1 粉煤灰的理化特性

粉煤灰是燃煤發電廠排放的工業廢渣。其產生過程可簡述為：原煤經過磨細，用預熱空氣噴入爐膛成懸浮狀態燃燒，其中的不燃物(主要為灰分)在高溫狀態下，經過脫水、分解、氧化等過程變成多孔玻璃體無機氧化物，并逐漸融縮成具有不同密度、形狀和孔隙結構的細小顆粒，最后在引風機的作用下通過除塵器收集，被作為廢渣排放。

粉煤灰屬人工火山灰質材料，其化學組成主要有SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等氧化物，但不同粉煤灰隨其形成過程以及排放冷卻方式不同，含量有很大區別。一般來說，冷卻速度較快時，玻璃體含量較多；反之，玻璃體容易析晶。可見，從物相上講，粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。從顆粒形態上講，粉煤灰通常分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類。在顯微鏡下觀察，渣狀顆粒包括海綿狀玻璃體渣粒、炭粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五種形態。其中結晶體以石英、莫來石、磁鐵礦為主；玻璃體包括光滑的球形體、外形不規則和結構疏松多孔等形狀的玻璃體粒子，未燃盡的炭粒多呈疏松多孔形式。這些形態和理化構成比例的不同，直接影響到粉煤灰的質量。

粉煤灰的物理性質包括密度、堆積密度、細度、比表面積、需水量等，是化學成分及礦物組成的宏觀反映。玻璃體含量多，氧化鐵成分高，其密度越大；含碳多則密度小；其活性主要來自活性SiO2(玻璃體SiO2)和活性Al2O3 (玻璃體Al2O3 )在一定堿性條件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和fCaO(游離氧化鈣)都是活性的有利成分。

粉煤灰鈣含量僅在3%左右，其本身基本沒有水硬膠凝性能，但當以粉狀形態與水作用時，能在常溫與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發生化學反應，生成具有水硬膠凝性能的化合物，因而成為水泥、大型水利樞紐及高速交通工程、泵送混凝土、大體積混凝土制品、高級化工填料等利用的優質資源。用于水泥生產可以節約熟料且改善水泥性能，用作混凝土摻合料也可節約大量水泥和具有減少需水量、改善和易性、增強可泵性以及減少混凝土徐變、水化熱、熱能膨脹性和提高混凝土抗滲能力等優點。我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準（GB/T1596-2005）主要指標見表1。

由表1可見，Ⅰ級粉煤 灰的需水量對原材料和粉磨的要求相當嚴格，因而多數生產企業僅生產Ⅱ級粉煤灰用于水泥和混凝土摻合料。對粉磨而言，傳統的工藝是將粉煤灰原灰或經過分選的粗灰與水泥熟料混合粉磨的方式來生產粉煤灰水泥。這種混合粉磨工藝由于粉煤灰比重輕、粒度小，在磨內會形成料襯而阻礙研磨體對熟料的沖擊和研磨能力，一部分細粉也會在未被充分研磨時就被風力帶出磨機，以致對粉煤灰活性的發揮和水泥的質量都產生影響。有實驗指出：當熟料的組分逐漸變細而粉煤灰組分變粗時，水泥28天強度影響不大，甚至3天強度略有增加，但標準稠度需水量和粉磨電耗呈明顯增加的趨勢，這使水泥的工作性能變差，生產成本增大。因此，粉煤灰與水泥熟料共同粉磨并非理想的工藝，而更適用于單獨粉磨。本文針對單獨粉磨簡述幾種工藝配置及其生產效果，供生產參考。

2 粉煤灰磨細工藝及其選擇

2.1 開流高細磨粉磨工藝

采用開流高細磨磨細粉煤灰，通常可利用水泥磨改造形成高細磨的結構特征，并配用小規格研磨體進行粉磨，粉煤灰經電子秤計量入磨，出磨即為成品，具有工藝簡單，易于操作控制的特點。三倉磨結構的研磨體球徑一般采用：一倉Ф25～50mm，二倉Ф18～25mm小段，三倉Ф8～18mm微段。

這種工藝雖然簡單，有利于操作和節省生產投資，但由于粉煤灰比重輕，入磨粒度小且含有大量細粉，往往容易導致過粉磨使得大部分微珠的原始形貌破壞嚴重，需水量增加，或者使產品研磨時間不足而容易跑粗，細度難以控制，質量不穩定，產品電耗也較大。粉磨Ⅰ級粉煤灰的平均電耗最高可達30～35kWh/t，Ⅱ級灰也達25～30kWh/t左右。

2.2 閉路管磨機粉磨工藝

閉路粉磨工藝對管磨機的要求主要是從倉位、隔倉板結構參數及分選系統進行適當改進。磨機一般設計為兩倉，一倉球徑Ф20～50mm，二倉小段Ф10～20mm。產品細度由選粉機進行控制。工藝流程是：粉煤灰經電子秤計量入磨，出磨半成品經提升機送入選粉機分選，細粉即為成品；粗灰返回磨機與新給料混合再次進行粉磨—分選循環。

