1  前言

  隨著人們對礦渣微粉的經濟價值的逐漸認識，最近幾年，很多水泥企業(yè)、水泥制品、混凝土企業(yè)在生產、應用礦渣微粉。由于粉磨礦渣與粉磨水泥的物料易磨性、粒度等條件不相同，礦渣粉磨歷史短，對礦渣粉磨技術沒有完全掌握，經驗不足等原因，致使礦渣微粉球磨機產量低、產品電耗高，并且礦渣微粉的活性指數低，沒有最大發(fā)揮礦渣微粉的活性性能，針對這些問題，探討如何在礦渣粉磨電耗比較低的情況下提高礦渣微粉的比表面積，提高礦渣微粉活性指數，發(fā)揮其最大的活性性能。利用高活性指數礦渣微粉生產水泥可等量替代大量熟料、提高混凝土性能，達到降低生產成本、節(jié)能減排目的。

  2  目前礦渣的粉磨狀況

  由于礦渣的易磨性較差，利用不同的礦渣粉磨技術，其質量、產量差別很大。礦渣在粉磨過程中，比表面積增長十分緩慢，當礦渣微粉比表面積大于450㎡/kg時，由于研磨介質產生靜電吸附造成顆粒聚集、糊球現象，致使磨機產量大幅降低，電耗大幅增加。有的企業(yè)為了提高產量降低電耗，在礦渣粉磨的同時加入10%左右的粉煤灰，起到助磨作用，其結果是產量有所提高，礦渣微粉活性卻下降了，其潛在的活性性能卻沒有完全發(fā)揮出來。這種礦渣微粉只能往水泥里的摻入15%左右；河北某水泥集團購買河北邯鄲某廠生產的礦渣微粉，往水泥里只摻加6%，才能保證原來的水泥強度指標不降低。

  目前國內大多數粉磨礦渣微粉的企業(yè)生產礦渣微粉比表面積低于450㎡/kg，礦渣微粉活性并沒有完全發(fā)揮出來；摻入水泥后雖然后期強度有所增長，但是，3d強度卻降低3～5Mpa，活性指數≤S75級礦渣微粉國家標準。這種粉磨方式存在：礦粉比表面積低、礦渣微粉活性指數低，摻入水泥的比例少，磨機產量低，其經濟價值也較低的問題。

  隨著企業(yè)質量意識不斷提高，尤其是商品混凝土攪拌站對礦渣微粉的質量要求已經不再僅僅滿足S75級，他們要求礦渣微粉的活性指標達到S95級或S105級，最大發(fā)揮礦渣微粉的潛在活性性能?，F在應用在高速鐵路混凝土，設計時就要求摻入一定比例的S95級礦渣微粉。

  國家新出臺《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中華人民共和國國家標準《GB/T 18046-2008》于2008年7月1日執(zhí)行，廢除《GB/T 18046-2000》標準。把原來的S105級比表面積≥350㎡/㎏指標修改為≥500㎡/㎏，體現生產高比表面積高活性指數礦渣微粉勢在必行，S105級礦渣微粉不久將設計應用在國家重點建設工程上。

  附：中華人民共和國國家標準GB/T 18046-2008  技術指標見表1

技術指標表1     用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉

  因此，如何提高礦渣微粉的早期活性指數，把7d的活性指數提高到75%或95%以上，是我們急待解決的問題。

  3  問題的解決

  礦渣微粉的比表面積只有達到480㎡/㎏以上時，大多數顆粒分布在2～40um之間，其活性才能發(fā)揮出來，對混凝土強度的發(fā)揮起決定性作用。提高礦渣微粉的途徑主要通過物理作用和化學作用二種方法，我們探討利用球磨機生產礦渣微粉，摻入礦渣專用活化劑，生產礦渣微粉（不摻粉煤灰），不但磨機產量高、電耗低，提高礦渣微粉的比表面積，提高礦渣微粉的活性指數，發(fā)揮礦渣微粉的最大活性性能。

