粉磨性能

粉磨性能（共7篇）

粉磨性能 篇1

随着人们对环境保护的重视,烟气脱硫石膏的应用研究也越来越受到关注。在20世纪70年代,日本以及欧洲各国已经开始对烟气脱硫的工艺及脱硫石膏的应用进行研究[1,2,3,4]。我国在这方面起步较晚,2005年国家发改委和国务院先后发布了《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》、《国务院关于落实科学发展观加快环境保护的决定》,强调了加强火电厂二氧化硫的治理,并在《国家环境保护“十一五”规划》中对二氧化硫的排放量控制提出具体目标。石灰石-石膏湿法烟气脱硫是目前火电厂烟气大规模脱除二氧化硫最有效的方法,脱硫石膏是湿法烟气脱硫过程的副产品。脱硫石膏的颗粒比较细,平均粒径在30~60μm,但颗粒级配不合理,中间粒径的颗粒较多,而较细和较粗颗粒很少。脱硫石膏的这个特点在性能上有如下表现:料浆易出现泌水现象、流变性能差、触变性明显。因此,以脱硫石膏为原料生产石膏制品时,必须对熟料进行粉磨。

1 实验

1.1 实验原料

采用北京国华电厂生产的脱硫石膏,其化学成分见表1。脱硫石膏熟料的密度为2.55 g/cm3,比表面积为1998 cm2/g。

1.2 实验方法

脱硫石膏熟料的凝结时间、标准稠度、强度参照GB/T17669—1999《建筑石膏》进行测试;脱硫石膏的比表面积参照GB/T 8074—2007《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》进行测试;粉磨前后脱硫石膏熟料样品在Quanta200 FEG型扫描电子显微镜下观察颗粒表面形貌;用LS230型激光粒度分析仪测定粉磨不同时间的脱硫石膏熟料的粒径分布,分散介质为无水乙醇;用TAM Air仪器测定脱硫石膏熟料的水化放热速率。

2 结果与讨论

2.1 粉磨对脱硫石膏粒径分布的影响(见图1)

从图1可以看出,脱硫石膏粉磨前粒径分布范围比较窄,平均粒径为43.4μm,且粒径小于2μm或大于120μm的颗粒几乎不存在;通过粉磨能使其粒径分布范围变大,粉磨后脱硫石膏的平均粒径为25.33μm,且粒径小于2μm的颗粒明显增多。由此可见,粉磨使脱硫石膏的粒径分布较窄的现象得到改善,从而改善浆体的流变性能。

2.2 粉磨对脱硫石膏比表面积及水化性能的影响

比表面积在一定程度上反映脱硫石膏水化时与水的接触面积,因此比表面积的变化可能带来水化性能的改变。表2为粉磨时间对脱硫石膏比表面积及标准稠度、凝结时间的影响。

从表2可以看出,脱硫石膏的比表面积随着粉磨时间的增加而增大;在一定时间范围内,粉磨时间对标准稠度和凝结时间的影响并不明显,但当比表面积过大时(粉磨10 min),标准稠度明显增加,而凝结时间大大降低。可见,粉磨时间过长不利于制品的生产。

2.3 粉磨对脱硫石膏性能影响的机理分析

为了更精确地表征粉磨时间对脱硫石膏水化的影响,对不同粉磨时间脱硫石膏的水化放热速率进行研究,结果见图2。

由图2可见,粉磨前后脱硫石膏的水化放热速率曲线上均出现2个放热峰。第1个放热峰的峰值位置随着粉磨时间增加逐渐提前,第2个放热峰的位置,粉磨后较粉磨前有所延迟,且较长粉磨时间(5 min)比较短粉磨时间(3.5 min)略有提前。

脱硫石膏熟料中AⅢ是最不稳定的物相,它甚至能与空气中的水分反应。第1个放热峰对应的是水化开始时AⅢ遇水生成HH的水化放热,峰的大小对应着水化放热量。从图2可以看出,随着粉磨时间增加,第1个放热峰逐渐减小。这就说明粉磨过程使脱硫石膏熟料中的AⅢ减少。表3所示的是粉磨前后脱硫石膏中相组成的变化。由表3可知,AⅢ的值随着粉磨时间增加而逐渐减少,这也进一步验证了图2中第1个放热峰随粉磨时间的变化规律。

图2中的第2个放热峰对应的是脱硫石膏熟料中HH的水化放热。粉磨后该峰的位置较粉磨前略有延迟,而粉磨时间较长时该峰的位置较粉磨较短时间又有所提前。这说明粉磨使脱硫石膏熟料的凝结时间延长,浆体的可操作时间增加,有利于制品生产;然而粉磨时间过长时凝结时间又将缩短,对生产不利。因此,选择合适的粉磨时间对石膏制品生产至关重要。

2.4 粉磨对脱硫石膏颗粒表面形貌的影响(见图3)

从图3可以看出,粉磨不仅使脱硫石膏颗粒变小,而且使颗粒表面出现许多裂缝,即粉磨使颗粒形成了新表面和额外的晶格缺陷[5]。因此,粉磨不但增加了脱硫石膏的比表面积,而且增加了颗粒的活性。比表面积增加使颗粒表面吸收更多的空气水分,尤其是晶格缺陷的位置。颗粒吸收水分的速度非常快,并且在表面形成一层稳定的水膜[6]。粉磨过程不仅能改善脱硫石膏颗粒级配,而且还起到了“陈化”作用。

3 结语

采用脱硫石膏替代天然石膏作为石膏制品的原料时,必须进行粉磨。粉磨不仅使脱硫石膏的颗粒级配趋于合理,而且使熟料的相组成变化,起到“陈化”作用,有利于改善其水化性能。由于粉磨时间影响脱硫石膏的水化性能,因此,对于不同石膏制品、不同生产工艺一定要选择合理的粉磨时间。

参考文献

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粉磨性能 篇2

多年的应用实践证明, 在传统塑性混凝土的应用中, 开路磨水泥与闭路磨水泥相比有明显的经济优势, 这是因为, 开路磨过粉磨现象的存在, 造成制备的水泥强度偏高, 配制塑性混凝土时, 其配制材料成本相对偏低。但是, 随着预拌混凝土的发展, 混凝土外加剂得到普遍应用, 闭路磨水泥呈现出了明显的优势, 开路磨水泥的弊端显现的较为突出。本文力图通过总结两种水泥的不同性能, 期望给水泥生产企业和预拌混凝土企业的生产及选材提供一种参考。

1 开路磨与闭路磨工艺配置

山东滨州青龙山水泥有限公司并列配置有开路和闭路两条水泥粉磨生产线, 工艺流程为:水泥熟料经球破磨破碎后进入圆仓, 石膏、混合材经对辊破碎机破碎后分别进入圆仓, 经预处理的原材料连同粉煤灰经过计量秤分别进入1号水泥磨和2号水泥磨进行粉磨。其中, 1号水泥磨生产线是Φ3.2m×13.0m开路粉磨工艺, 2号水泥磨生产线是配备涡流选粉机的Φ3.2m×13.0m闭路粉磨工艺。水泥配料中加入矿渣粉 (<3μm颗粒含量20.80%, <45μm颗粒含量97.99%) , 1号水泥磨磨尾配有双轴混合机, 矿渣粉经过计量秤与出磨水泥充分混合后进入水泥库;2号水泥磨矿渣粉经过计量秤通过磨尾提升机进入选粉机, 经过充分选粉混合后进入水泥库。

2 两种水泥性能的对比

2.1 水泥配比及性能检测

在原材料质量、入磨粒度、水泥配比及出磨水泥 (指已经与矿渣粉混合后的水泥, 下同) 细度指标 (45μm筛筛余) 相同的条件下, 以磨制P·C42.5水泥为例, 对比开路磨水泥与闭路磨水泥的物理性能, 水泥配比及对比结果分别见表1、表2。

%

注:水泥1d强度检测采用JC/T738-2004《水泥强度快速检验方法》。

2.2 两种水泥配制塑性混凝土时的对比

2.2.1 配制塑性混凝土性能对比试验

试验配比及结果见表3和表4。

kg/m3

可见, 配制塑性混凝土时, 开路磨水泥与闭路磨水泥相比, 虽混凝土的和易性略有差异, 但混凝土的强度与水泥的强度相关性较好, 这样, 在保证合理的混凝土胶凝材料用量的基础上, 水泥的强度增高, 配制塑性混凝土时, 水泥的用量可相对减少, 从而可以降低混凝土的配制成本。

2.2.2 开路磨水泥的优势分析

2.2.2. 1 水泥配比直接材料成本对比

由表2、表4的数据可知, 可比条件下, 开路磨Ⅰ样品水泥较闭路磨Ⅱ样品水泥28d抗压强度高2.1MPa, 两种水泥配制出的塑性混凝土强度, 也是开路磨Ⅰ样品水泥比闭路磨Ⅱ样品水泥高2.0MPa, 因此, 可以通过计算同等强度的开路磨水泥与闭路磨水泥的生产成本差, 来判定配制塑性混凝土时开路磨水泥的成本优势。

同等强度的两种水泥的直接材料成本分析方法:以磨制P·C 42.5水泥为例, 采用调整开路磨水泥配比的方法, 使得开路磨水泥与闭路磨水泥28d强度相近, 再计算在此情况下两种水泥间的直接材料成本差。

调整后开路磨水泥配比见表5, 相对应的水泥性能检测结果见表6。

%

配比调整后, 开路磨Ⅲ样品水泥28d抗压强度为54.0MPa, 闭路磨Ⅱ样品水泥28d抗压强度为54.2MPa, 两者相近。此情况下, 根据表1、表5水泥配比及各材料价格 (见表7) , 可计算出调整后的开路磨Ⅲ样品水泥及闭路磨Ⅱ样品水泥的直接材料成本分别为263.1、273.3元/t, 前者比后者降低了10.2元/t。

