节电、省料、降碳的水泥分别粉磨
在我们不遗余力地绞尽脑汁进行创新的同时，为什么要将“已有成熟的、而且有效的节能措施弃之不用呢？
有一句戏词唱得好：“打了俺旧缸赔新缸，新缸没有俺旧缸光”。今天，我就跟大家唱个反调，不谈创新谈谈用旧，谈谈我们上世纪就有的水泥分别粉磨。
分别粉磨这个概念，在水泥粉磨系统早有应用，是普通开流磨年代的主要增效措施之一。后来，由于选粉机的出现，特别是由于辊压机的出现，直至发展到目前的联合粉磨系统，分别粉磨的光环逐渐被掩盖。
而实际上，选粉机和辊压机与分别粉磨技术并不冲突，它们可以互相叠加使用，在节电（降低电耗）、节料（减少熟料消耗）、降碳（减少碳排放）的情况下，优化水泥的性能。另外，在各组分的易磨性相差很大的情况下，实现对水泥中熟料等各组分的最佳颗粒分布，应该说分别粉磨是目前的最佳选择。分别粉磨可以分别设定和实现水泥各组分的最佳粒度分布,以达到熟料活性的最大利用，实现混合材活性潜能的充分挖掘。
目前，先进国家的水泥厂已经很少再用混合粉磨工艺了，日本的矿渣水泥几乎全部采用了分别粉磨。
分别粉磨不仅能根据各组分的易磨性优化工艺，提高粉磨效率降低电耗；根据各组分的成本和对水泥强度的贡献优化配比，把关键的熟料用在刀刃上，降低熟料消耗；分别粉磨还能根据各组分在不同粒级下的不同特性，设计和控制水泥颗粒级配中各粒级段的组份权重，满足用户对水泥性能的不同要求，这是其他粉磨系统做不到的。
以需水量为例，我们知道，水泥的需水量除与其组份的特性有关外，还与其颗粒级配以及颗粒形状有关，分别粉磨的优势之一，就是能方便的调节颗粒级配；水泥中的微粉既由于其能增加水泥的流动性降低需水量，又由于其能加快水化速度增大需水量，分别粉磨为我们平衡这一对矛盾创造了条件。
进一步分析就会发现，影响水泥水化速度的主要是熟料组份，只要我们减少熟料的微粉、增加其他惰性混合材（比如石灰石）的微粉，就能满足矛盾双方对降低水泥需水量的要求。
一、分别粉磨对能效、质效的意义
德国的研究表明，在混合粉磨的矿渣水泥中，熟料的特征粒径小于水泥，矿渣的特征粒径大于水泥，石膏的特征粒径远小于水泥；而在分别粉磨的水泥中，在物料组成和比表面积相同的情况下，熟料的特征粒径平均降低了2.0μm，矿渣的特征粒径平均降低了7.5μm。
而所谓“特征粒径”，实际上是“体积平均粒径”的一种近似体现方式，这就是说在同样比表面积的情况下，分别粉磨能将熟料和矿渣磨的更细，这正是我们所期望的。
对于水泥在混凝土中的使用性能来讲，应该说0~80μm的颗粒都是必要的，但对于水泥强度的贡献，则主要是3μm~32μm的熟料颗粒。
熟料颗粒＞32μm就会影响到其水化速度，影响到其活性的发挥，影响到其对水泥强度的贡献，应该尽量控制；＜3μm的颗粒虽能显着提高水泥的早期强度，但会导致水泥的后期强度降低，引起水泥强度的前后不平衡，也是水泥需水量高的原因之一，是应该努力减少的。
另外，由于熟料是水泥配料中成本最高的组分，所以水泥中的其他粒级应该尽量减少对熟料的占用，而由其他成本较低的组分来补足。
用于粉磨水泥的不同组分的易磨性是相差很大的。目前的配料后共同粉磨工艺，对水泥强度起主要贡献的熟料，很难被磨到最佳的细度，造成一定的潜能浪费。而比较易磨的其他组分，又很难做到不产生过粉磨现象，增加了除尘难度，影响磨内通风，产生包球及糊蓖缝，最终是降低了台时和增加了电耗。
对于比熟料更难磨的矿渣，也要求以分别粉磨为好。就普遍采用的共同粉磨工艺，当水泥的比表面积已达到350m2/kg时，矿渣的比表面积一般只能达到230～280m2/kg左右。而矿渣的活性潜力应该磨至450m2/kg以上，才能使矿渣的活性得到充分发挥。
如果对矿渣进行单独粉磨，将其磨至最佳的活性细度，它就发挥出下面的作用：