  利用球磨機生產活化礦渣微粉，需要采取對球磨機設備內部的部件進行部分改造以及加入具有激發(fā)礦渣活性化學作用的礦渣助磨活化劑，并達到消除靜電現象等一系列助磨措施；礦渣微粉比表面積達到450㎡/㎏以上，活性指數比較高，用激光粒度分析儀對活化礦渣微粉顆粒分布進行測定結果見表2。

  3.1  物理作用

  利用開路球磨機設備研磨方法生產礦渣活化微粉，是在充分利用原有設備條件的情況下，對磨內部件技術改造，應用高效、特殊的內篩分雙層隔倉板裝置、出磨篦板，選擇合適的襯板及鋼球鋼段，是保證低電耗生產比表面積500㎡/㎏左右礦渣微粉的硬件措施條件。

  3.2技術措施

  根據磨機的長度，確定合理的倉位、倉長；選擇合理的研磨體級配方案，如平均球徑、填充率等等，是保證低電耗生產比表面積500㎡/㎏礦渣微粉的技術措施。

  球磨機外部的一些技術要求不可忽視，如對礦渣的易磨性、入磨粒度、水分，除塵設備的選型及風壓、風量的參數確定等等；即使是烘干設備的選型和烘干形式，也不可忽視，因為烘干設備工藝不當，對礦渣活性的影響可下降12～15%。

  3.3  化學作用

  礦渣在粉磨的過程中通過加入礦渣活化劑，礦渣微粉在化學激發(fā)的作用下，提高活性，比表面積達到500㎡/㎏以上，中性或堿性礦渣，7d礦渣活性指數＞95%以上，同比提高標準一個等級；并且活化劑具有很好的助磨作用，提高粉磨效率，磨機增產20%以上。

  以上三方面具體技術途徑，必須完全做到；如果缺少某方面的技術途徑，必然會造成產品質量低、產量低、粉磨電耗高、生產成本高，無形中將損失百八十萬。只有完成這些程序化的步驟和實施最佳技術方案，才能生產出來質量好、成本低的礦渣活化微粉；質量才能達到S95級、S105級礦渣微粉國家標準，7d活性指數才能達到或超過75%、95%。

  3.4  試驗數據對比

  以下是實驗室、實際工業(yè)化生產的試驗數據，說明只要把礦渣微粉的活性指數提高上去，就能實現生產水泥減少熟料用量，混凝土減少水泥用量的目標，達到企業(yè)增效目的。

  山西原平市某水泥有限公司利用HQ101型、HQ108型礦渣專用活化劑分別進行了實驗。表3是HQ101型礦渣專用活化劑的實驗數據，

表3  HQ101型礦渣專用活化劑實驗數據

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  實驗結果表明：摻入35%、50%、56%活化礦渣微粉的水泥，28d抗折強度分別高于未參加活化礦渣微粉水泥1.2Mpa、1.0Mpa、2.1mpa，28d抗壓強度分別高于5.0Mpa、2.3Mpa、0，2Mpa，摻入35%、50%、56%活化礦渣微粉的水泥，3d抗折、抗壓指標都分別低于未參加活化礦渣微粉水泥前的強度指標；如何提高3d的早期強度？我們又利用HQ108型礦渣專用活化劑進行了3d、28d的實驗，數據見表4

表4  HQ108型礦渣專用活化劑實驗數據

  從表4的實驗數據說明：50%的礦渣活化微粉混合50%的32.5級水泥，3d抗壓強度是15.2Mpa，比對比樣水泥提高了0.8Mpa，活性指數3d達到了105.5%。利用65%的礦渣活化微粉摻入35%的32.5級水泥，3d的抗壓強度比水泥的3d強度提高0.6Mpa，利用75%的礦渣活化微粉摻25%的熟料粉，3d的抗壓強度比水泥的3d強度提高4.5Mpa；28d的活性指數達到105%（43.7Mpa/41.5Mpa）。

  礦渣活化微粉不含粉煤灰，只摻入石膏、活化劑，礦渣在粉磨過程中通過機械和化學作用得到激發(fā)和活化，礦渣活化微粉的活性指數7d可達到100%左右。比表面積達到450㎡/㎏～550㎡/㎏的范圍時，磨機產量比國內外同樣條件的磨機提高80%，質量達到或大于礦渣微粉國家S105級標準。新疆某鋼鐵公司水泥廠生產507㎡/㎏礦渣活化微粉分別摻入0.1%HQ131、HQ132、HQ152活化劑，礦渣微粉達到S95級、S105級標準，見表5。

