鋼渣礦渣水泥粉磨工藝探討

　　引言

　　利用鋼渣生產(chǎn)水泥是鋼渣綜合利用的重要途徑，只有提高鋼渣礦渣水泥中鋼渣的摻量，才能加速鋼渣資源的回收利用和減少其對環(huán)境的污染。近年來，鋼渣礦渣水泥中另一重要原料--礦渣，以微細粉形式作為混凝土摻合料的應(yīng)用發(fā)展很快，勢必拉動礦渣在混凝土領(lǐng)域的需求量，甚至還可能導(dǎo)致礦渣價格的上揚。而鋼渣基本上屬于無償使用。因此降低礦渣摻量提高鋼渣摻量，生產(chǎn)性能良好的鋼渣礦渣水泥，顯得十分必要。

　　在高鋼渣摻量的前提下，如何充分發(fā)揮鋼渣礦渣水泥中鋼渣、礦渣、熟料等各組分物料的潛在活性以及它們之間互相激發(fā)的綜合效應(yīng)，以形成結(jié)構(gòu)致密、強度高、性能良好的水泥石？配方研究固然十分重要，然而組成相同和比表面積相近的水泥，由于粉磨工藝的不同，會導(dǎo)致顆粒尺寸和顆粒分布不同，使水泥活性不同，從而可能表現(xiàn)出較大的性能差異。本文對4種不同的粉磨工藝進行了研究和分析，試圖尋求出一種技術(shù)經(jīng)濟效益最佳的生產(chǎn)工藝。

　　1 試驗原材料與方法

　　1.1 試驗原材料

　　轉(zhuǎn)爐鋼渣：取自韶關(guān)鋼鐵公司，出廠前已經(jīng)經(jīng)過粗破碎和粗除鐵工藝。在粉磨前采用60×100顎式破碎機進行細破碎，最大臨界粒度為12mm，烘干后備用。

　　粒狀高爐礦渣：取自韶關(guān)鋼鐵公司，顏色灰白至黃白，密度為2.90g/cm³。在粉磨前過4目篩后烘干備用。其化學(xué)組成見表1。質(zhì)量系數(shù)K=1.91，堿性系數(shù)M=0.78，屬于高酸性礦渣。

　　煅燒石膏：采用二水石膏經(jīng)950℃煅燒30min得到。

　　水泥熟料：取自韶關(guān)水泥廠帶四級旋風(fēng)預(yù)熱器的干法回轉(zhuǎn)窯。在粉磨前采用60×100顎式破碎機進行細破碎，最大臨界粒度為12mm。

　　1.2 試驗方法

　　鋼渣礦渣水泥的配方，通過最優(yōu)化試驗，采用如下方案：鋼渣50％、礦渣33％、熟料10％、煅燒石膏及外加劑7％。

　　粉磨設(shè)備采用Φ500mm×500mm的實驗球磨機，每次加料5.0kg。

　　根據(jù)GB1346－89〈水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法〉，用雷氏夾膨脹值測定儀測定鋼渣礦渣水泥的體積安定性，采用調(diào)整水量法確定水泥標準稠度用水量。

　　試樣比表面積的測定按照GB8074－87〈水泥比表面積測定方法（勃氏法）〉進行。

　　按GB/T2419－94〈水泥膠砂流動度測定方法〉確定成型時水灰比；按GB177－85〈水泥膠砂強度檢驗方法〉測定水泥強度，標準砂符合GB178－77〈水泥強度試驗用標準砂〉的要求。

　　2 試驗結(jié)果與討論

　　研究了4種粉磨工藝：（Ⅰ）各物料直接混合粉磨；（Ⅱ）鋼渣預(yù)磨后再配料混磨；（Ⅲ）礦渣預(yù)磨后再配料混磨；（Ⅳ）各物料分別預(yù)磨后再配料混磨。對第Ⅳ類型的粉磨工藝采用了三因素三位級的L9（34）正交試驗方案：在固定熟料預(yù)磨40min的前提下，確定鋼渣預(yù)磨時間、礦渣預(yù)磨時間和水泥混合粉磨時間為3個影響因素，各因素均是三位級。