（1）将矿渣粉磨至最佳活性细度，按配比掺入水泥中拌匀，既可把矿渣的活性发挥到最大，又可优化水泥的最终颗粒级配，提高水泥的性能，或降低熟料的消耗。
（2）磨细的矿渣在混凝土水化时，能够承担起混凝土的填充作用，减小孔隙率，提高密实度。不但能起到矿物减水剂的作用，有利于减小需水量，提高混凝土的流动性和保塑性，而且能提高混凝土的抗渗性、抗冻性，提高抗腐蚀性、减小收缩率。
（3）将矿渣磨细到最佳细度，就能够提高矿渣的掺加量，减小熟料的消耗量。不但能降低水泥的碱度，提高混凝土的抗腐蚀性，而且能降低水泥的早期水化热，减少因水化热对外加剂的消耗，减小混凝土的温度裂缝和温度收缩。
实际上，还有一个没有引起大家重视的问题，选粉机虽然与易磨性关系不大，但其选粉性能与各组分的体积密度和容重相关联。
选粉机的分选原理是按物料的粒径切割分离的，一般讲某台选粉机在某种特定情况下都存在一个切割粒径，小于切割粒径的物料进入成品，大于切割粒径的物料则进入回粉当中，被视为不合格品返回粉磨系统继续研磨。
选粉机对粒径的切割，依赖于气流施予物料的速度、以及选粉机转笼叶片（或导风板）作用于物料的失速回弹，而这两个因素对不同容重的物料其效率是不同的。
对于容重大的熟料，由于其表面积小，获得的速度较小，受到的回弹力较大，通过选粉机转笼的难度就较大；对于容重小的粉煤灰则不同，由于其表面积大，获得的速度较大，受到的回弹力较小，通过选粉机转笼的机会就大。所以同样的选粉机选出的水泥，熟料的粗细和粉煤灰的粗细是不一样的。
所以，如果你采用粉煤灰做混合材，由于粉煤灰与熟料的容重相差较大，选粉机对粉煤灰和熟料的选粉性能就不会“一碗水端平”的。
即使用同一台选粉机，在相同的工况下对两者的切割粒径也是不一样的，其选出的产品中熟料较细，而粉煤灰较粗，就不能够按照我们理想的设计进行不同组分的颗粒级配，这一点也是以分别粉磨为好。
因此，我们要对水泥进行整个颗粒级配的设计，并以此作为生产依据。
二、水泥的颗粒调配试验
现代水泥粉磨系统的高效改进，大都带来了水泥颗粒分布过于集中的问题，导致了水泥使用性能变差，用户对水泥也提出了更高的要求，水泥厂就被迫采取了一些措施：如降低磨内风速，降低闭路循环负荷，向水泥中掺加出磨物料，多台磨分别控制不同的细度再混合入库，甚至将闭路磨改为开路磨等。
上述措施都在一定程度上改善了水泥的使用性能，但却降低了系统的粉磨效率，而分别粉磨却为我们提供了另外一条路径。
分别粉磨不怕颗粒分布集中、不怕选粉效率高，而且选粉效率越高越好，既能改善水泥的使用性能，又能提高系统的粉磨效率。分别粉磨还为调整水泥的最终颗粒分布提供了条件，可以将不同的物料，别粉磨成不同颗粒分布的水泥组分，然后根据设计进行不同的调配组合，生产出完全符合设计需要的颗粒分布的水泥，从而满足不同用户的不同需要——这就是所谓的“水泥颗粒调配法生产工艺”。
天津水泥设计研究院的李鹏儒等曾进行过“颗粒调配法”生产水泥的专题研究，对颗粒分布窄、水泥需水量高、外加剂适应性差的联合粉磨P.O42.5水泥，进行了外掺调配试验。
试验表明，“颗粒调配法”生产水泥，能够在保持甚至提高水泥强度的条件下，有效改善水泥的需水量、改善与外加剂的适应性。
通过对此次试验数据进行分析，可以得到一下结论：
（1）外掺6%的超细石灰石粉和4%的粗矿渣粉调配的水泥，能够在保持水泥较高强度的条件下，有效改善水泥与外加剂的适应性；
（2）外掺5%的超细石灰石粉和5%的粗石灰石粉调配的水泥，其28天抗压强度比同配比的开路磨水泥提高了8.1MPa，同时还获得了较好的外加剂适应性；
（3）在相同的外加剂掺加量条件下，用调配后的水泥配制的C30、C60混凝土，具有塌落度高、塌落度经时损失小的优势，混凝土的工作性能良好。
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作者：贾华平 水泥工艺专家 中国水泥协会高级顾问