一种高效节能矿渣微粉的制备方法

摘要

本发明涉及一种高效节能矿渣微粉的制备方法。本制备方法是由配料计量系统、热风系统、一级闭路高效高产系统、二级开路粉磨系统、仓储系统、中央控制系统等多项集成技术系统组成，实现一级闭路高效高产机械活化，将合格半成品进入二级开路化学活化至颗粒级配合理、形貌完好的矿渣微粉粉磨。

权利要求

1.一种高效节能矿渣微粉的制备方法，其特征在于，使用包括配料计量系统、热风干燥系统、一级闭路高效高产系统、二级开路粉磨系统、仓储系统、中央控制系统的集成工艺系统，使原材料先在一级闭路高效高产系统挤压粉碎后分级，粗物料进入一级闭路高效高产系统继续挤压，细物料进入二级开路粉磨系统，一级闭路高效高产系统提供的半成品比表面积为250～350平方米每千克，经二级开路粉磨系统处理后的终产品比表面积≥420平方米每千克；

配料计量系统包括原料堆棚、板式喂料机、称重皮带秤、输送皮带和提升机，其向一级系统提供具有一定配比以水淬矿渣为主体的原材料混合物；

热风干燥系统包括破碎机、输送皮带、提升机、沸腾炉和风机，其向一级闭路高效高产系统提供热风以供在线干燥含水分的水淬矿渣；

一级闭路高效高产系统包括辊压机、干燥器、高效选粉机、布袋收尘器、提升机和输送皮带，其将水淬矿渣经机械活化至比表面积250～350平方米每千克的合格半成品进入二级开路粉磨系统；

二级开路粉磨系统包括球磨机、布袋收尘器、提升机和风送斜槽，其将半成品化学活化至颗粒级配合理、颗粒形貌完好、比表面积420平方米每千克以上的矿渣微粉终产品，并输送至仓储系统；

仓储系统包括提升机、圆形筒仓、库底充气系统、布袋收尘器和风送斜槽，其将二级开路粉磨系统供给的超细矿渣微粉有效地存储，以便下一步利用；

中央控制系统包括含有DCS控制程序的中央控制计算机、现场主机设备电气控制柜、现场仪表、现场摄像装置，其远程监控现场设备的运行参数和运行状态，并通过调整中控的数字显示，转化为现场各控制点位设备的变化情况，调整设备的运行状况，综合管理不同系统的设备，对有联系的设备之间加以连锁，完成生产线的集成与兼容；

整个生产方法控制原材料综合水分≤20%，入磨物料水分≤2%，出磨水分≤1%；循环风机布袋收尘器入口温度控制在50℃～110℃。

说明书

一种高效节能矿渣微粉的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于资源与环境领域，属于工业固体废弃物高效资源化利用领域，涉及一种高效节能矿渣微粉的制备方法。本发明的目的是，使用国产化、大型化的装备任意生产S105、S95、S75各品质等级的矿渣微粉。在生产高比表面积矿渣微粉的同时，实现高产能、低能耗，并使生产厂区噪声降低及废气粉尘排放浓度均达到国家标准，为生产企业创造可观的经济效益和社会效益。

背景技术

[0002] 我国现进入一个重化工业高速发展的阶段，也是一个能源和资源极大耗费、生态环境遭到严重破坏的阶段，这是因重化工业自身特点决定的。随着我国经济发展的高速增长，基础建设中应用最多的硅酸盐水泥和矿渣水泥的生产，既带来极大的资源、能源消耗，又带来严重的环境污染，因此导致了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、碳排放量现居世界第一。其后果是建材行业产业结构的严重低度化，造成行业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创新摆在优先发展的战略地位。

[0003] 按照“十二五”我国科技发展基本目标“加快产业升级和产业转型升级”的要求及《国家中长期科学和技术发展纲要》精神，需充分发挥科技创新对转变经济发展方式的支撑引领作用，运用科技力量推动经济发展方式转变，才能实现建材业从高能耗高污染向低能耗低污染的产业转型升级。因此，利用水淬粒化高炉矿渣高效节能生产矿渣微粉，并应用矿渣微粉替代水泥中部分熟料生产低碳水泥，降低水泥和混凝土制品生产企业成本，提高混凝土品质，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转型和产业升级的重要途径之一。矿渣微粉作为绿色环保产品，其应用技术已被国家住房与城乡建设部确定为建筑业十项新技术之一。

[0004] 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充分发挥其潜在活性，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、Al2O3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，改善水泥水化产物分布的均匀性，使水泥石结构更加致密，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。有实验数据表明，矿粉细度与颗粒分布均为影响矿渣微粉活性的重要因素。

