1、目的和意義

1．1中國社會經濟發(fā)展需要巨量的水泥混凝土

　　中國到2010年將全面實現(xiàn)小康化，國民生產總值要翻兩番。這必然會使城市化大發(fā)展，必然伴隨基礎工程和基礎設施的大規(guī)?？焖侔l(fā)展，水泥和混凝土的需求量也必然保持高速發(fā)展?；炷恋哪晗牧颗c人口的發(fā)展有一定關系。世界人口2000年60億，預計到2050年增長到105億，2100年達到111億?；炷劣昧?000年31億噸，預計到2050年達到180億噸，2100年恢復到120億噸。發(fā)達國家城市化水平已達80%。2002年中國城鎮(zhèn)化水平39.1%，人口5.02億。預測年增長1%，2020年達到57%，人口8.28億。城鎮(zhèn)建設需要用地是目前全國所有城市建成區(qū)的1.07倍。工業(yè)、民用建筑、以及交通運輸網、水利水電、海洋工程等對水泥混凝土有巨大的市場需求。水泥用量在未來幾年中很有可能會超過14億噸，中國水泥消耗量將超過世界總量的1/2，向2/3逼近。砂石材料年用量將達90億噸，水用量將達8億噸以上。

1．2目前中國水泥工業(yè)的發(fā)展面臨的困難

　　水泥工業(yè)是重要的基礎原材料工業(yè)，水泥生產在消耗大量的資源和能源的同時產生大量CO₂。建材工業(yè)占全國能耗比重的9%、全國工業(yè)耗能的13%。年排放CO₂、SO₂分別約8億噸和228萬噸，占全國工業(yè)總排放量的26.7%和14.3%。粉塵排放占55.6%。

　　全國水泥用石灰?guī)r基礎儲量358.54億噸、查明資源儲量643.43億噸。按現(xiàn)有開采規(guī)模最多50～70年，約能生產水泥500-700億噸。

　　到2005年底，我國水泥生產能力已達10.65億噸，2006年我國水泥產量突破12億噸，超過世界水泥總量的1/2。目前在建和當年建成投產的新型干法水泥生產能力2.28億噸，2006年開工生產能力1.6億噸。兩三年后新增水泥生產能力3.88億噸。過大的產能必將給水泥行業(yè)的生存發(fā)展帶來困難。

1.3利用工業(yè)廢渣發(fā)展高性能水泥產業(yè)

　　2005年全國工業(yè)固體廢棄物產生量114509萬噸，綜合利用量56061萬噸，利用率53%。隨著社會經濟的發(fā)展，將產生越來越多的工業(yè)固體廢棄物排放堆存，占用土地、污染環(huán)境。例如煤年產量達到24億噸時，粉煤灰和煤矸石達6-8億噸。鋼鐵工業(yè)的大發(fā)展導致冶金廢渣成倍增加。

　　水泥工業(yè)是消納工業(yè)廢渣的最重要途徑。工業(yè)廢渣在水泥混凝土中應用在國內外均有豐富的科研成果和使用經驗。但目前國內固體廢棄物在水泥工業(yè)主要是作為水泥混合材，平均用量20%左右。另外只能用少量的磨細礦渣粉和高等級粉煤灰作為混凝土摻合料。由于現(xiàn)行技術、標準和應用規(guī)程等問題，未能在水泥混凝土和新型建筑材料中高摻量復合利用粉煤灰、煤矸石、鋼渣、礦渣、尾礦等工業(yè)廢渣。目前處于一種市場自發(fā)的、很少有行業(yè)指導的狀況。

