摘要：介绍了以火电厂余热过饱和蒸汽为动力的超微粉碎技术及设备，该设备为自主开发，利用超音速过饱和蒸汽加速粉煤灰颗粒，使其相互碰撞以达到粉碎的目，达到了高效率，低能耗的技术指标。通过对设备中涡轮选粉机频率的调节，能制备各种微米尺度的粉煤灰超微粉体。粒度分析和SEM照片显示，经蒸汽粉碎，能有效的降低低等级粉煤灰平均粒度，而且粒度分布较窄。性能测试结果表明，细化后的低等级粉煤灰的火山灰活性有大幅度提高，并具有一定的减水作用；d(0.5)为10μm左右磨细灰具有最佳的减水效果，各项指标均能达到I级粉煤灰标准。
关键字：低等级粉煤灰 蒸汽粉碎 活性指数 需水量比
中图分类号:TU521.4 文献标识码:A
0 前言
粉煤灰是一种活性矿物质资源，具有优良的活性效应，形态效应和微集料效应[1-3]，高品质粉煤灰已成为混凝土必不可少的成分，能显著提高混凝土的抗侵蚀能力以及耐久性[4-6]。但低等级灰由于活性低、成份复杂、均匀性差，一般作为筑路工程的基层材料和回填材料，并未在混凝土中大规模使用。
低等级粉煤灰所占比例大（70%以上），而且价格低廉，有很大的价值提升空间，开发和利用低等级粉煤灰具有显著的经济效益和社会效益。目前研究表明，对粉煤灰进行粉磨，可以有效的提高火山灰活性。但传统的粉磨方式存在粉磨效率低，能耗高的缺点，因此利用高效低廉的粉磨方式对低等级粉煤灰进行磨细加工，可更有效地拓宽粉煤灰开发和利用渠道。
气流粉碎是一种利用高速气流（300～500m/s）的能量使颗粒互相产生冲击、碰撞和摩擦，从而导致颗粒粉碎的设备[7-10]。气流粉碎已广泛应用于化工、农药、矿产、医药、陶瓷、电子、国防、日化、轻工、纺织、冶金、食品等行业，但在水泥基建材方面的应用国内外还鲜有报道。
针对这一现状，本研究利用自主开发的“以过饱和蒸汽作动力的超细粉体加工设备”为技术装备，对低等级粉煤灰进行高效低成本粉磨，节能达60%-80%[11]。利用此装置在超细粉煤灰制备过程中的热能、动能、机械力化学效应，实现粉体在超细化过程中潜在火山灰活性激发与改性一体化。
1 中试试验设备简介
本超细粉体加工设备以节能降耗为基本出发点，以高效率的细化低等级粉煤灰为目的进行设计。 此设备以江油巴蜀电厂的低等级干排F类粉煤灰为主要原料，余热过饱和蒸汽为主要动力，将粉煤灰加速到超音速，具有了足够动能的颗粒相互碰撞、摩擦、剪切，从而达到粉碎的效果。
1.1 设备主要构件
此设备工作温度在250-300℃之间，主要由数控加料系统、高功率换热器、带特殊喷嘴的粉碎腔、涡轮选粉机、收尘系统以及负压风机构成。通过调节涡轮选粉机的选粉频率（1-60Hz），能达到精确的粉体分级效果，见图1。
1.2 粉磨流程
由蒸汽－空气换热器换热后的高温空气经通风加料管进入粉碎分级装置和袋式收尘器进行预热，预热时间2h左右。待整个系统预热温度达到100℃后，开启粉碎室的蒸汽进口阀，电厂余热蒸汽压力为0.3-0.8 MPa，由互成120度夹角的三个超音速喷嘴引入粉碎腔，同时粉煤灰由密封加料装置经通风加料管送入粉碎室，物料在喷嘴喷汇处冲击粉碎。采用变频器控制涡轮分级机、风机转速；用微机控制螺杆加料机转速以改变气固浓度。
在负压风机的引流作用下，系统内部压力为-4.2KPa，保证了粉煤灰粉体的流动。
粉磨后的粉煤灰进入涡流分选区，由于受涡轮叶片的高速旋转产生的旋转气流的带动，被进一步的分散并获得一定的离心力。如果颗粒的离心力小于气体拉力，则被带到收尘器。如果颗粒的离心力大于气体拉力，则被重新送回粉碎腔内继续粉碎。此种循环，大大改善了粉磨条件，对所得粉体粒度也有了严格的控制。
2 生产工艺
2.1 选粉机频率对粉碎粒径的影响
