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(shù)及設(shè)備，該設(shè)備為自主開發(fā)，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(shù)指標。通過對設(shè)備中渦輪選粉機頻率的調(diào)節(jié)，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(jīng)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(jié)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(guān)鍵字：低等級粉煤灰 蒸汽粉碎 活性指數(shù) 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(zhì)資源，具有優(yōu)良的活性效應(yīng)，形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)[1-3]，高品質(zhì)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(fù)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(guī)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(fā)和利用低等級粉煤灰具有顯著的經(jīng)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(tǒng)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(fā)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(chǎn)生沖擊、碰撞和摩擦，從而導(dǎo)致顆粒粉碎的設(shè)備[7-10]。氣流粉碎已廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)藥、礦產(chǎn)、醫(yī)藥、陶瓷、電子、國防、日化、輕工、紡織、冶金、食品等行業(yè)，但在水泥基建材方面的應(yīng)用國內(nèi)外還鮮有報道。
針對這一現(xiàn)狀，本研究利用自主開發(fā)的“以過飽和蒸汽作動力的超細粉體加工設(shè)備”為技術(shù)裝備，對低等級粉煤灰進行高效低成本粉磨，節(jié)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(xué)效應(yīng)，實現(xiàn)粉體在超細化過程中潛在火山灰活性激發(fā)與改性一體化。
1 中試試驗設(shè)備簡介
本超細粉體加工設(shè)備以節(jié)能降耗為基本出發(fā)點，以高效率的細化低等級粉煤灰為目的進行設(shè)計。 此設(shè)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(shè)備主要構(gòu)件
此設(shè)備工作溫度在250-300℃之間，主要由數(shù)控加料系統(tǒng)、高功率換熱器、帶特殊噴嘴的粉碎腔、渦輪選粉機、收塵系統(tǒng)以及負壓風(fēng)機構(gòu)成。通過調(diào)節(jié)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(jīng)通風(fēng)加料管進入粉碎分級裝置和袋式收塵器進行預(yù)熱，預(yù)熱時間2h左右。待整個系統(tǒng)預(yù)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(jīng)通風(fēng)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(fēng)機轉(zhuǎn)速；用微機控制螺桿加料機轉(zhuǎn)速以改變氣固濃度。
在負壓風(fēng)機的引流作用下，系統(tǒng)內(nèi)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(qū)，由于受渦輪葉片的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)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(nèi)繼續(xù)粉碎。此種循環(huán)，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(chǎn)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(diào)節(jié)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(jié)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(chǎn)量及蒸汽用量統(tǒng)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(tǒng)負壓-4.2KPa，粉煤灰產(chǎn)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?？梢悦黠@的看出，經(jīng)過蒸汽粉碎，粉煤灰粒度已經(jīng)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(yīng)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(jié)果一致。粒度大的玻璃珠和海綿狀多孔玻璃體已經(jīng)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(tài)效應(yīng)，即能增加漿體流動度，又能充當(dāng)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(shù)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(shù)的測定
試驗結(jié)果見表2。
對比各膠砂試塊的3d抗壓強度可以看出，經(jīng)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%?？梢?，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(shù)隨細度的變化規(guī)律見圖5。
3.3.2 需水量比的測定
從表3可見，經(jīng)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(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，表面粗糙多孔，削弱了粉煤灰的滾珠作用，而多孔的結(jié)構(gòu)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(jié)論
利用余熱過飽和蒸汽作動力的超微細粉體制備系統(tǒng)加工低等級粉煤灰,效率高，能耗低,可實現(xiàn)粉煤灰的高效化利用。通過對工況的調(diào)節(jié)，可以根據(jù)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(shù)有很大幅度提高。
粉碎后d(0.5)為5-15μm粒度段內(nèi)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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