液體助磨劑在礦渣立磨生產中的應用

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合助磨劑上，對適合礦渣單獨粉磨應用的助磨組分尚缺乏系統的研究[1]。近年來，有不少學者在球磨、粉磨和萊歇、宇部LM、川崎以及國產HRM、TRM等系列錐型輥立磨系統中開展了相關技術研究，但由于磨輥與磨盤內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模化應用于伯力鳩斯(Polysius)公司胎型輥立磨粉磨系統中的成功案例很少[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，在不改變粉磨設備和增加投資的條件下提高礦渣粉臺時產量，并使其活性得到充分發揮。

1 生產工藝介紹

鞍鋼綠源公司礦渣粉磨系統為德國伯力鳩斯(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。采用了磨盤驅動形式，磨輥在磨盤的帶動下進行自轉。其中，四個磨輥依次垂直排布于磨盤內、外側軌道上，磨輥直徑2.1 m，磨盤直徑5.1 m，如圖1所示。其生產工藝與其他立磨相似，高爐礦渣(水渣)經由料口、定量給料稱、除鐵器、皮帶機進入磨機。水渣通過入磨溜槽流入到磨盤中心，在磨盤的轉動及攤料板的作用下分別進入內輥、外輥進行碾磨。經過碾磨的物料溢出磨盤，被熱風吹進選粉機開展成品分選工作，

其中合格產品進入到收塵器被收集。最終，收集后的合格物料經由輸送設備進入成品庫進行存放。

助磨劑應用于立磨生產系統中主要是用于提高礦渣粉的臺時產量和活性。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上的生產應用[3]。但是水渣的易磨性較差，當粉磨到一定程度時，細顆粒容易出現粘合效應，進而形成粉團，影響分選效率，對粉磨效率產生一定影響。添加助磨劑能夠有效阻止細小礦渣顆粒在磨機襯板上的粘附作用及團聚效應，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量為主要目的，少數產品兼具活性改善作用，一般分為增強型、增產型、綜合型三類，其特點是具有十分敏感的適應性，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格的磨機其適應性也不同，應根據實際情況調整助磨劑的組分及摻量，使用前必須對助磨劑進行嚴格的適配試驗。

2.1 實驗室試驗結果

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，其化學成分見表1；活性試驗中所用對比水泥為基準水泥；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量及礦渣微粉活性。

表1 礦渣化學成分 w/%

根據礦渣質量系數的計算公式：K=(CaO+MgO+A12O3)/(SiO2+MnO+TiO2)，得到試驗用礦渣的質量系數K=1.65>1.2，且各化學成分的含量符合《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 ℃烘箱內進行烘干，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、活性指標和凝結時間進行測試。檢驗依據：《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?；郀t礦渣粉》、《GB/T 17671—1999 水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》，試驗數據結果見表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，與其成分組成存在一定關聯。同時也可看出，存在部分助磨劑與水渣適配性差現象，其對應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 小型工業試驗結果

小型工業試驗是在小磨試驗的基礎上，進一步驗證小磨初選助磨劑對粉磨工況的適應性。

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，與水渣進行充分混合，避免助磨劑被磨內風帶入選粉機；化驗人員每隔1 h對出磨礦渣粉進行取樣，對綜合樣做全套物理與化學性能測試。值得注意的是，在生產過程中當出磨礦渣粉比表面積高于內控指標時，中控操作員可相應提高磨機臺時產量，并適當調整助磨劑摻量。其中，應根據磨機臺時產量標定助磨劑用量，具體標定公式為：助磨劑每分鐘流量數(mL)=臺時產量×助磨劑摻加比例/(60×助磨劑比重)×1 000。

表3 小型工業試驗結果

表3為綜合樣測試結果，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，其對應的活性指數增長率、產量均有明顯提升效果。其他型號助磨劑產品均出現不同程度的滑料、比表面積下降等不良反應，與磨機工況匹配性較差，甚至部分助磨劑產品出現因高溫揮發而失去作用的現象。

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

表4 礦渣粉空白樣與摻加助磨劑礦渣粉化學成分對比 /%

2.3 生產試驗結果

在前兩項試驗基礎上，為進一步驗證助磨劑在礦渣粉生產過程中小時產量增加的積極作用，開展了礦渣粉助磨劑在線生產試驗，考察臺時產量、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)，待磨機平穩運行后開始滴加?？紤]到磨機添加助磨劑前系統內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運行2 h左右將磨機內剩余的礦渣粉排出，方可確保所測礦渣粉試樣是經過完全改性的，進而提供具參考價值的試驗數據，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，共生產礦渣粉18.65萬t，消耗助磨劑39.9 t，具體測試結果如表6所示。

表6 工業試驗中助磨劑對礦渣粉生產的積極作用

從表6可以看出，添加該助磨劑后磨機臺時產量提高7%以上，礦渣粉7 d活性指數提高5%以上，28 d活性指數提高3%以上，助磨效果有顯著提升，按照企業年設計生產能力計算，每年可增加產量14萬t，可增加收入700萬元，減去助磨劑成本380萬元，創效320萬元。由此可見，助磨劑對于提高礦渣粉產量、降低生產成本、節約能源等環節具有重要的經濟和社會效益。

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一步擴展，導致斷裂面因化學鍵斷裂產生的電荷被助磨劑離子或分子進行中和，進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]，加入礦渣中促進了礦渣顆粒的分散，提高了礦渣粉的流動性，阻止了細小礦渣顆粒在磨機襯板上的粘附作用及團聚效應，從而提高了粉磨效率。

3 結 論

a.GS礦渣微粉專用助磨劑b型與我司水渣原料、立磨系統具有良好適配性，可顯著改善礦渣的易磨性，穩定生產比表面積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，同時可以提高磨機小時產量，降低礦渣粉生產成本，具有顯著經濟效益。