韓仲琦

粉體技術(shù)在水泥工業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用

韓仲琦

在水泥生產(chǎn)過程中，從原料采掘到成品出廠都是散體物料的處理過程，因此粉體技術(shù)的發(fā)展與進步對水泥工業(yè)來說有著非常重要的意義。本文介紹了水泥工業(yè)中粉體技術(shù)的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新粉體技術(shù)在水泥工業(yè)中的應(yīng)用情況，同時提出了水泥工業(yè)處置廢棄物對粉體技術(shù)與設(shè)備的需求，這已成為粉體技術(shù)在水泥工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的新進展。

水泥工業(yè)；粉體技術(shù)；廢棄物；資源

1 前言

水泥是由石灰石、粘土類等自然礦物原料，以及工業(yè)廢渣、副產(chǎn)物等，通過熱工工程和粉體工程加工后生成的一種高比表面積且具有膠凝性的粉體物質(zhì)。通過改變原料組分或加工工藝，使產(chǎn)品性能改變，可以得到多品種水泥。

在水泥生產(chǎn)過程中，從原料采掘到成品出廠，都是散體物料的處理過程，成品水泥是一種細粉物料，粒度范圍約在0.1～100μm，從礦山開采的石灰石到水泥產(chǎn)品出廠，破碎比可達10萬比1。一座年產(chǎn)200萬噸水泥的水泥廠，每天在廠內(nèi)約有近萬噸的各種塊狀和粉粒狀物料在“運動”。

水泥制造業(yè)是應(yīng)用粉體技術(shù)的典型工業(yè)，應(yīng)用創(chuàng)新的粉體技術(shù)，一方面可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求，一方面可以節(jié)能減排保護生態(tài)環(huán)境，所以創(chuàng)新的粉體技術(shù)對水泥工業(yè)來說有著非常重要的現(xiàn)實意義。

世界水泥技術(shù)發(fā)展趨勢是以節(jié)能化、資源化、環(huán)境保護為中心，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和高效集約化生產(chǎn)，在保證高質(zhì)量水泥的同時加強水泥生態(tài)化技術(shù)研究與開發(fā)，逐步減少天然資源和天然能源的消耗，并提高廢棄物的再循環(huán)利用水平，最大程度地減少環(huán)境污染和最大限度地接收消納工業(yè)廢棄物及城市垃圾等，達到與生態(tài)環(huán)境和諧共存。節(jié)能減排的創(chuàng)新粉體技術(shù)是水泥工業(yè)生態(tài)化的強有力的技術(shù)支撐。

2 水泥工業(yè)中粉體技術(shù)的主要研究內(nèi)容

2.1 水泥工業(yè)采用的粉體技術(shù)[1]

水泥工業(yè)采用的粉體技術(shù)有粉體取樣方法、顆粒的表征方法、粉體計量與過程檢測技術(shù)、粉體的分散技術(shù)、粉體的分級與分選技術(shù)、粉體力學(xué)知識（料倉設(shè)計）、破碎與粉磨技術(shù)、混合與均化技術(shù)、成球造粒方法、表面改質(zhì)、粉碎機械力化學(xué)的應(yīng)用技術(shù)（超細活化）、固液分離法（過濾）、固氣分離法（收塵）、顆粒的流體輸送(二相流)、粉塵爆炸的防止、粉體故障處理、廢棄物再循環(huán)利用技術(shù)等。

2.2 水泥粉體技術(shù)的主要研究內(nèi)容

（1）粉體性質(zhì)的研究

包括顆粒形態(tài)學(xué)、粉體力學(xué)和顆粒測定技術(shù)。顆粒形態(tài)學(xué)與粉體流動性、水泥強度有很密切的關(guān)系。粉體力學(xué)在料倉設(shè)計方面起著指導(dǎo)作用，是粉體技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用的典范。顆粒測定技術(shù)主要研究的是顆粒表征方法與聯(lián)機在線的測定問題，如可信度高的在線流量和質(zhì)量計測裝置，以指導(dǎo)水泥廠粉碎作業(yè)的正確操作。

（2）粉碎有效能的研究

一個多世紀以來，在破碎原理上著重研究固體物料的碎裂規(guī)律及其功能，隨著現(xiàn)代水泥工業(yè)的發(fā)展，在20世紀60、70年代出現(xiàn)了設(shè)備大型化的熱潮，進入80年代以后，由于世界能源緊缺，推進了“預(yù)粉磨”、“多碎少磨”等節(jié)能工藝及新型節(jié)能設(shè)備的發(fā)展，隨著高新技術(shù)的發(fā)展和礦物加工工業(yè)的精細化，水泥產(chǎn)品中的超細水泥也引起了人們重視。此外破碎原理的研究向多學(xué)科多領(lǐng)域和交叉學(xué)科方面拓展，從而推進了破碎原理不再停留在粉碎物理學(xué)和粉碎功耗方面，出現(xiàn)了粉碎動力學(xué)、粉碎物理化學(xué)、粉碎機構(gòu)學(xué)等新的領(lǐng)域，破碎工藝也出現(xiàn)了多樣化。