表5  新疆某鋼鐵公司水泥廠生產的礦渣活化微粉達到S95級、S105級標準

  山水集團某公司利用HQ131活化劑在φ500×500㎜試驗磨機的現場試驗數據。見表6。

  表6     在φ500㎜×500㎜試驗磨機的現場試驗數據

  由于各地礦渣的化學成分不同、質量也不同，所以利用活化技術生產礦渣活化微粉的3d抗壓強度在9～17Mpa之間。利用活化微粉生產的水泥質量也同樣受到影響。如：柳鋼礦渣活性較好，廣西大化利用80%的礦渣活化微粉與熟料粉生產的水泥，3d抗壓強度達到25.9Mpa；華北邢臺、邯鄲等地的礦渣活性次之，利用60～75%的礦渣活化微粉與熟料粉生產的水泥，水泥3d抗壓強度亦達到15.0～20.0Mpa。

  河北邢臺某水泥有限公司利用宏橋水泥技術研究所礦渣活化技術在φ500㎜×500㎜試驗磨機進行了現場試驗，實驗目的：1、摻入30～50%活化微粉的水泥，與未摻入活化微粉的水泥強度對比；2、用55～75%活化微粉生產的水泥與未摻入活化微粉的水泥強度對比。見表7

  表7    在φ500㎜×500㎜實驗磨機的現場試驗數據

  檢驗結果：1、摻入35～55%活化微粉的水泥，比未摻入活化微粉的水泥3d抗壓強度平均提高6.3Mpa；28d抗壓強度平均達到51.4Mpa；2、用55～75%的礦渣活化微粉生產的水泥，比未摻入礦渣活化微粉的水泥3d強度提高3.8Mpa；28d抗壓強度平均達到60.9Mpa。

  河北邢臺某水泥有限公司利用宏橋水泥技術研究所礦渣微粉活化技術，在2.4m×9m磨機生產的礦渣微粉的3d活性指數較高，摻入30～50%活化微粉的水泥，與未摻入活化微粉的水泥質量對比；摘錄幾組運行數據見表8

表8         2.4m×9.0m磨機生產質量檢驗報告

  檢驗結果：摻入30%活化微粉的水泥，比未摻入活化微粉的水泥3d強度平均提高4.8Mpa。

  4  結論

  從生產、實驗的各種數據表明，通過活化微粉技術，激發(fā)礦渣活性，礦渣微粉的比表面積可以達到450～550㎡/kg；3d活性指數達到100%左右；因為礦渣微粉的活性指數得到提高，摻入礦渣活化微粉的水泥，3d強度比摻入普通礦渣微粉的水泥3d強度提高3Mpa～5Mpa。因為提高了礦渣微粉的早期活性指數，可以實現：利用活化技術生產的礦渣活化微粉摻入水泥后，無論是3d的強度還是28d的強度指標，都大于未摻入活化微粉的水泥強度，其活性指數達到礦渣微粉國家標準S105級以上。利用60～70%的礦渣活化微粉，生產32.5～42.5級水泥，達到國家水泥新標準；可降低水泥生產成本20～40元/噸；摻入50%左右礦渣活化微粉的水泥，安定性好，摻加礦渣活化微粉后的水泥強度大于未摻加礦渣活化微粉的水泥強度指標，3d強度增加1～3Mpa，28d強度增加3～8Mpa；

  因此，有礦渣資源的鋼鐵企業(yè)、水泥企業(yè)生產礦渣微粉，比表面積要達到450㎡/㎏～550㎡/㎏，7d活性指數達到100%左右，就可以實現利用少量熟料（25%左右熟料）生產符合國家新標準的32.5～42.5級礦渣水泥，不但降低了生產水泥的成本，還節(jié)省了大量的能源，減少了環(huán)境的污染，具有顯著的經濟效益和較好的社會效益。