液體助磨劑在礦渣立磨生產(chǎn)中的應(yīng)用

高啟海，張海明，顧曉波，謝 軍

(鞍鋼綠色資源科技有限公司，鞍山 114021)

目前，助磨劑的研究主要集中在水泥粉磨的復(fù)合助磨劑上，對適合礦渣單獨粉磨應(yīng)用的助磨組分尚缺乏系統(tǒng)的研究[1]。近年來，有不少學(xué)者在球磨、粉磨和萊歇、宇部LM、川崎以及國產(chǎn)HRM、TRM等系列錐型輥立磨系統(tǒng)中開展了相關(guān)技術(shù)研究，但由于磨輥與磨盤內(nèi)外研磨面線速度差以及有效研磨面的大小不同，真正成功地將液體助磨劑規(guī)?；瘧?yīng)用于伯力鳩斯(Polysius)公司胎型輥立磨粉磨系統(tǒng)中的成功案例很少[2]。該文旨在尋找與伯力鳩斯(Polysius)公司胎型輥立磨粉磨系統(tǒng)相匹配的礦渣微粉專用助磨劑，改善礦渣的易磨性，在不改變粉磨設(shè)備和增加投資的條件下提高礦渣粉臺時產(chǎn)量，并使其活性得到充分發(fā)揮。

1 生產(chǎn)工藝介紹

鞍鋼綠源公司礦渣粉磨系統(tǒng)為德國伯力鳩斯(Polysius)公司制造，該型立磨磨輥外觀采用了輪胎形式，突出了兩組拼裝磨輥的特點。采用了磨盤驅(qū)動形式，磨輥在磨盤的帶動下進(jìn)行自轉(zhuǎn)。其中，四個磨輥依次垂直排布于磨盤內(nèi)、外側(cè)軌道上，磨輥直徑2.1 m，磨盤直徑5.1 m，如圖1所示。其生產(chǎn)工藝與其他立磨相似，高爐礦渣(水渣)經(jīng)由料口、定量給料稱、除鐵器、皮帶機進(jìn)入磨機。水渣通過入磨溜槽流入到磨盤中心，在磨盤的轉(zhuǎn)動及攤料板的作用下分別進(jìn)入內(nèi)輥、外輥進(jìn)行碾磨。經(jīng)過碾磨的物料溢出磨盤，被熱風(fēng)吹進(jìn)選粉機開展成品分選工作，

其中合格產(chǎn)品進(jìn)入到收塵器被收集。最終，收集后的合格物料經(jīng)由輸送設(shè)備進(jìn)入成品庫進(jìn)行存放。

助磨劑應(yīng)用于立磨生產(chǎn)系統(tǒng)中主要是用于提高礦渣粉的臺時產(chǎn)量和活性。礦渣粉的主要成分是CaO、MgO、Al2O3、MnO、SiO、Fe2O、MnO等組成的硅酸鹽和鋁酸鹽，有良好的潛在活性，其綜合利用的主要途徑之一為水泥工業(yè)上的生產(chǎn)應(yīng)用[3]。但是水渣的易磨性較差，當(dāng)粉磨到一定程度時，細(xì)顆粒容易出現(xiàn)粘合效應(yīng)，進(jìn)而形成粉團，影響分選效率，對粉磨效率產(chǎn)生一定影響。添加助磨劑能夠有效阻止細(xì)小礦渣顆粒在磨機襯板上的粘附作用及團聚效應(yīng)，從而提高粉磨效率。

2 助磨劑的適配試驗

礦渣助磨劑以提高礦渣粉產(chǎn)量為主要目的，少數(shù)產(chǎn)品兼具活性改善作用，一般分為增強型、增產(chǎn)型、綜合型三類，其特點是具有十分敏感的適應(yīng)性，其組分、含量及摻量的多少均會影響使用效果。對不同水渣原料及不同規(guī)格的磨機其適應(yīng)性也不同，應(yīng)根據(jù)實際情況調(diào)整助磨劑的組分及摻量，使用前必須對助磨劑進(jìn)行嚴(yán)格的適配試驗。

