1 粉煤灰的理化特性

粉煤灰是燃煤發(fā)電廠排放的工業(yè)廢渣。其產(chǎn)生過程可簡述為：原煤經(jīng)過磨細(xì)，用預(yù)熱空氣噴入爐膛成懸浮狀態(tài)燃燒，其中的不燃物(主要為灰分)在高溫狀態(tài)下，經(jīng)過脫水、分解、氧化等過程變成多孔玻璃體無機(jī)氧化物，并逐漸融縮成具有不同密度、形狀和孔隙結(jié)構(gòu)的細(xì)小顆粒，最后在引風(fēng)機(jī)的作用下通過除塵器收集，被作為廢渣排放。

粉煤灰屬人工火山灰質(zhì)材料，其化學(xué)組成主要有SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等氧化物，但不同粉煤灰隨其形成過程以及排放冷卻方式不同，含量有很大區(qū)別。一般來說，冷卻速度較快時(shí)，玻璃體含量較多；反之，玻璃體容易析晶�？梢�，從物相上講，粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。從顆粒形態(tài)上講，粉煤灰通常分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類。在顯微鏡下觀察，渣狀顆粒包括海綿狀玻璃體渣粒、炭粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五種形態(tài)。其中結(jié)晶體以石英、莫來石、磁鐵礦為主；玻璃體包括光滑的球形體、外形不規(guī)則和結(jié)構(gòu)疏松多孔等形狀的玻璃體粒子，未燃盡的炭粒多呈疏松多孔形式。這些形態(tài)和理化構(gòu)成比例的不同，直接影響到粉煤灰的質(zhì)量。

粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細(xì)度、比表面積、需水量等，是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀反映。玻璃體含量多，氧化鐵成分高，其密度越大；含碳多則密度��；其活性主要來自活性SiO2(玻璃體SiO2)和活性Al2O3 (玻璃體Al2O3 )在一定堿性條件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和fCaO(游離氧化鈣)都是活性的有利成分。

粉煤灰鈣含量僅在3%左右，其本身基本沒有水硬膠凝性能，但當(dāng)以粉狀形態(tài)與水作用時(shí)，能在常溫與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，因而成為水泥、大型水利樞紐及高速交通工程、泵送混凝土、大體積混凝土制品、高級(jí)化工填料等利用的優(yōu)質(zhì)資源。用于水泥生產(chǎn)可以節(jié)約熟料且改善水泥性能，用作混凝土摻合料也可節(jié)約大量水泥和具有減少需水量、改善和易性、增強(qiáng)可泵性以及減少混凝土徐變、水化熱、熱能膨脹性和提高混凝土抗?jié)B能力等優(yōu)點(diǎn)。我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1596-2005）主要指標(biāo)見表1。

由表1可見，Ⅰ級(jí)粉煤 灰的需水量對(duì)原材料和粉磨的要求相當(dāng)嚴(yán)格，因而多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)僅生產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰用于水泥和混凝土摻合料。對(duì)粉磨而言，傳統(tǒng)的工藝是將粉煤灰原灰或經(jīng)過分選的粗灰與水泥熟料混合粉磨的方式來生產(chǎn)粉煤灰水泥。這種混合粉磨工藝由于粉煤灰比重輕、粒度小，在磨內(nèi)會(huì)形成料襯而阻礙研磨體對(duì)熟料的沖擊和研磨能力，一部分細(xì)粉也會(huì)在未被充分研磨時(shí)就被風(fēng)力帶出磨機(jī)，以致對(duì)粉煤灰活性的發(fā)揮和水泥的質(zhì)量都產(chǎn)生影響。有實(shí)驗(yàn)指出：當(dāng)熟料的組分逐漸變細(xì)而粉煤灰組分變粗時(shí)，水泥28天強(qiáng)度影響不大，甚至3天強(qiáng)度略有增加，但標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量和粉磨電耗呈明顯增加的趨勢，這使水泥的工作性能變差，生產(chǎn)成本增大。因此，粉煤灰與水泥熟料共同粉磨并非理想的工藝，而更適用于單獨(dú)粉磨。本文針對(duì)單獨(dú)粉磨簡述幾種工藝配置及其生產(chǎn)效果，供生產(chǎn)參考。