元/t

2.2.2. 2 水泥粉磨综合电耗成本对比

在入磨物料及出磨水泥细度指标相同的条件下, 开路磨和闭路磨的水泥粉磨电耗成本分析见表8。

可见, 开路磨较闭路磨水泥粉磨综合电耗成本高出3.26元/t。

水泥配比直接材料成本和水泥粉磨综合电耗是粉磨站水泥生产成本的主要构成部分, 综合考虑这两部分, 开路磨较闭路磨水泥生产成本低6.94元/t, 因此, 在配制塑性混凝土时, 开路磨水泥比闭路磨水泥有明显的成本优势。

2.3 两种水泥配制泵送混凝土时的对比

预拌混凝土的快速发展, 尤其泵送混凝土的发展, 改变了传统混凝土的配比设计, 特别是混凝土外加剂的应用, 对水泥性能提出了更高的要求。配制泵送混凝土时, 开路磨水泥与闭路磨水泥在性能上有较大差别, 我们对此进行了对比研究。

2.3.1 水泥与混凝土外加剂的相容性试验

试验方法:以表2中的P·C42.5水泥为对象, 分别检测开路磨Ⅰ样品水泥、闭路磨Ⅱ样品水泥掺混凝土外加剂的净浆和胶砂的流动度, 判定开路磨水泥和闭路磨水泥与混凝土外加剂相容性的差异。本试验中混凝土外加剂选用萘系减水剂与脂肪族减水剂复配型的泵送剂。

净浆和胶砂的配比分别见表9、表10, 检测结果见表11。

g

g

mm

注:表中“-”表示拌合物没有流动性。表12、表14同。

从表11的检测结果看, 闭路磨水泥的流动度明显好于开路磨水泥。

上述试验是把水泥温度晾至20℃条件下进行的, 考虑到温度对水泥与外加剂相容性的影响, 我们以开路磨Ⅰ样品出磨水泥为对象, 参照表9配比, 采用调整外加剂掺量的办法, 检测了不同温度条件下水泥与外加剂相容性的变化情况, 检测结果见表12。

从表12试验结果看, 温度对水泥与外加剂相容性影响十分明显。

夏季, 开路磨出磨水泥温度为115～120℃, 闭路磨出磨水泥温度为80～90℃, 前者高出后者25～30℃。因此, 从温度角度讲, 开路磨水泥与外加剂的相容性远远差于闭路磨水泥。

2.3.2 配制泵送混凝土性能对比试验

以调整后开路磨Ⅲ样品水泥和闭路磨Ⅱ样品水泥为对象, 在20℃条件下, 研究两种水泥配制泵送混凝土时表现出的差异, 混凝土配比、拌合物性能及强度性能分别见表13～表15。

kg/m3

表14的试验结果表明, 当泵送剂加入8.87kg/m3时, 闭路磨Ⅱ样品水泥配制的混凝土已经表现出较好的可泵性能, 而调整后开路磨Ⅲ样品水泥配制的混凝土初始坍落度尚有220mm, 但半小时后损失至180mm, 1h后失去流动性, 失去可泵性。可见, 两种水泥配制泵送混凝土时, 混凝土的工作性能差别较大, 若再考虑到水泥温度的影响, 开路磨水泥的缺点会更加明显。

表15的试验结果表明, 开路磨Ⅲ样品水泥与闭路磨Ⅱ样品水泥配制的泵送混凝土强度相近, 但开路磨Ⅲ样品水泥配制的泵送混凝土凝结时间短, 坍落度损失快。

2.3.3 闭路磨水泥的优势分析

为分析开路磨水泥与闭路磨水泥配制泵送混凝土的成本差异, 在可比条件下, 即参考表13混凝土配比, 通过提高开路磨水泥混凝土泵送剂掺加量的办法, 使两种水泥配制的混凝土具有相近的强度性能和流动性能 (坍落度初始220mm, 1h后190mm) , 来分析两种水泥配制混凝土的直接材料成本差异。混凝土配比及性能试验结果分别见表16、表17。

kg/m3

从表16、表17可以看出, 两种水泥配制的混凝土要达到相近的流动性能, 开路磨Ⅲ样品混凝土中泵送剂掺加量为9.9kg/m3, 闭路磨Ⅱ样品混凝土中泵送剂掺加量为8.5kg/m3, 两者相差1.4kg/m3, 泵送剂市场价格为2 300元/t, 即用开路磨Ⅲ样品水泥较闭路磨Ⅱ样品水泥配制的泵送混凝土成本上升3.22元/m3, 除去前文2.2.2节中分析的调整后开路磨Ⅲ样品水泥较闭路磨Ⅱ样品水泥成本低6.94元/t的因素, 开路磨Ⅲ样品水泥仍然比闭路磨Ⅱ样品水泥配制的泵送混凝土成本高1.52元/m3。

上述试验中是把水泥温度晾至20℃条件下进行的, 考虑到水泥温度对混凝土拌合物性能的影响, 以调整后开路磨Ⅲ样品出磨水泥温度115℃, 闭路磨Ⅱ样品出磨水泥85℃, 两者温度相差30℃时, 参考表13配比, 采用提高开路磨水泥泵送剂掺加量的办法, 使得配制混凝土具有相近流动性的可比条件下, 分析两种水泥配制混凝土的直接材料成本差异。混凝土配比及试验结果分别见表18、表19。

kg/m3

从表18、表19可以看出, 考虑温度因素时, 两种水泥要达到相近的流动性能, 开路磨Ⅲ样品混凝土中泵送剂掺加量为11.64kg/m3, 闭路磨Ⅱ样品混凝土中泵送剂掺加量为9.23kg/m3, 两者相差2.41kg/m3, 开路磨Ⅲ样品水泥较闭路磨Ⅱ样品水泥配制的泵送混凝土成本上升5.54元/m3, 同样除去水泥成本低6.94元/t的因素, 开路磨Ⅲ样品水泥仍然比闭路磨Ⅱ样品水泥配制的泵送混凝土成本高3.84元/m3。

表17、表19的试验结果进一步证明, 在相近的坍落度条件下, 强度相近的开路磨Ⅲ样品水泥与闭路磨Ⅱ样品水泥配制的泵送混凝土强度没有明显差异, 但开路磨Ⅲ样品水泥配制混凝土的坍落度损失快。

综合本节试验的结果看, 在配制泵送混凝土时, 闭路磨水泥比开路磨水泥有明显的优势。

2.4 开路磨水泥与闭路磨水泥性能差异的原因分析

2.4.1 出磨水泥温度的差异

闭路磨水泥粉磨工艺因选粉机的作用, 使得物料在磨内停留时间短, 并且物料通过风路与外界进行较为充分的热交换, 出磨水泥温度低, 夏季一般在80～90℃, 冬季在65～75℃。而开路磨水泥粉磨工艺因物料在磨内停留时间较长, 粉磨过程中产生的热量散发缓慢, 造成出磨水泥温度偏高, 夏季一般在115～120℃, 冬季在95～105℃, 当出磨水泥细度过细, 如控制比表面积大于380m2/kg时, 出磨水泥温度有时高达130℃以上。这样, 一方面容易造成磨内石膏脱水, 影响水泥质量;另一方面, 出磨水泥颗粒中含有大量静电, 当用散装水泥罐车运输时, 水泥颗粒容易吸附于罐壁之上, 造成罐车卸料困难, 给水泥的运输造成不便。

2.4.2 水泥颗粒分布的差异

由于粉磨工艺的不同, 造成开路磨水泥与闭路磨水泥颗粒组成有明显的差异, 以开路磨Ⅰ样品水泥和闭路磨Ⅱ样品水泥为样本, 分别检测其颗粒分布, 结果见表20、表21。

从表20、表21的颗粒分析结果得知, 水泥颗粒组成中<1μm的颗粒含量开路磨Ⅰ样品水泥占3.72%, 闭路磨Ⅱ样品水泥占2.01%;<3μm的颗粒含量开路磨Ⅰ样品水泥占19.80%, 闭路磨Ⅱ样品水泥占15.22%;所以开路磨Ⅰ样品水泥的标准稠度用水量较大, 3d强度高, 与混凝土外加剂的相容性不好。水泥颗粒组成中3～32μm的颗粒含量开路磨Ⅰ样品水泥占67.41%, 闭路磨Ⅱ样品水泥占66.28%;>65μm的颗粒含量开路磨Ⅰ样品水泥占0.01%, 闭路磨Ⅱ样品水泥占1.13%;所以28d强度仍然是开路磨Ⅰ样品水泥高。但是, 3d抗压强度与28d抗压强度间的增幅, 闭路磨Ⅱ样品水泥大于开路磨Ⅰ样品水泥。

以上两种水泥的颗粒分布都不理想, 开路磨Ⅰ样品水泥过粉磨现象严重, 闭路磨Ⅱ样品水泥粗颗粒偏多, 对水泥的强度发挥不利, 因此, 两种粉磨工艺的水泥颗粒组成都有待于优化。

2.4.3 水泥比表面积的差异

在水泥的粉磨生产控制中, 我们采用水筛法控制出磨水泥45μm筛余小于5.5%, 未对出磨水泥比表面积做常规控制。通过本次系统总结, 验证了水泥45μm筛余与水泥比表面积的相关性不好, 这可能是由于水泥的颗粒形貌及颗粒组成不同而导致的结果。开路磨Ⅰ样品水泥和闭路磨Ⅱ样品水泥的45μm筛余及对应的比表面积见表22。

