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一、什么是“綠色高性能生態(tài)水泥”    人口膨脹、資源短缺、環(huán)境惡化是當今社會可持續(xù)發(fā)展面臨的三大問題。人類在創(chuàng)造社會文明的同時，也破壞了自身賴以生存的環(huán)境空間，自然資源的耗竭和貧化已成為阻礙世界經(jīng)濟穩(wěn)定高速發(fā)展的主要因素之一。世界各國正在為此尋求各種有效的解決途徑，國際材料科學與工程界從材料的研究、制備和使用等方面為此已作了大量的工作。   1988年第一屆國際材料科學研究會提出了“綠色材料（Greenmaterials）”的概念。1992年國際學術(shù)界明確提出，綠色材料是指：在原料采取、產(chǎn)品制造、使用或者再循環(huán)以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對地球環(huán)境負荷最小和有利于人類健康的材料。    1988年我國在生態(tài)環(huán)境材料研究戰(zhàn)略研討會上提出生態(tài)環(huán)境材料的基本定義為：具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性，或者能夠改善環(huán)境的材料。所謂環(huán)境協(xié)調(diào)性是指：所用的資源和能源量最少，生產(chǎn)與使用過程對生態(tài)環(huán)境的影響最小，再生循環(huán)率最高。   1994年，我國政府通過了《中國21世紀議程》，即：中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書，明確指出：“人口劇增、資源過度消耗，環(huán)境污染，生態(tài)破壞和南北差距擴大日益突出，成為全球性的重大問題，嚴重阻礙著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，繼而威脅著全人類的未來和發(fā)展。”“中國是在人口基數(shù)大，人均資源少，經(jīng)濟和科技水平都比較落后的條件下實現(xiàn)經(jīng)濟快速發(fā)展的，使本來就已短缺的資源和脆弱的環(huán)境面臨更大的壓力。”“制定和實施《中國21世紀議程》，走可持續(xù)發(fā)展之路是中國在未來和下一世紀發(fā)展的自然需要和必然選擇。”并將“生產(chǎn)綠色產(chǎn)品，大力推廣清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)”、“努力實現(xiàn)廢棄物產(chǎn)出最小化和資源再生化，節(jié)約能源、提高效益”作為重點內(nèi)容。    1999年在我國首屆全國綠色建材發(fā)展與應用研討會上提出了綠色建材的定義。“綠色建材是：采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，不用或少用天然資源和能源，大量使用工農(nóng)業(yè)或城市固態(tài)廢棄物生產(chǎn)的無毒害、無污染、無放射性，達到使用周期后，可回收利用，有利于環(huán)境保護和人體健康的建筑材料。”    目前部分水泥生產(chǎn)廠家對水泥的高性能化認識不全面。在我國，水泥與混凝土分屬于兩個行業(yè)，生產(chǎn)水泥的技術(shù)人員不十分了解混凝土技術(shù)及進展，更不注意如何使水泥的性能與配制混凝土技術(shù)相適應，往往將高標號、高比表面積的水泥認為是優(yōu)質(zhì)水泥的唯一標準，結(jié)果出現(xiàn)了水泥與外加劑相容性差，配制大體積混凝土時溫度應力大、收縮大及耐久性差等問題，甚至出現(xiàn)不應該發(fā)生的所謂“水泥質(zhì)量”糾紛。    水泥性能的優(yōu)劣必須從水泥在混凝土中的使用性能及效果來衡量。水泥的高性能化應包括以下三方面的含義：   （1）是用現(xiàn)代先進技術(shù)生產(chǎn)的可大幅度提高各項物理性能的水泥。    （2）可滿足混凝土性能的不同要求，顯著改善混凝土的工作性能、力學性能、耐久性能，更有利于實現(xiàn)混凝土的對建筑工程質(zhì)量及各種施工條件的適應性。    （3）在配制混凝土時，能夠用最少的水泥用量來達到最滿意的工程質(zhì)量要求的混凝土性能目標。    綠色高性能水泥是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。水泥工業(yè)實現(xiàn)“新型工業(yè)化”戰(zhàn)略目標，中心課題是資源、能源和環(huán)境保護問題，而關(guān)鍵是圍繞水泥工業(yè)“綠化”進程，利用高新技術(shù)合成綠色高性能生態(tài)水泥。所謂綠色高性能生態(tài)水泥，即：盡量降低不可再生自然資源、能源的消耗，減少對環(huán)境的污染，更多地利用工業(yè)廢渣和二次能源，生產(chǎn)出使用性能優(yōu)越的水泥產(chǎn)品。利用外加劑技術(shù)合成綠色高性能水泥是一項切實可行的有效技術(shù)措施，對于實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變，走新型工業(yè)化道路，建立“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。    二、什么是“礦渣”    “礦渣”的全稱是“粒化高爐礦渣”。它是鋼鐵廠冶煉生鐵時產(chǎn)生的廢渣。在高爐煉鐵過程中，除了鐵礦石和燃料（焦炭）之外，為降低冶煉溫度，還要加入適當數(shù)量的石灰石和白云石作為熔劑。