矿渣微粉的生产工艺及利用

1、矿渣微粉的生产工艺及利用摘 要 矿渣微粉是近年才兴起的一种型建材，进展较快。同时也有不同的生产工艺，企业要依据自身的状况选择适合的生产工艺及规模关键词 矿渣微粉 立式磨 挤压机 球磨机 振动磨0引言钢铁工业是关系到一个国家国计民生的根底工业，同时也是能源消耗大户和固体物排放大户，每年排放大量的固体废渣占用大量的耕地，破坏生态平衡、污染环境。钢铁行业的固体废物包括尾矿、高炉矿渣或化铁炉渣、钢渣、尘泥、自备电厂排出的粉煤灰以及工业垃圾等，依据冶金总院的统计显示，目前，钢铁行业每年固体废物产生量约 1.7 亿吨，其中高炉5000 90 2022 1660 万吨，粉煤灰及炉渣540 万吨。水泥工业和钢

2、铁工业一样，属于根底工业，在国民经济中占有重要地位，同时也是主要的能源消耗大户之一。为了削减对自然资源的过度消耗，保护生态环境，水泥企业始终都在利用工业废渣，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等，其中以粒化高炉矿渣的利用最为普及，且效果最正确，但大多数都用做水泥掺合料或生产矿渣水泥。利用矿渣微粉制备高性能混凝土作为一项技术，其应用不到十年。由于矿渣微粉生产本钱低，销售价格低于水泥价格，而且是高性能混凝土的优质原料，适用于大型的商品混凝土搅拌站，它可等量代替各种混凝土中的水泥用量，同时它作为混凝土的改性剂，可明显改善混凝土的性能，具有良好的经济效益和社会效益。50 2022 8 内相继建成和在建的共有数十条

3、矿渣微粉生产线。本文从矿渣微粉生产线现状、生产工艺及综合利用方面进展浅述，期望能与国内同行进展沟通。矿渣微粉生产现状矿渣微粉起源于欧美等国家，其技术的进展已近十年。近年来随着钢铁工业技术的不断进步，以及粉磨部位材质的不断改善，矿渣微粉的生产和应用越来越大。由于立式磨在生料粉磨和煤粉制备领域内的突破以及材料科学、液压技术、自动把握方面的不断进展，逐步抑制了影响立式磨大量推广使用中的普遍存在的震惊、磨辊和磨盘磨损、除铁难等不利因素，逐步在水泥粉磨、矿渣粉磨等领域中推广开来。目前立式磨在矿渣粉磨生产设备中占确定优势，成为矿渣微粉生产线的首选设备。我国在这方面的争辩、开发和利用较晚，1996 年，上海

4、宝钢企业开发总公司筹建国内首条年产 50 万2022 年开头建立，2022 8 月份投产。后2022 8 50 万吨的生产线，各项指标根本到达设计要求，设备运转正常，企业经济效益较好。目前在正在建立第三条线。目前我国已建成投产的还有武钢30 万吨/年、鞍钢50 万吨/年、芜湖朱家桥50 万吨/年、山西长冶钢铁公司70 万吨/年、首钢60 万吨/年、南京梅宝(50 万吨/年) 等厂，昆钢、马钢、沙钢、唐山建龙、南钢、柳钢等厂相继建成投产或者正在建立当中，钢铁工业对矿渣深加工已是大势所趋。这其中像芜湖朱家桥、山西长钢、鞍钢水泥厂等厂用立式磨既磨矿渣，又磨熟料，依据市场来进展调整。CK LM2+2

5、磨，丹麦史OK 磨，德国Polysius RMS 立式磨，德国非凡公司的MPS 磨，宇部-100 多台，而且有逐步增加的趋势。目前国内较大规模的矿渣微粉生产线均3070 50 万吨规模为主。另外，国内有一些企业利用现有的球磨机进展系统改造后用来生产矿渣微粉，还有一些企业受资金或规模的限制，上球磨机来生产矿渣微粉。矿渣微粉的标准及性能矿渣微粉的标准2022 年国内第一个矿渣微粉的标准砂浆、混凝土用粒化矿渣微粉由作为地方标准的上海市公布实施，2022 年上海又出台了地方标准粒化高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用规程。我国于 202212 1 GB/T10846-2022202212 1 日起又实施了高

