少熟料水泥生产技术与矿粉活性指数的关系.doc

少熟料水泥生产技术与矿粉活性指数的关系 作者：李喜才 单位:四平市宏桥水泥技术研究所 2007-11-9关键字:少熟料-矿渣 摘要: 利用30%左右的少量熟料掺入70%左右的矿渣活化微粉生产的矿渣水泥，与传统的矿渣水泥生产技术相比较，可以减少40%左右的熟料用量，生产矿渣水泥每吨可以节约煤炭0.05吨左右，节约电能5kwh左右，降低生产成本3050元左右。生产水泥之所以能够掺入70%左右的矿渣活化微粉后质量达到国家水泥标准，主要是矿渣微粉的活性指数必须达到105%以上。因此，必须提高矿渣微粉的活性指数，才能实现少熟料生产矿渣水泥。 随着人们对矿渣微粉的经济价值的逐渐认识，最近几年，很多水泥企业尤其是钢铁企业，新装备了矿渣粉磨设备；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，对矿渣粉磨的技术没有完全掌握，经验不足等原因，致使粉磨的矿渣微粉产量低、产品电耗高、矿渣微粉的活性指数达不到GB/T10846-2000矿渣微粉国家标准，针对这些问题，谈谈我们在矿渣粉磨实践中的体会。 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、产量及效益差别很大。 现在国内大多数水泥生产企业生产矿渣微粉均采用球磨机设备，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23倍。产品比表面积达到450/kg时，粉磨电耗较高；江苏无锡一个企业的2.6m13m矿渣微粉磨机，经过江苏某公司的三次改造，比表面积330/，产量只有1314t/h。北京、通化、福建等企业的矿渣粉磨系统电耗均在100kwh/t左右。部分设备的产量指标，见表1国内目前开路磨机矿渣微粉生产技术指标 表1国内目前开路磨机矿渣微粉生产技术指标 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，会产生过粉磨，由于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510%的粉煤灰，达到助磨作用，其结果是产量有所提高，水泥的强度却下降了，其经济效益没有完全发挥出来。一般矿渣微粉往水泥里的掺入量只有15%左右，河北某水泥集团购买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。 当粉磨的矿渣微粉比表面积低于450/kg时，因为矿渣微粉的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13Mpa，活性指数S75级矿渣微粉国家标准。这种粉磨方式存在：磨机产量低、矿粉比表面积低、掺入水泥的比例少、其经济价值也较低的问题。 现在的水泥市场价格竞争激烈，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；所以，生产矿渣微粉的企业一定要把矿渣微粉的活性指数提高上去，产品才有市场； 表2矿渣微粉国家标准GB/T10846-2000 矿渣微粉活性指数：A=C/B100 其中A7d、28d活性指数（%） 对比样品7d（或28d）抗压强度（Mpa） 实验样品（指对比水泥和矿渣粉按质量比1：1组成的样品）7d（或28d）抗压强度（Mpa） 现在国内一些厂家生产的矿渣微粉掺入水泥后，存在早期强度比较低的问题，原因是矿渣微粉的7d活性指数75%；关键是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。 试验结果表明，矿渣微粉的比表面积只有达到480/左右时，大多数颗粒分布在240um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。因此，我们探讨利用球磨机生产矿渣微粉时，采用活化技术生产矿渣微粉（不掺粉煤灰、石灰石），不但可以提高磨机产量、提高矿渣微粉的比表面积，还要提高矿渣微粉的活性指数。 矿渣微粉的比表面积只有达到480/左右时，大多数颗粒分布在240um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。因此，我们利用球磨机生产矿渣微粉时，采用活化技术生产矿渣微粉（不掺粉煤灰、石灰石），不但可以提高磨机产量、提高矿渣微粉的比表面积，还要提高矿渣微粉的活性指数。 