它們在高爐內(nèi)分解所得到的氧化鈣、氧化鎂、和鐵礦石中的廢礦、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，浮在鐵水表面，定期從排渣口排出，經(jīng)空氣或水急冷處理，形成粒狀顆粒物，這就是粒化高爐礦渣，簡稱：礦渣。每生產(chǎn)一噸生鐵，要排出0.3～1噸礦渣。我國部分鋼鐵廠的高爐礦渣化學成分列入表1，從表中可以看出，礦渣的化學成分與水泥熟料相似，只是氧化鈣含量略低。        未經(jīng)淬水的礦渣，其礦物形態(tài)呈穩(wěn)定形的結(jié)晶體，這些結(jié)晶體除少部分C2S尚有一些活性外，其它礦物基本上不具有活性。如經(jīng)淬水急冷，由于液相粘度在很短的時間內(nèi)很快增大，阻滯了晶體成長，形成了玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，就使礦渣處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。因而具有較大的潛在化學能。出渣溫度愈高，冷卻速度愈快，則礦渣玻璃化程度愈高，礦渣的潛在化學能愈大，活性也愈高。因此，經(jīng)水淬急冷的高爐礦渣的活性比未經(jīng)水淬的礦渣活性高些。    三、礦渣化學成分對水泥質(zhì)量有什么影響    不同鋼鐵廠的礦渣的化學成分差異很大，同一鋼鐵廠不同時期排放的礦渣有時也不一樣，在應用礦渣時要按批次檢測其化學成分的變化。礦渣中各氧化物對水泥質(zhì)量的影響如下：   （一）氧化鈣   氧化鈣屬堿性氧化物，是礦渣的主要成分，一般占40%左右，他在礦渣中化合成具有活性的礦物，如：硅酸二鈣等。氧化鈣是決定礦渣活性的主要因素，因此，其含量越高，礦渣活性越大。   （二）氧化鋁    氧化鋁屬酸性氧化物，是礦渣中較好的活性成分，他在礦渣中形成鋁酸鹽或鋁硅酸鈣等礦物，有熔融狀態(tài)經(jīng)水淬后形成玻璃體。氧化鋁含量一般為5%～15%，也有的高達30%；其含量越高，活性越大，越適合水泥使用。 （三）氧化硅 氧化硅微酸性氧化物，在礦渣中含量較高，一般為30%～40%。與氧化鈣和氧化鋁比較起來，它的含量是過多了，致使形成低活性的低鈣礦物，甚至還有游離二氧化硅存在，使礦渣活性降低。    （四）氧化鎂 氧化鎂比氧化鈣的活性要低，其含量一般波動在1%～18%，在礦渣中呈穩(wěn)定的化合物或玻璃體，不會產(chǎn)生安定性不良的現(xiàn)象。氧化鎂可以增加熔融礦物的流動性，有助于提高礦渣粒化質(zhì)量和提高礦渣活性。因此，一般將氧化鎂看成是礦渣的活性組份。    （五）氧化亞錳 氧化亞錳對水泥的安定性無害，但對礦渣的活性有一定的影響。其含量一般應限制在1%～3%，如果超過4%～5%，礦渣活性明顯下降。在錳鐵粒化高爐礦渣中可以放寬到15%，這是因為錳鐵礦渣中氧化鋁的含量較高，而氧化硅含量較低。    （六）硫 礦渣中硫較多時，可使水泥強度損失較多；但硫化鈣與水作用，生成氫氧化鈣起堿性激發(fā)作用；氧化亞錳的存在不僅使硫化物形成有害的硫化錳，而且使硫化鈣相應減少。    （七）氧化鈦 礦渣中的鈦以鈦鈣石存在，使礦渣活性下降。國家標準中規(guī)定礦渣中的二氧化鈦含量不得超過10%。    （八）氧化鐵和氧化亞鐵 在正常冶煉時，礦渣中的氧化鐵和氧化亞鐵含量很少，一般為1%～3%，對礦渣的活性影響不大。    四、怎樣評價礦渣質(zhì)量的好壞    （一）質(zhì)量評定方法    1.化學分析法    用化學成分分析來評定礦渣的質(zhì)量是評定礦渣的主要方法.我國國家標準（GB/T203）規(guī)定粒化高爐礦渣質(zhì)量系數(shù)如下：    式中：各氧化物表示其質(zhì)量百分數(shù)含量。    質(zhì)量系數(shù)K反映了礦渣中活性組份與低活性、非活性組份之間的比例關(guān)系，質(zhì)量系數(shù)K值越大，礦渣活性越高。 另外，礦渣化學成分中堿性氧化物與酸性氧化物之比值Mo，稱之為：堿性系數(shù)。          如果：Mo＞1表示堿性氧化物多于酸性氧化物，該礦渣稱之為：堿性礦渣；          Mo=1表示堿性氧化物等于酸性氧化物，該礦渣稱之為：中性礦渣；          Mo＜1表示堿性氧化物少于酸性氧化物，該礦渣稱之為：酸性礦渣。    2.激發(fā)強度試驗法    目前有氫氧化鈉激發(fā)強度法、消石灰激發(fā)強度法、礦渣水泥強度比值R法等。但這些方法都存在一定的不足和局限性。近年來，國際上和國內(nèi)最常用的方法是：直接測定礦渣硅酸鹽水泥強度與硅酸鹽水泥強度的比值來評定磨細礦渣的活性。以摻加50%礦渣微粉的水泥膠砂強度與不摻礦渣微粉的硅酸鹽水泥砂漿的抗壓強度的百分比率來表示礦渣微粉的活性系數(shù)。活性系數(shù)越大，礦渣微粉活性越好。我國國家標準（GB/T18046-2000）規(guī)定：對比樣品的對比水泥為符合GB/T175的PⅠ型42.5級（原525號）硅酸鹽水泥；試驗樣品由對比水泥和礦渣粉按質(zhì)量比1:1組成。試驗砂漿配比如表2所示：        試驗方法按GB/T17671進行。分別測定試驗樣品的7天、28天的抗壓強度R7（MPa）、R28（MPa）和對比樣品7天和28天的抗壓強度R07（MPa）、R028（MPa）。然后，按下式計算礦渣粉的7天活性指數(shù)A7（%）和28天活性指數(shù)A28（%），計算結(jié)果取整數(shù)。    A7=R7÷R07×100（%）        A28=R28÷R028×100（%）    在礦渣微粉的細磨研究中，某試驗結(jié)果列入表3。        由表中可見，礦渣微粉的早期強度較低，而后其強度增進率較快。隨著比表面積的提高，其活性系數(shù)（強度比）相應明顯提高。