[0005] 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，尤其是后期强度表现得更加明显；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(HPC)。

[0006] 目前国内常用的适用于矿渣高细粉磨的几种工艺流程如下：

[0007] 1、高细管磨机一级开路流程

[0008] 优点：技术要求低，矿粉比表面积颗粒形貌好，能生产S75矿粉，一次性投资低，维修方便，操作简单。

[0009] 缺点：能耗高，产量低，无法生产高品质等级的S95、S105矿粉，只适用于小规模的齿轮式边缘传动的小型磨机。

[0010] 2、普通球磨机一级闭路流程

[0011] 优点：技术成熟、投资小、见效快，生产矿渣微粉时细度调节比较灵活。

[0012] 缺点：矿渣微粉的颗粒分布较窄，产能不高、规模不大，特别是生产高比表面积矿粉时产量低，能耗高，不经济。

[0013] 3、立式磨粉磨流程

[0014] 优点：该系统流程简单，烘干、粉磨、选粉等全部工艺过程均在立式辊磨机内完成；烘干能力强，矿渣水分可达20％；在生产S75矿粉时较经济。

[0015] 缺点：一是料床稳定性不好，易引起机体振动；二是辊磨和磨盘的磨损大；三是矿粉颗粒分布及形貌较差，各龄期水化活性指数偏低。四是生产高比表面矿粉时很困难或不可能，如生产其电耗将大幅度上升很不经济；五是立磨生产出的矿渣微粉在市场中的价格明显低于球磨产品价格；六是投资大，维修费用高。

[0016] 上述国内几种常用的矿渣高细粉磨工艺流程，因其在矿渣微粉制备工艺、系统配置、设备选型和品质等级等方面存在相互制约因素，造成相关的技术经济指标顾此失彼，制约了矿渣粉磨行业的快速发展。

发明内容

[0017] 本发明就是为了突破矿渣微粉制备领域瓶颈，赶超国外先进技术。通过实现工艺与装备优化升级、合理配置及机械能活化和化学能活化等集成技术，充分发挥矿渣潜在活性，使其颗粒群分布及颗粒形貌更加完善，成为符合活性指数要求的粉体，成为一种高活性的辅助胶凝材料。在生产高比表面矿粉的同时，达到高产能、低能耗，降低生产厂区噪声及废气粉尘排放浓度均达到国家标准，为生产企业创造最大的经济效益和社会效益。

[0018] 本发明采用原理：

[0019] ①、实现湿矿渣的在线烘干。充分利用干燥器内料幕和风速进行热交换，提高热效率，降低煤耗和能耗。

[0020] ②、充分利用和严格控制辊压机的挤压破碎力、球磨机的研磨力与化学力有机结合的协同效应；优化颗粒级配，整形颗粒形貌；大幅度提高矿渣微粉活性指标的同时提高产能。

[0021] ③、严格控制进入球磨机物料的水分，防止物料堵塞篦缝导致“糊磨”、“饱磨”现象的发生。

[0022] ④、发挥中央控制系统的集中管理体制，分散控制各设备各个监控点的运作情况，及时准确地反馈生产过程中出现的异常情况，通知相关人员有效地进行处理。

[0023] ⑤、采用布袋式收尘器控制外排粉尘的浓度和循环系统中的风速，以满足不同工艺条件的要求。

[0024] 为了达到上述的目的，本发明采用以下技术措施：

[0025] 一种高效节能矿渣微粉的制备方法，是一种用于生产超细矿渣微粉的工艺流程和应用方法，以充分利用大型化、国产化装备生产各种品质等级的矿渣微粉，在提高矿渣比表面积的同时缩短粉磨时间，提高产量，优化矿渣微粉的颗粒级配，改善颗粒形貌，大幅提高活性及水化速率，降低生产成本和能耗，取得较大的经济效益和社会效益。

[0026] 具体工艺：

[0027] 1、该方法使用包括配料计量系统、热风干燥系统、一级闭路高效高产系统、二级开路粉磨系统、仓储系统、中央控制系统等集成工艺系统。

[0028] 2、配料计量系统包括原料堆棚、板式喂料机、称重皮带秤、输送皮带和提升机，其向一级系统提供具有一定配比以水淬矿渣为主体的原材料混合物。

[0029] 3、热风干燥系统包括破碎机、输送皮带、提升机、沸腾炉和风机，其向一级系统提供热风以供在线干燥含水分的水淬矿渣。

[0030] 4、一级闭路高效高产系统包括辊压机、干燥器、高效选粉机、循环风机、布袋收尘器、提升机和输送皮带，其将水淬矿渣经一级闭路高效高产系统机械活化至比表面积250～350平方米每千克的合格半成品进入二级开路粉磨系统。