由四平市宏桥水泥技术研究所开发研制的矿渣微粉活化技术，适用于在球磨机上生产矿渣活化微粉。是在充分利用原有设备条件的情况下，通过三个方面的技术途径完成： 一是磨内部分，根据磨机的长度，确定合理的仓位、仓长、选择高效的内筛分双层隔仓板、出磨篦板、选择合适的衬板、合理的研磨体级配方案，确定合理的平均球径、填充率； 二是磨外部分，对入磨粒度、水分的要求，烘干设备的选型（烘干工艺不当，对矿渣活性影响平均可下降1215%）、除尘设备的选型及风压、风量的参数确定等等； 三是利用矿渣专用活化剂，提高粉磨效率，磨机增产20%以上；提高比表面积，可达到500/以上；通过粉磨时激发矿渣微粉的活性，提高矿渣活性指数，7d95%以上。 以上三个方面的技术途径，是必须的，缺一不可的，才能达到理想的技术指标。 只有完成这些程序化的步骤和最佳技术方案，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S105级矿渣微粉国家标准，早期活性指数才能达到或超过国家标准的75%、95%的指标。 活化微粉技术比传统的磨机生产普通矿渣微粉提高产量50%100%；在比表面积450/kg550/的情况下，电耗是传统生产方式的50%左右。见表3 表3开路磨机生产矿渣活化微粉技术指标 通过活化技术，矿渣微粉的比表面积可以达到450550/kg；并激发矿渣活性，矿渣微粉的活性指数7d95%，提高矿渣微粉质量；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3Mpa5Mpa。因为提高了矿渣微粉的早期活性指数；可以实现： 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13Mpa，28d强度增加38Mpa 利用6070%的矿渣活化微粉，生产32.542.5级水泥，达到国家水泥新标准；可降低水泥生产成本2040元/吨； 山西原平市崞山水泥有限公司利用四平水泥所研制的HK101型、HK108型矿渣专用活化剂分别进行了实验。表4是HK101型矿渣专用活化剂的3d、7d、28d实验数据， 表4HK101型矿渣专用活化剂实验数据 实验结果表明：28d的活性指数达到105.7%，7d的活性指数达到97.6%，活性指数指标都超过了矿渣微粉国家标准的S105级。但是，如何提高3d的活性指数？我们又利用HK108型矿渣专用活化剂进行了3d、28d的实验，数据见表5 表5HK108型矿渣专用活化剂实验数据 从表5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%（43.7/41.5）。 山水集团某公司利用四平水泥所矿渣活化技术在500500试验磨机的现场试验数据。见表6 表6在500500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917Mpa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，某厂利用6075%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15.020.0Mpa。 河北邢台某水泥有限公司利用四平市宏桥水泥技术研究所矿渣活化技术在500500试验磨机进行了现场试验，实验目的： 掺入3050%活化微粉的水泥，与未掺入活化微粉的水泥质量对比； 用5575%活化微粉生产的水泥与未掺入活化微粉的水泥质量对比 具体数据见表7 表7在500500实验磨机的现场试验数据 检验结果：1、掺入3555%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5575%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四平水泥所矿渣微粉活化技术，在2.4m9m磨机生产的矿渣微粉的3d活性指数较高，掺入3050%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82.4m9.0m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。 制造水泥的主要原料是石灰石（8090，为质量分数，以下同）、粘土（1015）和铁矿粉（12）。为了控制凝结速率），还要在熟料中加入3以下的石膏。 （1）水泥生料煅烧成熟料的物理、化学变化过程 混合生料进入回转窑的上端，受热到100时，主要是水分蒸发，这一段叫干燥带。干燥的生料继续在窑中前进，在与更热的气体相遇时，被加热到600左右，这时发生有机物燃烧和高岭土脱水。此时，由于粘土可塑性减低，块料粉碎成粉料，这一带叫做“预热带”。 温度升高到900，石灰石发生分解，生成的CaO和粘土组成里的二氧化硅、氧化铝开始发生固态反应，这一段叫“分解带”。当温度升高到1100以上，CaO和酸性氧化物的反应大为加快，反应主要是： 3CaO+Al2O33CaOAl2O3（铝酸三钙）（1200时） 这一段叫做“煅烧带”或称“放热反应带”。 温度到达1400左右，窑内物料开始烧结，部分开始熔融。这时硅酸二钙仍保持为固态，它熔于熔融液里，与游离的CaO继续反应生成硅酸三钙（3CaOSiO2）。硅酸三钙以微小的结晶析出，即成熟料。这一段称为“烧结带”。 经过烧结带后，熟料开始冷却而出窑，这一段叫做“冷却带”。 （2）熟料中加入石膏，为什么可以延缓水泥硬化速率？ 首先来分析一下水泥的硬化过程： 水泥配上适当分量的水后，调和成浆，经过相当时间，凝固成块，最后成为坚硬如石的物体，这一过程叫做水泥的硬化。硬化时发生下列反应 3CaOSiO2+2H2O=2CaOSiO2H2O+Ca（OH）2（水解） 2CaOSiO2+H2O=2CaOSiO2+H2O（水化） 3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O（水化） 第一个反应生成的Ca（OH）2由于开始时量少而溶解，随着量的增多，变成饱和溶液而后析出胶体Ca（OH）2，引起水合硅酸钙和水合铝酸钙凝成凝胶状胶体，这时水泥具有可塑性。胶状物经过一段时间，渐渐变结实，水泥就失去可塑性而凝结了。由于以上反应随着时间增加从水泥表面向内部慢慢进行，使凝胶更多且更结实。同时在形成胶体时，氢氧化钙凝胶和水合铝酸钙开始结晶，随着时间的增加，结晶的量增多，形成的晶体和无定形水合硅酸钙相结合，使之机械强度不断增大而硬化。 在水泥组成中，和水作用的速率最大的是铝酸三钙和硅酸三钙，因此它们的含量对水泥的凝结硬化速率起着主要作用。当加入石膏时，硫酸钙和铝酸三钙作用，而生成难溶的铝硫酸钙。由于这种化合物的生成，减小了铝酸三钙的作用，使胶凝速率变慢，因而延迟水泥的凝结时间和硬化速率。 （3）水泥的标号 水泥的标号是水泥强度大小的标志，测定水泥标号的抗压强度，系指水泥砂浆硬结28d后的强度。例如检验得到28d的抗压强度为310kg/cm2，则水泥的标号定为300号。抗压强度在300400kg/cm2者均算为300号。普通水泥有：200、250、300、400、500、600六种标号。200号300号的可用于一些房屋建筑。400号以上的可用于建筑较大的桥梁或厂房，以及一些重要路面和制造预制构件。按国家规定的强度检验法测得水泥抗压强度数值如下表：制造水泥的主要原料是石灰石（8090，为质量分数，以下同）、粘土（1015）和铁矿粉（12）。为了控制凝结速率），还要在熟料中加入3以下的石膏。 （1）水泥生料煅烧成熟料的物理、化学变化过程 混合生料进入回转窑的上端，受热到100时，主要是水分蒸发，这一段叫干燥带。干燥的生料继续在窑中前进，在与更热的气体相遇时，被加热到600左右，这时发生有机物燃烧和高岭土脱水。此时，由于粘土可塑性减低，块料粉碎成粉料，这一带叫做“预热带”。 温度升高到900，石灰石发生分解，生成的CaO和粘土组成里的二氧化硅、氧化铝开始发生固态反应，这一段叫“分解带”。当温度升高到1100以上，CaO和酸性氧化物的反应大为加快，反应主要是： 3CaO+Al2O33CaOAl2O3（铝酸三钙）（1200时） 这一段叫做“煅烧带”或称“放热反应带”。 温度到达1400左右，窑内物料开始烧结，部分开始熔融。这时硅酸二钙仍保持为固态，它熔于熔融液里，与游离的CaO继续反应生成硅酸三钙（3CaOSiO2）。硅酸三钙以微小的结晶析出，即成熟料。这一段称为“烧结带”。 经过烧结带后，熟料开始冷却而出窑，这一段叫做“冷却带”。 （2）熟料中加入石膏，为什么可以延缓水泥硬化速率？ 首先来分析一下水泥的硬化过程： 水泥配上适当分量的水后，调和成浆，经过相当时间，凝固成块，最后成为坚硬如石的物体，这一过程叫做水泥的硬化。硬化时发生下列反应 3CaOSiO2+2H2O=2CaOSiO2H2O+Ca（OH）2（水解） 2CaOSiO2+H2O=2CaOSiO2+H