与熟料粉生产的水泥，3d抗压强度达到25.9Mpa；华北邢台、邯郸等地的矿渣活性次之，利用60～75%的矿渣活化微粉与熟料粉生产的水泥，水泥3d抗压强度亦达到15.0～20.0Mpa。

  河北邢台某水泥有限公司利用宏桥水泥技术研究所矿渣活化技术在φ500㎜×500㎜试验磨机进行了现场试验，实验目的：1、掺入30～50%活化微粉的水泥，与未掺入活化微粉的水泥强度对比；2、用55～75%活化微粉生产的水泥与未掺入活化微粉的水泥强度对比。见表7

  表7    在φ500㎜×500㎜实验磨机的现场试验数据

  检验结果：1、掺入35～55%活化微粉的水泥，比未掺入活化微粉的水泥3d抗压强度平均提高6.3Mpa；28d抗压强度平均达到51.4Mpa；2、用55～75%的矿渣活化微粉生产的水泥，比未掺入矿渣活化微粉的水泥3d强度提高3.8Mpa；28d抗压强度平均达到60.9Mpa。

  河北邢台某水泥有限公司利用宏桥水泥技术研究所矿渣微粉活化技术，在2.4m×9m磨机生产的矿渣微粉的3d活性指数较高，掺入30～50%活化微粉的水泥，与未掺入活化微粉的水泥质量对比；摘录几组运行数据见表8

表8         2.4m×9.0m磨机生产质量检验报告

  检验结果：掺入30%活化微粉的水泥，比未掺入活化微粉的水泥3d强度平均提高4.8Mpa。

  4  结论

  从生产、实验的各种数据表明，通过活化微粉技术，激发矿渣活性，矿渣微粉的比表面积可以达到450～550㎡/kg；3d活性指数达到100%左右；因为矿渣微粉的活性指数得到提高，掺入矿渣活化微粉的水泥，3d强度比掺入普通矿渣微粉的水泥3d强度提高3Mpa～5Mpa。因为提高了矿渣微粉的早期活性指数，可以实现：利用活化技术生产的矿渣活化微粉掺入水泥后，无论是3d的强度还是28d的强度指标，都大于未掺入活化微粉的水泥强度，其活性指数达到矿渣微粉国家标准S105级以上。利用60～70%的矿渣活化微粉，生产32.5～42.5级水泥，达到国家水泥新标准；可降低水泥生产成本20～40元/吨；掺入50%左右矿渣活化微粉的水泥，安定性好，掺加矿渣活化微粉后的水泥强度大于未掺加矿渣活化微粉的水泥强度指标，3d强度增加1～3Mpa，28d强度增加3～8Mpa；

  因此，有矿渣资源的钢铁企业、水泥企业生产矿渣微粉，比表面积要达到450㎡/㎏～550㎡/㎏，7d活性指数达到100%左右，就可以实现利用少量熟料（25%左右熟料）生产符合国家新标准的32.5～42.5级矿渣水泥，不但降低了生产水泥的成本，还节省了大量的能源，减少了环境的污染，具有显著的经济效益和较好的社会效益。