[0031] 5、二级开路粉磨系统包括球磨机、布袋收尘器、提升机和风送斜槽，其将一级闭路高效高系统提供的合格半成品化学活化至颗粒级配合理、颗粒形貌完好、比表面积420平方米每千克以上的矿渣微粉终产品，并输送至仓储系统。

[0032] 6、仓储系统包括提升机、圆形筒仓、库底充气系统、布袋收尘器和风送斜槽，其将二级开路粉磨系统供给的超细矿渣微粉有效地存储，以便下一步利用。

[0033] 7、中央控制系统包括中央控制计算机(含DCS控制程序)、现场主机设备电气控制柜、现场仪表、现场摄像装置，其远程监控现场设备的运行参数和运行状态，并通过调整中控的数字显示，转化为现场各控制点位设备的变化情况，调整设备的运行状况，综合管理不同系统的设备，对有联系的设备之间加以连锁，完成生产线的集成与兼容。

[0034] 8、整个生产方法控制原材料综合水分≤20％，入磨物料水分≤2％，出磨水分≤1％；循环风机布袋收尘器入口温度控制在50℃～110℃，能任意生产S105、S95、S75等各品质等级的矿渣微粉。

[0035] 现有的生产方法只能处理综合水分在8％以下的原材料，而对水分较高的原材料只能经过复杂的处理程序之后在进行后续加工。在本发明的工艺条件下，可直接处理水分高、生产条件较为恶劣的环境(如空气湿度高、阴雨连绵季节等)，较为有效地防止物料堵塞篦缝导致“糊磨”、“饱磨”现象的发生，并且使能够在更为合理的范围内使用各种不同的工业固体废弃物。

[0036] 原材料先在一级闭路高效高产系统挤压粉碎后分级，粗物料进入一级系统继续挤压，细物料进入二级开路粉磨系统。一级系统提供的半成品比表面积为250～350平方米每千克，经二级系统处理后的终产品比表面积≥420平方米每千克。为了协同利用辊压机的挤压破碎力、球磨机的研磨力和化学力，经过深入研究和大量实验，选择球磨机入口物料比表面积为250～350平方米每千克，球磨机出口物料比表面积≥420平方米每千克。如果球磨机入口物料比表面积过小，则一级系统的粉碎效果不能够得到有效发挥，不能实现节能降耗、控制生产成本的目的；如果球磨机入口物料比表面积过大，则一级系统压力较大，而二级系统的研磨效果不能够得到有效发挥，浪费能源；如果球磨机出口物料比表面积小于420平方米每千克，则不能够实现颗粒的良好级配，并且矿渣微粉活性较差。

[0037] 优点和效果

[0038] (1)降低成本和能耗。优化系统热效率，取消矿渣烘干车间，减少相关的土木工程建设、设备和人员投资，降低不可再生化石能源煤的消耗。

[0039] (2)采用大风大料大循环系统。在本生产工艺中，采用一级闭路与二级开路高效联合粉磨系统，合理优化系统中的粉碎功与研磨功，充分发挥各工艺设备的协同效应，提高辊压机循环系统的循环负荷，使入磨粒度尽量控制在要求的范围之内，整个破碎过程全部在辊压机循环系统内完成，大大提高粉磨效率，降低系统电耗，保障产品质量达标，可任意生产S105、S95、S75各品质等级的矿渣微粉。

[0040] (3)整条系统过铁保护。由于高炉矿渣为钢铁冶炼的副产品，通常含一定量的铁质，甚至大块铁渣，为保辊压机运行的安全，粉磨系统设有包括除铁器、磁鼓分离器和金属探测仪等多道除铁保护，以保障辊压机磨辊的运行安全，同时也降低了耐磨件的磨蚀和消耗。

[0041] (4)克服了现有工艺技术装备存在的问题。可充分发挥国产化装备生产各种等级的矿渣微粉，在提高矿渣比表面积的同时缩短粉磨时间，提高产量，优化矿渣微粉的颗粒级配，改善矿渣微粉的颗粒形貌，大幅提高矿渣的活性及水化速率。降低生产成本和能耗，取得较大的经济效益和社会效益。附图说明：

[0042] 图1是本发明工艺流程图。具体实施方案

[0043] 某高效节能矿渣微粉系统采用联合粉磨生产工艺。其主机采用辊压机配套矿渣2
磨。该矿渣磨设计产量为110t/h，比表面积430m/kg，系统电耗42kwh/t。

