摘要：介紹了以火電廠余熱過飽和蒸汽為動力的超微粉碎技術及設備，該設備為自主開發，利用超音速過飽和蒸汽加速粉煤灰顆粒，使其相互碰撞以達到粉碎的目，達到了高效率，低能耗的技術指標。通過對設備中渦輪選粉機頻率的調節，能制備各種微米尺度的粉煤灰超微粉體。粒度分析和SEM照片顯示，經蒸汽粉碎，能有效的降低低等級粉煤灰平均粒度，而且粒度分布較窄。性能測試結果表明，細化后的低等級粉煤灰的火山灰活性有大幅度提高，并具有一定的減水作用；d(0.5)為10μm左右磨細灰具有最佳的減水效果，各項指標均能達到I級粉煤灰標準。
關鍵字：低等級粉煤灰 蒸汽粉碎 活性指數 需水量比
中圖分類號:TU521.4 文獻標識碼:A
0 前言
粉煤灰是一種活性礦物質資源，具有優良的活性效應，形態效應和微集料效應[1-3]，高品質粉煤灰已成為混凝土必不可少的成分，能顯著提高混凝土的抗侵蝕能力以及耐久性[4-6]。但低等級灰由于活性低、成份復雜、均勻性差，一般作為筑路工程的基層材料和回填材料，并未在混凝土中大規模使用。
低等級粉煤灰所占比例大（70%以上），而且價格低廉，有很大的價值提升空間，開發和利用低等級粉煤灰具有顯著的經濟效益和社會效益。目前研究表明，對粉煤灰進行粉磨，可以有效的提高火山灰活性。但傳統的粉磨方式存在粉磨效率低，能耗高的缺點，因此利用高效低廉的粉磨方式對低等級粉煤灰進行磨細加工，可更有效地拓寬粉煤灰開發和利用渠道。
氣流粉碎是一種利用高速氣流（300～500m/s）的能量使顆粒互相產生沖擊、碰撞和摩擦，從而導致顆粒粉碎的設備[7-10]。氣流粉碎已廣泛應用于化工、農藥、礦產、醫藥、陶瓷、電子、國防、日化、輕工、紡織、冶金、食品等行業，但在水泥基建材方面的應用國內外還鮮有報道。
針對這一現狀，本研究利用自主開發的“以過飽和蒸汽作動力的超細粉體加工設備”為技術裝備，對低等級粉煤灰進行高效低成本粉磨，節能達60%-80%[11]。利用此裝置在超細粉煤灰制備過程中的熱能、動能、機械力化學效應，實現粉體在超細化過程中潛在火山灰活性激發與改性一體化。
1 中試試驗設備簡介
本超細粉體加工設備以節能降耗為基本出發點，以高效率的細化低等級粉煤灰為目的進行設計。 此設備以江油巴蜀電廠的低等級干排F類粉煤灰為主要原料，余熱過飽和蒸汽為主要動力，將粉煤灰加速到超音速，具有了足夠動能的顆粒相互碰撞、摩擦、剪切，從而達到粉碎的效果。
1.1 設備主要構件
此設備工作溫度在250-300℃之間，主要由數控加料系統、高功率換熱器、帶特殊噴嘴的粉碎腔、渦輪選粉機、收塵系統以及負壓風機構成。通過調節渦輪選粉機的選粉頻率（1-60Hz），能達到精確的粉體分級效果，見圖1。
1.2 粉磨流程
由蒸汽－空氣換熱器換熱后的高溫空氣經通風加料管進入粉碎分級裝置和袋式收塵器進行預熱，預熱時間2h左右。待整個系統預熱溫度達到100℃后，開啟粉碎室的蒸汽進口閥，電廠余熱蒸汽壓力為0.3-0.8 MPa，由互成120度夾角的三個超音速噴嘴引入粉碎腔，同時粉煤灰由密封加料裝置經通風加料管送入粉碎室，物料在噴嘴噴匯處沖擊粉碎。采用變頻器控制渦輪分級機、風機轉速；用微機控制螺桿加料機轉速以改變氣固濃度。
在負壓風機的引流作用下，系統內部壓力為-4.2KPa，保證了粉煤灰粉體的流動。
粉磨后的粉煤灰進入渦流分選區，由于受渦輪葉片的高速旋轉產生的旋轉氣流的帶動，被進一步的分散并獲得一定的離心力。如果顆粒的離心力小于氣體拉力，則被帶到收塵器。如果顆粒的離心力大于氣體拉力，則被重新送回粉碎腔內繼續粉碎。此種循環，大大改善了粉磨條件，對所得粉體粒度也有了嚴格的控制。
2 生產工藝
2.1 選粉機頻率對粉碎粒徑的影響
