聂纪强:工业废渣能否大掺量取代水泥?践行精准粉磨理念,为行业再创辉煌!

【研究方法】

    2022年第三期《新世纪水泥导报》发表了成都建工赛利混凝土有限公司张杰、彭丙杰、罗小东等人的文章《工业废渣对水泥粉体粒度分布及性能影响的试验研究》一文。文章所述课题：将锂渣、水渣和高钙灰分别粉磨至一定细度，对其进行粒度分析，通过计算各粒度累计颗粒含量，进行合理搭配取代部分水泥，开展粒度分布分析和水泥胶砂验证试验，就胶砂流动度、3d和28d强度与P·O42.5R水泥进行对比分析，评价工业废渣大掺量取代水泥的合理性。

【研究结论】

    试验证明：用合适的矿渣微粉对P·O42.5R水泥进行30%的合理取代，28d强度竟然较P·O42.5R水泥略高，新配水泥每吨可降低成本14.9%，碳排放降低29.9%，符合节材减排和节能降耗的绿色低碳发展目标。具体表现为：

  （1）与Fuller曲线相比，商品混凝土用水泥颗粒分布中，10μm以下的颗粒较少，尤其缺少5μm以下的颗粒。

  （2）采用工业废渣和水泥进行复合，可利用工业废渣中较细颗粒补充水泥中细颗粒的不足，锂渣、水渣、高钙灰按1：1：1进行混合，在以30%取代水泥，综合水泥粉体中小于5μm的颗粒可提高至19.53%，小于10μm的颗粒含量可提高至36.60%，小于20μm的颗粒可提高至57.56%，较现用P·O42.5R水泥粒度分布，更趋近于Fuller曲线。

  （3）锂渣、水渣、高钙灰按1：1：1进行混合，取代30%水泥，综合水泥粉体3d强度有所降低，但符合通用硅酸盐水泥GB175-2007的规定，28d强度较P·O42.5R水泥的28d强度略高。

  （4）依据Fuller公式计算，采用工业废渣对水泥进行合理取代，粗略计算每吨水泥可降低成本14.9%，碳排放降低29.9%，符合节材减排和节能降耗的绿色低碳发展目标。

【研究背景】

该文是四川省科技重点研发项目（2021YFG0272）成果之一。小编认为，这篇论文研究结论很重要，虽然来自混凝土界，但应该引起水泥生产企业的重视。

文章《工业废渣对水泥粉体粒度分布及性能影响的试验研究》介绍了课题研究背景。

2021年10月26日，国务院发布了《2030年前碳达峰行动方案》，其明确指出要“加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材产品研发应用”，在此行动方案中明确提出了低碳混凝土的概念。混凝土的低碳性能主要体现在水泥的低碳，因为，水泥生产是除化石能源以外CO₂排放的重要来源。同时，国家及行业频繁提出固废资源化的理念。因此，将两者进行结合，实现固废资源在水泥行业的充分利用，既可减轻固废处理的社会压力，又可达到降低水泥中熟料的用量和降低碳排放的目的。

水泥的强度来源为粉体颗粒的紧密堆积和水化活性及水化程度，而水化活性及水化程度遵循RRSB方程体现，其主要是针对水泥熟料进行的设计。水泥粉体颗粒的紧密堆积则依据Fuller曲线进行设计，由于现行水泥厂熟料和混合材多为混合粉磨，其粒度分布较Fuller曲线相距甚远。基于此，有必要对水泥粉体的粒度分布进行优化设计。已有研究证明多种矿物混合材复合使用并替代部分水泥形成多元胶凝材料时，不同的矿物混合材之间将会由于粒度和活性的差异而发生超叠效应^[1]。多元粉体之间存在“梯度水化”、“优势互补”，相较单一混合材，能更为有效地提高初始密实性、水化效率，改善硬化浆体孔结构，增强耐久性，进一步降低水泥熟料的用量，充分发挥各组分的效能。