由表22可知, 尽管Ⅰ样品水泥45μm筛余比Ⅱ样品水泥小0.1%, 但是其比表面积却比Ⅱ样品水泥大13.0m2/kg, 这也是开路磨Ⅰ样品水泥强度偏高的原因之一。

3 开路粉磨工艺制备的水泥不适应预拌混凝土的发展

预拌混凝土特别是泵送混凝土的快速发展, 使得混凝土外加剂得到普遍应用, 水泥与外加剂的相容性成为影响混凝土施工及混凝土质量和成本的关键性因素, 在泵送混凝土的质量控制中, 除力学性能外, 更加关注混凝土的工作性能、表观质量及耐久性能, 混凝土良好的工作性能是保证混凝土正常施工以及混凝土质量的前提, 因而, 水泥与外加剂的相容性显得至关重要。

开路磨水泥因出磨水泥温度高, 过粉磨现象严重, 严重影响到水泥与外加剂的相容性, 开路磨水泥不适于预拌混凝土的应用, 即便是通过技术调整的开路磨水泥, 其配制成本也会明显升高, 并且坍落度损失较快, 质量控制难度增大。

若受条件限制, 不得已使用开路磨水泥配制泵送混凝土时, 可采取以下措施对出磨水泥进行调整:

(1) 放宽水泥细度指标, 把水泥比表面积控制在280～300m2/kg。

(2) 采用加强磨机筒体淋水、增设磨内水雾喷洒装置的手段, 降低出磨水泥温度。

(3) 调整水泥材料配比, 选用与外加剂相容性好的熟料, 使用优质矿渣、矿渣粉或粉煤灰做混合材, 减少或不用需水性大的材料做混合材。

通过技术调整后的开路磨水泥, 虽然能够适应于泵送混凝土的要求, 但水泥的制造成本会明显升高。我们的生产实践证明, 当仅采用调整水泥材料配比的办法调整水泥与外加剂的相容性, 在配制坍落度为210mm的泵送混凝土时, 开路磨水泥的生产成本较闭路磨水泥高出至少10.0元/t, 且开路磨水泥配制混凝土的坍落度损失快。因此, 无论从质量还是成本角度讲, 开路磨水泥配制泵送混凝土时缺点非常突出。

4 结论

1) 可比条件下, 开路磨水泥较闭路磨水泥强度高, 用来拌制塑性混凝土时, 成本优势明显。

2) 开路磨粉磨工艺出磨水泥温度高, 存在过粉磨现象, 与混凝土外加剂相容性不好, 不适宜于配制泵送混凝土。

粉磨性能 篇3

根据可持续发展理念,近年来我国对水泥行业提出了节能减排的要求,这需要通过有效措施减少水泥生产中的能源和资源消耗量。相应途径之一就是减少水泥中熟料的掺量,引入粉煤灰、粒化高炉矿渣等工业固体废弃物加以补充。目前,国内厂家生产复合硅酸盐水泥时多采用熟料、高炉矿渣、粉煤灰等共同粉磨的工艺,但由于矿渣、粉煤灰的易磨性不同于熟料,导致混磨水泥中的工业废弃物混合材得不到充分细磨,平均粒度偏大,相应活性得不到有效发挥,影响了水泥的凝结时间、早期及后期强度,进而限制了混合材的有效掺量[1,2]。而一些发达国家则早已采用熟料、混合材分别用不同参数粉磨后再混合的生产工艺。

本试验研究旨在探讨在分别粉磨后混合以及掺量一定的工艺条件下,粉煤灰、高炉矿渣的不同粉磨细度对复合硅酸盐水泥实际性能的影响,从而在满足水泥国标的条件下,选择合理的粉磨工艺参数,改良混合材对水泥实际性能的贡献作用,提高其掺入的有效性。

2 试验

2.1 试验原料

试验采用的水泥熟料为徐州淮海中联水泥提供的52.5水泥熟料,相应混合材包括徐州热电厂提供的粉煤灰、徐州钢铁厂提供的粒化高炉矿渣、徐州淮海中联水泥提供的石膏及徐州本地开采的石灰石。各组分的化学成分如表1示。

2.2 试验方法

为考察经不同粉磨工艺处理后的粉煤灰及矿渣对水泥性能的影响,将复合硅酸盐水泥试样的组分配比固定设计为:熟料56%、高炉矿渣15%、粉煤灰20%、石灰石3%、石膏6%。

将干燥后的粉煤灰、高炉矿渣用Φ500mm×500mm的试验磨机分别粉磨2h、5h和10h,制备3种粉煤灰试样和3种高炉矿渣试样,分别记为A2、A5、A10、B2、B5、B10,而未进行二次粉磨的粉煤灰和矿渣记为A0和B0,利用LSC-1型激光粒度分析仪分别测试以上8种混合材粉磨样的颗粒级配。固定粉煤灰或矿渣的粉磨工艺不变,与经不同工艺粉磨的另一种混合材按设计配比均匀混合,制成不同的复合水泥试样,试样的具体组成如表2示。

各水泥试样凝结时间的测定按照GB/T1346-2001的规定进行,而3天、28天抗压强度的测定则按照GB/T17671-1999(ISO法)的规定进行。

3 试验结果及分析

经不同粉磨工艺处理的混合材试样的颗粒级配如表3示。

由表3可知,未经粉磨时,粉煤灰的粒径分布主要集中在10～30μm,而高炉矿渣的粒径分布主要集中在30μm以上。随着粉磨时间的延长,混合材中的粗大颗粒被细化,颗粒粒径分布向较小的方向变化,10～20μm的颗粒开始占主要部分,粉煤灰和矿渣在粉磨5小时后,10～20μm范围的颗粒分布分别达到90%和79%。而当粉磨时间进一步延长到10小时后,颗粒分布又略向大粒径方向移动,这是由于粉磨到一定程度的混合材细颗粒,本身具有较大的比表面积和表面活性,在后续粉磨过程中相互接触,易发生团聚而形成新的大颗粒[3]。

所掺混合材经不同粉磨工艺处理的水泥试样的凝结时间变化如图1示。

由图1可知,在其他条件不变的情况下,当复合水泥中的粉煤灰的粉磨时间延长时,试样的初凝、终凝时间都有所延长。而随着复合水泥中的高炉矿渣的粉磨时间增加,相应水泥试样的凝结时间有所缩短。

所掺混合材经不同粉磨工艺处理的水泥试样的3天及28天抗压强度变化如图2示。

由图2可知,组分中的粉煤灰粉磨时间延长后,复合水泥试样的3天抗压强度基本无变化,而28天抗压强度则有较明显的增加。但粉磨时间延长到10h,试样的抗压强度不增反减。而增加了矿渣组分的粉磨时间后,试样的3天抗压强度有所提升,28天抗压强度则增幅不大。

分析产生上述结果的原因,是由于水泥本身可视为一种紧密堆积体系,各组分颗粒的粒径分布、活性等特性对产品的实际性能都会产生影响。增加粉煤灰及高炉矿渣的粉磨时间后,其颗粒粒径减小,进入水泥颗粒间隙的颗粒数量增多。但粉煤灰属于火山灰混合材,无法自发产生水化反应,进入水泥颗粒间隙的颗粒量越多,对其在水化反应中相互接触的阻碍作用越大,相当于“稀释”作用,因而试样的凝结时间有所延长。同时粉煤灰微细颗粒在前期只能发挥其物理填充作用,而水化一段时间后,粉煤灰磨细后的高表面活性大幅促进了其在碱性液相环境中的水化反应,因而对试样的28天后期强度增幅较明显。相对的,高炉矿渣属于潜在水硬性混合材,粉磨时间增加后,其水硬活性得到增强。矿渣微细颗粒进入水泥颗粒间隙后,其由诱导激活、表面微晶化以及界面耦合组成的复合胶凝效应进一步增强了水泥颗粒水化反应的速率,同时与水泥颗粒的紧密接触也变相增加了整体的水化反应面积,在宏观上表现为试样凝结时间的缩短和3天早期强度的明显增加。而到28天时,矿渣微粉的水化激发作用已基本发挥完毕,因此对强度的改善作用较微弱[4,5,6,7]。另外,若粉磨时间过长,混合材颗粒过细,高活性表面使其易产生新的团聚。由于该团聚不易打破,反而会进一步阻碍水泥的水化反应,影响产品的实际性能。

4 结论

(1)增加粉煤灰的粉磨时间,相应复合水泥的凝结时间有所延长,早期强度变化不大,而后期强度会有较大幅度的提高。而高炉矿渣的粉磨时间延长后,水泥试样的凝结时间缩短,同时早期强度得到改善,而后期强度基本无影响。

(2)混合材的粉磨时间不宜过久,否则易产生过粉磨而使微细颗粒重新产生团聚,进而对水泥实际性能产生负面影响。

由于水泥的初、终凝时间影响到产品的工艺应用性能,而早期、晚期强度则影响到其安全性能。因此,在制备复合硅酸盐水泥时,应根据颗粒堆积理论以及各组份材料的不同特性,选择不同的粉磨工艺分别处理,以便产品性能得到最大优化。