6、强、高性能混凝土中用矿物外加剂国家标准。在该标准中正式将矿渣微粉命名为“矿物外加剂”2-1。序指标工程号SSS序指标工程号SSS10595751比重g/cm32.82.82.82比外表积m2/kg350350350抗压强度7d-32.542.53MPa28d52.562.572.5活性指标7d9575554Sai%28d10595755流淌度比%8590956SO34.07烧失量Loss%3.08MgO1.09Cl-%0.0210含水量%12022 12 1 日起实施的国家标准中，有一些参数做了修改。目前企业生产的矿渣微粉，比外表420-450m2/kg之间。矿渣微粉性能高炉矿渣的化学成分和矿

7、物组成222222222322高炉矿渣是在高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和助熔剂石灰石等炉料中的非挥 CaO、MgO、SiO 、Al O 、CuO、FeO、MnO、S 等，其中 MgO：2-15%；FeO：0.5-1.0%；MnO：0.1-1.0%；TiO ：2.0%；S：0.5-1.5%。矿渣的矿物组成在CaO- SiO -Al O C AS、CAS C S 的结晶区。一般钢铁工业排出的矿渣在急冷时形成无定性玻璃体。在碱性矿渣中，一般形成硅酸二钙(C S)、钙铝黄长石2222222223222223222(C MS ) 、钙长石(CAS )、硫化钙、镁橄榄石(MgOSiO )、

8、硅钙石、硅灰石和尖晶石等晶体。在酸性C AS C S 活性较好，CAS CS CaO 、Al O 含量高，SiO 含量低时活性高。矿渣的活性受其理化组成及微观构造、冶炼工艺、钢种、水淬质量等因素的影响而转变，当矿渣中玻璃相含量高80-90%时，矿渣为微晶状态，活性好。但我国攀2223222高炉矿渣的性能2高炉矿渣的碱度是指矿渣主要成分中的碱性氧化物和酸性氧化物的含量比。 即K=CaO+ MgO/ SiO，K1 为碱性渣；K=1 为中性渣；反之为酸性渣。2高炉矿渣的活性取决于高温炉渣的处理方法。在水淬、热泼、半急冷等三种方法中以水淬渣的活性较高，对水泥厂来讲，其质量最好。水淬矿渣高炉熔渣在大量冷

9、却水的作用下形成的海绵状浮石类物质，其在宏观上是由硅铝氧四周 体组成的聚合度不同的网状构造，钙离子、镁离子分布在网状构造的容穴中，微观上大体是按相律形 绝大局部化合物以玻璃体的的形式存在，因而具有较高活性。22 矿渣玻璃体中各种氧化物的单键强度MyOxMSiAlAlCaMg价数43322配位数44686M-OkJ/mol25.3616.7525.1212.6815.797.668.85Mc K 来表示。C2S、 四种变体，前面三种在急冷时形成，具有Al2O3 含量较高，因而在急冷时形成玻璃体的含量较高。MgO 能够降低熔渣粘度，有利于形成玻璃体，因而对活性有利，MnO 不利于形成玻璃体，对矿渣

10、活性不利。Mc K 表示Mc= Al2O3 /SiO2Mc0.25 为活性矿渣；Mc1.9 为高活性矿渣；K=1.6-1.9 为中活性矿渣；K1.6 为低活性矿渣。不同厂的矿渣化学组成差异较大，易磨性差异也较大，但总体上来讲，矿渣易磨性差、磨蚀性大、粉23 7590kwh/t 之间。粉450m2/kg 时，产量大幅降低，电耗420-450m2/kg500m2/kg 以上。30%，电耗也相差30%，因此，水泥企业在有条件时，选择活性好的矿渣是一种最简洁有用的节能措施，当钢铁企业确定矿渣微粉生产线规模时， 矿渣微粉的性能矿渣微粉作为混凝土的第六组分矿物外加剂，可等量代替水泥，直接掺加在商品混凝土中