　　相對于有限的石灰石資源、相對于需要大量的煤炭和電力、相對于放出大量的CO₂而言，中國的水泥工業(yè)發(fā)展應該拓寬思路，將水泥生產和混凝土使用有機地聯(lián)系起來，走一條水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展道路。應大力扶持和發(fā)展獨立的全部或絕大部分復合利用工業(yè)固體廢棄物如粉煤灰、煤矸石、鋼渣、礦渣、尾礦等工業(yè)廢渣生產水泥。制備的高摻量、高性能水泥、可大幅度降低水泥用量、提高混凝土工作性能和耐久性；還可以加堿生產堿激發(fā)膠凝材料制品生產新型墻體材料。如能在一般建筑工程中替代水泥用量的60%以上，對低膠凝性材料，如砂漿、砌筑水泥，治山治水治沙漠等材料，如能替代水泥用量80～90%，這既有利于工業(yè)固體廢棄物的綜合利用，亦可以調節(jié)水泥工業(yè)的產量、緩解水泥工業(yè)對資源、能源的大量消耗和對環(huán)境的污染。應用循環(huán)經濟的規(guī)律，將電力、鋼鐵、水泥等工業(yè)用循環(huán)經濟聯(lián)系起來。

2.礦渣高細粉磨工藝實施方案

　　我國傳統(tǒng)水泥粉磨工藝，采用熟料、混合材混和粉磨。由于熟料、礦渣的易磨性不同，當熟料的比表面積磨到320-340㎡/Kg時，礦渣粉的比表面積在250-300㎡/Kg左右，礦渣活性沒有發(fā)揮，混合材摻量少，不超過30%，熟料消耗量大，經濟效益不理想。礦渣微粉技術，利用礦渣微粉在高細狀態(tài)下活性好可作為水泥主要組分的特點，采用熟料、礦渣分別粉磨工藝（見圖1），高產高細礦渣磨采用獨特的磨內結構，磨機產量高、能耗低，如Φ3×13m礦渣磨臺時產量達到22-24t/h。通過配制“勾兌”水泥，礦渣微粉的實際摻入量可達50%～60%，噸水泥生產成本降低20-30元，經濟效益十分顯著！礦渣分別粉磨對水泥質量的影響見表2。

圖1球磨機分別粉磨合成水泥工藝流程

表2礦渣分別粉磨對水泥質量的影響

3. 礦渣粉磨工藝主要注意事項

3．1粉磨平衡

　　一般來說，物料粉磨時間越長，出磨粒度越細。但是，隨著粉磨時間的延長，物料比表面積逐漸增大，其比表面能也增大，因而，細微顆粒相互聚集、結團的趨勢也逐漸增強。經過一段時間后，磨內會處于一個“粉磨   團聚”的動態(tài)態(tài)平衡過程，達到所謂的“粉磨極限”。在這種狀態(tài)下，即使再延長粉磨時間，物料也難粉磨得更細，有時甚至使粒度變粗。同時，粉磨能耗成倍增加、粉磨效率降低。這種現(xiàn)象在常規(guī)粉磨時并不明顯，但在高細粉磨和超細粉磨中經常出現(xiàn)。解決辦法是：添加助磨劑。它能形成物料顆粒表面的包裹薄膜，使表面達到飽和狀態(tài)，不再互相吸引粘結成團，改善其易磨性。助磨劑通過保持顆粒的分散，來阻止顆粒之間的聚結或團聚。粉磨粒度越細，使用助磨劑的效果越顯著。

3．2粉磨工藝參數(shù)調整

　　粉磨礦渣時，由于入磨物料粒度的減小，球磨機磨內研磨體的平均球徑必然要隨之減小。一般來說，最大球的球徑不要超過Φ60。根據磨機的倉位，減大球、換小球。兩倉磨，還應該將隔倉板前移，增加細磨倉長度，并將隔倉板篦縫縮小到7毫米左右；由于礦渣難磨，研磨體的裝載量應適當高于磨機設計裝載量，約增加5～10%，不要超過15%。

   江蘇YZ水泥制造有限公司將一臺Φ2.2×7米閉路球磨機改為開路篩分磨單獨粉磨礦渣微粉,產品比表面積≥400㎡/kg，磨機臺時產量達到6t/h,當加入5%左右的粉煤灰后，磨機臺時產量提高到7t/h。綜合電耗為65～70kWh/t。球磨機由雙倉磨改為三倉磨，各倉比例為：L₁：L₂：L₃=1：1：2.8；研磨體總裝載量為33.5噸，級配與填充率見表3。

表3    Φ2.2×7m 三倉開路篩分磨研磨體級配

4. 為什么礦渣磨不能用立式烘干機?