[0044] 图1是本发明工艺流程图。矿渣原料从矿渣堆场由胶带输送机(01)送至矿渣粉磨车间，该胶带输送机上方先后装有除铁器(02)及金属探测器(03)，用以及时排除混入物料中的铁质金属块物料。当金属探测器发现有金属后气动三通阀(04)换向，将混有金属的物料由旁路卸出，以保证辊压机的安全正常运行。不含金属的物料由气动三通阀经斗式提升机(05)喂入干燥器(06)，物料在其分布板上分散。由于进厂矿渣水分较大，采用燃煤式热风炉(23)供热，在干燥器内烘干矿渣，烘干后的矿渣通过溜子进入称重稳流仓(10)。该稳流仓设有荷重传感器检测仓内料位，物料从稳流仓(10)喂入辊压机(13)中进行挤压粉碎的过程，挤压后料饼通过斗式提升机(05)提升后送入干燥器(06)中打散、分级。干燥器中被打散分选出来的粗颗粒进入循环挤压过程。细颗粒被高效转子选粉机(14)风选出来，经收尘器(16)收集后的物料经过斜槽(18)送入矿渣球磨机(19)粉磨，通过调整矿渣球磨机的隔仓板、装球量和磨内通风，使成品满足要求。生产出的成品直接通过提升机过入矿渣库。

[0045] 本系统为一级闭路二级开路联合粉磨系统，全部采用具有自主知识产权的国产化、大型化装备，装机功率小，总投资少；生产高品质等级矿粉时，产能高，能耗低，生产成本明显下降；生产厂区噪音小，废气粉尘排放浓度低，生产作业环境明显改善。

[0046] 实施例

[0047] 实施例1.将所选的辊压机与球磨机配套。整条工艺生产线正常运转时，其原材料综合水分为18％，入磨物料水分为1.5％，出磨水分为0.5％，循环风机布袋收尘器入口温度控制在90摄氏度，球磨机入口物料比表面积255平方米每千克，球磨机出口物料比表面积420平方米每千克，台时产量110吨，综合电耗为41.8千瓦时每吨。

[0048] 实施例2.将所选的辊压机与球磨机配套。整条工艺生产线正常运转时，其原材料综合水分为15％，入磨物料水分为1.4％，出磨水分为0.2％，循环风机布袋收尘器入口温度控制在85摄氏度，球磨机入口物料比表面积270平方米每千克，球磨机出口物料比表面积440平方米每千克，台时产量95吨，综合电耗为42.4千瓦时每吨。

[0049] 实施例3.将所选的辊压机与球磨机配套。整条工艺生产线正常运转时，其原材料综合水分为12％，入磨物料水分为1.0％，出磨水分为0.2％，循环风机布袋收尘器入口温度控制在78摄氏度，球磨机入口物料比表面积275平方米每千克，球磨机出口物料比表面积450平方米每千克，台时产量82吨，综合电耗为43.8千瓦时每吨。

[0050] 实施例4.将所选的辊压机与球磨机配套。整条工艺生产线正常运转时，其原材料综合水分为10％，入磨物料水分为0.9％，出磨水分为0.1％，循环风机布袋收尘器入口温度控制在80摄氏度，球磨机入口物料比表面积260平方米每千克，球磨机出口物料比表面积460平方米每千克，台时产量79吨，综合电耗为45.7千瓦时每吨。

[0051] 对比例

[0052] 对比例1.将所选的辊压机与球磨机配套。整条工艺生产线正常运转时，其原材料综合水分为18％，入磨物料水分为1.5％，出磨水分为0.5％，循环风机布袋收尘器入口温度控制在90摄氏度，球磨机入口物料比表面积206平方米每千克，球磨机出口物料比表面积362平方米每千克，台时产量76吨，综合电耗为52.8千瓦时每吨。

[0053] 对比例2.将所选的辊压机与球磨机配套。整条工艺生产线正常运转时，其原材料综合水分为15％，入磨物料水分为1.5％，出磨水分为0.5％，循环风机布袋收尘器入口温度控制在95摄氏度，球磨机入口物料比表面积190平方米每千克，球磨机出口物料比表面积370平方米每千克，台时产量65吨，综合电耗为49.4千瓦时每吨。

[0054] 对比例3.将所选的辊压机与球磨机配套。整条工艺生产线正常运转时，其原材料综合水分为12％，入磨物料水分为1.1％，出磨水分为0.3％，循环风机布袋收尘器入口温度控制在79摄氏度，球磨机入口物料比表面积220平方米每千克，球磨机出口物料比表面积398平方米每千克，台时产量58吨，综合电耗为53.8千瓦时每吨。