粉煤灰球磨机选型指南，提升固废粉磨效率

粉煤灰球磨机选型指南，提升固废粉磨效率

工业固废资源化利用时，存在低活性废渣难应用这个问题，于是把钢渣、矿渣以及粉煤灰复掺粉磨，来制备高活性超细矿物掺合料，据此研究了原料配比、颗粒细度对超细矿物掺合料性能的影响，运用扫描电镜分析超细矿物掺合料微观形貌，运用粒度粒形仪分析其粒度粒形，又把超细矿物掺合料取代水泥，研究其流动性与活性。

结果显示，在钢渣、矿渣、粉煤灰质量比是3:5:2的情况时，运用球磨处理90分钟，即可制造出平均粒径为3.64μm、D0为2.53μm的高活性超细矿物掺合料，且其28d活性指数能到达104%，超细粉的粒径会随着粉磨时间的增长而减小，在超过90min之后粉磨效率下降，细度趋向稳定，掺入超细粉体以后浆体的流动度稍有降低，不过对于浆体硬化后的结构增强作用显著。

我国工业化水平持续提升，工业固废体量逐年递增，种类日益繁杂，像冶炼金属工业产出的钢渣、锰渣赤泥、烟道灰、矿渣等。大量工业固废多采用原始且简单的堆填方法处置，极易对环境引发大面积污染，并导致二次污染产生，无法突显工业固废自身潜藏的价值，不符合工业固废资源化发展适应时代的要求。

此次试验，选用大宗工业固废里的钢渣、矿渣、粉煤灰当作原材料，研究原材料配合比以及细度，对工业固废制备高活性超细矿物掺合料性能所产生的影响。分析原料和超细矿物掺合料的形貌、组成、粒度粒形以及活性指数等，并且对工业固废超细矿物掺合料的制备工艺配方展开优化探索，为解决大宗工业固废制备困难、活性低的问题，提供思路以及技术支撑。

1 试验

1.1 原材料

热闷钢渣，质地坚硬成块体，易磨性差，如图1(a)所示 ，它是钢渣。矿渣，由广西区内某钢铁厂经水淬工艺处理产生，呈块状玻璃体，表面有空洞且边缘尖锐，如图1(b)所示 ，这是矿渣。粉煤灰，含有大量微珠，如图1(c)所示。水泥是P.O 42.5普通硅酸盐水泥。水是自来水。用ZSX ⅡX射线荧光光谱仪(X-ray ，XRF)，测得主要原料化学组成见表1。

图1 原料电子显微图像

1.2 粉磨试验方法

把钢渣、矿渣、粉煤灰，采用一元、多元的方式来配料粉磨，配料的比例在表2当中呈现。运用试验用的小型球磨机(SM-)，对不同配比的工业固废实施粉磨操作，以此来制备超细矿物掺合料。按照钢渣：矿渣：粉煤灰质量比为2：4：4这样的配比，分别粉磨45分钟、60分钟、75分钟、90分钟依据试验结果挑选出最佳的粉磨时间，研究并测试不同配比超细粉的性能，最终得出钢渣、矿渣和粉煤灰最优的质量比。

1.3 性能测试方法

进行超细粉微观形貌结构表征时，运用场发射扫描电镜（S - 4800）；针对超细粉粒度粒形分布分析，采用粒度和粒形分析仪（4）；测试超细粉活性指数与胶砂流动度，则参照《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T 18046 - 2017），具体测试流程如下：首先，依照表3比例用量分别制备不同超细粉的水泥胶砂试样，接着，让试样在温度处于（20士1）℃、湿度为98%的状况下养护7d、28d龄期，之后测试抗压强度，最后，依据式（1）计算超细粉的活性指数。