該工藝較好地解決了開流工藝的一些不足，但仍存在顆粒形貌破壞嚴重導致產品需水量增加的問題，生產工藝也較之復雜，綜合電耗偏高。

2.3 半終粉磨工藝

半終粉磨是將粉煤灰原灰首先進入選粉機分選，選出的細灰由收塵器收集為成品，粗灰則返回磨機與新給料混合再次進行粉磨—分選循環。該工藝一是能夠最大限度地保持粉煤灰固有的顆粒形貌；二是可以減少過粉磨現象；三是二次分選可以有效地控制成品細度。因而不僅粉磨工況趨好，有利于提高粉磨效率，降低電耗，而且產品需水量也因細度和活性的提高而得以大幅度改善。

實踐表明，半終粉磨對干排粉煤灰和烘干后的濕排粉煤灰都能滿足GB/T1596規定的Ⅰ級粉煤灰指標要求。但對于粒度較大、原料中的合格細粉量較小的粉煤灰，磨前選粉得不償失。

2.4 開流微粉管磨機工藝

開流微粉管磨機是合肥院針對不同粉煤灰的特點和產品性能要求，新開發設計的一種專用于粉煤灰粉磨的磨機。其磨內增設可調整物料流速和控制風速的篩分隔倉板、溢流活化環以及溢流型出口篦板等結構裝置，磨機各倉研磨體全部采用Ф10～30mm鋼段，以降低粗磨倉的沖擊能力，減少對微細顆粒的形貌破壞。應用證明，開流微粉管磨機對提高粉煤灰的研磨效率和產品質量，降低粉磨電耗，都具有顯著效果。開流微粉管磨機工藝視粉煤灰特性不同，可作以下兩種選擇。

2.4.1 先分選再開流粉磨

適用于干排或者經過烘干的濕排粉煤灰。其原灰中≤45μm的含量大多占40%～60% 左右，先分選使這部分成品細粉以原始形貌存在，對改善粉煤灰的需水量、流動性和早期活性有重要貢獻，同時也避免入磨細粉過多形成的料襯對粉磨產生不利影響。因此這種工藝既較多地保留了前述工藝的優點，也很大程度地彌補了產品活性、需水量以及細度控制等方面的不足。

與半終粉磨不同的是，開流微粉管磨機對分選后的粗粉采用開流方式粉磨，出磨物料與磨前分選的細粉在磨尾出料口匯合即為成品，因此，工藝較之更簡單。

2.4.2  直接開流粉磨

即粉煤灰直接用開流微粉管磨機粉磨至要求的細度，適用于粉煤灰原料中≤45μm微粉含量較低的粗灰。此時采用先分選的意義不大，直接入磨更具有工藝流程簡單，操作管理方便，生產消耗低，產品質量高，建設投資少等特點。實際應用表明，這種工藝生產Ⅰ級粉煤灰的綜合電耗≤20kW/t，Ⅱ級粉煤灰的綜合電耗≤15kW/t。對新建生產線或舊磨改造都顯得經濟適用。

需要注意的是，由于粉煤灰的特性差別較大，對于個別原料而言，生產Ⅰ級粉煤灰存在需水量超標的問題，仍待深入探討和完善。

3 結束語

綜上所述，粉煤灰磨細工藝要滿足國標規定的Ⅰ級灰要求，首先是產品需水量必須達標，盡可能多地保留粉煤灰中固有的微細玻璃微珠原貌，是確保需水量達標的關鍵。因此，一是需要從原材料的理化組成合理選材；二是選擇合適的磨細工藝，以采用半終粉磨工藝和先分選再由開流微粉管磨機粉磨的工藝為宜。對于Ⅱ級灰的生產，產品需水量相對容易達到，重點是確保粉磨的細度指標。建議采用開流微粉管磨機直接粉磨的工藝，對簡化操作，降低生產消耗和節省建設投資都具有很大的經濟性。

目前，半終粉磨工藝和開流微粉管磨機工藝已廣泛用于國標規定的Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰生產，不同磨機的運行效果為：江蘇揚中某電廠Ф2.2×7.5m磨機Ⅱ級粉煤灰產量23t/h，唐山某電廠Ф2.2×11m磨機Ⅰ級粉煤灰產量30t/h，遼寧某水泥廠Ф3.2×13m磨機Ⅰ級粉煤灰產量80t/h，安徽六安某膠凝材料廠Ф3.2×14m生產比表面積500m2/kg、550m2/kg、600m2/kg的粉煤灰產量分別為65t/h、45t/h、36t/h。均取得良好的技術經濟效益。