11、，依据活性和比外表积的不同，一般掺加量在 2040%，掺入矿渣微粉的混凝土，性能明显得到改善，它具有以下优点： 搅拌初期易于把握混凝土的流变性，提高混凝土的流淌度，泵送性能好； 降低水化热； 削减混凝土中水泥的需求量，增加混凝土的后期强度；C3ACa(OH)2的含量，因而抗硫酸盐侵蚀性能增加； 抗碱骨料反响； 抗微缩，与钢筋结合力强。以上性能打算了矿渣微粉特别适用于高层建筑、大坝、机场、水下及地下建筑等特别工程。矿渣微粉的生产工艺依据现有的装备状况，理论上可实行立式磨、辊压机、球磨机、振动磨四种终粉磨工艺，或者承受立式磨+球磨机，辊压机+球磨机的联合粉磨工艺。生产企业可依据年矿渣排放量或者矿渣

12、保证供给量， 以及当地及周边市场对矿渣微粉的年需求量，确定合理的生产规模。立式磨的生产工艺用立式磨生产矿渣微粉工艺近年来最为一般，且进展快速，为各个钢铁公司首选。由于科学技术的进步，立式磨渐渐抑制了震惊和材质磨损的缺乏，逐步用于矿渣微粉的生产，其产品的比外表积一般在420450m2/kg，但一般不超过 500m2/kg，否则简洁加剧磨盘和磨辊等粉磨部件的磨损以及震惊。国内所用的立式磨均为进口，主要有日本川崎、宇部、丹麦史密斯、德国莱歇磨，德国伯利休斯等国外企业生产的立式磨。目前国内最为普及的矿渣微粉单条生产线是年产 50 万吨矿渣微粉生产线，下面就以它为例，根本参数与把握指标如下具体到每个厂状

13、况不同：规模和根本参数湿矿渣水分：815%，粒度：13mm，产品终水分：1%，磨机产量：7585t/h，年运转率：7075%，烘干热耗：7.59.51044.152kJ/t 湿矿渣12%计。00既可承受单一热源的发热炉，也可承受两种炉混合使用，以降低生产本钱，具体承受何种炉型，要根 据具体状况来定。3741kWh/t4145 kWh/t。主机设备28003300kW7585t/h收尘器处理风量：240000300000m3/h排风机：240000300000m3/h，风压：65007500Pa。5000kW 左右。物料储库 湿矿渣：一般用皮带机从矿渣堆场直接送至厂区的湿矿渣仓，湿矿渣仓不宜过大

14、，一般要求储量能满足 48 小时即可，以防长时间不用导致湿矿渣结块，造成堵料。另外，湿矿渣不宜承受提升机输送，以防在料斗中粘结，造成输送力气下降。 矿渣微粉：当矿渣来源单一，质量稳定时，可建一座2245m 均化库，当来源地较多时，需建两18m 3 15m 均化库，以确保出厂的产品质量稳定。散、包装由于矿渣微粉直接用于混凝土搅拌站，因此一般承受散装火车、散装汽车、散装船运输，确实需承受包装袋时，也要承受大袋包装吨包装，不宜承受小袋包装，以降低本钱。系统除铁目前的立式磨均承受外部循环，因而除铁较为便利，在磨内、入磨皮带机和粗粉入磨等处，均应加电磁除铁器，以降低入磨物料铁含量，减小磨损。需要指出的是

15、目前国内投产的一些生产线，在原设计时将湿矿渣和石膏一起粉磨，结果造成磨盘、选粉机堵塞，其缘由如下： 由于立式磨烘干力气强，含水 1215%的湿矿渣直接进立式磨内烘干兼粉磨，因此，磨内气体中水蒸气含量较高。420450m2/kg500m2/kg 以上。 由于通入立式磨的热风温度在 350左右，极易使磨细的石膏微粉由二水石膏CaSO42H2O受热失去化学结合水，变成半水石膏CaSO41/2H2O。而半水石膏具有较强的水硬性，遇到湿矿渣烘干产生的水蒸气，又吸水变成二水石膏，结成硬块；另一方面，半水石膏、游离水、矿渣微粉相互作用结成硬块，极易粘附在设备外表，堵塞立式磨和上部的选粉装置，严峻影响立式磨的