2 试验结果与分析

2.1 粒度分布

如下为依照表4所呈现的，粉磨之后的粉体粒度数据。与图2相符的，是M7配比的粉磨时间跟颗粒尺寸的关系图，其中得出的最佳粉磨时间是90min。在前90min里，颗粒尺寸是逐渐减小的，此阶段主要属于粗颗粒的破碎细化阶段，伴随粉磨时间增加，缓慢抵达球磨机细度极限；在90min这个时间点处，颗粒尺寸达到最小尺寸D50=29μm，要是继续增加粉磨，对颗粒尺寸降低的作用不太显著，甚至还会出现稍微增大的情况。当粉磨的时间持续不断进一步上升之时，超细的粉体极易生成团聚这种情况，无法仅仅单纯凭借粉磨来将粒径持续予以降低，球磨的介质在长时间开展工作以后疲劳值出现提升，经过长时间的粉磨效率呈现出下降态势。

图3呈现的是，M7超细矿物掺合料跟纯组分样品粒径尺寸之间的关系图，通过三元复掺配比粉磨而得到的超细粉体，其颗粒尺寸比纯钢渣、矿渣都要低，在相同粉磨时间下，超细粉与钢渣的颗粒尺寸存在差距，具体为：D10等于0.46μum，D50等于0.24μm，D90等于0.68μm，并且超细粉的D10、D50均小于钢渣。因为三元粉料里的 3 种材料易磨型不一样，质地硬的钢渣能起到充当研磨介质进行对其他粉料研磨的作用，致使最终超细粉体小粒径含量比单一组分好，然而质地硬的原料最终粒径会更大，造成三元超细粉体的 D90 值大于单一组分。图 4 是 M7 配比粉磨得到的超细粉体粒度分布，三元超细矿物掺合料粒径分布范围小，颗粒粒径集中分布在 2 到 10μm，平均粒径 5.04μm。

2.2 流动度

对所设计的不同配比超细粉体，做测试胶砂浆体流动度的操作，相关情况见表5，图5呈现的是超细粉体流动度比跟颗粒尺寸的关系图。流动度和粒径的变化不存在直接关联，粉煤灰粉磨之后的粒径是最小的。矿渣粉磨之后的流动性是最优良的，钢渣、矿渣以及粉煤灰三元复掺粉磨所得到的粉体，其对应的胶砂浆体流动性跟空白试样相比出现了下降情况，最大降低幅度是M7配比的7%。导致用水量增加致使胶砂浆体流动度降低的原因在于，超细粉体的颗粒相较于普通硅酸盐水泥的粒径更为细小，而颗粒尺寸越是细小的颗粒，其表面积就会越大。

2.3 活性指数

使不同配比跟3种原料纯组分，经过90分钟粉磨，从而制得超细矿物掺合料，对养护7d、28d龄期的活性指数进行试验测定，其结果如图6所示。依据图6能够知道，三元复掺配比的超细矿物掺合料活性指数，全都要比钢渣、粉煤灰单独组分来得高，随着钢渣的掺加数量上升，7d活性指数呈现出上升的态势，28d活性指数先是上升随后缓慢下降，这表明钢渣对早期活性指数的提升有助力，但是对后期活性指数却不利，矿渣活性高，活性指数跟着矿渣的掺量增加进而增大，M8配比活性最佳，三元复掺质量比是钢渣：矿渣：粉煤灰=3：5：2，28d活性指数最优能达到104%。三元超细矿物掺合料具备高活性的缘由在于，发挥了原料的复合协同效应，矿渣自身拥有高活性，还结合了粉煤灰的滚珠效应，经由粉磨超细活化过程提升了钢渣潜在活性。M8粒径分布呈现如图7所示的状况，平均粒径为3.64pμm、D50等于2.53pμm，颗粒粒径集中分布于2至10μm的区间范围内，这使得超细矿物掺合料能够填充进孔隙结构之中。由于粒径分布均匀分布在8μm的范围区间以内，所以在填充微孔之际，不同粒径大小的颗粒能够达成紧密堆积。

对活性指数产生影响的是有着不同细度的超细矿物掺合料，结果如图8所示，随着超细粉体粒径变小，7d活性指数变化不太明显，28d活性指数呈下降态势，当超细粉体平均粒径为3.95μm时活性指数能达最大（103%）。粒径越小的超细粉体颗粒比表面积越大，可增加水化反应接触面积，利于强度稳定发展且达到更高后期强度。在工业固废超细化粉磨制作的整个环节里，固废颗粒先是呈现出粗大且不规范的模样，而后渐渐转变成细小的类似球状的颗粒，与此同时，物料的晶体结构以及表面的物理化学性质也都发生了变化。在粉磨的操作进程中，有一部分粉磨所产生的能量变成了内能以及表面能，这能够实实在在地提升超细矿物掺合料的活性了。

