工业废渣超细高掺是水泥工业节能 减排降本增效的途径之一

   1、概述

  目前，我国水泥工业熟料煅烧处于世界领先水平，节能减排降本增效潜力不大。挖掘潜力主要是水泥粉磨，因为我国水泥中熟料含量太高。52.5级水泥含量高达85%以上，42.5级水泥也在65%以上。资源能源消耗过大，环境负荷大，挖掘潜力也大。众所周知，工业废渣用作水泥混合材，在水泥中主要起3个作用：一是活化效应，废渣中活性SiO₂、Al₂O₃与在水泥水化时析出的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新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，起晶核骨架作用；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，提高水泥砼抵抗外侵能力，提高耐久性。由于工业废渣自身不具火山灰反应能力，在水泥中只有通过水泥水化时析出的Ca(OH)₂激发才会发生火山灰反应。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。说明工业废渣磨得越细，活性越高，对水泥强度贡献亦越大，掺量越多。可见工业废渣超细粉磨是水泥工业节能减排降本增效的有效途径之一。

  2、超细粉磨核心设备及工艺技术

  工业废渣超细粉磨关键在于粉磨设备，核心设备是磨机和选粉机。在合肥水泥设计研究院研发的高细高产磨基础上创新开发的超细磨机，与中国建筑材料科学研究院研发的超细选粉机组成的闭路粉磨工艺系统，用于超细粉磨矿渣、粉煤灰效果良好。该系统具有产量高、电耗低、磨得细等优点。成品细度30μm筛余小于3%（比表面积750m2/kg，d97＜30μm，d50＜10μm）；平均产量达55t/h；平均综合电耗超细粉煤灰低于50 kW·h/t t；超细矿渣微粉低于70kW·h/t。

  （1）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Φ3.2×13m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℃，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。出磨物料细度细， 30μm筛余16%±2%且容易控制。

  （2）超细选粉机特点1：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。然后物料再进入涡流型转 子分级区，得到最大限度分级。切割粒径小，小于30μm微细粉，选粉效率高达85％以上。

  3、超细磨机和超细选粉机应用

  某水泥企业用超细磨机、超细选粉机组成的闭路粉磨工艺系统技术，新建一条年产30万吨超细矿渣微粉和粉煤灰生产线。2015年建成投产。

  （1）主要设备规格性能见表1

  (2)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，烘干至水份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选粉机进行分选，同时烘干至水份＜1%，合格细料由旋风分离器收集下来，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15mg/Nm³,清洁文明生产。工艺流程简图如图1所示。

  （4）主要技术指标见表3 

  注：矿渣综合电耗含烘、预粉磨

  附：超细矿渣微粉粒径分布图

  超细粉煤灰粒径分布图

  （5）水泥生产及胶砂强度

  利用原水泥粉磨系统将熟料、石膏一同入磨，粉磨至比表面积400 m²/kg±20m²/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。

（6）生产成本见（表5、6、7）

  注：矿渣含水率20%

  4、同等级强度不同品种水泥料耗、能耗、排放量、生产成本见表8

  注：熟料：热耗720kcal/kg，煅烧电耗25 kW·h/t。原料：破碎、烘干、粉磨电耗25 kW·h/t。矿渣烘干煤耗45kg/t干矿渣，折合标煤32.3kg/t干矿渣，超细粉磨电耗70kW·h/t（含烘干、预粉磨）。粉煤灰：超细粉磨电耗50 kW·h/t。P.I 52.5级水泥粉磨电耗35 kW·h/t。P.O 42.5级水泥粉磨电耗32 kW·h/t。1kg标煤排放2.5kgCO₂，1kg原料分解排放0.35kgCO₂。煤电比值1 kW·h =0.123kg标煤。

  5、总结

  （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750m₂/kg-800m₂/kg，d97小于30μm，d50小于10μm，粉煤灰超细粉磨至比表面积700m²/kg-750m²/kg,d97小于30μm，d50小于10μm。且能耗低、产量高。超细矿渣微粉综合电耗70 kW·h /t，超细粉煤灰综合电耗50 kW·h/t。台时产量平均55t/h。

  （2）该系统应用范围广。即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；比表面积＞800m²/kg的超细水泥等特种水泥。

  （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1t

52.5级水泥节省石灰石等天然资源427kg-712kg；节省标煤30.9kg-35.6kg；减排226.9-338kgCO₂；降低水泥生产成本38.71元-40.46元。生产1t42.5级水泥节省不可再生石灰石等天然资源345kg-630kg；节省标煤24.1kg-27.4kg；减排180.9kg-284kgCO₂；降低水泥生产成本22.66元/t--30.78元/t。

  （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。

  参考文献：

  1.中国建筑材料科学研究院 粉磨项目组

  《空气喷射型选粉机在超细矿渣生产线中的应用》

  水泥颗粒特征与现代水泥粉磨技术，原子能出版社2004年7月第1版

  2.《矿渣高细粉磨系统计算的关键指标》

  水泥粉磨工艺技术及进展，中国建材工业出版社2008年5月第1版