概述
粉煤灰是一種活性礦物質細粉資源。研究表明，粉煤灰的細度不同，對矽酸鹽水化產物的影響也不同，細度愈細，其活性亦愈高。同時，由於粉煤灰中玻璃微珠在細粒範圍內相對富集，致使細灰的需水量比亦比粗灰的要少。我國電廠排放的粉煤灰有大部分為粗灰或等外灰（國標GB 1596-91），因此粉煤灰磨細加工技術的興起，不僅可確保電廠所供應的不同品種粉煤灰的質量，並可使更有效地拓寬粉煤灰開發和利用渠道，提高粉煤灰利用檔次，進一步提高企業經濟與社會效益
粉煤灰磨細工藝
粉煤灰磨細加工可分為開路和閉路兩種系統，目前國內均採用開路系統，該流程具有自動化程度高、出力穩定、維護成本少等特點。
粉煤灰開路磨細系統: （1）取灰（2）磨細（3）尾氣排放（4）出磨
粉煤灰超細磨系統：
其工藝流程如圖2：
粉煤灰磨細系統從粗灰庫取灰，經調速鎖氣電動給料機定量給料(或加計量)後，由鏈式輸送機將粗灰連續穩定地餵入GFM型粉煤灰專用超細高效篩分磨機內。入磨的粗灰經磨內研磨，直接磨成細度符合GB1596-91標準的I、Ⅱ級灰，無需再經過篩分或分選。出磨成品庫採用連續輸送泵輸送至成品灰庫儲存，連續輸送泵以羅茨風機作為動力源。
根據工程實際情況，超細磨系統可與分選系統進行聯合設計，分選系統的粗灰庫作為磨細系統的磨頭倉，分選系統的細灰庫與磨細系統共用。
系統特點：
●成品灰細度細；
●採用開流生產工藝，無需再進行分選即可達到商品灰細度標準；
●出入磨可採用倉泵或噴射泵輸送，布置靈活方便，細灰庫離磨機車間較遠也能實現無障礙輸送；
●各揚塵點均設有布袋除塵器，不會產生二次污染；
●採用PLC+CRT控制，設自動程控、軟手操和就地手操三種運行方式；
●CRT操作站與管理人員區域網路相連，生產管理自動化程度高；
●在與水泥磨系統不同的是設備配置高，運行更可靠，且消滅了水泥磨系統的跑冒滴漏現象。
1 工業廢渣超細粉的性能 對工業廢渣超細粉磨的研究，主要集中在原料選擇和細度兩個方面。目前，國內工業生產排放的廢渣或副產品種類有..
1 工業廢渣超細粉的性能
對工業廢渣超細粉磨的研究，主要集中在原料選擇和細度兩個方面。目前，國內工業生產排放的廢渣或副產品種類有：礦渣、粉煤灰、鋼渣和沸石微粉、矽灰等。矽灰雖然適應於製備高性能混凝土，但其價格昂貴、產量少，不能滿足大量製備高性能混凝土的要求。而礦渣、粉煤灰為主要原料超細粉磨資源豐富，生產套用比較廣泛。
粉煤灰的主要化學成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3，高鈣灰則含有較多的CaO。早在1914年，美國人Anon發表了“煤灰火山特性的研究”，首先發現粉煤灰中氧化物具有火山灰特性。而對用於水泥和混凝土的研究，是由美國伯克利加洲理工學院的RE維斯在1933年後開始的。由於水泥和混凝土中可以大批量用粉煤灰，因此，其套用一直是我國水泥界研究的重點。粉煤灰在混凝土的利用，主要產生三種效應：火山灰活性效應，即水泥水化產生的Ca（OH2）將激發粉煤灰的活性，使之反應生成以C-S-H凝膠為主的膠凝物質；形態效應，即粉煤灰的顆粒形態所決定的，當微珠含量大於50%時，流動性提高，減少混凝土的用水量，改善混凝土的工作性質；微集料效應，即小於45μm篩余的微粉可填充混凝土中的孔隙，與Ca（OH2）反應生成的凝膠也可填充微小孔隙，使混凝土更加緻密。粉煤灰細磨後，不但可以加快熟料顆粒的水化速度，還可以提前破壞粉煤灰密實的球形外殼，加快粉煤灰的火山灰反應，從而提高水泥早期強度。
