探索火山灰掺量对水泥磨性能的影响

国外有很多水泥企业都是用火山灰作为水泥混合材料，来提高水泥产量，降低水泥磨电耗。为了使火山灰在国内水泥企业得到充分利用，相关专家也开始研究不同火山灰掺量对水泥磨性能的影响，并做了相关试验，下面为大家详细介绍。

一、系统简介

水泥厂使用的水泥磨磨盘直径560mm，装机功率为30kW，水泥粉磨设计能力300～800kg/h。工艺流程：一定粒度的熟料、石膏和混合材由提升机送入喂料仓，再经圆盘喂料机、皮带机和锁风分格轮喂入磨内。物料在磨内被粉磨后由风力提升经过上部的动态选粉机进行分选，粗粉返回到磨盘上再粉磨，细粉随气体进入袋除尘器被收下，干净空气排入大气。该系统在配置和设计上与工业磨粉系统相同，并带有外循环装置；采用集中控制，可以调节、记录有关参数。

二、试验原理

影响粉磨电耗的因素很多，主要包括产品的比表面积、熟料的性质、混合材的品种和掺量，以及水泥磨的结构形式和操作参数等。为了简单方便地弄清楚这一关系，本试验只改变火山灰掺量来探求其对成品水泥粉磨电耗的影响。而粉磨电耗的变化实际上体现在物料的易磨性、粉磨时间和比表面积的变化等方面，因此试验中主要研究掺加火山灰后，火山灰水泥的比表面积与主机单位电耗的变化规律，据此估算火山灰掺量对粉磨电耗的影响。结合目前有些报价项目水泥中火山灰掺量达到35%左右，因此本试验确定的火山灰在水泥中的掺入量分别为0%、15%、30%和45%，石膏掺量为5%。

三、试验原料

熟料和石膏来自国外某水泥厂，火山灰来自菲律宾拉法基粉磨站，其化学成分、粉磨功及T3000数据进行分析。T3000是指试样在Φ305mm×305mm试验球磨中粉磨至比表面积3000cm2/g所需要的时间，该值可相对反映物料粉磨到一般水泥细度时的难易程度。熟料粉磨功指数按照GB/T26567—2011《水泥原料易磨性试验方法（邦德法）》（P=80μm）球磨标准进行测试，该值可反映物料粉磨到一般水泥生料细度时的难易程度。熟料的粉磨功指数为18.4kWh/t，对于熟料来说，易磨性较差。而火山灰的粉磨功指数为19.0kWh/t，对于火山灰来说，属于较难粉磨的物料。从试验分析看出，在球磨中，这种火山灰细磨的易磨性较熟料好，也就是这种火山灰掺入熟料中后对水泥的比表面积有一个提高的功能。火山灰属于一种硅铝质岩类，是火山喷发的碎屑产物之一，一般为多孔岩石。其以小颗粒状的料为主，其间夹杂大颗粒物料，在大颗粒表面有明显的气孔。

四、试验结果与分析

1、火山灰掺量对水泥比表面积和主机电耗的影响

经试验得知，火山灰的掺入，在粉磨电耗相近时，水泥比表面积明显增加，说明在熟料中掺入该种火山灰能有利于水泥比表面积。也就是说如果控制相同的比表面积，掺入火山灰就能降低水泥的粉磨电耗，达到节能减排的目的。当然此时的水泥性能是否满足要求还需要进一步研究。

2、火山灰掺量对水泥颗粒分布的影响

分析火山灰掺量对其水泥成品细度、均匀性系数和特征粒径的影响，可以了解到，随着火山灰掺入量增大，虽然其水泥成品的比表面积越来越大，但其均匀性系数n值越来越小，火山灰掺入量越大，n值越小，说明掺入火山灰后其水泥成品的颗粒分布范围变宽。这也能从掺入火山灰后其成品的45μm筛余结果上体现出来，掺入火山灰后，虽然其比表面积达到了4000-5000cm2/g，但其45μm筛余基本上还在2%-4%之间，与不掺火山灰的纯硅酸盐水泥（比表面积3300-4000cm2/g）基本一致。