當?shù)V渣粉比表面積達到400m2/kg時，28天活性系數(shù)達98%，與水泥基本相當；而當?shù)V渣粉比表面積達到或超過600～800m2/kg時，其28天活性系數(shù)達114～127%，高于一般比表面積（350m2/kg）水泥熟料的活性。    （二）礦渣品質(zhì)要求    國家標準（GB/T203-94）對粒化高爐礦渣的質(zhì)量要求規(guī)定如下：    1.粒化高爐礦渣的質(zhì)量系數(shù)K應不小于1.2。    2.粒化高爐礦渣中錳化合物的含量，以MnO計不得超過4%；錳鐵合金粒化高爐礦渣的MnO允許放寬到15%；硫化物含量（以硫計）不得超過3%；氟化物含量（以氟計）計不得大于2%。    3.粒化高爐礦渣的松散容重不大于1.2kg/L；最大直徑計不得超過100mm；大于10mm顆粒含量（以重量計）不大于8%。    4.粒化高爐礦渣不得混有外來夾雜物，鐵塵泥、未經(jīng)淬冷的塊狀礦渣等。    5.礦渣在未烘干前，其貯存期限，從淬冷成粒時算起，不宜超過3個月。 國家標準（GB/T18046-2000）《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》有如下規(guī)定：    1.粒化高爐礦渣粉（簡稱礦渣粉）定義： 符合GB/T203標準規(guī)定的粒化高爐礦渣經(jīng)干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）達到相當細度且符合相應活性指數(shù)的粉體。礦渣粉粉磨時允許加入助磨劑，加入量不得大于礦渣粉質(zhì)量的1%。    2.礦渣粉密度不小于2.8g/cm3；比表面積不小于350m2/kg。    3.礦渣粉共分為三級。S105、S95和S75，他們對應的活性指數(shù)7天不小于95%、75%和55%，28天不小于105%、95%和75%。流動度比小于85%、90%和95%。    4.礦渣粉含水量不大于1.0%；    5.三氧化硫不大于4.0%；    6.氯離子不大于0.02%；    7.燒失量不大于3.0%。    五、國內(nèi)礦渣綜合利用現(xiàn)狀    2004年全國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為12.0億噸，綜合利用率僅為55.7%，與國際先進水平相比仍然較低。礦渣是黑色冶金工業(yè)影響環(huán)境負荷的主要固體廢棄物，2004年我國產(chǎn)鋼2.72億噸，冶煉廢渣產(chǎn)生14619萬噸, (其中鋼渣約為5000萬噸,高爐礦渣約9000萬噸),綜合利用12848萬噸，加上歷年累積,總貯存量為2億噸,占地3萬畝,這些露天儲存的冶煉廢渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水體和大氣，嚴重影響生態(tài)環(huán)境，造成明顯或潛在的經(jīng)濟損失和資源浪費。據(jù)估算以每噸冶煉廢渣堆存的經(jīng)濟損失14.25元計，每年造成經(jīng)濟損失28.5億元。所以，冶煉廢渣的無害化、資源化處理是我國乃至世界各國十分重視的焦點，也是我們推進循環(huán)經(jīng)濟的中心內(nèi)容之一。    目前我國對礦渣的深加工資源化處理比例偏低，2004年僅占4.3%，仍有95.7%即1.5億噸的礦渣需要粉磨深加工，任務(wù)繁重且具有廣闊的市場前景。目前，我國粉磨深加工資源化處理的技術(shù)及裝備，與發(fā)達國家相比，, 十分落后。    礦渣在水泥工業(yè)中的綜合利用主要經(jīng)過了三個階段。    1.第一階段主要是在1995年以前，粒化高爐礦渣主要是作為水泥混合材使用。粉磨方式以熟料、石膏、礦渣按比例在一起混合粉磨為主。礦渣由于難磨，在水泥中的摻量有限，一般不超過30%。    2.第二階段是1995～2000年，國外磨細礦渣粉對高性能混凝土耐久性的影響，引起了國內(nèi)學者的重視和效仿。礦渣微粉作為混凝土的高摻合料，在建筑工程中逐步推廣使用。但由于要求礦渣微粉比表面積要達到600m2/kg以上，國內(nèi)僅有鵬飛集團幾家生產(chǎn)。主要原因是：當時，年產(chǎn)30萬噸規(guī)模的礦渣微粉生產(chǎn)廠，幾乎全是進口國外的立磨生產(chǎn)線。進口設(shè)備價格昂貴、生產(chǎn)線投資相當大。以年產(chǎn)30萬噸礦渣微粉生產(chǎn)線為例，一次性投資至少在5000萬元左右。    3.第三階段是在2000年之后，粉磨設(shè)備節(jié)能技術(shù)和礦渣微粉應用經(jīng)濟技術(shù)研究的深入，使廣大水泥企業(yè)認識到，礦渣微粉最經(jīng)濟的粉磨細度應控制在400m2/kg左右。各種粉磨設(shè)備都能夠生產(chǎn)出市場不同需求的礦渣微粉，并獲得相應的經(jīng)濟效益。隨著水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策力度的加大，鵬飛集團在大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的推動下，礦渣微粉的產(chǎn)量年年翻番，目前已接近1000萬噸/年，建材行業(yè)內(nèi)一個新興產(chǎn)業(yè)正逐步在形成。    六、怎樣激發(fā)礦渣的活性    礦渣是一種具有“潛在水硬性”的材料，即：其單獨存在時，基本無水硬性。但受到某些激發(fā)作用后，就呈現(xiàn)出水硬性。常用的激發(fā)方式有兩大類，一是物理激發(fā)：高細粉磨（采用助磨劑）；二是化學激發(fā)：采用對混凝土耐久性無害的化學物質(zhì)，激發(fā)礦渣水泥的活性。