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粉磨性能 篇4

关键词：玄武岩,粉磨方式,混合材

0 引言

玄武岩是火山爆发时岩浆喷出地面骤冷而形成的硅酸盐岩石,其在我国储量相当丰富,且分布极为广泛。大量的实验室及产业化试验研究表明[1,2,3,4,5]:玄武岩具有一定的火山灰效应,且其适宜掺量应控制在20%以内,同时,玄武岩质地坚硬,与熟料或其他混合材混合粉磨,可以改善物料易磨性,磨机台时产量提高5%~8%,吨水泥粉磨电耗降低2~4k Wh,且其有助于改善水泥的外观颜色。笔者对峨眉山玄武岩的研究表明[6,7,8],其火山灰活性低(K=72.7%,30%掺量),单掺掺量不宜超过20%;同时,其Bond粉磨功指数Wi=36.60k Wh/t。一般而言,水泥熟料和矿渣则分别处于15~22k Wh/t和17~29k Wh/t范围内[9],可见,玄武岩较水泥熟料和矿渣均难磨。四川峨胜水泥股份有限公司自2010年年底开始实施玄武岩作混合材工业化试验并取得成功,分别用于生产P·C32.5R和P·O42.5R型水泥,玄武岩掺量分别为5.8%和3.5%。且与单掺矿渣的普通水泥相比,将玄武岩与矿渣按1∶1混合后掺入代替7%的水泥熟料生产P·O42.5R时,磨机台时产量提高10t/h,经济效益显著。因此,本文进一步讨论不同粉磨方式对玄武岩粉磨特性及水泥性能的影响,以期为实际生产提供理论依据和数据支持。

1 试验原料及方法

1.1 原材料

熟料:取自四川峨胜水泥集团股份有限公司;玄武岩:取自峨眉山市某矿区,原料呈灰黑色块状;矿渣:取自罗江利森水泥厂。原材料的化学成分见表1。

%

1.2 试验方法

采用Φ500mm×500mm实验球磨机对物料进行粉磨,物料入磨前经颚式破碎机破碎至不同粒径,并按不同配比混合均匀后入磨,每次入磨物料量5kg。粒度分布用Mastersizer2000激光粒度分析仪测定。

按照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性。按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测试胶砂试块强度。

2 结果与讨论

2.1 粉磨方式

2.1.1 单独粉磨

块状玄武岩物料经颚式破碎机破碎至全部通过4.75mm方孔筛,分别粉磨0.5h(Q0.5,287m2/kg)、1.0h(Q1,378m2/kg)、1.5h(Q1.5,398m2/kg)和2.0h(Q2,405m2/kg),样品Z为球磨机粉磨1h后继续在振动磨中粉磨20min得到,比表面积542m2/kg。单独粉磨时,粒度分布随时间的变化规律见图1和图2。

图1和图2的结果表明,粉磨时间的延长与玄武岩粉体细度的增加并非呈线性关系。当粉磨超过1h,粉磨时间的延长对粉体细度的增加效果已经非常微弱,基本达到了“粉磨平衡”状态,即细颗粒的增加与其重新团聚的速率基本相等。改用振动粉磨方式的样品Z,粗颗粒含量继续下降,而细颗粒含量(1~20μm)显著增加。

2.1.2 玄武岩和矿渣混合粉磨

将破碎后的玄武岩与矿渣按一定比例混合均匀后入磨,粉磨1h。K1全部为矿渣,其余配比为玄武岩等量代替矿渣,比例分别为8%、16%、20%和30%,分别对应编号K2、K3、K4和K5,其粒度分布及粉体特征值见图3和图4。

玄武岩的掺入,明显增加了粉体细颗粒的比例,对比K1和K5,后者粒径小于20μm的颗粒含量增加18%左右,特别对10~20μm粒径范围的颗粒分布影响明显,显著改善粉体的颗粒微级配。同时,玄武岩的掺入对45μm筛余和中位径(D50)影响不大。适量玄武岩的掺入,对玄武岩和矿渣混合粉体的微级配影响显著,说明玄武岩发挥了一定的助磨作用,且随掺量增大,这种趋势越明显。

2.1.3 玄武岩和熟料混合粉磨

将破碎后的熟料与玄武岩按比例混合均匀后入磨,粉磨30min,石膏掺量为3%。其中,S0为对比样,S1、S2和S3玄武岩掺入比例分别为10%、20%和20%,其中S3采用比表面积为227m2/kg的玄武岩粉。其颗粒分布和累计筛析通过量分别见表2和图5。

由表2看出,玄武岩的掺入对粉体的粒度分布产生明显的改善,随掺量的增大,粉体中细颗粒比例有增大的趋势,与S0相比,S2小于10μm颗粒含量比例增加4.2%,而S3则增加近10%,其45μm筛余值下降3.8%。结合图5可以发现,自S0到S2,玄武岩的掺入使水泥粉体颗粒群更接近于最紧密堆积的理论计算值,而粉体玄武岩的掺入则更能达到这一效果。

2.2 水泥性能

2.2.1 玄武岩粉细度对水泥性能的影响

将Q0.5、Q1、Q2、Z按掺量为30%掺入水泥,讨论玄武岩粉细度变化对水泥性能和胶砂强度的影响,见表3、图6和图7。

由图6和图7可知,比表面积的增加对早期(3d和7d)胶砂抗压和抗折强度未产生明显影响,但在28d龄期时,其抗压强度随比表面积的增大出现小幅增长,28d抗压强度比分别为69.5%、74.1%和79.2%。玄武岩自身火山灰活性较低,且由于其易磨性指数高,质地坚硬,包含于矿物中的活性硅铝质材料较难溶出,其火山灰反应进行得非常缓慢,细度的增加对其在早期火山灰活性的发挥作用微弱,但随龄期的增长,比表面积的增加对其火山灰活性的发挥有一定的帮助。

2.2.2 玄武岩和矿渣混合粉磨对水泥力学性能的影响

将玄武岩和矿渣混合粉体(比表面积390~430m2/kg)按掺量为30%掺入水泥,石膏掺量为3%,探讨其对水泥力学性能的影响,见图8和图9。

由图8和图9可以看出,随玄武岩替代矿渣比例的增大,其力学性能未出现明显的变化。玄武岩和矿渣混合粉磨时,虽然前者的火山灰活性小于后者,但结合粒度分布数据可以看出,玄武岩和矿渣混合粉体中粒径小于20μm含量增加18%,玄武岩粉体填充效应的发挥以及其在颗粒群中更加均匀的分散可能是力学性能下降不明显的主要原因。

2.2.3 玄武岩和熟料混合粉磨对水泥力学性能的影响

将玄武岩和熟料混合粉体进行胶砂试验,石膏掺量为3%,探讨其力学性能的变化规律,结果见表4。

从表4可以看出,采用混合粉磨工艺,随玄武岩替代比例的增大(S1和S2),水泥胶砂抗压强度有一定幅度的下降,对抗折强度的影响远远小于抗压强度。同时,当玄武岩采用预粉磨工艺处理后(S3),掺量20%的水泥的力学性能与基准对比样持平。结合表2中粒度分析的结果,玄武岩的掺入对粉体颗粒的整体级配起到良好的调节作用。玄武岩颗粒质地坚硬,与熟料共同粉磨时,可以作为“微级研磨体”对熟料起到一定的助磨作用,同时,玄武岩入磨颗粒细小,熟料会对其产生反作用,进一步加速玄武岩粉体的细化,二者互相促进,不仅可以降低粉磨功耗,同时胶凝材料微级配的改善将对水泥性能产生有益影响。

2.2.4 粉磨方式对水泥力学性能的影响

ZH样:分别粉磨玄武岩至比表面积405m2/kg,熟料至比表面积368m2/kg,混合均匀,最终比表面积为374m2/kg;PH样:将破碎后的熟料和玄武岩混合均匀后,共同粉磨,最终比表面积为405m2/kg;MH样:将玄武岩预先在球磨机中粉磨0.5h(比表面积287m2/kg),然后与熟料混合均匀,共同粉磨,最终比表面积为437m2/kg。A为对比样,未掺玄武岩,比表面积为368m2/kg,其他条件相同。将三种粉磨方式得到的水泥进行胶砂试验,固定玄武岩掺量20%,石膏掺量都是3%,粉磨试验结果见图10和图11。

结果表明,三种粉磨方式对水泥的力学性能产生了不同的影响,其中MH方式效果最优。因此,以质地坚硬难磨的玄武岩作混合材时,可以适当地对玄武岩进行预处理(粗磨至比表面积200~250m2/kg),而后与熟料按一定的比例混合粉磨,充分利用玄武岩粉体的“微级研磨体”作用,改善水泥颗粒群的级配,优化混合材与熟料之间的搭配和分布组成,从而最大幅度地提升玄武岩在水泥中的物理化学效应。

3 结论

1)玄武岩易磨性差,采用球磨机粉磨时,单独粉磨1h基本达到“粉磨平衡”状态。与矿渣和熟料等物料混合粉磨时,其助磨效果明显。随玄武岩掺量的增加,玄武岩和矿渣混合粉体的中位径基本无变化,对10~20μm粒径范围内粒度分布影响明显,显著改善粉体微级配。

2)采用混合粉磨后,玄武岩等质量替代矿渣和熟料,其力学性能并未随玄武岩掺量的增大出现大幅度的下降,这主要是因为:在适宜的掺量范围内(<20%)玄武岩与共同粉磨物料相互作用,不仅增加细粉比例,改善粉体微级配,一定程度上弥补了玄武岩掺入引起的力学性能的下降,同时,混合粉磨对不同材质粉体颗粒的均匀分散也起到至关重要的作用。

3)玄武岩作混合材时,可以适当对其进行预处理(粗磨至比表面积200~250m2/kg),而后与熟料按一定的比例混合粉磨,充分利用玄武岩粉体的“微级研磨体”作用,优化混合材与熟料之间的搭配和组成,从而弥补玄武岩火山灰活性低、单独粉磨功耗高的缺点。

参考文献

[1]潘淑琴.煤矸石、玄武岩、粉煤灰复合三掺生产水泥[J].水泥技术,1999(5):39-41.

[2]张启中.采用玄武岩为混合材试生产32.5级硅酸盐水泥[J].水泥技术,2006(1):82-84.