蒸汽压力0.5MPa时，调节选粉机频率(1-60Hz)，利用Masterizer2000型激光粒度分析仪（英国马尔文）测试所得粉体的粒度分布，试验结果见表1。
通过上述试验，确定了性价比最高的d(0.5)为10μm左右的磨细粉煤灰的制备工况为：蒸汽压力0.5MPa，粉机频率7 Hz。
2.2 产量及蒸汽用量统计
在蒸汽温度284℃，压力0.5MPa，粉机频率7 Hz时，蒸汽用量62.7 kg/h；脉冲喷吹时间9s，系统负压-4.2KPa，粉煤灰产量为45kg/h。
3 磨细粉煤灰性能分析
3.1粒度分析
图2为压力0.5MPa，粉机频率7 Hz时所制备的磨细粉煤灰的粒度分布对比图。低等级粉煤灰粉碎前d(0.1)=27.835μm, d(0.5)=97.589μm, d(0.9)=273.697μm,体积平均径为127.651μm。可以明显的看出，经过蒸汽粉碎，粉煤灰粒度已经大幅度减小，d(0.5)为9.839（图2b），而且蒸汽粉碎粒度分布较窄，颗粒的均匀性好，在实际应用中可以方便的进行颗粒间级配。
3.2 SEM形貌分析
从图3可以看出，原状低等级粉煤灰多为60μm左右的玻璃子母珠和海绵状多孔玻璃体，表面粗糙多孔。图4为蒸汽粉碎后粉煤灰的SEM照片，可以看出所得粉体分散性好，没有明显的团聚，而且粒度分布均匀，与粒度分析结果一致。粒度大的玻璃珠和海绵状多孔玻璃体已经被破坏，但其中的1μm-5μm的粉煤灰微珠得到保留，这些微珠表面光滑，粒径小，具有更好的形态效应，即能增加浆体流动度，又能充当微集料填充在水泥颗粒的缝隙中，使水化后的浆体更加密实。
3.3 磨细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》对粉煤灰活性指数以及需水量比进行测试，粉煤灰掺量为30%，水胶比0.5。
3.3.1 活性指数的测定
试验结果见表2。
对比各胶砂试块的3d抗压强度可以看出，经过蒸汽粉碎，粉煤灰的早期活性有一定提高。特别是FA5里面掺入的是d(0.5)为1.597μm的磨细粉煤灰，其中有28.07%的颗粒粒径小于1μm，3d抗压强度达到21.03 MPa，为对比砂浆C的93.1%，比RFA提高68.9%。可见，粉煤灰的超细化有利于粉煤灰早期活性的释放，颗粒越小，比表面积越大，活性点也越多，可溶性SiO2，Al2O3溶出速率越高。这些超细颗粒能分散在水泥颗粒之间，形成均匀分布超细粉煤灰颗粒的致密体系。
活性指数随细度的变化规律见图5。
3.3.2 需水量比的测定
从表3可见，经过粉磨的粉煤灰的减水作用有一定改善，但随着粉煤灰的细化，将逐渐削弱其减水作用，10μm左右粉煤灰具有最佳的减水作用。这可以从粉煤灰粉碎过程中形貌变化得到解释：粉碎前，低等级粉煤灰含有大量玻璃子母珠与海绵状多孔玻璃体，这种结构形状复杂，表面粗糙多孔，削弱了粉煤灰的滚珠作用，而多孔的结构能吸附大量水分，造成掺原状灰的砂浆需水量增加；而过度细化造成比表面积增大，浸润粉体表面所需要的水膜量增加，所以粒度过小的粉煤灰不但不具有减水作用，反而会增加需水量。
4 结论
利用余热过饱和蒸汽作动力的超微细粉体制备系统加工低等级粉煤灰,效率高，能耗低,可实现粉煤灰的高效化利用。通过对工况的调节，可以根据需要制备各种粒度的超细粉煤灰，粉碎后的低等级粉煤灰活性指数有很大幅度提高。
粉碎后d(0.5)为5-15μm粒度段内的磨细粉煤灰具有一定减水作用，其中，10μm左右的粉煤灰减水效果最好。但过度细化会削弱减水作用。
参考文献
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