化學激發(fā)方式，可分為：堿激發(fā)、硫酸鹽激發(fā)等多種激發(fā)形式。    （一）物理激發(fā)    固體物料在施加沖擊、剪切、摩檫、壓縮、延伸等機械力作用后，其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)會不規(guī)則化和產(chǎn)生多相晶型轉(zhuǎn)變，導致晶格缺陷發(fā)生、比表面積增大、表面能增加等，隨之物料的熱力學性質(zhì)、結(jié)晶學性質(zhì)、物理化學性質(zhì)等都會發(fā)生規(guī)律性變化。機械粉碎是采用機械能使物料由大顆粒變成小顆粒的工藝過程。在粒徑減小的同時，自身的晶體結(jié)構(gòu)、化學組成、物理化學性質(zhì)發(fā)生機械化學變化的主要方面包括：    1.被激活物料原子結(jié)構(gòu)的重排和重結(jié)晶；表面層自發(fā)地重組，形成非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。    2.外來分子（氣體、表面活性劑等）在新生成的表面上自發(fā)地進行物理吸附和化學吸附。    3.被粉碎物料的化學組成變化及顆粒之間的相互作用和化學反應。    4.被粉碎物料物理性能變化。    這些變化并非在所有的粉碎作業(yè)中都能顯著存在，它與機械力的施加方式、粉碎時間、粉碎環(huán)境以及被粉碎物料的種類、粒度、物理化學性質(zhì)等，都 有密切的關(guān)系。    用于水泥工業(yè)的工業(yè)固體廢棄物，一般細粉的水化速度比水泥慢得多，經(jīng)測試表明：顆粒大小在80μm（比表面積300 m2/kg）左右時，高爐礦渣水化90天左右才能產(chǎn)生與硅酸鹽水泥熟料水化28天時相應的強度；粉煤灰則需150天左右才能達到相應的強度。對上述工業(yè)廢渣進行粉磨到產(chǎn)品顆粒大小大部分在45μm（比表面積450 m2/kg）左右時，擴大了水化反應時的表面積，相應地可以較大幅度地提高它們的水化速度，使它們能在較短時間內(nèi)產(chǎn)生較高的強度。    （二）化學激發(fā)    粒化高爐礦渣單獨與水拌合時，反應極慢，得不到足夠的強度；但在氫氧化鈣溶液的中就能夠發(fā)生水化，而在飽和的氫氧化鈣溶液中反映更快，并產(chǎn)生一定的強度。這說明礦渣潛在能力的發(fā)揮，必須以含有氫氧化鈣的液相為前提。這種能造成氫氧化鈣液相以激發(fā)礦渣活性的物質(zhì)稱之為堿性激發(fā)劑。它生成堿性溶液能破壞礦渣玻璃體表面結(jié)構(gòu)，使水分儀與滲入并進行水化反應，造成礦渣克里的分散和解體，產(chǎn)生由膠凝性的水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣。常用的激發(fā)劑有石灰和硅酸鹽熟料。    在含有氫氧化鈣的堿性溶液中，加入一定數(shù)量的硫酸鈣，就能使礦渣的潛在活性較為充分地發(fā)揮出來，產(chǎn)生比單獨加堿性激發(fā)劑高得多的強度，這一類物質(zhì)稱之為硫酸鹽激發(fā)劑。堿性介質(zhì)促使礦渣顆粒的分散、解體，并生成水化硫鋁酸鈣，促使強度進一步地提高。常用的硫酸鹽激發(fā)劑有：二水石膏、半水石膏及無水石膏等。    七、為什么要采用“分別粉磨”工藝    在當前的工業(yè)固體廢棄物的物理再循環(huán)利用中，水泥企業(yè)一般是將礦渣與熟料及其它組份物料，按配比一起加到球磨機中共同混合粉磨。由于各種物料易磨性的差異較大，當出磨物料達到工藝要求時，其中某些工業(yè)廢渣組份的細度并沒有達到理想的指標。如：粉磨礦渣水泥時，礦渣比水泥熟料難磨得多，水泥比表面積達到了300 m2/kg以上，水泥中的礦渣粉的比表面積只有200～250 m2/kg，其水化活性不能在水泥構(gòu)件或建筑工程中正常發(fā)揮。因此，專家們建議：有條件的水泥企業(yè)應該將礦渣與熟料等其他組份物料分開，將礦渣單獨粉磨、熟料與石膏及其他混合材一起粉磨，然后再根據(jù)市場需求，配制合成不同強度等級的礦渣水泥或復合水泥。這就是 “分別粉磨”工藝。均化合成的礦渣水泥28天抗壓強度一般可以提高3MPa以上（見表4），也可以實現(xiàn)一噸水泥熟料生產(chǎn)三噸水泥的目標。    八、“分別粉磨”工藝實施方案    對粒化高爐礦渣采用高細粉磨并采用分別粉磨的形式，是目前綜合利用中最適用的工藝流程。工藝流程形式多樣，可以是高細高產(chǎn)管磨機一級開路流程，也可以是普通球磨機、高效選粉機一級閉路流程；可以是立式磨一級閉路流程，也可以是輥壓機與球磨機聯(lián)合粉磨流程等等。這些流程的共同點是：必須將礦渣粉磨成高細粉（統(tǒng)稱：礦渣微粉），即礦渣微粉中的顆粒80%≤50μm、比表面積≥380m2/kg，其中，≤10μm的超細粉約占30～40%。然后可以直接給混凝土攪拌站提供摻合料，或再與熟料粉合成不同強度等級的品種水泥。不同粉磨設(shè)備的工藝流程經(jīng)濟技術(shù)指標對比見表5。    注：表中高細礦渣粉比表面積：450 m2/kg；高細粉煤灰比表面積：550 m2/kg。    當前，有許多立窯企業(yè)隨著國家宏觀調(diào)控政策的出臺，以及水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐進程，需要調(diào)整自己的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改變生產(chǎn)低強度等級水泥為主的現(xiàn)狀，為循環(huán)經(jīng)濟作一點工作，以工業(yè)廢渣綜合利用作為今后的發(fā)展目標。