2.1 實驗室試驗結(jié)果

實驗室小型立磨試驗的目的是用正在使用的物料初步優(yōu)選助磨劑的品種和摻量，初步驗證助磨劑與所用物料的匹配性，以減少大磨試驗的盲目性。

試驗所用礦渣選取鞍鋼股份鲅魚圈分公司煉鐵部水渣，其化學(xué)成分見表1；活性試驗中所用對比水泥為基準(zhǔn)水泥；助磨劑是由改性醇胺化合物、羧酸和其它多種非離子型表面活性劑及無機鹽復(fù)合而成的紅棕色液體，具有助磨和增強效果，適用于礦渣單獨粉磨成礦渣微粉，能有效提高磨機小時產(chǎn)量及礦渣微粉活性。

表1 礦渣化學(xué)成分 w/%

根據(jù)礦渣質(zhì)量系數(shù)的計算公式：K=(CaO+MgO+A12O3)/(SiO2+MnO+TiO2)，得到試驗用礦渣的質(zhì)量系數(shù)K=1.65>1.2，且各化學(xué)成分的含量符合《GB/T 203—2008 用于水泥中的?；郀t礦渣》對礦渣的性能要求。

試驗步驟：先將礦渣在105～110 ℃烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，使其含水率低于1%；使用SMΦ 500 mm×500 mm型水泥試驗小磨進(jìn)行粉磨，并分別稱取5 kg不摻助磨劑及摻入試驗助磨劑兩種物料，粉磨35 min，對出磨后礦渣粉的篩余量、比表面積、活性指標(biāo)和凝結(jié)時間進(jìn)行測試。檢驗依據(jù)：《GB/T 8074—2008 水泥比表面積測定方法》、《GB/T 1804—2008 用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉》、《GB/T 17671—1999 水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》，試驗數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

表2 小磨試驗中助磨劑對礦渣粉活性的提高效果

由表2可以看出，在小磨試驗中，不同廠家/型號的助磨劑可以不同程度地提高礦渣粉7 d和28 d活性指數(shù)，與其成分組成存在一定關(guān)聯(lián)。同時也可看出，存在部分助磨劑與水渣適配性差現(xiàn)象，其對應(yīng)的活性增長率微乎其微，如廠家a/2號和廠家c/1號助磨劑。

2.2 小型工業(yè)試驗結(jié)果

小型工業(yè)試驗是在小磨試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步驗證小磨初選助磨劑對粉磨工況的適應(yīng)性。

試驗步驟：采用小磨試驗中與水渣適配性較好的助磨劑，接好計量泵出入口管，將管內(nèi)空氣排盡，隨即在礦渣定量給料機下部皮帶上通過均勻噴灑摻入助磨劑，與水渣進(jìn)行充分混合，避免助磨劑被磨內(nèi)風(fēng)帶入選粉機；化驗人員每隔1 h對出磨礦渣粉進(jìn)行取樣，對綜合樣做全套物理與化學(xué)性能測試。值得注意的是，在生產(chǎn)過程中當(dāng)出磨礦渣粉比表面積高于內(nèi)控指標(biāo)時，中控操作員可相應(yīng)提高磨機臺時產(chǎn)量，并適當(dāng)調(diào)整助磨劑摻量。其中，應(yīng)根據(jù)磨機臺時產(chǎn)量標(biāo)定助磨劑用量，具體標(biāo)定公式為：助磨劑每分鐘流量數(shù)(mL)=臺時產(chǎn)量×助磨劑摻加比例/(60×助磨劑比重)×1 000。

表3 小型工業(yè)試驗結(jié)果

表3為綜合樣測試結(jié)果，可以看出，廠家a/3助磨劑(名稱為GS礦渣微粉專用助磨劑)與所用礦渣有較好適配性，其對應(yīng)的活性指數(shù)增長率、產(chǎn)量均有明顯提升效果。其他型號助磨劑產(chǎn)品均出現(xiàn)不同程度的滑料、比表面積下降等不良反應(yīng)，與磨機工況匹配性較差，甚至部分助磨劑產(chǎn)品出現(xiàn)因高溫?fù)]發(fā)而失去作用的現(xiàn)象。

