探索火山灰摻量對水泥磨性能的影響

國外有很多水泥企業都是用火山灰作為水泥混合材料，來提高水泥產量，降低水泥磨電耗。為了使火山灰在國內水泥企業得到充分利用，相關專家也開始研究不同火山灰摻量對水泥磨性能的影響，并做了相關試驗，下面為大家詳細介紹。

一、系統簡介

水泥廠使用的水泥磨磨盤直徑560mm，裝機功率為30kW，水泥粉磨設計能力300～800kg/h。工藝流程：一定粒度的熟料、石膏和混合材由提升機送入喂料倉，再經圓盤喂料機、皮帶機和鎖風分格輪喂入磨內。物料在磨內被粉磨后由風力提升經過上部的動態選粉機進行分選，粗粉返回到磨盤上再粉磨，細粉隨氣體進入袋除塵器被收下，干凈空氣排入大氣。該系統在配置和設計上與工業磨粉系統相同，并帶有外循環裝置；采用集中控制，可以調節、記錄有關參數。

二、試驗原理

影響粉磨電耗的因素很多，主要包括產品的比表面積、熟料的性質、混合材的品種和摻量，以及水泥磨的結構形式和操作參數等。為了簡單方便地弄清楚這一關系，本試驗只改變火山灰摻量來探求其對成品水泥粉磨電耗的影響。而粉磨電耗的變化實際上體現在物料的易磨性、粉磨時間和比表面積的變化等方面，因此試驗中主要研究摻加火山灰后，火山灰水泥的比表面積與主機單位電耗的變化規律，據此估算火山灰摻量對粉磨電耗的影響。結合目前有些報價項目水泥中火山灰摻量達到35%左右，因此本試驗確定的火山灰在水泥中的摻入量分別為0%、15%、30%和45%，石膏摻量為5%。

三、試驗原料

熟料和石膏來自國外某水泥廠，火山灰來自菲律賓拉法基粉磨站，其化學成分、粉磨功及T3000數據進行分析。T3000是指試樣在Φ305mm×305mm試驗球磨中粉磨至比表面積3000cm2/g所需要的時間，該值可相對反映物料粉磨到一般水泥細度時的難易程度。熟料粉磨功指數按照GB/T26567—2011《水泥原料易磨性試驗方法（邦德法）》（P=80μm）球磨標準進行測試，該值可反映物料粉磨到一般水泥生料細度時的難易程度。熟料的粉磨功指數為18.4kWh/t，對于熟料來說，易磨性較差。而火山灰的粉磨功指數為19.0kWh/t，對于火山灰來說，屬于較難粉磨的物料。從試驗分析看出，在球磨中，這種火山灰細磨的易磨性較熟料好，也就是這種火山灰摻入熟料中后對水泥的比表面積有一個提高的功能。火山灰屬于一種硅鋁質巖類，是火山噴發的碎屑產物之一，一般為多孔巖石。其以小顆粒狀的料為主，其間夾雜大顆粒物料，在大顆粒表面有明顯的氣孔。

四、試驗結果與分析

1、火山灰摻量對水泥比表面積和主機電耗的影響

經試驗得知，火山灰的摻入，在粉磨電耗相近時，水泥比表面積明顯增加，說明在熟料中摻入該種火山灰能有利于水泥比表面積。也就是說如果控制相同的比表面積，摻入火山灰就能降低水泥的粉磨電耗，達到節能減排的目的。當然此時的水泥性能是否滿足要求還需要進一步研究。

2、火山灰摻量對水泥顆粒分布的影響

分析火山灰摻量對其水泥成品細度、均勻性系數和特征粒徑的影響，可以了解到，隨著火山灰摻入量增大，雖然其水泥成品的比表面積越來越大，但其均勻性系數n值越來越小，火山灰摻入量越大，n值越小，說明摻入火山灰后其水泥成品的顆粒分布范圍變寬。這也能從摻入火山灰后其成品的45μm篩余結果上體現出來，摻入火山灰后，雖然其比表面積達到了4000-5000cm2/g，但其45μm篩余基本上還在2%-4%之間，與不摻火山灰的純硅酸鹽水泥（比表面積3300-4000cm2/g）基本一致。