礦渣是煉鐵高爐排出的水淬廢渣，其主要化學成分為SiO2、Al2O3和CaO，與水泥成分接近。超細粉磨後具有超高活性。現有研究成果證明，將礦渣粉磨至平均粒徑小於5μm和小於10μm，可有效提高其水化活性，適宜配製大流動性超高強混凝土。以粒徑小於5μm的超細礦渣取代10～20%的水泥，可使水泥強度提高12～23%，標準稠度需水量降低0.014左右，適宜配製坍落度達20cm、28天抗壓強度達100MPa的大流動性超高強混凝土。同時還具有顯著地改善抗滲、抗凍、抗碳化等耐久性。作為水泥混合材摻加10～20%，可使水泥標號提高一個等級。對矽酸鹽水泥、礦渣水泥、普通水泥均有良好的適應性。其作用機理是活性SiO2、Al2O3與水泥中C3S和C2S水化產生的Ca(OH)2反應，進一步形成水化矽酸鈣產物，填充於水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥混凝土的緻密度，同時將強度較低的Ca(OH)2晶體轉化成強度較高的水化矽酸鈣凝膠，從而使水泥混凝土的一系列性能得到顯著改善。
2 粉煤灰和礦渣超細粉生產
（1）粉煤灰
自1991年國家頒布《用於水泥和混凝土中的粉煤灰》標準後，2005年又進行了修訂（GB/T1956-2005）。標準根據粉煤灰細度（45μm篩余）、需水量比、燒失量等指標分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級灰，細度為重要指標之一。目前我國有1/3的燃煤發電廠均採用分選的方式生產商品粉煤灰，收到良好的社會效益和經濟效益。隨著黃河小浪底水利工程、長江三峽水利工程等水利工程大量使用分選粉煤灰，我國粉煤灰分選技術得到逐漸發展。燃煤發電廠套用的分選工藝主要有：單點或多點直抽閉路循環分選（圖1）；單點或多點直抽開路分選（圖2）。
電力行業套用的分選粉煤灰的主要設備—— 分選機，典型的有動態的“強制渦流式分選機” 、靜態的“渦殼式分選機”等機型，單台分選機處理量5t/h ~ 50t/h。強制渦流式分選機吸收了日本小野田公司的O-Sepa技術，渦殼式分選機則來自於美國Ge公司的Buell分選技術。 建材行業生產商品粉煤灰一般採用球磨機開路粉磨或閉路粉磨工藝，採用單一分級工藝的不多。由於粉煤灰原灰已經含有一定量的合格細粉，採用開路細磨的工藝，過粉磨現象嚴重，系統效率低，電耗高。隨著分選技術和裝備的發展，採用閉路粉磨工藝系統效率更高。與水泥的閉路粉磨系統有區別的是，粉煤灰閉路粉磨原灰應先進入選粉機進行分級，粗灰再進球磨機進行粉磨，最大限度地發揮選粉機的功能，系統粉磨效率最高(見圖3)。
圖3 閉路粉磨工藝系統流程
合肥水泥研究設計院在粉煤灰分選技術方面進行了研究和開發，開發出了處理能力為25t/h、35t/h、45t/h、60 t/h的DS（F）高效分級機，選粉效率可達到90%。對於單分級系統採用了有別於電力行業負壓抽吸的機械提升輸送進料工藝，系統裝機功率降低，管道磨損減少。
（2）礦渣
1998年國內第一個礦渣微粉標準《砂漿、混凝土用粒化礦渣微粉》(上海市地方標準)問世；1999年國內第一個礦渣微粉套用技術規程《粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中套用技術規程》(上海市地方標準)問世；2000年和2002年國家相繼頒布《用於水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣微粉》（GB/T18046-2000）；《高強、高性能混凝土用礦物外加劑國家標準》等標準，正式將礦渣微粉命名為“礦物外加劑”納入混凝土第六組分。國家標準的制定和實施，標誌著礦物外加劑技術進入了成熟的套用階段，是國家引導的發展產業。
超細礦渣製備技術目前主要有立磨、輥壓機聯合粉磨或終粉磨、球磨機閉路、球磨機開流以及振動磨等生產工藝。國際上以立磨和輥壓機終粉磨系統為主，從國內實際套用情況來看，以立磨和球磨兩種生產工藝占大多數。上述工藝流程特點基本相似，只是粉磨或分級裝備不盡相同。各種粉磨工藝都需布置除鐵裝置，如果聚集在磨床或磨內的鐵不能及時除掉，不僅影響產量，對設備的磨損特別大。