16、正常生产。因此，当承受立式磨时，不宜掺加石膏，只承受矿渣单独粉磨。球磨机的生产工艺目前国内大多数水泥生产企业水泥粉磨设备均承受球磨机，当水泥企业生产规模不大时，即可承受球500m2/kg 以上比外表积的矿渣微粉，且矿渣微粉的颗粒外形及级配较好。笔者通过颗粒分析仪分析觉察，当用球磨机生产的矿渣微粉480m2/kg 240um 之间，这一分布和水泥类似，对混凝土强度的发挥起打算性作用。但立式磨磨出的矿渣微粉颗粒呈片状，且比较均匀，颗粒级配不好，需水量较大。也就是说一样比外表积的状况下，球磨机产品的质量比立式磨好，相应的强度也好，但用球磨机3-1 是常见球磨机生产矿渣微粉时的系统参数及配置。表3-1

17、球磨机生产矿渣微粉时生产配置S=420450 m/kg序规格球磨机功率产量收尘器风量型号选粉机功率产量规模万吨号(kW)(t/h)(m/h)(kW)(t/h)12.413m8001022022-72311m12501745000N7505515-201233.213m16002030000-1543.513m20222560000N1000752517.553.813m25003090000N1500903020规模和根本参数目前国内适用于磨矿渣微粉的球磨机规格较多，下面就以年产 12 万吨矿渣微粉为例，列举生产根本参数。12 万吨矿渣微粉入烘干机湿矿渣水份：815%出烘干机干渣水份：1%入磨

18、干渣粒度：13mm出磨产品水份：1%产品比外表积：420450m2/kg 磨机产量：17t/h磨机运转率：80%粉磨系统电耗：7590 kWh/t烘干机热源：燃煤沸腾炉，发热力气 250105kJ/h。流程选择矿渣粉磨承受球磨机，有开路和闭路两种生产工艺。对于用长径比较大的磨机来生产水泥时，承受开430m2/kg 以上的矿渣微粉时，其优势就不明显。这是由于， 为了保证出磨的成品合格，就必需存在比较明显的过粉磨现象，当要求的产品比外表积更高时，过粉磨现象就更加严峻。这时，假设磨机过长，而且仓数较多，例如三仓磨，要求三个仓的力气平衡，三仓料位根本一样，假设对矿渣的易磨性不充分了解的状况下，盲目确定

19、各仓分布以及研磨体级配，则很可能难以保证三仓料位的动态平衡，在生产中带来意想不到的状况，影响产品性能和磨机的正常生产。另外，开路磨大多承受磨内筛分装置，隔仓板篦缝较小约 58mm，一旦遇到小球、锻或者裂开率较高的研磨体时，会造成堵塞，造成磨机通风不畅，磨机产量大幅下降，出磨矿渣微粉温度过高，影响产、质量。这时只有调整风机风门的开度，增加磨内通风量以降低出磨物料的温度，但假设风机风门调整不当，会导致磨机出磨物料跑粗现象的发生。两种系统相比，闭路系统投资较大，系统较为简洁，但从生产及把握角度来讲，闭路磨系统相对于开路磨系统，具有以下优点。 颗粒级协作理。闭路磨由于承受了选粉机，矿渣微粉的细度调整机

20、敏，颗粒级配较合理，当矿渣480m2/kg 332m 颗粒65%，与水泥相近，因而后期强度高。与此同时，开路磨存在过粉磨现象，产品中小于 3m 的颗粒较多，同样细度的产品，开路磨早强较高，但由于成品中存在粗颗粒，会导致后期强度较闭路低。 对入磨矿渣的水分要求较低。由于闭路磨带有选粉机，磨内风速较高，磨内通风量较好，因此允许入磨矿渣水分2%，但开路磨要求入磨矿渣水分1%，否则会引起糊磨现象，导致磨机产量下降和跑粗。 出磨矿渣微粉温度低。闭路磨由于选粉机中外掺大量冷风，对物料有冷却作用，同时由于磨内截面风速高，磨内通风良好，因此，出磨物料温度低，矿渣微粉中的玻璃体没有被破坏，活性较好。与此相反，开