從水泥的特征粒徑來看，不摻火山灰的純硅酸鹽水泥的特征粒徑在18-21μm，摻入火山灰后的水泥的特征粒徑在15-20μm。

五、分析與討論

1、火山灰摻量對粉磨比表面積增量和粉磨電耗的影響

混合材摻量對粉磨電耗的影響主要反映在對成品水泥比表面積的提高上面。當要求磨到相同比表面積時，摻入混合材能降低粉磨電耗。例如，在水泥成品中摻入1%的石膏能使成品水泥增加120cm2/g的比表面積，摻入1%石灰石能增加50-80cm2/g的比表面積。那么摻入1%的火山灰能增加多少比表面積呢？

經計算，在相同粉磨電耗下，比表面積增量隨火山灰摻量的增加而減少。在相同火山灰摻量的情況下，比表面積增量隨粉磨電耗的增加而減小。當成品水泥比表面積＜4000cm2/g時，每1%火山灰摻量對比表面積的貢獻值約為25cm2/g；當成品水泥比表面積＞4000cm2/g時，每1%火山灰摻量對比表面積的貢獻值約為20cm2/g。與此同時經過數據整理后得出，該品種熟料和火山灰的單位電耗所產生的比表面積S與火山灰摻量x之間的關系為S=136.64e0.0062x，由此計算出，該水泥磨純硅酸鹽水泥比表面積到3200cm2/g時單位電耗為23.4kWh/t，純菲律賓火山灰水泥比表面積到4000cm2/g時單位電耗為15.7kWh/t。采用不同產地的火山灰及熟料時由于其各自的易磨性不同，以上計算的數據可以有差別，這時候就需要通過粉磨功指數及T3000數據來進行校正。

2、火山灰摻量對其水泥性能的影響

選取不同火山灰摻量的水泥成品進行了標準稠度用水量、凝結時間、砂漿流動度和強度測試，測試結果顯示，摻火山灰的水泥標準稠度用水量基本保持不變。水泥砂漿流動度隨著火山灰摻量的增加而降低。雖然火山灰摻入后水泥比表面積有所增加，但因熟料含量減少，使大摻量的火山灰水泥強度降低很多。如摻入了45%的火山灰后，雖然水泥比表面積從3886cm2/g增加到4966cm2/g，但水泥的3d和28d抗壓強度較沒摻火山灰的分別降低了32.2%和36.9%。由此可見,火山灰作為一種活性混合材，其活性是相當有限的。

3、火山灰水泥粉磨電耗計算舉例

為了核實比表面積增量和火山灰粉磨電耗的計算數據，比較了投產的2個廠(以球磨機為例）的生產數據與計算數據之間的差別，可以了解到，計算電耗和實際電耗還是比較接近的。

六、結論

1、在水泥熟料中摻入菲律賓火山灰對其具有助磨作用，但是助磨作用并非隨著摻量增加而增加。

2、當成品水泥比表面積＜4000cm2/g時，每1%火山灰摻量對比表面積的貢獻值約為25cm2/g；當成品水泥比表面積＞4000cm2/g時，每1%火山灰摻量對比表面積的貢獻值約為20cm2/g。

3、當要求粉磨到相同比表面積時，摻入混合材能降低粉磨電耗。經計算得到，水泥磨粉磨純菲律賓火山灰比表面積到4000cm2/g時單位電耗為15.7kWh/t。

4、摻入火山灰后，在一定比表面積范圍內，其水泥成品的顆粒分布范圍變寬。

5、摻入火山灰后，水泥標準稠度用水量基本保持不變；水泥的砂漿流動度隨著火山灰摻量的增加而降低；當火山灰摻量達到45%后，其強度降低了35%。因此，火山灰作為一種活性混合材，其活性相當有限。

綜上可知，利用火山灰來提高水泥磨粉磨的性能是有一定操作難度的，因此，想要真正的提高水泥磨性能，增加水泥產量，還是要從設備本身入手，選擇優質的水泥磨才是根本。河南紅星礦山機器有限公司生產的水泥建材設備，結構先進、質量可靠，性能穩定，是水泥企業的更加選擇，歡迎大家前來咨詢選購，選購熱線：0371-67772626，或者點擊在線咨詢。