【精准粉磨】

    读罢《工业废渣对水泥粉体粒度分布及性能影响的试验研究》一文，小编不由想起“第六届中国水泥工业粉磨系统优化改造技术研讨会”上成都建筑材料工业设计研究院有限公司粉磨专家刘建先生提出“精准粉磨”理念，涉及“精准分别粉磨”、 “梯度精准粉磨”等概念。

会上，刘建就“精准粉磨”理念谈了六点：

（1）高品质水泥的低碳生产，要求控制颗粒分布，以降低熟料用量。合理的颗粒级配原则：熟料强度发挥最有利原则和最紧密堆积原则，体现为均匀性系数N的控制。建议：熟料颗粒：3-32µm，减少其代替粗颗粒，控制其3µm以下的含量；非活性混合材料：小于10µm(小于3µm要占一定比例），用于细粉填充；难磨、强度贡献低混合材料：作为粗骨料；减少非活性材料在3-32µm颗粒段的分布。

（2）以低碳生产为目标，发展精准分别粉磨。具体特征表现为：以降低熟料用量为主要目标，实现低碳生产；水泥主要组分要分别实现颗粒级配精准控制；系统电耗不能明显增加。武安新峰熟料/矿渣分别粉磨站就是一个代表性的案例。

（3）低碳分别粉磨工艺应以料床终粉磨技术为主体。基于此，料床终粉磨技术应在如下方面继续创新：系统电耗进一步降低到22kWh/t以内；以灵活控制各组分物料颗粒分布为主要目标；通过并联梯度粉磨和串联梯度粉磨方式，为梯度分选精细化创造条件；并/串联梯度粉磨和各自独立粉磨可自由切换；充分发挥料床粉磨高效粉磨原理，完成对物料的梯度精准粉磨，达到既节能又可靠高效生产合理粒度分布产品的功能。

（4）梯级分选技术为控制手段是低碳分别粉磨工艺的基本特征。梯级分选主要技术路线表现在三个方面：并联多转子技术（可实现改善颗粒分布范围的作用，且可一体化设计，简化流程；但难以实现对物料的多梯级精准控制）、串联多转子技术（将多台切割特征差异化的选粉机串联，以实现对粉磨后物料的多次分选和精准梯级控制）和单转子梯级选粉技术（通过流场方向，切割线速度等参数的梯级设计，实现对物料的连续梯级分选，可简化串联多转子选粉机流程，降低系统总的阻力消耗）。

（5）精准调质实现管磨机功能转变：充分利用现存大量管磨机，但须进一步弱化其粉磨功能；主要发挥混合和调质功能：对分别粉磨的组分进行充分混合、均化，再次研磨调整成品颗粒分布和形貌（调质）；功能转变带来管磨机设计的改变：变频调速、低填充率、低自重（优化壳体和衬板等），降低管磨机能耗。

（6）智能化助力粉磨生产低碳化。粉磨系统智能化，主要表现为：系统装备数字化设计、安装，智能化检测、维护；系统智能化测试分析手段：在线激光粒度分析仪、流量计、在线浓度分析仪、在线荧光分析仪等一系列智能化仪器仪表；结合烧成系统大数据和粉磨系统大数据算法，实现水泥成品颗粒分布等性能的可预测，实现水泥质量的提前控制；发展粉磨系统专家系统。

【一点想法】

    来自混凝土行业的实践和试验，证明了我们的水泥存在很大的优化空间。如果实践“精准粉磨”理念，不仅仅会实现资源的最有效利用，还会带来不可低估的经济效益和社会效益！ 

 

关于第六届中国水泥工业粉磨系统优化改造技术研讨会成果详见2021年第四期《新世纪水泥导报》《推进粉磨技术进步助力水泥工业低碳生产转型——第六届中国水泥工业粉磨系统优化改造技术研讨会综述》一文。