2 粉煤灰磨細(xì)工藝及其選擇

2.1 開流高細(xì)磨粉磨工藝

采用開流高細(xì)磨磨細(xì)粉煤灰，通�？衫�用水泥磨改造形成高細(xì)磨的結(jié)構(gòu)特征，并配用小規(guī)格研磨體進(jìn)行粉磨，粉煤灰經(jīng)電子秤計(jì)量入磨，出磨即為成品，具有工藝簡單，易于操作控制的特點(diǎn)。三倉磨結(jié)構(gòu)的研磨體球徑一般采用：一倉Ф25～50mm，二倉Ф18～25mm小段，三倉Ф8～18mm微段。

這種工藝雖然簡單，有利于操作和節(jié)省生產(chǎn)投資，但由于粉煤灰比重輕，入磨粒度小且含有大量細(xì)粉，往往容易導(dǎo)致過粉磨使得大部分微珠的原始形貌破壞嚴(yán)重，需水量增加，或者使產(chǎn)品研磨時(shí)間不足而容易跑粗，細(xì)度難以控制，質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品電耗也較大。粉磨Ⅰ級(jí)粉煤灰的平均電耗最高可達(dá)30～35kWh/t，Ⅱ級(jí)灰也達(dá)25～30kWh/t左右。

2.2 閉路管磨機(jī)粉磨工藝

閉路粉磨工藝對(duì)管磨機(jī)的要求主要是從倉位、隔倉板結(jié)構(gòu)參數(shù)及分選系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。磨機(jī)一般設(shè)計(jì)為兩倉，一倉球徑Ф20～50mm，二倉小段Ф10～20mm。產(chǎn)品細(xì)度由選粉機(jī)進(jìn)行控制。工藝流程是：粉煤灰經(jīng)電子秤計(jì)量入磨，出磨半成品經(jīng)提升機(jī)送入選粉機(jī)分選，細(xì)粉即為成品；粗灰返回磨機(jī)與新給料混合再次進(jìn)行粉磨—分選循環(huán)。

該工藝較好地解決了開流工藝的一些不足，但仍存在顆粒形貌破壞嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品需水量增加的問題，生產(chǎn)工藝也較之復(fù)雜，綜合電耗偏高。

2.3 半終粉磨工藝

半終粉磨是將粉煤灰原灰首先進(jìn)入選粉機(jī)分選，選出的細(xì)灰由收塵器收集為成品，粗灰則返回磨機(jī)與新給料混合再次進(jìn)行粉磨—分選循環(huán)。該工藝一是能夠最大限度地保持粉煤灰固有的顆粒形貌；二是可以減少過粉磨現(xiàn)象；三是二次分選可以有效地控制成品細(xì)度。因而不僅粉磨工況趨好，有利于提高粉磨效率，降低電耗，而且產(chǎn)品需水量也因細(xì)度和活性的提高而得以大幅度改善。

實(shí)踐表明，半終粉磨對(duì)干排粉煤灰和烘干后的濕排粉煤灰都能滿足GB/T1596規(guī)定的Ⅰ級(jí)粉煤灰指標(biāo)要求。但對(duì)于粒度較大、原料中的合格細(xì)粉量較小的粉煤灰，磨前選粉得不償失。

2.4 開流微粉管磨機(jī)工藝

開流微粉管磨機(jī)是合肥院針對(duì)不同粉煤灰的特點(diǎn)和產(chǎn)品性能要求，新開發(fā)設(shè)計(jì)的一種專用于粉煤灰粉磨的磨機(jī)。其磨內(nèi)增設(shè)可調(diào)整物料流速和控制風(fēng)速的篩分隔倉板、溢流活化環(huán)以及溢流型出口篦板等結(jié)構(gòu)裝置，磨機(jī)各倉研磨體全部采用Ф10～30mm鋼段，以降低粗磨倉的沖擊能力，減少對(duì)微細(xì)顆粒的形貌破壞。應(yīng)用證明，開流微粉管磨機(jī)對(duì)提高粉煤灰的研磨效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低粉磨電耗，都具有顯著效果。開流微粉管磨機(jī)工藝視粉煤灰特性不同，可作以下兩種選擇。