[3]陈长青,牟善彬,陈雁安.玄武岩水化活性及其用作水泥混合材的实验研究[J].国外建筑科技,2003,24(1):9-10.

[4]牟善彬,孙振亚,陈雁安.玄武岩活性组分的水化及在水泥生产中的应用[J].水泥,1995(9):10-12.

[5]骆秉银,魏广,沙延和,等.用玄武岩作水泥混合材的试验研究[J].水泥技术,1997(1):33-35.

[6]陈德玉,唐凯靖,刘来宝,等.峨眉山玄武岩作水泥混合材的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2011(6):5-11.

[7]唐凯靖,陈德玉,刘来宝,等.助磨剂应用于玄武岩粉磨及其机理研究[J].水泥,2012(1):4-7.

[8]唐凯靖,刘来宝,陈德玉,等.热处理对峨眉山玄武岩易磨性与微结构的影响[J].水泥,2011(11):11-13.

粉磨性能 篇5

随着资源和能源的日渐紧缺以及国家相关政策的陆续出台,镍铁渣的综合利用日益受到人们的重视。其中,镍铁渣在水泥混合材应用方面取得了较为有价值的研究成果。王熔兰等[7]研究表明,镍铁渣在细磨至微粉后,可添加至水泥熟料中做水泥混合材。段光福等[8]在镍铁渣制备水泥混合材研究中也表明,镍铁渣具备火山灰活性,在水泥中添加量可达30%。费文斌等[9]利用钢渣、矿渣、镍渣等多种工业废渣,掺入少量熟料、石膏和激发剂,进行生产少熟料水泥的研究,结果表明,镍渣具有非常好的活性,略优于钢渣。

镍铁渣易磨性差是导致其利用率低的主要原因。镍铁渣中含有的硅酸盐、铝酸盐等矿物使其具有潜在的胶凝活性,但由于镍铁渣结构致密、矿物结晶度高且含有一定的铁质矿物,使其易磨性较差,严重制约着镍铁渣的综合利用[10,11,12]。通过一定的技术手段和选用合适的助磨剂对镍铁渣进行处理是提高镍铁渣活性、促进镍铁渣在建材领域广泛应用的重要途径[13,14,15,16]。

本文研究了粉磨时间对原镍铁渣及除铁镍铁渣细度的影响,根据细度对活性的影响,确定了镍铁渣的最佳粉磨细度;系统研究了助磨剂对除铁镍铁渣的助磨效果以及对除铁镍铁渣微粉活性及除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系物理性能的影响。

1 试验

1.1 试验原料

1.1.1 镍铁渣

试验用镍铁渣由山东鑫海科技股份有限公司提供,其密度为2.89g/cm3,化学组成见表1。

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1.1.2 水泥

试验用P·I水泥为临沂中联提供,比表面积为368m2/kg,密度为3.16g/cm3,化学组成见表2。

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1.1.3 助磨剂

试验用的乙二醇、三异丙醇胺和木质素磺酸钙等单组分助磨剂均为分析纯试剂;三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺助磨剂由山东宏艺科技股份有限公司提供;HY复合助磨剂是以上述单组分助磨剂为主要成分复配而成。

1.2 试验过程

将镍铁渣用颚式破碎机破碎至7mm以下,选取一部分镍铁渣,预粉磨至比表面积为200m2/kg左右,用强力磁铁对其进行除铁处理;采用Φ500mm×500mm的标准试验磨进行粉磨试验,每次入磨物料为5kg;对原镍铁渣和除铁镍铁渣分别粉磨30、40、50、60、70、80、90、100、110、120min;对除铁镍铁渣掺加助磨剂,适当控制其掺量,粉磨70min;按照GB/T8074—2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》测试除铁镍铁渣微粉比表面积;按照GB/T 1345—2005《水泥细度检测方法筛析法》测试除铁镍铁渣微粉筛余量;按照JC/T 721—2006《水泥颗粒级配测定方法激光法》测试除铁镍铁渣微粉粒径分布,按照GB/T20491—2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》中的附录A测定除铁镍铁渣微粉的活性指数;按照GB/T1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系标准稠度用水量、安定性与凝结时间,并对掺加HY复合助磨剂的试样进行XRD和SEM分析。

2 结果与讨论

2.1 粉磨时间对镍铁渣比表面积和筛余量的影响

粉磨时间对原镍铁渣和除铁镍铁渣的比表面积和筛余量的影响分别见图1、图2。

由图1、图2可以看出,随着粉磨时间的增加,除铁和未除铁的镍铁渣微粉的比表面积都逐渐增大,45μm筛筛余逐渐减小,且变化速率基本相同。粉磨至90min后,比表面积增长速率开始下降。粉磨至110~120min时,比表面积基本保持不变甚至出现了下降趋势。这是因为在镍铁渣粉磨过程中,小尺寸镍铁渣颗粒具有很高的表面能,属于不稳定的热力学体系,为了降低系统的自由焓,小颗粒之间自发集聚形成大颗粒,即出现镍铁渣微粉的团聚,并同时伴有糊球现象,导致比表面积不增反降。

除铁镍铁渣在各粉磨时间下的比表面积都比原镍铁渣有一定程度的提高,45μm筛筛余也相应降低,可见,除铁可以改善镍铁渣的易磨性。分析原因,可能是原镍铁渣中含有较多的铁,而一般含铁高的冶金渣都很难磨细,但除铁并不能解决镍铁渣微粉团聚、糊球的问题。

2.2 粉磨时间对除铁镍铁渣微粉活性的影响

根据上述粉磨结果,分别选取粉磨时间为40、50、60、70、80、90、100min的除铁镍铁渣微粉,进行活性指数测试,结果见表3。

由表3可以看出,随着粉磨时间的增加,除铁镍铁渣微粉的筛余减小,比表面积增加,而其7d、28d活性指数也逐渐提高。粉磨时间为70min时,除铁镍铁渣微粉的比表面积达到482m2/kg,45μm筛筛余降为6.19%,同时其7d、28d活性指数增长最为显著,分别为72.5%、81.0%,并与粉磨时间为80min的除铁镍铁渣微粉的活性指数基本相同,达到一级钢渣粉标准。随着除铁镍铁渣微粉细度的增加,其活性指数不断提高,但是其磨机产量会急剧下降,粉磨电耗也会不断上升。综上所述,为了既能充分发挥除铁镍铁渣微粉的活性,又能降低粉磨成本,除铁镍铁渣微粉以45μm筛筛余为6.19%,比表面积为482m2/kg时为最佳。

2.3 助磨剂对除铁镍铁渣粉磨性能的影响

分别考察三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、乙二醇、木质素磺酸钙(以下简称木钙)和HY复合助磨剂对除铁镍铁渣粉磨效果的影响,出于成本考虑,适当控制各助磨剂的掺量。镍铁渣每次粉磨5kg,粉磨时间为70min。各助磨剂对除铁镍铁渣的助磨效果见表4。

由表4可以看出,不同助磨剂对除铁镍铁渣的助磨效果各不相同,HY复合助磨剂的助磨效果明显优于单组分助磨剂,能显著提高镍铁渣微粉的细度,比表面积提高了6.51%,45μm筛筛余下降了17.77%;三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、乙二醇和木钙均能降低除铁镍铁渣微粉45μm筛筛余,提高除铁镍铁渣微粉的比表面积。总体来说,助磨效果:HY复合助磨剂>三乙醇胺>三异丙醇胺>二乙醇单异丙醇胺>乙二醇>木钙。

2.4 助磨剂对除铁镍铁渣微粉粒度分布的影响

为更好地了解助磨剂对除铁镍铁渣微粉粒度分布的影响,对掺加HY复合助磨剂、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、乙二醇和木钙的分别粉磨70min的除铁镍铁渣微粉,用激光粒度分析仪测试其粒径分布。测定结果见表5。

%

由表5可以看出,相同粉磨时间,使用助磨剂后,除铁镍铁渣微粉的粒径分布发生了明显的变化,变化的程度也随助磨剂的不同而有所不同。与空白组相比,掺加助磨剂的除铁镍铁渣微粉中的3~32μm的颗粒含量明显提高,同时降低了65μm的粗颗粒含量。研究表明,助磨剂的加入很好地改善了除铁镍铁渣微粉的颗粒级配,掺在水泥中作混合材能使水泥颗粒级配更加合理,并能显著提高镍铁渣在水泥中的填充密实作用。其中,HY复合助磨剂效果最明显,其次为二乙醇单异丙醇胺>三乙醇胺>三异丙醇胺>乙二醇>木钙。

2.5 助磨剂对除铁镍铁渣微粉活性的影响

助磨剂对粉磨70min的除铁镍铁渣微粉活性的影响见表6。

从表6可以看出,不同助磨剂对除铁镍铁渣微粉活性的激发效果各不相同。其中,HY复合助磨剂对除铁镍铁渣微粉活性的激发效果最为突出,7d、28d活性指数相比空白样分别提高了11.7%、8.9%,达到84.2%、89.9%。此外,三乙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺对镍铁渣微粉活性也有较大幅度的提高。乙二醇对镍铁渣微粉活性略有增加,但总的来说,增强效果不大。木钙对镍铁渣微粉活性增加没有贡献,相反7d、28d活性还有所下降。

2.6 助磨剂对除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系物理性能的影响

助磨剂不仅要有良好的助磨增强效果,同时也要对复合胶凝材料体系的其他物理性能,如凝结时间、标准稠度用水量和安定性等,无不良影响。不同助磨剂对复合胶凝材料体系的物理性能的影响不同,只有符合要求的助磨剂才可以推广使用。不同助磨剂对除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系物理性能的影响试验结果见表7。