21、路磨由于磨内通风较差，糊磨现象严峻，出磨物料温度高，导致矿渣微粉中的玻璃体朝晶格完整、致密方向进展，导致矿渣微粉活性降低。 细度调整机敏。由于闭路磨配有选粉机，因此细度调整机敏，可通过调整选粉机转速和风机风门来生产 400550m2/kg 比外表积的矿渣微粉。但开路磨只能通过调整喂料量和系统风量来调整细度。应当指出，不管开路还是闭路，生产矿渣微粉都比较成熟牢靠，在生产水泥时，闭路系统能有效减轻过粉磨现象，且细度调整机敏。但由于目前的选粉机均是为生产水泥而开发的，用于生产高比外表积的矿渣微粉500m2/kg时，选粉效率下降很多，很难到达生产水泥时的选粉效率。固然，巧妇难为无米之炊，假设磨内产生的

22、细粉量偏少，选粉机无论多高效也难保证设计的产量，因此，合理的磨内构造，粉磨效率是首要的打算因素。矿渣的粒度比水泥熟料的粒度小，但却比熟料难磨。同样的磨机，生产矿渣微粉时的产量只有生产水40%左右，如何使长管磨三个仓的力气处于动态平衡，在实际生产中很难把握，尤其是矿渣微粉，是一种兴的材料，水泥企业的生产阅历更少，因此更不能盲目选择磨机规格。在水泥企业中常2.29m、2.212m、2.413m、2.613m、3.213m 4 的球磨机一般不宜在上矿渣微粉生产线时承受。总之，用球磨机生产矿渣微粉，有开路和闭路两种选择，开路流程简洁，投资也较省，但产量较低， 主机设备选粉机：离心式选粉机和旋风式选粉机

23、不宜用于生产矿渣微粉，由于这两种类型的选粉机用来生产高比外表积的矿渣微粉时，选粉效率太低，循环负荷率过大，不经济，因此应承受涡流选粉机。以下为12 万吨矿渣微粉生产线的配置。磨机：F311m1250 kW17t/h选粉机：DSIIS-750，功率：55kW；选粉效率：6070%收尘器：PPW96-8 高浓度气箱脉冲收尘器，处理风量：45000 m3/h0.8m/s45000 m3/h7500Pa，电机功率：160kW球磨机系统节能措施40%具体可承受以下两种措施：40%左右，因此在选择选粉机、风机、收尘器时，输送设备规格和装机功率应相应削减，以削减投资和运行电耗。 承受球磨机生产矿渣微粉，其产

24、品比外表积较高，难免会产生过粉磨现象，或者因静电吸附造成的颗粒聚拢、糊球现象，影响磨机产量，加之球磨机本身电耗就较高，因此在球磨机生产中一般要承受辊压机终粉磨的生产工艺目前国内还没有承受辊压机终粉磨系统生产矿渣微粉，但国外近十年来已有数条生产线承受该系统， Polysius KHD公司供给。该系统主要由辊压机、打散机、烘干选粉机组成。该系统对矿渣含水量要求在确定的范围，矿渣水分不能太大，也不能太小，一般以45%左右为宜，由于水分过大，会造成输送困难和影响烘干选粉机的正常使用；假设水分过低，则难以形成料层，因此在实际使用中将湿矿渣和烘干后的干矿渣按确定比例混合，使混合后的物料水分在 45%为宜。

25、同时，粉磨矿渣的辊压机需将辊面加宽，同时还需承受变频调速，以降低辊速，削减振动。欧洲某厂承受 Polysius 的辊压机终粉磨系统，依据资料显示，其配置状况和操作参数如下：0.9225m Polycom17/10 辊压机，料40.6t/h。在亚州地区代表用户为中国台湾和加坡双龙集团。几个代表用户系统配置状况见表 3-2。主机设备规格型号产量比外表积单位电耗kwh/t3-2主机设备规格型号产量比外表积单位电耗kwh/t序号烘干粉磨Polycom17/10选粉t/h(m2/kg)磨机其它选粉合计备注Polysius10.9225m2850kW-40.8514.536.35.15.046.4欧州某厂