2.4.1 先分選再開流粉磨

適用于干排或者經(jīng)過烘干的濕排粉煤灰。其原灰中≤45μm的含量大多占40%～60% 左右，先分選使這部分成品細(xì)粉以原始形貌存在，對(duì)改善粉煤灰的需水量、流動(dòng)性和早期活性有重要貢獻(xiàn)，同時(shí)也避免入磨細(xì)粉過多形成的料襯對(duì)粉磨產(chǎn)生不利影響。因此這種工藝既較多地保留了前述工藝的優(yōu)點(diǎn)，也很大程度地彌補(bǔ)了產(chǎn)品活性、需水量以及細(xì)度控制等方面的不足。

與半終粉磨不同的是，開流微粉管磨機(jī)對(duì)分選后的粗粉采用開流方式粉磨，出磨物料與磨前分選的細(xì)粉在磨尾出料口匯合即為成品，因此，工藝較之更簡單。

2.4.2  直接開流粉磨

即粉煤灰直接用開流微粉管磨機(jī)粉磨至要求的細(xì)度，適用于粉煤灰原料中≤45μm微粉含量較低的粗灰。此時(shí)采用先分選的意義不大，直接入磨更具有工藝流程簡單，操作管理方便，生產(chǎn)消耗低，產(chǎn)品質(zhì)量高，建設(shè)投資少等特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用表明，這種工藝生產(chǎn)Ⅰ級(jí)粉煤灰的綜合電耗≤20kW/t，Ⅱ級(jí)粉煤灰的綜合電耗≤15kW/t。對(duì)新建生產(chǎn)線或舊磨改造都顯得經(jīng)濟(jì)適用。

需要注意的是，由于粉煤灰的特性差別較大，對(duì)于個(gè)別原料而言，生產(chǎn)Ⅰ級(jí)粉煤灰存在需水量超標(biāo)的問題，仍待深入探討和完善。

3 結(jié)束語

綜上所述，粉煤灰磨細(xì)工藝要滿足國標(biāo)規(guī)定的Ⅰ級(jí)灰要求，首先是產(chǎn)品需水量必須達(dá)標(biāo)，盡可能多地保留粉煤灰中固有的微細(xì)玻璃微珠原貌，是確保需水量達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。因此，一是需要從原材料的理化組成合理選材；二是選擇合適的磨細(xì)工藝，以采用半終粉磨工藝和先分選再由開流微粉管磨機(jī)粉磨的工藝為宜。對(duì)于Ⅱ級(jí)灰的生產(chǎn)，產(chǎn)品需水量相對(duì)容易達(dá)到，重點(diǎn)是確保粉磨的細(xì)度指標(biāo)。建議采用開流微粉管磨機(jī)直接粉磨的工藝，對(duì)簡化操作，降低生產(chǎn)消耗和節(jié)省建設(shè)投資都具有很大的經(jīng)濟(jì)性。

目前，半終粉磨工藝和開流微粉管磨機(jī)工藝已廣泛用于國標(biāo)規(guī)定的Ⅰ、Ⅱ級(jí)粉煤灰生產(chǎn)，不同磨機(jī)的運(yùn)行效果為：江蘇揚(yáng)中某電廠Ф2.2×7.5m磨機(jī)Ⅱ級(jí)粉煤灰產(chǎn)量23t/h，唐山某電廠Ф2.2×11m磨機(jī)Ⅰ級(jí)粉煤灰產(chǎn)量30t/h，遼寧某水泥廠Ф3.2×13m磨機(jī)Ⅰ級(jí)粉煤灰產(chǎn)量80t/h，安徽六安某膠凝材料廠Ф3.2×14m生產(chǎn)比表面積500m2/kg、550m2/kg、600m2/kg的粉煤灰產(chǎn)量分別為65t/h、45t/h、36t/h。均取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。