也可以利用原水泥廠的閑置設(shè)備，進行技術(shù)改造而成為礦渣微粉生產(chǎn)基地。或購買少量水泥熟料，生產(chǎn)高混合材摻量的32.5級礦渣水泥或復合水泥。部分企業(yè)改造后的情況見表6。 常見球磨機分別粉磨工藝流程圖如下：    （一）球磨機分別粉磨合成水泥工藝流程（見圖1）    如圖1所示，用一臺球磨機將粒化高爐礦渣粉磨成比表面積達到400m2/kg左右的礦渣微粉；用另一臺球磨機將水泥熟料及石膏等物料粉磨到比表面積350m2/kg以上；然后分別進入水泥配料系統(tǒng)各自的儲存庫，根據(jù)市場需求和國家質(zhì)量標準要求，將礦渣微粉和熟料、石膏粉，按比例計量、混合、均化、配制成不同強度等級的礦渣水泥。這樣不僅使礦渣的活性得到充分發(fā)揮，水泥強度等級提高、使用性能得到改善；而且，礦渣的摻加量可以達到60%以上，水泥熟料既是堿激發(fā)劑，又是早期強度的保證；一噸熟料生產(chǎn)三噸水泥，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且增加了經(jīng)濟效益。    （二）輥壓機與球磨機聯(lián)合粉磨工藝流程    如圖2所示，配合料經(jīng)過輥壓機擠壓粉碎之后，不能直接入磨；而是先經(jīng)過打散分級機分選，細料（粒徑≤2mm）送入球磨機水泥粉磨系統(tǒng)；粗料（粒徑在2mm以上）返回輥壓機再次擠壓。球磨機水泥粉磨系統(tǒng)可以是普通球磨機一級閉路流程，也可以是高細高產(chǎn)磨一級開路流程。    通過打散分級機可以調(diào)控球磨機的入料粒度和系統(tǒng)循環(huán)負荷，輥壓機和球磨機各自承擔的的粉碎功能界限十分明確，通過優(yōu)化各自的操作參數(shù)，使整個粉磨系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)。這種流程最大的特點是消除了輥壓機的邊緣效應，滿足了輥壓機過飽和喂料的要求；同時可以采用“低壓大循環(huán)工藝”，減小輥壓機的工作壓力，延長輥套使用壽命，提高運轉(zhuǎn)率；不必刻意追求輥壓機出料中的合格細粉含量，充分發(fā)揮打散分級機的調(diào)控作用。實踐證明：該工藝流程比普通球磨機一級閉路流程增產(chǎn)60%以上，降低單產(chǎn)電耗15～20%，不僅經(jīng)濟效顯著，而且運行費用降低、維護檢修工作量大為減小。        （三）立式磨水泥粉磨一級閉路流程    如圖3所示，立式磨水泥粉磨一級閉路流程，主要分為粉磨功能區(qū)和混合功能區(qū)兩大部分。粉磨功能區(qū)主要實現(xiàn)水泥熟料和混合材的分別粉磨；混合功能區(qū)主要實現(xiàn)按不同的產(chǎn)品標準進行各品種水泥的合成配置。立式磨在磨體內(nèi)自成閉路粉磨系統(tǒng)。由于水泥立式磨的操作參數(shù)與生料粉磨不盡相同。容易產(chǎn)生水泥顆粒組成不合理，微細粉偏少，水泥早期強度低，泌水現(xiàn)象嚴重等問題；另外，水泥組份比生料易磨性差，磨輥、磨盤磨損嚴重。因此，立式磨粉磨水泥對設(shè)備材質(zhì)要求高，分級裝置結(jié)構(gòu)應有所改進；操作維護具有一定的難度。直到2000年7月，我國國內(nèi)第一條應用于水泥粉磨的立式磨終粉磨系統(tǒng)在安徽朱家橋水泥公司建成投產(chǎn)。采用德國制造的萊歇磨LM46，年產(chǎn)礦渣水泥70萬噸，工藝流程如圖3，實質(zhì)上是一條熟料、礦渣分別粉磨、然后再合成水泥的工藝線；這樣避免了氣流分級過程中，水泥多組份顆粒分布不易控制的難題，對于確保水泥質(zhì)量提供了方便條件。   （四）立式磨與球磨機分別粉磨合成水泥工藝流程    采用立式磨單獨粉磨礦渣，可以利用立磨熱風爐提供的熱氣，實現(xiàn)礦渣的烘干兼粉磨過程，合格的礦渣微粉進入礦渣粉庫。省掉礦渣烘干機，簡化生產(chǎn)流程。 熟料、石膏或其它混合材用球磨機一級閉路系統(tǒng)粉磨，合格細粉進入熟料、石膏粉庫。在水泥合成車間，根據(jù)市場需求和國家質(zhì)量標準要求，將礦渣微粉和熟料、石膏粉，按比例計量、混合、均化、配制成不同強度等級的礦渣水泥或復合水泥。目前國內(nèi)大型鋼鐵集團一般都采用這種工藝流程，一次性投資都在3000～5000萬元以上，但經(jīng)濟效益的回報也是十分可觀的。    九、“分別粉磨”工藝主要注意事項    （一）粉磨平衡    一般來說，物料在粉磨過程中，粉磨時間越長，出磨產(chǎn)品粒度越細、單位產(chǎn)品的電耗越高。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，微細顆粒相互聚集、結(jié)團的趨勢也逐漸增強。經(jīng)過一段時間后，磨內(nèi)會處于一個“粉磨?團聚”的動態(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，也難以將產(chǎn)品粉磨得更細，有時甚至使產(chǎn)品的表觀粒度變粗。同時，磨機產(chǎn)量明顯減少、粉磨能耗成倍增加、粉磨效率降低。這種現(xiàn)象在普通粉磨時并不明顯，但在高細粉磨和超細粉磨中經(jīng)常出現(xiàn)，也是粉磨生產(chǎn)必須認真解決的問題之一。最好的解決辦法是：添加助磨劑。無機物一類非極性助磨劑，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(jié)成團塊，增大磨內(nèi)物料的流動性。并通過裂紋形成和擴展過程中的防“閉合”和吸附，降低顆粒硬度、減弱顆粒的強度，改善細顆粒的易磨性。