1)标准稠度用水量

与空白组相比,掺加不同助磨剂的除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系的标准稠度用水量均略有增大,且都符合标准规范要求。复合胶凝材料体系标准稠度用水量增大的原因是,掺入助磨剂提高了除铁镍铁渣微粉的比表面积,从而增大了除铁镍铁渣微粉与拌和水的接触面积,导致早期水化时需水量增加。

2)凝结时间

掺加助磨剂后除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系的凝结时间均有不同程度的缩短,这是因为掺入助磨剂提高了除铁镍铁渣微粉的细度,促进了除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系的早期水化。

3)安定性

本研究所用的各种助磨剂对除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系的安定性均无不良影响。

2.7 助磨剂对除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系水化的影响

为了研究HY复合助磨剂对除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系水化的影响,选择不掺加助磨剂、粉磨70min的除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系的水化3d净浆试样S0和掺加0.1%HY复合助磨剂、粉磨70min的除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系的水化3d净浆试样S1,分别进行X-射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)观察。除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系净浆成型时,除铁镍铁渣微粉与水泥的比例为3∶7,水灰比为0.30。

2.7.1 XRD分析

图3是未掺加助磨剂的试样S0和掺加0.1%HY复合助磨剂的试样S1水化3d的XRD图谱。

从图3可以看出,除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料3d水化试样主要是Ca(OH)2和部分未水化的水泥熟料。试样S1中Ca(OH)2的特征峰没有试样S0的明显。这说明加入HY复合助磨剂后,增强了除铁镍铁渣微粉活性,提高了消耗Ca(OH)2的能力,降低了复合胶凝材料体系中Ca2+浓度,促进了复合胶凝材料的水化。在3d水化试样中,空白样S0中出现了AFt的特征峰,而试样S1中出现了AFm的特征峰,这主要是由于加入HY复合助磨剂后,促进C3A水化消耗石膏,当石膏消耗完毕后,仍有部分C3A未水化,致使钙矾石向AFm转变。

2.7.2 SEM分析

图4和图5分别是未掺加助磨剂的试样S0和掺加0.1%HY复合助磨剂的试样S1水化3d的SEM照片。

从图4和图5可以看出,水化3d时,与试样S0相比,S1中呈纤维状的C-S-H凝胶的生成量较多,结构更加致密。这说明掺入HY复合助磨剂能激发除铁镍铁渣微粉的潜在活性,促进胶凝材料体系水化反应的进程和水泥石结构的发展,使水泥石结构进一步致密化,从而提高硬化浆体的强度。这与XRD分析和强度测试结果相符合。

3 结论

1)随着粉磨时间的增加,镍铁渣的比表面积增加,45μm筛筛余减小,粉磨至110~120min时,比表面积基本保持不变甚至有下降趋势;除铁镍铁渣易磨性有较大改善,但不能解决镍铁渣微粉团聚、糊球问题;通过对除铁镍铁渣微粉进行活性测试,除铁镍铁渣微粉以比表面积为482m2/kg,筛余为6.19%为最佳。

2)三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和乙二醇等单组分助磨剂对除铁镍铁渣均具有较好的助磨增强效果,且能改善除铁镍铁渣微粉的颗粒级配,其中以三乙醇胺效果最佳。

3)HY复合助磨剂对除铁镍铁渣的助磨效果明显优于单组分助磨剂,除铁镍铁渣微粉比表面积提高了6.51%,45μm筛筛余下降了17.77%,3~32μm颗粒含量提高了14.6%;相比空白样,掺加HY复合助磨剂的除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系的活性指数分别提高了11.7%、8.9%,达到84.2%、89.9%,并达到一级钢渣粉标准。

4)通过对空白样S0和掺加0.1%HY复合助磨剂试样S1水化3d的XRD图谱和SEM分析,HY复合助磨剂能促进除铁镍铁渣微粉水化,使除铁镍铁渣微粉-水泥复合胶凝材料体系浆体结构致密,强度提高。

粉磨性能 篇6

关键词：官能团,甲基,羟基,羧基,醇胺基,助磨效果

0 引言

助磨剂是降低水泥粉磨电耗,并提高水泥粉磨和水化性能的重要手段。在粉磨水泥时,颗粒新生界面上存在大量化学键断裂(如Ca-O和Si-O)产生的带正电和负电的活性点,使水泥颗粒相互吸引,发生团聚,甚至包裹在磨机衬板和研磨体上,严重影响磨机的粉磨效率[1]。此外,粉磨产生的细颗粒具有较高的表面能,处于热力学不稳定状态,容易自发地团聚。助磨剂大都是极性较高的表面活性剂,可以自动吸附在细颗粒表面,降低表面能或中和电荷,避免细颗粒的团聚和结合,有助于粉磨。

在水泥粉磨时,助磨剂的助磨作用主要是由吸附作用和劈楔作用构成,吸附作用是助磨剂通过带电荷的极性官能团吸附到水泥颗粒断裂细纹的高能活性点上,降低颗粒表面自由能,因此吸附作用是助磨剂发挥助磨效果的前提[2]。劈楔作用是当助磨剂吸附到水泥颗粒表面后,游离的极性官能团可以渗透到细小空隙中,提供外来电子,通过饱和断裂面上未饱和的电价键,使颗粒之间的静电作用减小,以此来阻止或减轻微细颗粒的团聚现象发生,最终改善粉磨进程,提高粉磨效率[3]。因此研究不同的极性官能团对水泥的助磨作用规律是非常必要的,可以为助磨剂合成设计提供理论基础。

本文通过对纯熟料水泥进行粉磨试验和强度试验,研究带有不同极性官能团的助磨剂的助磨效果影响作用规律,并研究了在同种极性官能团情况下极性官能团数量、位置等对水泥粉磨及水化性能的影响。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

熟料和天然二水石膏由上海宝山南方水泥(集团)有限公司提供。水泥原材料的化学成分见表1。多元醇类:乙二醇、1,2-丙二醇(下称丙二醇)、丙三醇和二乙二醇;多元羧酸类:甲酸、乙酸、丙酸和草酸;醇胺类:三乙醇胺(TEA)、二乙醇胺(DEA)、三异丙醇胺(TIPA)和二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)。

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1.2 试验方法

用颚式破碎机将熟料和石膏分别破碎,筛取1~7mm的原料备用,将熟料和石膏按质量比95∶5混合(纯熟料水泥),用Φ500mm×500mm标准试验磨进行粉磨试验,助磨剂的掺量按有效助磨剂组分所占的水泥质量百分比计算,不包括稀释助磨剂所用的水。每组粉磨的水泥为5kg。用勃氏法和筛析法测试粉磨样品的比表面积和筛余,并与未掺助磨剂的样品进行对比,评价助磨剂的助磨效果。在做水泥粉磨试验时采用内掺法,做强度试验时采用外掺法。

水泥比表面积、筛余、胶砂强度指标参照GB/T8074—2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》、GB/T1345—2005《水泥细度检验方法筛析法》、GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行测定。

2 结果分析与讨论

2.1 羟基(-OH)和甲基(-CH3)对水泥粉磨及水化性能的影响

多元醇的主要官能团是羟基,羟基极性强,它也是水泥助磨剂的主要组分之一,特别是丙三醇和乙二醇的使用较为普遍。而甲基是弱极性的官能团,吸附性能差。通过试验,研究乙二醇、丙二醇、丙三醇和二乙二醇对水泥的助磨效果及水化性能影响。这四种多元醇均采用国药集团化学试剂有限公司提供的分析纯产品。

通过查阅相关文献得知[4],多元醇的饱和掺量约为0.03%左右,设计对比试验,研究各多元醇在饱和掺量下对水泥的粉磨性能和水化性能的影响。经过粉磨试验和强度试验,掺各多元醇的水泥比表面积、筛余和3d、28d抗压强度测定结果见表2及图1、图2。

从图1和表2可以看出,丙二醇在提高比表面积和降低筛余上的作用最为明显,助磨效果最好,其次为丙三醇,乙二醇和二乙二醇的助磨效果相对较弱。丙二醇可以使比表面积提高28.5m2/kg,45μm筛筛余降低2.9%。丙三醇使比表面积提高23.9m2/kg,45μm筛筛余降低2.4%。

从图2和表2可以看出,助磨效果最好的丙二醇对应的水泥早期强度只有25.2MPa,比空白组仅高0.4MPa,但后期强度比空白组降低了0.5MPa,另外3种多元醇的早期强度和后期强度都有一定程度提高。

多元醇的极性官能团是羟基,使多元醇分子具有一定的极性和亲水性,比较容易吸附到熟料颗粒表面上,为助磨作用的发挥提供基础。分析认为丙三醇带有3个羟基,乙二醇、二乙二醇都只带有2个羟基,羟基能够提高水泥熟料的助磨效果。但是3个羟基的丙三醇的助磨效果却不如2个羟基的丙二醇,可见,多元醇的助磨效果不仅与羟基数量有关,还受其他因素的影响。观察二者的分子结构时可以看出,虽然丙二醇只带有2个羟基,但是同时还带有另外一种极性官能团甲基,所以分析认为羟基使丙二醇吸附到熟料颗粒表面上,保证可以发挥助磨效果,其次向外伸展的甲基可以进入水泥颗粒的裂缝中形成劈楔作用,并且提高新生界面的排斥力,提高水泥颗粒的分散能力。

