高效节能矿渣粉磨新技术助推水泥行业产业升级

编者按：目前我国建筑生产和施工中应用的水泥，十分依赖钢铁工业的废料———水淬渣。而水泥在生产过程中又带来了极大的资源、能源消耗和严重的环境污染。所以我国建材行业现实的产业结构特征是能源高消耗特征。能源消耗强度、碳排放量居世界第一，造成了建材行业产业结构严重低度化，生产效率低下及高碳经济导致建材行业的发展不可持续性，这就警醒我们必须把科技摆在优先发展的战略地位。

因此，利用水淬粒化高炉矿渣高效生产矿渣微粉，并用矿渣微粉替代部分熟料，生产低碳水泥，降低混凝土生产企业成本，提高混凝土的品质，配制新型高强度、高性能、高耐久性混凝土（HPC )，为国家节约不可再生的宝贵资源，减少废气排放和环境污染等，是利国利民之举，也是实现建材业产业升级和产业转型升级的重要途径之一。本文阐述了新技术助推水泥行业产业升级的积极意义。

日前，由湖北工业大学、武汉市天沭科技发展有限公司承担的国家高校产学研重点资助项目“高效节能矿渣粉磨关键技术”，在河南安阳喜结硕果，取得全面成功。

这条生产线取得的全面成功，是我国科研人员不断坚持科技创新所取得的重大成果，它标志着我国在矿渣微粉生产及装备领域的关键技术取得了重要突破，将使我国在硅质、硅铝质工业固体废弃物（钢渣、矿渣、粉煤灰等）高效资源综合利用方面又向前迈出了重要一步，尤其是对我国水泥工业节能降耗、发展低碳经济将发挥巨大作用。

（一）

矿渣微粉技术起源于欧美等国家，我国起步较晚但其技术得到了一定发展。由于治炼工艺及其原材料不同，矿渣质量及易磨性存在较大的差异。用不同质量的矿渣，粉磨相同比表面积的矿渣微粉，其活性指数相差很大。采用不同的生产工艺、设备选型和系统配置，其生产能力和系统电耗相差较大。目前国内矿渣粉磨几种工艺流程，因其在矿渣质量、制备工艺、设备选型和系统配置等方面存在相互制约因素，造成相关技术经济指标顾此失彼，制约了矿渣粉磨行业的快速发展。

矿渣微粉是将粒化高炉矿渣经干燥、粉磨达到相当细度且符合活性指数要求的粉体，通过机械能活化和化学能活化将其潜在活性充分发挥，成为一种高活性的辅助胶凝材料。矿渣微粉能改善混凝土性能，一方面是由于在碱性环境条件下矿渣活性被激发，矿渣中的SiO₂、A1₂O₃与水泥水化产物Ca(OH)₂形成水化硅酸钙等水化产物，进一步加速水泥水化反应的进程，改善了水泥水化产物分布的均匀性，使水泥石结构比较致密，即活性效应。另一方面是矿渣微粉均匀分散于水泥浆体基相中，降低了水泥石的孔隙率，提高了水泥石的密实度，即填充效应，或称微集料效应。有资料表明，矿粉细度与颗粒群分布均为影响矿渣微粉活性的重要因素。

（二）

矿渣微粉目前主要用于水泥和混凝土中，既可以掺入水泥中改变水泥品种和性能，也可以直接掺入混凝土，使混凝土性能发生较大变化。其主要特性，一是由于粉体颗粒被充分细化，会显著增加其表面能，故可以大幅度提高水泥和混凝土的强度；二是用于普通混凝土中，可节约水泥用量，降低混凝土生产成本；三是抑制混凝土的碱骨料反应，提高混凝土的耐久性；四是提高混凝土抗硫酸盐的侵蚀能力；五是改善混凝土的和易性与抗渗性；六是显著降低混凝土水泥水化的早期放热速度，抑制混凝土的绝对温升，减少大体积混凝土早期的温度拉应力，因此适合于配置大体积混凝土和新型高强度、高性能、高耐久性混凝土（H P C )。

采用高效节能矿渣粉磨关键技术建成的我国首条拥有完全独立自主知识产权的年产90万吨矿渣微粉生产线，就是采用高效节能联合粉磨工艺。该线自2011年6月1日在安阳金湖波水泥有限责任公司投产之后，系统运行良好，技术经济指标达到国内领先水平。产品质量指标均已达到国家S105、S95、S75各等级技术指标要求，系统装备全部实现国产化、大型化，系统总投资优于国外同等规模生产线40%，企业经济效益十分明显。

（三）

该技术具有十分突出的科技创新特征，其创新点归纳起来主要有六项。其一是实现工艺与装备间优化升级及合理配置。在本生产工艺中，采用一级闭路与二级开路高效节能联合粉磨系统，将矿渣粉磨过程中的破碎功及研磨功与能耗合理优化，充分发挥各工艺设备间的协同效应；其二是实现了矿渣烘干系统与粉磨系统的技术集成创新。将热交换，蒸发量，干燥率，热效率系统优化。充分提高热利用率，实现降低能耗的目标；其三是实现滑履磨热阻断的技术创新。科学的解决了高摩擦热向滑履传递，使滑履温度有效的控制在60℃以下，确保大型滑履磨连续正常的运行；其四是实现矿渣微粉颗粒级配与颗粒形貌合理优化及匹配创新。科学合理实现一级闭路高效高产机械活化，将合格的半成品进入二级开路化学活化至颗粒级配合理，形成颗粒形貌完好的终产品；其五是实现生产环境创新。以人为本，消除噪声污染，是高效节能联合粉磨技术达到国家《工业企业噪声卫生标准》的一大技术特点，各项指标均达到国内领先水平，创造了人性化绿色生产环境；其六是实现全部装备国产化、大型化、打破欧洲企业技术垄断。该设计优化、升级了系统装备配置，实现了全部装备国产化，大型化，打破欧洲企业技术不可逾越的神话，确保了高效节能矿渣微粉生产系统连续、稳定生产运行，使系统操作简单、可靠，为系统高产能、低能耗、低污染提供了可靠的技术保障。

由此可以看出，在立磨、球磨等众多矿渣高细粉磨方案中，综合系统投资、设备运转率、系统电耗、产品质量等因素，高效节能联合粉磨系统，具有投资少、产品单位电耗低、产品质量好等综合优势。其生产出的矿粉可比立磨或球磨的产品在水泥中的掺加比例更高，市场认知度更好，并且能够生产更高比表面积的矿渣微粉，为生产企业赢得十分显著的经济效益，所以是生产企业矿粉粉磨工艺的首选方案。