由于磨內(nèi)粉磨物料明顯提高了物料連續(xù)通過磨機的速度；也改善了研磨介質(zhì)的粉磨作用；助磨劑通過保持顆粒的分散，來阻止顆粒之間的聚結(jié)或團聚。粉磨粒度越細，使用助磨劑的效果越顯著。    （二）粉磨工藝參數(shù)調(diào)整    粉磨礦渣時，由于入磨物料粒度的減小，球磨機磨內(nèi)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(jù)磨機的倉位，減大球、換小球。兩倉磨，還應該將隔倉板前移，增大細磨倉長度。由于礦渣難磨，研磨體的裝載量應適當高于磨機設(shè)計裝載量，約增加10%左右，不要超過15%。    山東LB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(chǎn)品比表面積≥400 m2/kg，磨機臺時產(chǎn)量達到6t/h，當加入5%左右的粉煤灰后，磨機臺時產(chǎn)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7。    采用助磨劑后，必須使設(shè)備的工藝條件與之適應。物料在磨內(nèi)的停留時間減少，因此必須改變研磨體與物料的比，即：料球比和循環(huán)負荷等。助磨劑在開流磨中使用，能增加細粉含量。在一般情況下，添加助磨劑使物料的流速加快，使物料細度相對流速的變化更加敏感。所以在開流磨中要特別注意對助磨劑添加方法的合理控制：一方面，通過對添加量的調(diào)整使物料流速不至于失控(即跑粗料)，另一方面，還要注意添加的穩(wěn)定性和均勻性。在不改變磨內(nèi)結(jié)構(gòu)的條件下，還可以適當降低通風量以降低物料流速。    在圈流粉磨系統(tǒng)，要使選粉機與之匹配，保持成品細度不變，則可提高產(chǎn)量。在某一特定閉路磨機中，成品細度不變的情況下，循環(huán)負荷的大小決定于出磨物料的細度，反應了物料在磨機中停留時間的長短。循環(huán)負荷大，表明物料在磨機內(nèi)停留時間短，出磨物料粗。循環(huán)負荷小，表明物料在磨機內(nèi)停留時間長，出磨物料細。使用助磨劑后物料流速的加快會使物料在磨內(nèi)通過的時間縮短。如果原系統(tǒng)循環(huán)負荷較大，物料停留時間較短，添加助磨劑后不對磨機系統(tǒng)進行適當調(diào)整，就容易造成磨內(nèi)物料流速失控，使助磨劑的助磨作用降低或消失。同時，由于流速過快，物料得不到“充分”研磨致使出磨物料細度跑粗，循環(huán)負荷逐漸增加．時間一長會造成出磨物料量的成倍增加，磨尾提升機容易過載而使生產(chǎn)受到影響。    原系統(tǒng)循環(huán)負荷適中或者較小的磨機，不用調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用助磨劑就可以達到滿意的助磨效果。添加助磨劑后，在控制成品細度及磨機產(chǎn)量不變的情況下，如果循環(huán)負荷逐漸減小，表明原系統(tǒng)運行在合理的循環(huán)負荷下；如果循環(huán)負荷不降反而逐漸升高，表明原系統(tǒng)在高于合理循環(huán)負荷下運行，這時，如果不進行適當?shù)南到y(tǒng)調(diào)整，使用助磨劑后不但不會增產(chǎn)反而會影響正常生產(chǎn)。    在一般情況下，只要磨機運行狀況良好，助磨劑就可以達到預期的助磨效果。如果要更充分的發(fā)揮助磨劑的作用效果，可以根據(jù)系統(tǒng)特點進行適當?shù)恼{(diào)整，調(diào)整的原則就是既要控制物料流速，又要使系統(tǒng)在合理的循環(huán)負荷下達到最佳產(chǎn)量。在閉路磨機中使用助磨劑主要可以實現(xiàn)以下幾方面的效果。首先，在保持磨機產(chǎn)量不變的情況下，可以調(diào)節(jié)選粉機，使磨機循環(huán)負荷恢復或者稍高于原來水平，從而使磨機總的喂料量逐漸穩(wěn)定，這時產(chǎn)品的篩余細度下降，比表面積增加。其次，在此基礎(chǔ)上，不改變選粉運行參數(shù)，保持產(chǎn)品細度不變，就可以增加喂料量，提高磨機臺時產(chǎn)量。    十、“分別粉磨”工藝應用實例    （一）應用實例一    北京市PG水泥二廠始建于1976年，經(jīng)過技術(shù)改造，生產(chǎn)規(guī)模由投產(chǎn)時的一條8.8萬噸機立窯生產(chǎn)線發(fā)展到現(xiàn)在三條機立窯生產(chǎn)線（3臺Ф3×10米機立窯）和一條日產(chǎn)2000噸新型干法窯外分解生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力達到200萬噸。通過不斷優(yōu)化工藝配置、技術(shù)改造，水泥產(chǎn)、質(zhì)量取得了巨大的提高。同時，該廠積極尋求采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備等技術(shù)節(jié)能改造，達到了提高效益、提高質(zhì)量和環(huán)境治理的目的，擠身于北京市100家最佳經(jīng)濟效益工業(yè)企業(yè)和中國500家最大建材工業(yè)企業(yè)之一。    1.市場展望    該廠離首鋼、唐山較近，有大量的礦渣資源，鐵路運輸方便，價格便宜；同時，2008年在北京舉辦奧運會，許多基礎(chǔ)設(shè)施工程正在施工興建，需要大量的水泥材料，因此，水泥市場非常好，可以說是供不應求。    2.