丙二醇的助磨效果虽然是最好的,但是在粉磨过程中吸附在水泥颗粒的表面,降低了水泥颗粒的表面能,而向外伸展的甲基是憎水基团,阻碍了水泥颗粒与水的接触,从而阻碍水泥水化,不利于强度发展,因此出现了强度降低的现象。在试验中乙二醇和丙三醇可以提高水泥早期和后期强度的主要原因是羟基能络合Ca2+,使液相中Ca(OH)2浓度降低,具有加快C3S水化的作用[5],羟基的络合作用,可以在水泥水化反应初期迅速吸附在C3A上,促进C3A水解,形成结晶不完善的凝胶状AFt[6],从而提高水泥的强度。

基于上述分析可以认为在水泥粉磨时羟基主要起到吸附作用和静电斥力作用,甲基主要起到劈楔作用。总的来说随着羟基数目的增多,吸附能力和静电斥力都会得到相应提高,助磨效果也越好。王英等人[7]研究了醇类对水泥的助磨作用并得出结论:单羟基醇有机物没有明显助磨效果,在多元醇有机物中,羟基越多,助磨效果越好,决定有机物助磨作用的因素是其中含有的官能团类型和数量。这也与本文的试验结果大致相同。丙二醇对水泥的助磨效果最好,但是不利于水泥强度的提高;丙三醇也有明显的助磨作用,还能提高水泥强度;乙二醇有较好的助磨作用,但是不如丙二醇和丙三醇明显,可以使水泥强度有所提高;二乙二醇的助磨效果相对较弱。它们的助磨效果与其分子结构有关,同时含有羟基和甲基的丙二醇助磨效果最好。

2.2 羧基(-COOH)对水泥粉磨及水化性能的影响

多元羧酸的主要官能团是羧基,羧酸的极性非常强,它可以提高助磨剂的吸附能力,使助磨剂分子紧紧吸附在熟料表面,为下一步助磨剂发挥助磨作用提供基础。通过试验,研究甲酸、乙酸、丙酸和草酸对水泥的助磨效果及水化性能影响。这四种多元羧酸均采用国药集团化学试剂有限公司提供的分析纯产品。

甲酸、乙酸、丙酸在分子结构上都只带有1个羧基,并且其中甲酸没有甲基,而乙酸、丙酸各带有1个甲基,草酸带有2个羧基。结构决定性能,这就使它们将在水泥粉磨和水化时发挥的作用不尽相同。

常见官能团极性大小比较:

可以看出羧基的极性最强,甲基极性最弱,所以上文中得出甲基可以进入水泥颗粒的裂缝主要起劈楔作用,并且提高新生界面的排斥力,提高水泥颗粒的分散能力。

为探究不同掺量的多元羧酸作为助磨剂对水泥的粉磨性能和水化性能的影响,我们按照掺量0.02%、0.03%、0.04%分别进行了试验,并设计对比试验,研究各多元羧酸在各掺量下对水泥粉磨性能和水化性能的影响。经过粉磨试验和强度试验,掺各多元羧酸的水泥比表面积、筛余和3d、28d抗压强度测定结果见表3及图3、图4。

从图3和表3可以看出,多元羧酸都是在掺量为0.04%时水泥比表面积提高最多,其中甲酸、乙酸、丙酸、草酸掺量在0.04%时水泥比表面积分别提高了9.7m2/kg、14.5m2/kg、18.1m2/kg、15.7m2/kg,相比于多元醇类,多元羧酸对水泥比表面积的提高并不太明显;水泥45μm筛筛余在甲酸、乙酸、丙酸、草酸掺量为0.04%时分别降低了1.0%、1.3%、2.9%、2.2%。同时从图3可以看出含两个羧基的草酸比含一个羧基的甲酸助磨效果好,乙酸和丙酸比甲酸多一个甲基,助磨效果比甲酸稍好。在试验中丙酸比乙酸多一个烃基(-CH2-),也就是说丙酸比乙酸和甲酸碳链长,依据Traube-Duclaux规则,烃基链中随着-CH2的增加,物料表面吸附量不断增大,脂肪酸类因分子链产生空间位阻引发的排斥力,使水泥颗粒的分散性、流动性增大。吸附量上升与流态化最终导致颗粒之间相互碰撞减少,破碎阻力增大[8]。也就是说随着羧酸碳链的增长与有效官能团数目的增多,助磨效果得到加强,这与试验所得到的结果大致相同。

从图4和表3可以看出,助磨效果最好的丙酸在掺量为0.04%时水泥3d抗压强度只有25.7MPa,比空白组仅高0.4MPa,28d抗压强度为47.4MPa,仅比空白组提高了0.3MPa,另外三种多元羧酸的早期强度和后期强度都有一定程度提高,强度提高最大的是草酸,相比空白组,掺量在0.04%时3d和28d抗压强度分别提高了1.9MPa和2.5MPa。

分析认为草酸带有2个羧基,其他酸类都只带有1个羧基,所以试验抗压强度测试值比其他组的要高。R-COOH一方面能与水泥中的Ca2+结合,改变物料颗粒之间作用力,并可渗透固体内部使颗粒裂缝增大,减小晶粒之间的结合力;另一方面使水泥颗粒负电位增大,从而使水泥颗粒间引起静电排斥有利于水泥颗粒分散,降低团聚现象。R-COOH能和Ca2+产生络合效应,加快C3S水化,防止钙盐的溶解与膨胀,提高水化产物强度与密实度[9]。羧基(-COOH)的络合作用,可以在水泥水化反应初期迅速吸附在C3A上,促进C3A水解,形成结晶不完善的凝胶状AFt,从而提高水泥的早期强度。

基于上述分析可以认为,在水泥粉磨时羧基主要起到吸附作用和静电斥力作用,总的来说随着羧基数量的增多,吸附能力和静电斥力都会得到相应提高,助磨效果也越好。一定条件下碳链越长,有效官能团越多,助磨效果越好。决定有机物助磨作用的因素是其中含有的官能团类型和数量,并且碳链长度对助磨效果也有一定影响。

2.3 醇胺基(-NH-CHOH-)对水泥粉磨及水化性能的影响

多元醇胺的主要官能团是醇胺基,多元醇胺是复配型水泥助磨剂的主要组分之一,特别是三乙醇胺(TEA)作为助磨剂使用最为普遍。通过试验,研究TEA及同类型的二乙醇胺(DEA)、三异丙醇胺(TIPA)和二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)对水泥的助磨作用及性能影响。这4种多元醇胺均采用国药集团化学试剂有限公司提供的分析纯产品,四种多元醇胺的纯度均为85%。

通过查阅一些文献[4]得知,多元醇胺的饱和掺量约为0.02%~0.03%之间,设计对比试验,研究4种多元醇胺在饱和掺量为0.03%下对水泥粉磨性能和水化性能的影响。经过粉磨试验和强度试验,掺各多元醇胺的水泥比表面积、45μm筛筛余和3d、28d抗压强度测定结果见表4及图5、图6。

从图5和表4可以看出,二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺在提高比表面积和降低筛余上的作用最为明显,助磨效果最好,二乙醇胺的助磨效果相对较弱。二乙醇单异丙醇胺可以使比表面积提高18.1m2/kg,45μm筛筛余降低2.2%。三异丙醇胺可以使比表面积提高18.1m2/kg,45μm筛筛余降低2.5%。

从图6和表4可以看出,三乙醇胺对水泥早期强度有较大提高,3d抗压强度达27.4MPa,比空白组提高了2.6MPa,但28d抗压强度比空白组降低了0.5MPa,可以得出三乙醇胺对水泥早期强度有较好影响,但是对后期强度不利;二乙醇单异丙醇胺不仅有利于水泥早期强度的提升,同时也可以提高水泥后期强度;三异丙醇胺不利于水泥早期强度的提升,甚至有降低早期强度的趋势,但是对水泥后期强度有较好影响。

四种多元醇胺中二乙醇胺不管在比表面积、筛余还是在3d、28d强度的表征中效果都不明显,所以可以认为二乙醇胺不具有助磨效果,或者助磨效果不佳。有文献[7]研究了乙醇胺类助磨剂对硅酸盐水泥粉磨的影响,结果表明,含有3个羟乙基(-R2N-CH2CH2OH)的TEA对水泥粉体流动性的提高较大,分散性的增加较好,羟乙基数目较少的DEA和MEA(一乙醇胺)作用效果相对较弱。本文的试验结果与之一致。

多元醇胺的极性官能团是醇胺基,醇胺基中包含了羟基(-OH)、氨基(-NR-),或者甲基(-CH3),上面说过羟乙基数目可以提高助磨剂的助磨效果,从分子结构上来看,TIPA和DEIPA含有羟丙基(-R2N-CH2CHCH3OH),助磨效果明显好于羟乙基醇胺DEA和TEA,TIPA和DEIPA具有较好的空间立体结构,而且羟丙基上同时含有羟基和甲基两种端基官能团,前文已经介绍过了羟基具有一定的极性和亲水性,容易吸附在水泥颗粒上,而甲基则属于憎水基团,向外伸展,有助于分子在微裂缝处发挥劈楔作用并防止裂缝愈合。此外,甲基互相排斥,羟基则互相吸引,同时含有这两种端基的小分子对水泥颗粒的分散作用优于只含羟基的小分子。羟基是分子吸附的前提,甲基则起到强化劈楔作用和分散作用的效果。与只含羟基的DEA和TEA相比,同时含有羟基和甲基两种基团的多元醇胺(如TIPA和DEIPA)具有更好的助磨作用。这与前文研究多元醇的结论一致。