4.1烘干效果差, 20m的立式烘干機，物料從頂部下落，在空中停留時間約15秒，根本不能保證烘干效果。

4.2物料適應性差 立式烘干機為了防止物料快速下落，在烘干機內部設置撒料錐和滑料盆，很容易發(fā)生堵塞，只能烘干松散性物料。

4.3逆流工藝導致物料活性大幅度降低

   立式烘干機采用逆流工藝,已經烘干的物料最后必須經過700-800℃高溫的烘烤,才能出烘干機。礦渣等混合材在高溫下會發(fā)生化學變化,活性降低10-15%,烘干礦渣、粉煤灰等活性材料生產高性能水泥不能使用立式烘干機。

5. 應用實例

5．1南京ZY水泥廠配置“勾對”水泥

　　南京ZY水泥廠原有Φ2.2×7m水泥磨，利用礦渣和粉煤灰作混合材生產水泥，經濟效益不理想。2006年8月，新上1臺Φ3×13m礦渣開路磨專門生產礦粉，原有Φ2.2×7m水泥磨專門磨熟料，按1：1的比例配置“勾對”水泥。為了降低成品強度，礦渣磨按50%礦渣、24%石灰石、26%粉煤灰配比。目前，礦渣磨臺時產量在23-24 t/h，比表面積在400㎡/Kg以上。

5.2鎮(zhèn)江GZ礦渣粉公司專營礦粉

　　鎮(zhèn)江GZ礦渣粉公司利用附近水泥廠比較集中，靠近鎮(zhèn)江市區(qū)，商品混凝土需求量比較大的區(qū)位優(yōu)勢，2006年5月新上了一條礦渣生產線，專業(yè)生產礦渣粉。主機是1臺Φ3×13m圈流磨，選用KF型高效高細分級機和KSC布袋除塵器。按90%礦渣、5%復石、5%粉煤灰配比生產礦粉。配套了立式烘干機，烘干效果不太好，對磨機產量有一定影響。目前，Φ3×13m磨機臺時產量在26-27t/h，比表面積在420-450㎡/ Kg以上。商品礦粉可以20%的比例摻入水泥或者商品混凝土。

6.利用廢渣生產高性能水泥

　　基于各種廢渣微粉摻合料的交互疊加效應，通過各種摻合材料的合理匹配，能提高混凝土的致密性，形成低滲透、高密度、低缺陷的混凝土結構，大大提高混凝土的使用壽命。由單種礦渣加水泥熟料組成的高性能水泥，在水泥中其摻量可以從35%提高到50%。磷渣從20%提高到40%，粉煤灰從15%提高到35%，仍可生產42.5級相應水泥，當復合兩種或兩種以上工業(yè)廢渣作水泥主要組分是時，例如粉煤灰＋礦渣復合摻量達50%～70%。仍可生產52.5R、42.5R高摻量的復合水泥。復合利用礦渣＋粉煤灰＋特種無堿外加劑混凝土標號可由C30提高到C40。

　　扶持和發(fā)展獨立的全部或絕大部分復合利用工業(yè)固體廢棄物如粉煤灰、煤矸石、鋼渣、礦渣、尾礦等工業(yè)廢渣生產高性能水泥，大幅度提高工業(yè)廢渣綜合利用資源化效率，可以將多種行業(yè)用循環(huán)經濟聯(lián)系起來，為在受資源、能源、環(huán)境和成本的制約下的中國水泥工業(yè)和混凝土產業(yè)結構調整和發(fā)展探索尋找一條可持續(xù)發(fā)展途徑。