矿渣粉磨工艺、方案如何选择？

根据工业废渣的来源、特性、处置方案、产品品质要求等不同，选择相适应的生产工艺和装备，这对于工业废渣的综合利用效率、产品品质、生产成本等都至关重要。本文将重点论述矿渣粉制备在其原料易磨性差、产品品质要求较高时对工艺技术方案、主机设备选型等需要更多的关注，尤其在多种技术路线并行时，选择出最优的方案是企业能够长远发展的关键。

1 粉磨工艺的选择

1.1 辊压机+球磨机联合粉磨系统

球磨机粉磨电耗比较高，业内专家学者很早就提出“多破少磨”的理论指导思想。现在成熟的辊压机技术配套球磨机组成联合粉磨系统，生产P·O42.5级水泥时粉磨系统电耗可以达到25 kWh/t以下，生产比表面积420 m2/kg左右的矿渣微粉时，粉磨系统电耗可以达到50 kWh/t以下。当使用此系统用于矿渣微粉生产时，系统具备如下特点：

（1）辊压机充分发挥破碎及粗粉磨阶段的高效率，再结合球磨机优异的研磨性能，在保证系统能耗的基础上实现系统稳定、产品稳定。同时由于球磨机适应性强，磨内结构比较复杂，但优化调节方便灵活。可适应多种原料及高比表面积（如700 m2/kg）微粉的生产，而且出球磨机物料的颗粒形貌好、粒度分布较合理，矿粉品质好，易水化，活性高，应用在水泥或混凝土中，可更多地等量替代熟料或水泥。

（2）矿渣及其他工业废渣通常磨蚀性都较大，尤其是钢渣。而辊压机目前最先进的辊面耐磨处理技术可以使辊面的免维护使用寿命提高至2万小时以上，大大降低了设备维护周期和费用。同时由于辊压机处理物料是通过式的，有利于在外部设置高效的除铁器，将已经挤碎的物料中的金属及时除去，有效保护辊面及系统长时间连续运行。

（3）活性较高的高炉矿渣经过水淬，原料中含有大量的水，这就要求辊压机预粉磨系统边处理边烘干。由于辊压机系统中的物料是外循环，烘干、选粉、除铁等均是在系统中其他独立的设备上完成的，因此其烘干、选粉的用风量较小，相应的热量损耗也较少，因此辊压机系统通常比立磨系统的烘干热耗低很多。

（4）辊压机只是一台粉碎设备，烘干、选粉等都在外部，需要众多输送环节和一座较大的建筑物，因此工艺系统较复杂，土建投资相对较高。

（5）辊压机+球磨机联合粉磨系统较采用立磨系统的吨产品电耗高，但在综合烘干热耗方面的差别，折成标煤耗的实际吨产品能耗（包括电耗和煤耗）基本相当。但由于烘干方式不同，立磨系统的烘干热耗相较辊压机系统通常高出20%左右，综合这两方面因素，两种系统的能耗指标差别就很小了，而通过球磨机产生的最终产品品质优势十分明显，因此在方案选择时，建议更主要的是考虑产品用途的要求，而非单纯的电耗差别。

1.2 立磨终粉磨系统

立磨终粉磨也是效率比较高的系统，因其粉磨电耗低、并且集烘干、粉磨、选粉为一体，工艺流程简单，广泛应用在水泥生料及煤粉等的制备中（近年来由于追求更低的电耗，水泥生料的制备已多改为辊压机终粉磨），并很快在矿渣粉磨领域得到了大量推广。立磨用于超细矿粉生产成品比表面积达到420 m2/kg以上时，粉磨系统电耗可以做到45 kWh/t以下。相对于辊压机+球磨机的系统，立磨终粉磨系统具备如下特点：

（1）立磨终粉磨系统设备比较少，工艺流程相对简单，核心设备即立磨本身集烘干、研磨、选粉为一体，物料的外循环较少，用在物料输送上的电耗较少，系统用风量大，非常适应高湿黏物料的研磨。比如湿排粉煤灰、黏土等。

（2）由于立磨的通风方式导致其用风量大，因此对原料水分的适应能力强，但其所配系统收尘器也比较大，这也是其烘干热耗较高的主要原因。

（3）立磨系统中物料的外循环量很少，这也造成了在粉磨过程中分离出的金属难以及时排出，造成辊面磨损加剧。普通矿渣中由于金属含量较少，磨损差距并不明显。但在研磨如钢渣、镍铁渣等金属含量较大的物料或很硬的物料时，其辊面和磨盘的磨损非常大，将带来很高的维护成本。

（4）立磨工作时的辊面压力相对于辊压机较低，其粉碎效率也相对低一些。但由于立磨的粉磨特点，在有足够水分的前提下它可以较好地独立完成450 m2/kg以下细粉的制备。当粉磨的物料颗粒大小悬殊不均匀或成品比表面积需要做到500 m2/kg甚至更高时，由于料床难以稳定，导致立磨振动大，很难稳定运行。

（5）立磨粉磨采用的也是料床粉碎，其产生的细粉颗粒形貌也是不规则的，并且由于其边研磨边选粉的特点，产品颗粒级配分布相对较窄，影响矿渣粉活性提高及其在水泥或混凝土中的最大掺加比例。