26、21.024mPolycom17/12-50470-52.0Polysius21200kW中国台湾3VR.P1.6/1.4SKS225050450-KHD2900kW1180加坡双笼该系统要求在辊压机前首先要除铁，以削减磨蚀性。另一方面，含有确定水分的细粉会粘附在收尘器滤袋和输送设备上，必需在输送设备和选粉机中通入热风，确保进收尘器的水分1%。辊压机+球磨机组成的粉磨工艺该系统一般由挤压机、打散机、球磨机、选粉机组成。入挤压机的物料水分也要求在45%左右，磨机承受烘干磨以确保成品水分1%，该系统国内外已有数条线在运行。由合肥水泥争辩设计院设计的江阴某厂承受该种系统，已投入运行。3-3 辊压机+

27、球磨机系统代表实例主机设备规格型号产量比外表积单位电耗kWh/t序号烘干粉磨选粉t/hm2/kg备注Polycom14/10Polysius11.025m3.611mSepl215/D55400-56.5供货2022 kWWulfratherPolycom12/5Polysius2-4.213.75m64409-59.3供货2715 kWCastleHFCG120-602220KW合肥院供货32.418m22-25420-602.613m，1250江阴某厂kW400420m2/kg 60kWh/t 左右，优于单独承受球磨机系统粉磨。该系统特别适用于水泥企业的老线改造，在球磨机前加辊压机，同时将

28、球磨机改成高细高产磨。振动磨生产工艺振动磨是利用研磨介质球、柱或棒状在高频振动的筒体内对物料进展冲击、磨擦、剪切等作用使物料粉碎的细磨和超细粉磨设备。振动磨按其振动特点分为惯性式、偏转式；按筒体数目分为单筒式、双筒式和多筒式；按操作方式分为间歇性和连续式。目前国内的振动磨按振动加速度分为7g；710g 1015g 三种g 为重力加速度，国内最大单1500mm3000L，这就是说，国内根本上没有太适应于水泥企业使用的大型化振动磨。这是由于随着振动磨的大型化，由于受弹簧、轴承材质和性能的影响，必定造g 下降7g，而影响粉磨效果。430m2/kg 41kwh/t。依据合肥水泥争辩设计院罗帆等人在振动

29、中的试验结果显示，粉磨比外表积 450m2/kg 左右的矿渣微110min10min 左右，可见振动磨所需粉磨时间仅为球磨机的 1/91/10。同时承受钢棒的粉磨效果又比钢锻好，这是由于，钢棒的冲击力大、棒隙小，对粉磨物料的颗粒具有选择性，故粉碎的速率快；而钢锻的冲击力均齐，更有碍于缩小产品粒度分布范围。我院和上海一家公司联合进展试验，用振动磨生产超细矿渣微粉，以代替高性能掺合料中的硅灰，效果明显。矿渣超微小粉的细度为：22.5 粒径D50综上所述，由于受设备本身大型化的限制，振动磨很难用来进展工业化生产矿渣微粉，但可用来生产规模较小的超细矿渣微粉。生产工艺比较与选择从以上几种比较工艺可以看出

30、，从单纯电耗来讲，立式磨终粉磨和辊压机终粉磨电耗较低，均在 4050kWh/t 7590 kWh /t；从工艺流程和占地面来讲，以立式磨流程最为简洁，占地最省，辊压机终粉磨系统生产把握较为简洁；从产品多样性来讲，球磨机生产工艺尽管电耗高，但适应性广，它可以生产较高比外表积的矿渣微粉，且其产品颗粒级配较为合理，同时可以在磨头参与石膏、粉煤灰等，和矿渣一起粉磨，生产掺合料；从对老生产线改造适用性来讲，承受辊压机+球磨机的生产工艺比较合理，其单位产品电耗处于中间，约为 60kWh/t 左右；振动磨不宜用来生产矿渣微粉，但可用来生产规模较小的超细矿渣微粉生产线。+ 目前国内已经有小规模的同类线投入运行，效果较好，但需经长期运行的考验。总之，选用何种生产线，要结合产品品种、原料供给状况，企业本身实际状况以及投资等综合考虑， 以确定选用何种生产工艺最符合企业实际状况。矿渣微粉综合利用几种途径：矿渣微粉和钢渣微粉双掺生产复合粉。