企業(yè)存在的問題    由于水泥廠在改造過程中，有意識地加大了粉磨能力，現(xiàn)有水泥磨10臺，其中φ2.2×7米3臺，φ2.2×6.5米2臺，φ2.4×8米1臺，φ3.0×12米4臺，造成自己生產(chǎn)的熟料遠遠不夠水泥磨供料要求，需要外購一部分熟料，不然就制約了水泥磨的正常運轉(zhuǎn)，因此，廠領(lǐng)導一直在尋找一種能多用礦渣，增加產(chǎn)量降低成本的先進技術(shù)方法。    3.水泥助磨劑的選擇    2002年該廠對國內(nèi)外的多種助磨劑進行了試驗，但效果都不理想，沒有達到他們的目的，最后，他們通過網(wǎng)上查找和市場調(diào)研，確定對HY-I型高效復合水泥助磨劑進行工業(yè)性試驗。 HY-I型高效復合水泥助磨劑是由多種原料經(jīng)特殊工藝加工而成的灰色粉狀中性物質(zhì)，不含堿、不含鹽，各種性能完全符合JC/T667-2004標準要求，是中國水泥協(xié)會推薦產(chǎn)品之一。    4.工業(yè)性試驗    2005年～2006年該廠在立窯線上進行了工業(yè)性試驗，目的是：為了驗證HY-I型高效復合水泥助磨劑的效果是否能滿足生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的要求；并實現(xiàn)一噸熟料生產(chǎn)三噸水泥的目標。    （1）試驗步驟    試驗分三個階段：    第一階段（A）從8時到16時，不用助磨劑，按正常生產(chǎn)配比進行空白試驗。    第二階段（B）從16時到24時，根據(jù)實際要求，調(diào)整了水泥配比，石膏增加2%，礦渣增加13%，助磨劑摻加1%，熟料降低16%進行對比試驗。整個試驗過程中控制臺時產(chǎn)量不變。    第三階段（C）采用分別粉磨。其中φ2.2×7米3臺閉路磨粉磨熟料與石膏；其余7臺磨機開路粉磨礦渣微粉。礦渣到廠價40元/噸；烘干后成本約60元/噸；水泥混合粉磨電耗28～30kwh/t；礦渣微粉單獨粉磨電耗為70～75kwh/t。    （2）試驗結(jié)果    三個階段的試驗結(jié)果如下：（見表8）    從8時～16時不用助磨劑和16時～24時使用助磨劑，兩個階段的試驗數(shù)據(jù)看，使用HY-I型高效復合水泥助磨劑后，在熟料降低 16%的情況下，水泥3天強度和28天強度都還有提高，凝結(jié)時間縮短。采用分別粉磨工藝后，實現(xiàn)了一噸熟料生產(chǎn)三噸水泥的目標。由于熟料粉與礦渣微粉比表面積都有所增加，所以合成礦渣水泥的強度指標都得到提高，完全達到了預期目的。    （4）使用注意事項    ①由于助磨劑的用量很少，所以計量設(shè)備一定要準確，要經(jīng)常標定，盡量減少誤差；礦渣入磨粒度小、難磨，所以礦渣微粉磨機的工藝參數(shù)要進行適當調(diào)整。    ②入磨物料要干燥，綜合水份小于1.5%；    ③為保證合成礦渣水泥的早期強度，盡量降低細度，提高比表面積，熟料、石膏混合粉一般比表面積要≥350m2/kg；而礦渣微粉應≥380 m2/kg。    ④在水泥中SO3不超國家標準的前提下，盡量提高石膏的摻加量。    5.結(jié)論    單獨粉磨礦渣微粉有利于礦渣活性系數(shù)的提高，不僅實現(xiàn)了一噸熟料生產(chǎn)三噸水泥的目標，而且解決了熟料供給緊張的問題；同時在保證水泥質(zhì)量的前提下，降低了水泥生產(chǎn)成本。按生產(chǎn)100萬噸礦渣水泥計算，采用分別粉磨工藝比原來混合粉磨每年可多獲得經(jīng)濟效益100×3.8 =380（萬元）。    （二）應用實例二    SG水泥廠原年產(chǎn)10萬噸水泥生產(chǎn)線。經(jīng)過各地考察，多次反復論證，于1999年決定采用Φ2.2m×6.5m水泥磨及配套O-Sepa選粉機的閉路粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)礦渣微粉。 　    1.調(diào)整磨機工藝參數(shù) 　　為了獲得較高比表面積的礦渣微粉產(chǎn)品，一倉研磨體采用球段混裝，二倉研磨體采用鋼段，原磨機工藝參數(shù)進行調(diào)整，縮短一倉(隔倉板靠近磨門)，增加二倉長度，以加強細磨倉研磨能力，并將隔倉板和磨尾襯板篦孔進行改進，篦縫調(diào)整為8mm，以保證磨損后的鋼段核不至于泄漏，并有利于通風良好。    2.調(diào)整O-Sepa（N-350）選粉機的風量 　　隔倉板和磨尾襯板篦縫縮小后通風阻力增大，為了有利于磨內(nèi)通風，將二次風調(diào)節(jié)門關(guān)閉；根據(jù)粗粉回料中合格細粉含量的多少，適當關(guān)小或增大三次風；系統(tǒng)一次風使用全風。利用轉(zhuǎn)動調(diào)速器旋鈕，改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)礦渣微粉的比表面積，達到產(chǎn)品質(zhì)量要求；細度調(diào)節(jié)、靈活方便。    3.工藝流程的特點    本系統(tǒng)為球磨機一級閉路流程；選用平面渦流籠型選粉機進行產(chǎn)品分級；采用氣箱脈沖袋除塵器組成一級細粉收集系統(tǒng)，進行成品礦渣微粉收集；細粉收集系統(tǒng)即是通風除塵系統(tǒng)，全部粉磨過程處于負壓運行，凈化后的含塵氣體排入大氣，排放濃度≤30mg/m3,機房中無粉塵飛揚，符合清潔生產(chǎn)要求。 　　4.預期指標   （1）比表面積:400～450m2/kg；   （2）臺時產(chǎn)量:5.5～7t/h；   （3）系統(tǒng)電耗:≤80kWh/t。    5.系統(tǒng)設(shè)備表（見表10）    6.應用效果    設(shè)備安裝完畢，利用庫存干礦渣（含水率≤1.5%）進行全系統(tǒng)調(diào)試運行。