2 粉磨方案的选择

基于以上两种粉磨系统的特点，针对不同原料及产品品质的要求，进行如下方案比较。

2.1 利用优质矿渣生产S95级矿渣粉

优质矿渣体现在高炉矿渣经水淬后玻璃体含量多，CaO成分含量达到39%以上，呈碱性，具有一定的较高潜在活性，其主要化学成分见表1。

1）采用立磨终粉磨系统

立磨粉磨这种优质矿渣，有足够的矿渣粉活性富余空间，足可以抵消因立磨粉磨缺陷所降低的活性，达到S95级矿粉活性指标，见表2。

优质矿渣用立磨粉磨比表面积465 m2/kg矿渣粉，7 d活性指数达到76%，富余活性指数1%（富余活性指标较少），28 d活性指数达到100.5%，符合S95级矿渣粉活性要求。利用这种优质矿渣可选择立磨生产S95级矿渣粉。

2）采用辊压机+球磨机系统

这种优质矿渣利用球磨机能够粉磨出较高活性的矿渣粉，生产S95级矿渣粉虽然电耗较立磨高，但是用球磨机粉磨的矿渣粉活性富余空间较大。

球磨机易操作，磨机产量与产品细度调整自如。

2.2 利用优质矿渣生产S105级矿渣粉

1）采用立磨终粉磨系统

由于立磨碾压产生的细粉颗粒形貌不易于水化，细粉颗粒级配分布窄，活性降低；粉磨高比表面积矿渣粉时，磨盘因布料薄而产生振动，不易生产出500 m2/kg以上比表面积矿渣粉，7 d活性指数不易达到95%，不宜利用立磨生产S105级矿渣粉。

2）采用辊压机+球磨机系统

球磨机粉磨矿渣粉颗粒形貌较好，颗粒级配分布较宽，＜30 µm颗粒含量占＞95%，易于水化，活性高；磨内结构经过优化后，可粉磨比表面积500 m2/kg以上细度矿渣粉，可生产S105级矿渣粉。

高炉水淬矿渣能够称为优质矿渣的在全国屈指可数，可见资源之宝贵。利用优质矿渣生产S105级矿渣粉应用到国家重点工程建设，提高混凝土综合性能，延长建筑工程寿命，是社会之幸事。

2.3 利用低品质矿渣生产S95级矿渣粉

矿渣中晶体所占比例大而且晶体结构比较完整，SiO2等惰性组分含量较高，CaO、MgO、Al2O3等活性组分含量较少，属于低品质矿渣，其主要化学成分见表3。

1）采用立磨终粉磨系统

CaO成分含量低于35%以下的低品质矿渣，使用立磨设备虽然节电，很难保证矿渣粉活性要求，这种情况不宜选用立磨设备粉磨。

低品质矿渣利用立磨粉磨系统生产S95级矿渣粉，虽然比表面积可以达到400 m2/kg以上，活性很难达到国家标准7 d活性指数≥75%、28 d活性指数 ≥95%指标。全国范围内，低品质矿渣利用立磨生产矿渣粉的企业不在少数，因为产品达不到S95级矿渣粉活性指标，不能满足混凝土配料要求，产品滞销，叫苦不迭。

2）采用辊压机+球磨机系统

CaO成分含量低于35%以下的低品质矿渣，使用球磨机设备虽然电耗高，经过对磨机内部结构优化等一系列技术措施，低品质矿渣利用球磨机仍然可以生产S95级矿渣粉。

3 检验问题

国家标准GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中，对比水泥的7 d抗压强度要求达到35~45 MPa、28 d抗压强度要求达到50~60 MPa。对于检测矿渣粉活性指数的胶砂配比，要求对比水泥和矿渣粉应按质量比例1∶1组成，见表4。

部分规模小的矿渣粉生产企业由于自身技术力量薄弱，对矿渣粉国家标准技术要求理解不够深入，对矿渣粉的活性指数测试存在一定的误解。笔者曾到广西玉林地区调研发现，部分企业在配制胶砂时将对比水泥和矿渣粉按质量比例7∶3组成，而且对比水泥的7 d抗压强度不足35 MPa、28 d抗压强度不足50 MPa。按照上述的方法测试的矿渣粉的活性指数虽然达到了“S95级”，但是，当这种实际未达到标准的矿渣粉用到建筑物中时，必定带来安全隐患，而且这种现象在其他省区也存在。

综上，通过以上分析，根据矿渣的品质和产品质量要求及设备粉磨原理，才能正确选择粉磨矿渣粉设备，继而确定合理的工艺技术方案，是建设矿渣粉生产线关键步骤。保证产品质量，产品有市场是第一重要的，其次才是降低电耗、降低产品成本，不能本末倒置。

矿渣粉的应用可以改善和提高水泥或混凝土性能，只有矿渣粉活性达到等级指标，配制的混凝土才能强度高，提高建筑物寿命。如果矿渣粉活性指标是虚拟的假指标，没有达到技术标准要求，配制的混凝土不可能达到预期强度，建筑物必将短命，这是我们不愿意看到的结果。因此，必须走出误区，按照国家标准生产合格的矿渣粉产品。

来源：四平市宏桥水泥技术研究所

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