TEA影响水泥性能的研究资料较多[1,10],普遍认为TEA掺量较低时(≤0.05%)可以提高水泥的早期强度,而对水泥的后期强度作用较弱,甚至会降低其后期强度,这与本文的试验结果是一致的。同时也基本上认为TIPA可以明显提高水泥的后期强度,属于后强型助磨剂组分,但对水泥的早期强度作用较弱,甚至会降低其早期强度。根据E.Gartner等[11]的研究,在碱性环境下,TEA可以与Al3+和Fe3+发生络合反应形成络合物,加快它们的迁移,有助于铝酸盐和铁铝酸盐的水化,并加速石膏与铝酸盐之间的反应。同时TEA的络合反应降低了液相中Ca2+、A13+的浓度,进一步促进C3A水化,加速钙矾石的形成,使水泥浆体凝结加快,这一性质有利于水泥早期强度的发展;同时抑制C3S和β-C2S的水化,不利于水泥后期强度的发展。

相对于TEA,TIPA则具有本身分散性强、不易吸附到晶体或颗粒表面的优势,因而不能促进水泥矿物的水化,所以对早期强度没有提高[12]。TIPA也有络合Fe3+和Al3+的作用,主要促进C4AF的水化。在TIPA的作用下,水泥水化后期(15d以后)形成较多的AFm和C8AFH26,而且TIPA在水泥孔溶液中存在的时间较长,可以不断促进C4AF水化[11]。因此,它在提高水泥后期强度上的作用很明显。DEIPA可以显著提高C3A水化的放热峰,即加快C3A的水化,从而提高水泥的早期强度。DEIPA对于水泥的早期和后期强度都有明显的提高,未来将可能会取代TEA及TIPA。同时DEIPA低毒性,在使用过程中不会对环境产生污染,符合目前水泥助磨剂低碳环保的发展趋势,是绿色环保的新型助磨剂。

3 结论

本文主要研究了4种极性官能团的助磨剂对纯熟料硅酸盐水泥的助磨效果及水化性能影响的规律,结论如下:

1)羟基(-OH)可以提高助磨剂吸附能力和水泥颗粒间静电斥力,一定条件下羟基数量越多助磨效果越好,同时也有助于水泥强度的发展。甲基(-CH3)的存在主要起到劈楔作用,对助磨剂的助磨效果有较大提高,但是对水泥的水化有不利影响。同时羟基具有络合作用,可以在水泥水化反应初期迅速吸附在C3A上,通过络合作用促进C3A水解,形成结晶不完善的凝胶状AFt,从而促进强度发展。

2)羧基(-COOH)可以提高助磨剂吸附能力和水泥颗粒间静电斥力,一定条件下羧基数量越多助磨效果越好,同时也有助于水泥强度发展。羧基能够与Ca2+产生络合作用,可以在水泥水化反应初期迅速吸附在C3A上,通过络合作用促进C3A水解,形成结晶不完善的凝胶状AFt,从而提高水泥的早期强度。同时碳链的长度也与助磨效果存在着一定的关系,碳链越长,有效官能团越多,助磨效果越好。

3)醇胺基(-NH-CHOH-)具有提高助磨剂的助磨效果和抗压强度的作用,TIPA、DEIPA和TEA对水泥有较好的助磨作用。并且TEA对水泥有明显的早强作用,但是不会提高后期强度;TIPA与TEA相反,可以显著提高后期强度,但是没有早强作用;DEIPA可以同时提高3d和28d强度,早强作用稍低于TEA,后强作用略高于TIPA,DEA对水泥强度的影响不明显。

参考文献

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[11]Gartner E,Myers D.Influence of Tertiary Alkanolamines on Portland Cement Hydration[J].Journal of the American Ceramic Society,1993,76(6):1521-1530.

粉磨性能 篇7

1 改造后的工艺流程和设备参数

在V型选粉机至旋风筒之间加装三分离选粉机, 将辊压机产生的细粉分选出作为成品进入水泥库。其工艺流程为:来自配料站的物料输送至稳流称重仓, 进入辊压机挤压后通过V型选粉机分级出细粉 (<80μm颗粒占70%~85%、<45μm颗粒占55%以上) , 其细粉出口联接下进风的三分离选粉机, 再经由双旋风筒分离出辊压机挤压过程中产生的成品 (比表面积350~450m2/kg) , 通过成品斜槽进入水泥库;分离出成品后的中粗粉输送至球磨机粉磨, 粗粉回辊压机继续挤压;出磨物料经O-Sepa高效选粉机进行分选, 合格成品通过成品斜槽进入成品水泥库, 粗粉回球磨机继续粉磨。改后工艺流程见图1, 主机设备参数见表1。

2 特点

该半终粉磨工艺是在联合粉磨工艺中增加一台三分离选粉机与双旋风筒配合, 将辊压机产生的细粉进行分级。<30μm细粉直接进入成品水泥, 30~200μm颗粒进球磨机粉磨, >200μm的粗颗粒回辊压机重新碾压。<30μm的细粉不进磨机, 直接进成品, 不仅可提高系统产量, 还可以大幅度降低磨机的过粉磨现象。入磨物料的粒度为30~200μm, 物料粒度更为均齐, 可以有效提高磨机产量。>200μm的粗粉回辊压机可以大幅度降低入磨物料的最大粒度, 提高了球磨机的粉磨效率, 同时提高辊压机的效率。三种不同粒度范围物料的选净度均达到80%以上。

3 调试中的问题分析及改进措施

3.1 物料离析导致辊压机偏辊

调试初期, 由于入辊压机熟料中含有较多黄心料和粉料, 而石膏和石灰石的粒度较大, 称重仓内物料分级严重, 辊压机辊缝较大, 33mm左右, 辊压机主电动机工作电流较低 (46A左右) , 即使调大斜插板拉开比例, 工作电流变化也不大, 而且辊压机偏辊严重, 挤压效果较差。经分析认为物料离析现象严重, 混合不均。故采取措施:

1) 入辊压机熟料采取多库搭配, 多用颗粒状料, 减少粉状料;

2) 改造称重仓。将称重仓内顶部中间增加一个倒锥形下料口 (见图2) , 使物料经过此处时充分集中和混合后再进入称重仓内部分散, 在称重仓内底部增加一个内筒, 物料经过此处进行混合和集中后再进入辊压机进行挤压, 这样可有效解决辊压机偏辊和压力上不去的问题。

3) 称重仓料位控制在70%~80%, 以有效形成入机料压, 实现过饱和喂料, 确保挤压效果;同时将辊压机工作压力由7.0~8.0MPa调整至8.0~9.5MPa;辊压机工作辊缝由原33mm调整至25mm;入料斜插板拉开比例调至85%以上。

调整后辊压机主电动机工作电流 (额定电流61A) 由44~50A (72%~82%) 提高至52~60A (85%~98%) , 挤压做功能力显著提高, 经由V型选粉机分级后的物料R80、R45筛余量明显减少, 比表面积提高, 合格品比例大幅度增加。

3.2 循环风机风量和风压较低

由于增加了一台三分离选粉机, 系统阻力增加近1 500Pa, 虽然循环风机压力为4 000Pa, 但全负荷全转速运行后, 电流只有21A (额定电流31.8A) , 造成系统风量和风压不够, 产量上不去, 甚至造成挤压后的料饼进入V型选粉机内部不易散开, 影响分级效果。

针对循环风机风量和风压较低、电流上不去的情况, 我们对风机叶轮进行了更换, 更换后的循环风机风压达到5 000Pa, 带负荷运行后的电流为27A, 基本能满足生产需求。根据实际生产状况, 在V型选粉机入料口上方下料管中增设打散装置, 以形成均匀、分散的料幕;同时对V型选粉机内部进风面导流板通风面积进行调整, 减小通风面积提高局部风速, 有效延长物料分级路线与分级时间, 提高V型选粉机出口物料的比表面积。

3.3 球磨机做功能力差

由三分离选粉机分离出成品后的入磨物料 (粗粉) 比表面积平均在100m2/kg左右, 出磨水泥比表面积195m2/kg左右。为此, 根据入磨物料筛余、比表面积和磨内筛余曲线等参数, 重新调整了各仓级配及填充率, 同时, 根据磨机主电动机及主减速机的驱动功率富余系数 (设计为额定值的1.2倍) , 合理增加微段装载量、增大填充率, 提高研磨体对物料的研磨能力;技改前主电动机电流 (额定电流243A) 为190A左右 (进相后) , 技改后主电动机电流为205A左右 (进相后) 。根据磨内筛余曲线结果, 我们对入磨下料溜子进行了改进, 在溜子前部加了一个翻板, 有效阻止物料向前冲的现象发生, 提高了一仓的粉磨效率。改进前后级配方案见表2。

3.4 球磨机通风参数的调整

将磨尾收尘风机电动机频率由40Hz下降至31Hz, 磨尾出口压力由-1 400Pa降至-800~-900Pa, 以有效延缓物料流速, 增加物料在磨内细磨时间, 降低出磨物料中粗颗粒比例, 提高水泥成品含量。调整后, 出磨水泥温度一般在113~123℃, 球磨机主电动机运行电流一般控制在195~205A (进相后) 为宜。

4 改后效果

改进前后水泥粉磨系统技术参数对比见表3。

由表3可知, 系统改进后生产P·O42.5R级水泥较改进前增产50t/h, 增幅为33%, 电耗降低5.9k Wh/t, 节电幅度为14.7%。通过合理的改进与调整, 该半终粉磨工艺系统增产节电效果较明显, 水泥实物质量指标较改进前有所提高。但标准稠度用水量有所上涨, 主要原因是出辊压机的成品与出球磨机的成品共同混合入库, 其混合成品颗粒级配范围较窄, 且出辊压机成品颗粒球形度非常低, 颗粒之间空隙大, 导致水泥标准稠度用水量增大。

选用华西HSP、成新吉龙和中建自配三种聚羧酸外加剂, 对改进前后的水泥进行混凝土对比试验, 见表4。

由表4可知, 本次混凝土对比试验, 改造后对水泥混凝土初始及经时工作性能无不良影响。