济南大学陈绍龙

1.概述

我国工业部门每年产出的固体废弃物(俗称:工业废渣)多达十亿吨以上,它不仅耗费了大量资源、能源和人力，而且还要占用大量土地，有的还污染水源、大气，给经济建设和人民生活带来重大危害。在党的十六大会议上，中央明确提出要走新型工业化道路，走“循环经济”的道路，实现由传统工业经济的“资源——产品——污染排放”的线型经济向“资源——产品——再生资源”的循环经济转变，促进人类、资源与环境的和谐统一。“减量、再用、循环”是实现循环经济的重要操作原则，即最大限度地利用进入系统的物质和能量，提高资源利用率，创造再生能源，最大限度地减少污染物排放，提高经济运行质量和效益。

工业固体废弃物按其物理化学性质分为六类：具有潜在水硬性、火山灰性、水硬性、气硬性、惰性和其他类废渣。这六类工业废渣都可以在水泥工业中被再循环利用。利用的方法可以是化学法，也可以是物理法，这个物理法，就是以粉磨为主的方法。以水泥工业为例，工业废渣可以起到三个作用：1、活化效应，加快水泥的反应速度和完全程度；2、填料作用，增加产量，降低生产成本；3、改善水泥或砼的性能，提高强度。这些作用与工业废渣的化学成分和颗粒大小有着直接的关系，尤其是颗粒大小。天然或人工制成的大颗粒工业废渣，反应活性很低。当它们磨制成细粉后，性质就发生了变化，应用价值也得到了提升。

2.物理再循环利用机理

根据粉碎过程机械力学和物理化学理论，物料在粉磨过程中，受到强烈的机械化学作用，颗粒吸收机械能后，比表面积首先发生变化，同时表面能也发生变化。导致内部晶体结构破坏，晶格键能发生变化，其物理化学性质及反应活性也随之发生变化。这些变化的大小,与其被粉磨的程度有着直接的关系,也就是说,粉磨产品的细度对物料性质的变化起主要作用。

用于水泥工业的工业固体废弃物，一般细粉的水化速度比水泥慢得多，经测试表明：颗粒大小在80μm(比表面积300m2/kg)左右时，高炉矿渣水化90天左右才能产生与硅酸盐水泥熟料水化28天时相应的强度；粉煤灰则需150天左右才能达到相应的强度。对上述工业废渣进行粉磨到产品颗粒大小大部分在45μm(比表面积450m2/kg)左右时，扩大了水化反应时的表面积，相应地可以较大幅度地提高它们的水化速度，使它们能在较短时间内产生较高的强度。如：矿渣粉比表面积达到400m2/kg时，28天活性系数达98%，与水泥基本相当；而当矿渣粉比表面积达到或超过600～800m2/kg时，其28天活性系数达114～127%，高于普通细度(350m2/kg)水泥熟料的活性。

在当前的工业固体废弃物的物理再循环利用中，水泥企业一般是将其与其它组份物料按配比一起加到球磨机中共同粉磨，由于各种物料易磨性的差异，当出磨物料达到工艺要求时，其中某些工业废渣组份的细度并没有达到理想的程度。如：粉磨矿渣水泥时，水泥比表面积达到了300m2/kg以上，水泥中的矿渣粉的比表面积只有200～250m2/kg，其水化活性不能在水泥构件或建筑工程中正常发挥。因此，专家们建议：有条件的水泥企业应该采用将矿渣与熟料等其他组份物料分别粉磨，然后再均化合成水泥的工艺流程，矿渣水泥的28天抗压强度可以提高3MPa以上(见表1)。

表1矿渣分别粉磨对水泥质量的影响

水泥粉磨工艺流程物料配比%比表面积(m2/kg)抗压强度(MPa)

熟料矿渣熟料矿渣3d28d

共同粉磨7030351(矿渣水泥)21.957.4

分别粉磨703035035623.161.5

3.粉磨过程技术经济分析

3.1粉磨层次及其产品特点

从提高水化活性的角度讲，混合材磨得越细越好。但是，由于目前设备、技术、经济条件所限，将工业废渣粉磨到什么程度再利用更为有利？还必须通盘考虑。水泥工业中，将粉磨过程分为三个层次：普通粉磨、高细粉磨和超细粉磨。

最常见的是普通粉磨，它是用普通的球磨机将入磨物料粉磨到80μm左右(比表面积300～350m2/kg)；

高细粉磨要求对球磨机结构进行一定的改造，或换成立式磨，将物料颗粒粉磨到50μm左右(比表面积400～600m2/kg)，其粉磨产品也称之为高细粉；

超细粉磨则要求专用的粉磨系统，将粉磨产品粒度全部小于10μm(比表面积600～800m2/kg)，其产品也称之为超细粉。

在普通粉磨的产品中，高细粉约占50～60%，超细粉不足10%；在高细粉中，超细粉约占30～40%。

一般来说，物料在粉磨过程中，粉磨时间越长，出磨产品粒度越细。但是，随着粉磨时间的延长，物料比表面积逐渐增大，其比表面能也增大，因而，微细颗粒相互聚集、结团的趋势也逐渐增强。经过一段时间后，磨内会处于一个“粉磨团聚”的动态平衡过程，达到所谓的“粉磨极限”。在这种状态下，即使再延长粉磨时间，也难以将产品粉磨得更细，有时甚至使产品的表观粒度变粗。同时，磨机产量明显减少、粉磨能耗增加、粉磨效率降低。这种现象在普通粉磨时并不明显，但在超细粉磨中经常出现，也是超细粉磨工艺必须认真解决的技术难点之一。

3.2粉磨层次经济分析

对于水泥企业来说,如果没有单独粉磨,对于少部分易磨性较好的废渣利用是可行的,但大部分废渣利用是不划算的。由于普通粉磨的产品细度，不能充分发挥其活性，做到物尽其用；而超细粉磨生产规模与投资比例太大，超细粉的生产、分级、贮存、装运、使用，都必须特殊技术装备；从“珍惜资源、节约能源、保护环境”的角度看，我们应该积极采用高细粉磨工艺，来单独粉磨工业废渣，才能更有效的利用它们变废为宝。以矿渣高细粉磨与超细粉磨为例的经济指标对比见表2。

表2矿渣粉生产线经济指标对比

粉磨层次粉磨主机生产能力(万t/年)产品比表面积(m2/kg)产品电耗(kwh/t)建厂投资(元/t)维修比率(%)

高细粉磨球磨机10400～45065～7080～1006～8

辊压机30400～45060～70120～1508～10

立式磨30400～45040～45180～2008～10

超细粉磨振动磨5600～650110～150280～30012～15

从表2可以看出，高细粉磨适合于矿渣粉项目的开发，立式磨节电效果好，但一次性投资较大，维修比率(年维修费用/设备总投资)较高；球磨机生产线目前技术、设备配套成熟，特别适合原中、小型水泥企业小规模开发，经济性较好。超细粉磨不仅技术难度较大，而且一次性投资大和维修任务较重，不适合大面积推广。

4.结语

水泥工业是消纳工业固体废弃物的大户，为全面实施循环经济作贡献是企业神圣而光荣的任务。同时也有利于企业保护生态环境、解决资源短缺、节能降耗、优质高产。

利用高细粉磨技术再循环利用工业废弃物，是成熟而有效的途径；也为中小水泥企业适应市场经济和产业结构调整政策，创造了有利条件。