1、目的和意義

1．1中國社會經濟發展需要巨量的水泥混凝土

　　中國到2010年將全面實現小康化，國民生產總值要翻兩番。這必然會使城市化大發展，必然伴隨基礎工程和基礎設施的大規模快速發展，水泥和混凝土的需求量也必然保持高速發展。混凝土的年消耗量與人口的發展有一定關系。世界人口2000年60億，預計到2050年增長到105億，2100年達到111億。混凝土用量2000年31億噸，預計到2050年達到180億噸，2100年恢復到120億噸。發達國家城市化水平已達80%。2002年中國城鎮化水平39.1%，人口5.02億。預測年增長1%，2020年達到57%，人口8.28億。城鎮建設需要用地是目前全國所有城市建成區的1.07倍。工業、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目前中國水泥工業的發展面臨的困難

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

　　全國水泥用石灰巖基礎儲量358.54億噸、查明資源儲量643.43億噸。按現有開采規模最多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的生存發展帶來困難。

1.3利用工業廢渣發展高性能水泥產業

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

　　水泥工業是消納工業廢渣的最重要途徑。工業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。由于現行技術、標準和應用規程等問題，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、尾礦等工業廢渣。目前處于一種市場自發的、很少有行業指導的狀況。

　　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，中國的水泥工業發展應該拓寬思路，將水泥生產和混凝土使用有機地聯系起來，走一條水泥工業的可持續發展道路。應大力扶持和發展獨立的全部或絕大部分復合利用工業固體廢棄物如粉煤灰、煤矸石、鋼渣、礦渣、尾礦等工業廢渣生產水泥。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%，這既有利于工業固體廢棄物的綜合利用，亦可以調節水泥工業的產量、緩解水泥工業對資源、能源的大量消耗和對環境的污染。應用循環經濟的規律，將電力、鋼鐵、水泥等工業用循環經濟聯系起來。

2.礦渣高細粉磨工藝實施方案

　　我國傳統水泥粉磨工藝，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”的動態態平衡過程，達到所謂的“粉磨極限”。在這種狀態下，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。這種現象在常規粉磨時并不明顯，但在高細粉磨和超細粉磨中經常出現。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，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鎮江GZ礦渣粉公司專營礦粉

　　鎮江GZ礦渣粉公司利用附近水泥廠比較集中，靠近鎮江市區，商品混凝土需求量比較大的區位優勢，2006年5月新上了一條礦渣生產線，專業生產礦渣粉。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。

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