2.4 形貌分析

有着相似之处的，是工业固废制的超细矿物掺合料在形貌以及组成上和水泥胶凝材料，对三元超细矿物掺合料开展扫描电镜微观形貌分析。图9呈现的，是放大500倍时所观测到的超细矿物掺合料的电子图像，从图9能够看出，粉磨得到的超细粉组分均匀，钢渣、矿渣以及粉煤灰这3种原料充分混合到了一起，以此确保了超细矿物掺合料性质的稳定性。依据图10超细矿物掺合料放大3000倍进行扫描电镜微观形貌对比可知，粉煤灰微珠之中存在小粒径微珠，小粒径微珠可很好地填充于钢渣、矿渣微粉之间。图11是超细矿物掺合料的圆度曲线，圆度0.97的颗粒含量居多，所有颗粒的平均圆度能达到0.85。鉴于粉磨后的超细粉平均粒径约为5μm，粉磨时大于10μm的粉煤灰微珠遭破坏，小粒径微珠依然维持完整球体结构，并且均匀地散布在超细粉体里。颗粒的粒径越小，于是便会致使超细粉体产生吸附团聚现象，小于10μm的粉煤灰微珠能够发挥粉煤灰微珠的滚珠效应，进而缓解超细粉体的团聚现象，与此同时还能改善浆体的流动性。

对胶凝试块微观形貌借助扫描电镜(SEM)予以观察，从图12(a)能够知道，普通水泥胶砂试块有大量针棒状钙矾石晶体分布于砂与浆体的界面过渡区位置，致使过渡区黏结薄弱，会对水泥石紧密结构造成破坏，对力学强度产生负面作用；在图12(b)里，掺入矿粉试件的水化产物相较于空白组更为丰富，能看到浆体里存在微裂纹与孔隙，针棒状钙矾石分布于孔隙之间，随着水化过程推进，针棒状钙矾石进一步发育造成体积膨胀，会进一步填充结构中的孔隙与微裂纹，不过钙矾石的形成会使试件耐久性降低；由图12(c)可知，掺入超细矿物掺合料的试件结构紧密，小颗粒发生水化并充填在试件的孔洞之中。它显示出，超细粉掺和进去能够起到物理填充作用乃至于火山灰作用，进而推动水化过程向前发展，致使水化产物相互之间、水化产物与物料相互之间均匀且紧密地交织融合在一起，这对增强试件强度颇为有利。而且，超细粉所具备的超细特性，可以很好地充填细小孔隙，从而让内部结构变得更加密实。

3 结语

通过将不同比例的钢渣、矿渣、粉煤灰这三种固体废弃物进行复配，再经过超细粉磨这种加工方式，能够制成超细高活性矿物掺合料，其平均粒径为 3.64μm，D50 是 2.53μm，28d 活性指数可达 104%，其中，钢渣、矿渣、粉煤灰的最优三元复掺质量比为 3：5：2。

（2）随着粉磨细度不断增加，三元超细掺合料的活性呈现出上升的趋势，运用球磨机进行粉磨时，前90分钟的粒径会逐步降低，在90分钟那个时候达到最小的粒径，所得到的超细粉体粒径最主要分布在2到10μm的区间里。

(3) 钢渣 - 矿渣 - 粉煤灰三元固废超细矿物掺合料，具备小尺寸超细粉的优势协同效应。通过超细活化，能够提高钢渣的潜在活性。并且，超细粉粒径比水泥更小，它可以紧密填充试件内部的微小孔洞，由此得到高活性超细矿物掺合料。

这里存在(4)，高活性超细矿物掺合料能够替代水泥之类的胶凝材料，用以制备高强度水泥制品或者混凝土制品，能有效地解决钢渣活性很低、难以应用的问题，对于有着多元固废协同处置的理念而言，可切实提高低活性工业固废的附加值，为推动我国固废资源化发展进程提供参考依据。