礦渣微粉成品經(jīng)測試，結(jié)果如下：礦渣微粉比表面積為420～430m2/kg，系統(tǒng)臺時產(chǎn)量5.5t/h。 　　礦渣粉磨系統(tǒng)于2002年5月正式投入生產(chǎn)，生產(chǎn)正常。新建Φ2.2m×18m烘干機投入使用，為磨機提供足夠的干礦渣創(chuàng)造了條件，全線投入使用后生產(chǎn)情況如下: 　　（1）入磨礦渣水分:≤1.5%； 　  （2）礦渣微粉比表面積:460～470m2/kg； 　　（3）月平均臺時產(chǎn)量:6.25t/h； 　　（4）單位產(chǎn)品電耗:78kWh/t； 　　（5）粉磨系統(tǒng)循環(huán)負荷率為：86%；選粉效率為：76.8%。    7.經(jīng)濟效益分析    （1）設(shè)備投資    磨機改造與研磨體購置費:18萬元，配套選粉機:38萬元，安裝費用:2.8萬元，合計:58.8萬元。   （2）經(jīng)濟效益 　　SG水泥廠隸屬GD省SG鋼鐵集團公司，具有獨特的資源優(yōu)勢，市場需求量大，每噸礦渣微粉可獲凈利80元左右，當年收回全部投資。    8.改進意見   （1）由于研磨體改用鋼段以后，接觸面增大，摩擦升溫加劇，磨機筒體、出磨物料及含塵氣體，溫度較高，應加強通風及降溫措施；   （2）為延長選粉機和袋除塵器的使用壽命，在機內(nèi)易磨損處，應貼耐磨陶瓷片加以保護，以實現(xiàn)較高的設(shè)備運轉(zhuǎn)率。    （三）應用實例三    上海市BT公司采用日本川崎重工提供的CK-310立磨生產(chǎn)礦渣微粉。    粒化高爐礦渣用作水泥混合材，在我國已有近半個世紀的歷史。也曾有過分別粉磨的實踐，但因能耗過高、需增加磨機能力以及混合不均等因素制約而未能堅持。直至輥壓機、立磨等非球磨機粉磨節(jié)能系統(tǒng)的開發(fā)，才實現(xiàn)了將粒化高爐礦渣單獨粉磨至400m2/kg比表面積以上，較大地提高了礦渣活性，即可摻入水泥生產(chǎn)高強度等級、大摻量的礦渣水泥，而并不過多地增加電耗；又可在制備混凝土時等量或超量替代水泥并改善混凝土的性能。因此，磨細高爐礦渣微粉被視為節(jié)能、改善環(huán)境和混凝土性能的有效途徑。    1.立磨技術(shù)優(yōu)勢 由表5可見，在礦渣微粉質(zhì)量均達到GB/T18046-2000要求的前提下:    （1）立磨的電耗節(jié)省50%以上； 　　（2）立磨技術(shù)耐磨材料的消耗比球磨系統(tǒng)低130倍以上； 　　（3）立磨工藝采用邊烘干邊粉磨的技術(shù)，減少了烘干機的設(shè)備和土建投資，簡化了工藝流程，降低了燃料消耗。    2.立磨技術(shù)生產(chǎn)礦渣微粉的特點    （1）采用立磨技術(shù)粉磨高爐礦渣工藝流程簡單，自動化程度高，控制簡便；    （2）采用立磨技術(shù)粉磨高爐礦渣具有明顯的高效節(jié)能效應，是一項符合全球環(huán)保政策的新型環(huán)保綠色技術(shù)； 　　（3）采用立磨技術(shù)粉磨高爐礦渣，完全能生產(chǎn)不同比表面積的礦粉產(chǎn)品，滿足市場不同產(chǎn)品的需求； 　　3.采用立磨技術(shù)生產(chǎn)礦渣微粉，應重視以下幾個問題: 　　（1）控制比表面積是礦粉生產(chǎn)中的最直觀手段，并具有相當?shù)闹笇б饬x； 　　（2）應充分研究控制礦渣微粉的顆粒組成，并以此作為質(zhì)量控制目標，確保礦渣微粉活性的充分發(fā)揮； 　　（3）選擇合適的顆粒級配測定儀，減少測試誤差，以免誤導生產(chǎn)； 　　（4）重視基準水泥化學成分和物理性能對礦渣微粉活性的影響，在標準制定中應考慮基準水泥成分的控制要求。    （四）應用實例四    山西省長治RC水泥有限公司年產(chǎn)100萬噸礦渣水泥生產(chǎn)線，由熟料粉磨、礦渣粉磨、水泥合成及包裝、散裝幾大部分組成。    熟料粉磨采用RP120-80輥壓機與φ3.8×13m球磨機和N－1500型O-Sepa選粉機組成的擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)；設(shè)計臺時產(chǎn)量為：75t/h，實際產(chǎn)量達到：90t/h。    礦渣粉磨系統(tǒng)采用從德國進口的LM56.2萊歇立式磨，是國內(nèi)最大的萊歇磨，運行三年來，故障率極低。礦渣微粉生產(chǎn)能力潛力很大，目前僅控制在90～120t/h，比表面積穩(wěn)定在460～480m2/kg，活性指數(shù)7d為：83%，28d為：102%。    水泥合成采用德國CP公司的連續(xù)式單軸機械混合機，生產(chǎn)能力為：200t/h，合成水泥均勻性變異系數(shù)≤6%。 生產(chǎn)車間各揚塵點粉塵排放濃度≤15mg/Nm3，遠遠低于國家環(huán)保標準排放限值要求。    分別粉磨工藝后，合成水泥可以通過調(diào)整礦渣微粉的摻配量，跟蹤市場需求，來靈活的調(diào)節(jié)水泥品種和質(zhì)量。與傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的礦渣水泥相比，有如下特點：    1.早期強度高。由于礦渣微粉的作用，改善了水泥的顆粒組成，3d強度比同品種傳統(tǒng)礦渣水泥高2～3MPa。    2.標準稠度用水量小。由于合成水泥中，礦渣微粉顆粒能夠改善水泥水化產(chǎn)物的顆粒堆積和空隙結(jié)構(gòu)，因而明顯地降低了標準稠度用水量。    3.出廠水泥質(zhì)量穩(wěn)定，標準偏差小。經(jīng)一年多的生產(chǎn)實踐，出廠的各強度等級的礦渣水泥，28d抗壓強度標準偏差都≤0.6MPa。