从水泥的特征粒径来看，不掺火山灰的纯硅酸盐水泥的特征粒径在18-21μm，掺入火山灰后的水泥的特征粒径在15-20μm。

五、分析与讨论

1、火山灰掺量对粉磨比表面积增量和粉磨电耗的影响

混合材掺量对粉磨电耗的影响主要反映在对成品水泥比表面积的提高上面。当要求磨到相同比表面积时，掺入混合材能降低粉磨电耗。例如，在水泥成品中掺入1%的石膏能使成品水泥增加120cm2/g的比表面积，掺入1%石灰石能增加50-80cm2/g的比表面积。那么掺入1%的火山灰能增加多少比表面积呢？

经计算，在相同粉磨电耗下，比表面积增量随火山灰掺量的增加而减少。在相同火山灰掺量的情况下，比表面积增量随粉磨电耗的增加而减小。当成品水泥比表面积＜4000cm2/g时，每1%火山灰掺量对比表面积的贡献值约为25cm2/g；当成品水泥比表面积＞4000cm2/g时，每1%火山灰掺量对比表面积的贡献值约为20cm2/g。与此同时经过数据整理后得出，该品种熟料和火山灰的单位电耗所产生的比表面积S与火山灰掺量x之间的关系为S=136.64e0.0062x，由此计算出，该水泥磨纯硅酸盐水泥比表面积到3200cm2/g时单位电耗为23.4kWh/t，纯菲律宾火山灰水泥比表面积到4000cm2/g时单位电耗为15.7kWh/t。采用不同产地的火山灰及熟料时由于其各自的易磨性不同，以上计算的数据可以有差别，这时候就需要通过粉磨功指数及T3000数据来进行校正。

2、火山灰掺量对其水泥性能的影响

选取不同火山灰掺量的水泥成品进行了标准稠度用水量、凝结时间、砂浆流动度和强度测试，测试结果显示，掺火山灰的水泥标准稠度用水量基本保持不变。水泥砂浆流动度随着火山灰掺量的增加而降低。虽然火山灰掺入后水泥比表面积有所增加，但因熟料含量减少，使大掺量的火山灰水泥强度降低很多。如掺入了45%的火山灰后，虽然水泥比表面积从3886cm2/g增加到4966cm2/g，但水泥的3d和28d抗压强度较没掺火山灰的分别降低了32.2%和36.9%。由此可见,火山灰作为一种活性混合材，其活性是相当有限的。

3、火山灰水泥粉磨电耗计算举例

为了核实比表面积增量和火山灰粉磨电耗的计算数据，比较了投产的2个厂(以球磨机为例）的生产数据与计算数据之间的差别，可以了解到，计算电耗和实际电耗还是比较接近的。

六、结论

1、在水泥熟料中掺入菲律宾火山灰对其具有助磨作用，但是助磨作用并非随着掺量增加而增加。

2、当成品水泥比表面积＜4000cm2/g时，每1%火山灰掺量对比表面积的贡献值约为25cm2/g；当成品水泥比表面积＞4000cm2/g时，每1%火山灰掺量对比表面积的贡献值约为20cm2/g。

3、当要求粉磨到相同比表面积时，掺入混合材能降低粉磨电耗。经计算得到，水泥磨粉磨纯菲律宾火山灰比表面积到4000cm2/g时单位电耗为15.7kWh/t。

4、掺入火山灰后，在一定比表面积范围内，其水泥成品的颗粒分布范围变宽。

5、掺入火山灰后，水泥标准稠度用水量基本保持不变；水泥的砂浆流动度随着火山灰掺量的增加而降低；当火山灰掺量达到45%后，其强度降低了35%。因此，火山灰作为一种活性混合材，其活性相当有限。

综上可知，利用火山灰来提高水泥磨粉磨的性能是有一定操作难度的，因此，想要真正的提高水泥磨性能，增加水泥产量，还是要从设备本身入手，选择优质的水泥磨才是根本。河南红星矿山机器有限公司生产的水泥建材设备，结构先进、质量可靠，性能稳定，是水泥企业的更加选择，欢迎大家前来咨询选购，选购热线：0371-67772626，或者点击在线咨询。