立磨系統的特點是效率高，電耗低；粉磨、選粉、烘乾同時在磨內完成，系統簡單（圖4）。
圖4 立磨工藝系統流程
物料在磨機內部呈懸浮狀以及粗粉的多次循環，熱交換充分，因此烘乾能力強。料床的穩定防止震動，磨盤及磨輥的磨損是立磨進行礦渣粉磨的難點；另外系統投資較大，非一般小企業所年承受的。 輥壓機粉磨系統的特點是：料層高壓粉碎原理特別適合處理礦渣類脆性物料，效率高，特別是終粉磨系統(圖5)，效率更高，電耗更低。
相對於立磨，輥壓機本身不能起烘乾作用，需另設烘乾系統。輥壓機對礦渣的水份要求比較高，水份過低，反而容易產生設備震動，水份應控制在比較合適的水平。由於礦渣的磨蝕強，因此對輥面的耐磨性能要求高，維護費用較高。 球磨機閉路系統的特點是：設備和工藝成熟可靠，對物料的適應性較強，成品細度控制範圍較廣，電耗較開路系統低，但系統相對複雜，要求配置高性能的選粉機，系統投資適中。球磨機開路系統的特點是：工藝系統簡單，操作簡便，投資低。但系統效率低，電耗高，成品溫度高，成品細度調整不便。振動磨系統可以採用開路或閉路工藝，振動磨在細磨上具有一定的優勢，但由於大型化振動磨的開發未能形成突破，因此限制了該項技術的推廣和套用。各種生產工藝的主要技術經濟指標比較見表1。
表1 各種生產工藝的主要技術經濟指標比較 系統 立磨系統 輥壓機系統 球磨機閉路系統 球磨機開流系統
聯合 終粉磨
投資（%） 120 130 100 100 90
電耗（%） 50～70 55～75 40～60 100 120
維修（%） 115 130 120 100 80
筆者認為還有一點也應引起注意的是礦渣粉的顆粒分布以及顆粒的形態，不同工藝得到的結果是有區別的。特別是在配置混凝土時，對混凝土的性能會產生不同的影響。立磨和輥壓機終粉磨磨製的礦渣粉顆粒級配較集中，且顆粒的球型度差。而採用了球磨機磨製的礦渣粉顆粒的球型度好。採用球磨機閉路磨磨製的礦渣粉顆粒級配分布適中，採用球磨機開路磨磨製的礦渣粉顆粒級配分布較廣。特別是球磨機閉路磨可以通過研磨體的級配和選粉機多手段來調整產品的最佳顆粒分布。由於顆粒級配分布和顆粒形狀的不同，成品的性能產生一定的變化。見表2、表3。
表2 立磨和球磨機製備的礦渣微粉性能比較 粉磨工藝 比表面積（m2/kg） 活性指數 /% 備註
A7 A28
立磨 398.4 69.7 96.4 工業生產
球磨 389.7 70.1 98.0 實驗小磨
表3 球磨機閉路磨製的礦渣粉與國家標準的比較 項 目 密 度（g/cm3） 比表面積（m2/kg） 活性指數 / % 流動度 % 含水量 % SO3 % Cl- % Loss %
7d 28d
GB/T18046 S95級 ≥2.8 ≥350 ≥75 ≥95 ≥90 ≤1.0 ≤4.0 ≤0.02 ≤3.0
A公司 2.86 476 92 110 98 0.4 1.9 0.01 1.3
國際上採用立磨生產礦渣較廣泛，在套用球磨機系統粉磨礦渣時，一般採用烘乾兼粉磨工藝，當礦渣水份在6~8%時，可以不設預烘乾。當礦渣水份超過10%時，需要設預烘乾，以防被磨物料部分預水化，降低水泥強度。 立磨粉磨礦渣國際上比較著名的公司有來歇的LM磨、伯力鳩斯的RM磨、非凡的MPS磨、神戶制鋼的OK磨、川崎的CK磨。國內合肥院、天津院亦開始採用立磨粉磨礦渣。