為了保證出廠礦渣粉質(zhì)量，對摻有液體助磨劑與未摻助磨劑的礦渣粉樣品進(jìn)行了化學(xué)成分檢測，結(jié)果如表4所示。從表中可以看出，液體助磨劑摻入前后，礦渣粉的化學(xué)成分沒有發(fā)生明顯改變。

表4 礦渣粉空白樣與摻加助磨劑礦渣粉化學(xué)成分對比 /%

2.3 生產(chǎn)試驗結(jié)果

在前兩項試驗基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗證助磨劑在礦渣粉生產(chǎn)過程中小時產(chǎn)量增加的積極作用，開展了礦渣粉助磨劑在線生產(chǎn)試驗，考察臺時產(chǎn)量、礦渣粉活性增長率、磨機運行、主電機電流變化等情況。

試驗步驟：根據(jù)喂料量(按照助磨劑摻量為喂料量的0.02%，水渣使用量為8 000 t進(jìn)行計算，則助磨劑的用量為1.6 t)計算每條線每分鐘助磨劑摻入量(mL)，待磨機平穩(wěn)運行后開始滴加?？紤]到磨機添加助磨劑前系統(tǒng)內(nèi)仍剩余一部分空白料，需先用添加助磨劑改性后的礦渣粉持續(xù)運行2 h左右將磨機內(nèi)剩余的礦渣粉排出，方可確保所測礦渣粉試樣是經(jīng)過完全改性的，進(jìn)而提供具參考價值的試驗數(shù)據(jù)，取樣要求如表5所示。

表5 試驗取樣要求

試驗期間共取得空白樣樣品9個，添加助磨劑改性樣品33個，共生產(chǎn)礦渣粉18.65萬t，消耗助磨劑39.9 t，具體測試結(jié)果如表6所示。

表6 工業(yè)試驗中助磨劑對礦渣粉生產(chǎn)的積極作用

從表6可以看出，添加該助磨劑后磨機臺時產(chǎn)量提高7%以上，礦渣粉7 d活性指數(shù)提高5%以上，28 d活性指數(shù)提高3%以上，助磨效果有顯著提升，按照企業(yè)年設(shè)計生產(chǎn)能力計算，每年可增加產(chǎn)量14萬t，可增加收入700萬元，減去助磨劑成本380萬元，創(chuàng)效320萬元。由此可見，助磨劑對于提高礦渣粉產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源等環(huán)節(jié)具有重要的經(jīng)濟和社會效益。

2.4 助磨原理分析

GS礦渣微粉專用助磨劑具有良好的助磨作用，機理在于如下兩方面：1)助磨劑中的改性醇胺化合物和羧酸為表面活性劑，可吸附在礦渣顆粒表面，促使礦渣表面的裂紋進(jìn)一步擴展，導(dǎo)致斷裂面因化學(xué)鍵斷裂產(chǎn)生的電荷被助磨劑離子或分子進(jìn)行中和，進(jìn)而阻止了顆粒的再度團聚，提高了礦渣的易碎性；2)助磨劑中的羥基(—OH)具有很強的分散和浸潤滲透作用[4]，加入礦渣中促進(jìn)了礦渣顆粒的分散，提高了礦渣粉的流動性，阻止了細(xì)小礦渣顆粒在磨機襯板上的粘附作用及團聚效應(yīng)，從而提高了粉磨效率。

3 結(jié) 論

a.GS礦渣微粉專用助磨劑b型與我司水渣原料、立磨系統(tǒng)具有良好適配性，可顯著改善礦渣的易磨性，穩(wěn)定生產(chǎn)比表面積400 m2/kg以上礦渣粉。

b.該助磨劑的適宜摻量為0.02%～0.05%，且最佳摻量為0.02%。

c.與未添加助磨劑礦渣粉空白樣相比，GS礦渣微粉專用助磨劑可顯著提高礦渣粉7 d、28 d活性指數(shù)，同時可以提高磨機小時產(chǎn)量，降低礦渣粉生產(chǎn)成本，具有顯著經(jīng)濟效益。