粉碎有效能的研究對水泥廠的節(jié)能來說相當重要，水泥生產(chǎn)粉磨工序的耗電量約為水泥制備全部耗電量的70%，為了最大限度地節(jié)能和加工出符合要求的產(chǎn)品，必須研究粉碎節(jié)能的機理、開發(fā)更有效的粉磨技術(shù)和設(shè)備。粉碎技術(shù)的研究內(nèi)容有三：單一顆粒的粉碎物理學(xué)、粉碎工藝的系統(tǒng)工程以及粉碎的機械力化學(xué)。在三大粉碎理論的基礎(chǔ)上，料床粉碎機理的研究近年來在水泥工業(yè)得到了重視，同時由于對粉碎機械力化學(xué)的深入研究，促進了超細粉碎工藝的發(fā)展。

（3）計量、給料與輸送

在生產(chǎn)過程中，計量裝置的重要性是不言而喻的。水泥廠主要使用的計量設(shè)備有皮帶秤、沖擊式固體流量計、科力奧里粉料計量秤、轉(zhuǎn)子計量秤、環(huán)狀天平式計量秤等，往往計量設(shè)備也是給料裝置，在粉體工程中是過程的執(zhí)行機構(gòu)，稱為操作端。

一般水泥廠粉體物料流動性很差，再加上操作環(huán)境惡化，所以對水泥工業(yè)的計量給料設(shè)備的要求很苛刻，必須可靠性高、再現(xiàn)性好。近年來，由于粉體技術(shù)、光學(xué)、微電子學(xué)和精密儀器的發(fā)展，水泥生產(chǎn)過程流量檢測（分氣體流量和粉粒狀物料流量）的檢測技術(shù)有了很大進步，檢測在線化、自動化、檢測結(jié)果的代表性、可靠性、再現(xiàn)性有了很大發(fā)展，一些新型檢測儀表和裝置對水泥生產(chǎn)的自動化控制起到了很大作用。

減少粉體流動故障和在粉體輸送、計量中實現(xiàn)有效控制的機理及相應(yīng)設(shè)備，是近年來人們努力研究的內(nèi)容。降低氣力的輸送能耗和確保機械輸送的可靠性，都是水泥廠優(yōu)先考慮的粉體技術(shù)。

（4）固氣分離技術(shù)

在粉體工程中，固氣分離有兩種目的，一種是在某種產(chǎn)品生產(chǎn)中或在氣力輸送中，需要把目的物從氣體中分離出來；另一種是為了環(huán)境保護與文明生產(chǎn)的目的，需要收集氣體中的粉塵，這兩種目的在操作中都是一樣的。

水泥粉體技術(shù)的固氣分離，主要研究開發(fā)高溫、高濃度粉塵狀態(tài)下的氣、固分離技術(shù)和設(shè)備，包括過濾介質(zhì)的性能研究（如可實現(xiàn)真正表面過濾的膨體聚四氟乙烯薄膜濾料,燒結(jié)體過濾器等）。在日益嚴格的環(huán)保標準要求下，易實現(xiàn)高分離效率的袋收塵器得到了重視，但由于電、袋收塵器各自的優(yōu)缺點，在收塵器的新設(shè)計觀點指引下，可能出現(xiàn)電、袋合一的高效收塵器并在工業(yè)中得到采用，它集電收塵器和袋收塵器的優(yōu)點于一身，靠靜電作用于濾袋積灰的清除，可實現(xiàn)高氣—布比、低阻力、高分離效率，并且隨著信息化時代的到來，對水泥廠排塵的自動連續(xù)監(jiān)控將逐步實現(xiàn)。

（5）混合與均化

混合是指物料在外力（重力或機械力）作用下，發(fā)生運動速度和方向的改變，使各組分顆粒得以均勻分布的操作過程，這種操作過程又稱均化過程。對水泥原料與生料的混合與均化的目的是為燒結(jié)固化反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件。

新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，即現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵是原料與生料的均化問題。通常采用概率論的原理，對新型干法水泥生產(chǎn)的原料與生料均化設(shè)計進行節(jié)能優(yōu)化，如石灰石預(yù)均化堆場、生料均化庫和大容量水泥筒倉的應(yīng)用研究。

水泥生料的均化水平用CaCO3標準偏差表示，偏差最終通過原料預(yù)均化和生料的均化減少或消除。加強對粉體的混合與均化研究，以提高原料預(yù)均化的均化效果和生料的均化效率（均化前后被均化物料中某組分的標準偏差之比）。