　　為了便于對比分析，引入“水泥綜合粉磨時間”的概念：

　　水泥綜合粉磨時間=Σxiyi

　　xi--組分物料i在磨機中粉磨的總時間；

　　yi--組分物料i在水泥中的配比。

　　并認為，水泥綜合粉磨時間相同的試樣基本上具有相同的綜合粉磨電耗，水泥綜合粉磨時間越長，水泥綜合粉磨電耗越大。

　　各試樣的初凝時間處于2～4h之間，終凝時間處于4h30min～6h30min之間，W/C=0.44時的流動度大于116mm，均符合標準要求。通過作圖分析發(fā)現(xiàn)，比表面積、初凝時間、終凝時間、流動度、標準稠度用水量與水泥綜合粉磨時間之間的相關(guān)性差，故本文僅主要討論粉磨工藝與水泥體積安定性以及強度性能之間的關(guān)系。

　　2.1 粉磨工藝與水泥體積安定性

　　對各物料直接混合粉磨的第Ⅰ類型粉磨工藝，綜合粉磨時間較小時，安定性合格，而當綜合粉磨時間增加至90min時水泥體積安定性反而不良；對鋼渣預(yù)磨后再配料混磨的粉磨類型Ⅱ，各試樣安定性均不合格，且同樣出現(xiàn)綜合粉磨時間達90min時雷氏夾膨脹值異常增大的現(xiàn)象；而對礦渣預(yù)磨30min后再配料混磨的粉磨類型Ⅲ－1，綜合粉磨時間達74min以后就出現(xiàn)安定性反而不合格的現(xiàn)象；礦渣預(yù)磨60min后再配料混磨的粉磨類型Ⅲ－2，無論綜合粉磨時間的長短，安定性均合格；粉磨類型Ⅳ的試樣中，雷氏夾膨脹值的大小與綜合粉磨時間之間沒有必然的聯(lián)系，僅礦渣預(yù)磨時間比鋼渣預(yù)磨時間短30min的F43樣出現(xiàn)安定性不合格的現(xiàn)象。

　　研究表明CaO是導(dǎo)致鋼渣礦渣水泥體積安定性不良的主要因素，而鋼渣中f-CaO不良影響的消除和水泥體積安定性的改善可以通過摻加礦渣、降低體系的堿度來實現(xiàn)。在鋼渣礦渣水泥體系中，鋼渣水化時，其釋放Ca(OH)₂的速度不但與自身的粉磨細度成正比，而且與水化體系中Ca²⁺的濃度成反比。歐陽東的研究結(jié)果表明，鋼渣易磨性比熟料稍差但優(yōu)于礦渣。因此，在總粉磨電耗確定的前提下，共同粉磨時間過長，會使水泥熟料粒度過細，水化時大量生成的Ca²⁺可能對鋼渣的水化起抑制作用，而粒度相對較粗的礦渣又不能及時地與f-CaO結(jié)合生成相應(yīng)的水化產(chǎn)物，反而會導(dǎo)致水泥體積安定性不良。因此，在鋼渣和礦渣摻量確定的前提下，努力提高礦渣的細度，加速礦渣與水化體系中Ca²⁺的反應(yīng)，創(chuàng)造一個有利于鋼渣水化的外部環(huán)境，似乎對于消除鋼渣中f-CaO的危害具有更加積極的作用。

　　根據(jù)試驗結(jié)果和前面的分析，鋼渣預(yù)磨后再配料混磨的第Ⅱ粉磨類型是不可取的；而若采用各物料直接進行共同粉磨的第Ⅰ粉磨類型進行生產(chǎn)時，是難以通過延長物料粉磨時間來改善水泥強度等性能的。

　　第Ⅲ類型粉磨工藝是值得商榷的。首先，礦渣經(jīng)預(yù)磨后，后續(xù)的粉磨速度本來就比較低；其次，共同粉磨時，鋼渣、熟料的顆粒遠比經(jīng)過預(yù)磨的礦渣為大，共同粉磨的前期將主要作用在鋼渣、熟料的細碎上，而對礦渣細小化的貢獻將大為降低。這種情況下，隨著共同粉磨時間的延長，粉磨狀況則逐漸接近于第Ⅰ類型。此外，在共同粉磨初期，由于各物料粒度差別較大，預(yù)磨后的礦渣細粉所形成的緩沖墊層，會降低粉磨效率，從而造成了能量上不必要的浪費。

　　采用第Ⅳ類型粉磨工藝是適宜的。人們完全可以通過調(diào)節(jié)各物料預(yù)磨時間和共同粉磨時間，以使礦渣對堿和f-CaO的吸收能力達到與鋼渣、熟料釋放堿的速度相匹配的要求，也不存在因入磨粒度差距較大所造成的能量浪費和粉磨效率的降低。

　　因此，從水泥體積安定性的角度考慮，采用各物料分別預(yù)磨后再共同粉磨的工藝是有利的。