來歇公司的LM2+2或3+3磨的特點是磨輥一小一大配對，小輥以低壓高速運行，執行預備粉磨料床的功能；大輥位於小輥後面，執行粉磨工作。對產品細度比生料或水泥更細的物料的粉磨通過對輥可使料床的形成容易控制。磨盤設計了專門的除鐵排渣孔，除鐵更加有效及時。另外，各公司都推出了效率更高的立磨用選粉機，以提高粉磨效率。來歇公司LM磨的LSKS選粉機、非凡公司MPS磨的SLS選粉機、LVT選粉機改造技術都各具特色。在國內由於立磨工藝投資比較大，因此採用立磨生產礦渣粉主要以大中型企業為主且生產規模較大（40萬噸/年以上），而水泥企業或其它企業新建或改建礦渣粉生產線一般以球磨機閉路或開路為主，生產規模相對較小（30萬噸/年以下）。立磨生產礦渣粉，系統電耗指標為35~40 KWh/t。表4為LM46.2+2磨在西班牙Carboneras廠、印度Raigangpur廠的運行數據。
表4 LM46.2+2磨在兩工廠的運行數據 工廠 Carboneras廠 Raigangpur廠
參數 單位 保證值 實際運行值 保證值 實際運行值
產量（乾態） t/h 58 84 82 101.0
比表面積 m2/kg 450 500 4500 4520
45μm篩余 % 5 <0.3
系統單位電耗 KWh/t 47.2 35.0 38.8 38.7
輥壓機終粉磨及預粉磨製備礦渣粉以伯力鳩斯公司和洪堡公司最為著名。國內已有武漢某公司引進洪堡公司生產能力為80t/h系統成套設備；合肥院在江蘇某公司採用自主開發的輥壓機以聯合粉磨工藝生產，產量為60 t/h；終粉磨尚無套用。
國際上輥壓機終粉磨及預粉磨皆有成功套用實例，生產能力一般為50~70t/h，輥壓機設備本身與生產水泥時沒有區別。輥壓機終粉磨以伯力鳩斯公司與洪堡公司有所不同，伯力鳩斯公司採用料餅打散機，而洪堡公司採用兼有烘乾和打散功能的V型選粉機。礦渣終粉磨系統套用實例見表5。
表5 礦渣終粉磨系統套用 序號 主機設備 產量 t/h 成品細度 m2/kg 單位電耗 kWh/t 備註
烘乾 輥壓機 選粉機
1 φ0.92×25m 17/10,2×850KW 40.8 5145 46.4 Pol.系統
2 φ1.0×24m 17/10,2×1200KW 50 4700 52 Pol.系統台灣
3 V型選粉機 R.P.1.6/1.4 2×900KW SKS2250 1180kW 50 4500 KHD系統新加坡
採用球磨機生產礦渣粉，閉路系統電耗為65～75kWh/t，開路系統電耗為70～90 kWh/t。合肥水泥研究設計院發揮在高效選粉機和開流高細磨研究和開發套用方面的經驗，在球磨機粉磨礦渣粉做了大量的工作。對φ3×11m磨機進行改造，採用DS（K）型高效選粉機閉路系統，生產純礦渣粉，細度為450 m2/kg，產量18～20t/h，電耗68～70kWh/t；φ2.6×13m磨機採用高細磨技術改造後，生產純礦渣粉細度為450 m2/kg，產量12～12.5t/h，電耗70～75kWh/t。
3 結束語
隨著國家政策的引導以及研究的深入和技術的發展，工業廢渣超細粉的套用將會更加廣泛，為國民經濟建設和發展循環經濟做出更大的貢獻。因此工業廢渣超細粉的製備技術也將會進一步發展。粉煤灰細粉的製備技術主要是分選技術，因此分級機技術將隨著粉煤灰套用的發展進一步提高。在分級設備方面主要是進一步提高分級效率和分級精度，以及的大型化、高可靠性的設備開發；系統方面主要是配套裝備的完善以及工藝流程的最佳化。礦渣細粉的製備，隨著生產規模的擴大，今後立磨技術將進一步凸顯其優勢，會得到進一步發展，特別是大型和特大型立磨。在技術方面主要集中在料床穩定控制、分級技術、耐磨材料的改進。輥壓機終粉磨礦渣技術以其明顯的節能優勢經進一步完善後將會得到較快的發展和廣泛的套用。球磨機閉路礦渣粉磨系統由於其投資低、對物料的適應性強、改換產品有更大的靈活性、細度和顆粒分布的可控制性等特點，以及粉磨和分級技術的改進和提高，短期內該項技術還將有一定的發展。