蒸汽壓力0.5MPa時，調節選粉機頻率(1-60Hz)，利用Masterizer2000型激光粒度分析儀（英國馬爾文）測試所得粉體的粒度分布，試驗結果見表1。
通過上述試驗，確定了性價比最高的d(0.5)為10μm左右的磨細粉煤灰的制備工況為：蒸汽壓力0.5MPa，粉機頻率7 Hz。
2.2 產量及蒸汽用量統計
在蒸汽溫度284℃，壓力0.5MPa，粉機頻率7 Hz時，蒸汽用量62.7 kg/h；脈沖噴吹時間9s，系統負壓-4.2KPa，粉煤灰產量為45kg/h。
3 磨細粉煤灰性能分析
3.1粒度分析
圖2為壓力0.5MPa，粉機頻率7 Hz時所制備的磨細粉煤灰的粒度分布對比圖。低等級粉煤灰粉碎前d(0.1)=27.835μm, d(0.5)=97.589μm, d(0.9)=273.697μm,體積平均徑為127.651μm。可以明顯的看出，經過蒸汽粉碎，粉煤灰粒度已經大幅度減小，d(0.5)為9.839（圖2b），而且蒸汽粉碎粒度分布較窄，顆粒的均勻性好，在實際應用中可以方便的進行顆粒間級配。
3.2 SEM形貌分析
從圖3可以看出，原狀低等級粉煤灰多為60μm左右的玻璃子母珠和海綿狀多孔玻璃體，表面粗糙多孔。圖4為蒸汽粉碎后粉煤灰的SEM照片，可以看出所得粉體分散性好，沒有明顯的團聚，而且粒度分布均勻，與粒度分析結果一致。粒度大的玻璃珠和海綿狀多孔玻璃體已經被破壞，但其中的1μm-5μm的粉煤灰微珠得到保留，這些微珠表面光滑，粒徑小，具有更好的形態效應，即能增加漿體流動度，又能充當微集料填充在水泥顆粒的縫隙中，使水化后的漿體更加密實。
3.3 磨細粉煤灰物理性能分析
按GB1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》對粉煤灰活性指數以及需水量比進行測試，粉煤灰摻量為30%，水膠比0.5。
3.3.1 活性指數的測定
試驗結果見表2。
對比各膠砂試塊的3d抗壓強度可以看出，經過蒸汽粉碎，粉煤灰的早期活性有一定提高。特別是FA5里面摻入的是d(0.5)為1.597μm的磨細粉煤灰，其中有28.07%的顆粒粒徑小于1μm，3d抗壓強度達到21.03 MPa，為對比砂漿C的93.1%，比RFA提高68.9%。可見，粉煤灰的超細化有利于粉煤灰早期活性的釋放，顆粒越小，比表面積越大，活性點也越多，可溶性SiO2，Al2O3溶出速率越高。這些超細顆粒能分散在水泥顆粒之間，形成均勻分布超細粉煤灰顆粒的致密體系。
活性指數隨細度的變化規律見圖5。
3.3.2 需水量比的測定
從表3可見，經過粉磨的粉煤灰的減水作用有一定改善，但隨著粉煤灰的細化，將逐漸削弱其減水作用，10μm左右粉煤灰具有最佳的減水作用。這可以從粉煤灰粉碎過程中形貌變化得到解釋：粉碎前，低等級粉煤灰含有大量玻璃子母珠與海綿狀多孔玻璃體，這種結構形狀復雜，表面粗糙多孔，削弱了粉煤灰的滾珠作用，而多孔的結構能吸附大量水分，造成摻原狀灰的砂漿需水量增加；而過度細化造成比表面積增大，浸潤粉體表面所需要的水膜量增加，所以粒度過小的粉煤灰不但不具有減水作用，反而會增加需水量。
4 結論
利用余熱過飽和蒸汽作動力的超微細粉體制備系統加工低等級粉煤灰,效率高，能耗低,可實現粉煤灰的高效化利用。通過對工況的調節，可以根據需要制備各種粒度的超細粉煤灰，粉碎后的低等級粉煤灰活性指數有很大幅度提高。
粉碎后d(0.5)為5-15μm粒度段內的磨細粉煤灰具有一定減水作用，其中，10μm左右的粉煤灰減水效果最好。但過度細化會削弱減水作用。
參考文獻
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