（6）粉體改性[2，6]

水泥粉體的“粉體表面改性”是通過物理法或化學(xué)法使水泥粉體產(chǎn)生物理化學(xué)變化，包括兩方面內(nèi)容，一方面是改變粉體加工工藝性能，以實現(xiàn)通暢的生產(chǎn)工藝過程和節(jié)能減排的目的，如為了防止料倉堵塞、煤粉爆炸等事故，利用粉體界面物性對粉體進行改性，可以取得很好的效果；另一方面是改變水泥產(chǎn)品性能，滿足建筑與施工的需要，如品種水泥與功能水泥的開發(fā)。水泥粉體包括制造水泥的粉粒體原料，還包括生料、燃料煤粉和水泥產(chǎn)品等物料，表面改性在粉體技術(shù)中占有很重要的位置。

現(xiàn)在納米技術(shù)在水泥基材料中的應(yīng)用研究是粉體改性中的熱點問題，也是材料科學(xué)的重要內(nèi)容，已越來越引起人們的重視，但還在探討階段。

近年來采用機械力化學(xué)法，將“無機物—有機物”、“無機物—金屬”、“有機物—金屬”等組合而成精細復(fù)合材料已成為可能，成為超細顆粒與機械科學(xué)的交叉問題，即利用機械方法也可得到納米尺度顆粒，因此可對原有粉體改性或制備出新材料。采用機械力化學(xué)法將水泥原料經(jīng)超細粉磨等處理，使其獲得最佳的機械力活性化效果，從而有利于熟料煅燒。

3 粉體技術(shù)在水泥工業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用[1]

3.1 石灰石礦石的節(jié)能破碎

破碎作業(yè)一般可分為粗碎（出料粒度100～350mm）、中碎（出料粒度20～100mm）和細碎（出料粒度 2～15mm），這在水泥工業(yè)方面是十分明顯的。

水泥工業(yè)常用的破碎機有顎式、旋回式、圓錐式、輥式、反擊式和錘式，但是由于新型干法水泥生產(chǎn)的大型化，破碎設(shè)備也發(fā)生了很大變化，工藝逐步簡化和設(shè)備逐步大型化，現(xiàn)代大型水泥廠石灰石的破碎一般采用大破碎比的錘式破碎機和反擊式破碎機。從礦山采出的礦石塊度取決于開采規(guī)模、采掘方式和礦石結(jié)構(gòu)特性，最大尺寸有時達2m以上；入磨粒度取決于磨機類型和規(guī)格，一般為25～30mm，輥式磨可放大到5～80mm，從原礦破碎到入磨粒度的破碎比約為40～60，以往石灰石常用二段破碎，20世紀70年代以來，國外采用高破碎比(超過40)的破碎機而實現(xiàn)了單段破碎，我國上世紀80年代起進行開發(fā)，現(xiàn)在單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子兩大類單段錘式破碎機可供各種規(guī)模的大型水泥廠采用。

破碎作業(yè)的首要任務(wù)是為礦物加工工業(yè)提供具有一定粒度、粒度組成和充分解離又不過粉碎的加工原料，以利于下一步加工處理和使用。破碎的基本原則是不作不必要的破碎，從粉碎機理上來說，“多破少磨”是合理的。

近年來人們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)代工業(yè)中眾多的粉碎實踐都含有料床粉碎的因素，如顎式破碎機、輥壓機、沖擊磨機、振動磨等，它們的粉碎機理已超過單顆粒粉碎的性質(zhì)，加深研究料床粉碎機理，對于改造舊有的粉碎設(shè)備和粉碎工藝，設(shè)計新型節(jié)能粉碎機具有很大的意義。目前對輥壓機和立式磨的料床粉碎研究較多，實踐證明，在能夠?qū)崿F(xiàn)2～3μm粒度分級的條件下，在多次擠壓料床粉碎條件下，生產(chǎn)微細產(chǎn)品的能耗遠遠低于通常的粉磨工藝。

3.2 水泥原料預(yù)均化

在水泥廠原料制備方面，目前先進技術(shù)水平是礦山采用精確數(shù)字化開采，多品質(zhì)原料搭配，采用γ-射線在線分析儀進行過程控制，實現(xiàn)多種原料的預(yù)混合破碎，采用預(yù)均化堆場。

原料預(yù)均化，就是原料經(jīng)過破碎后的儲存、輸送、再存取的過程，有多種不同的儲取方法，使儲入時成分波動大的原料，至取出時得到成為比較均勻的原料。提高原料預(yù)均化效果的主要措施就是采用各類預(yù)均化堆場。

（1）原料預(yù)均化的作用

a可充分利用成分不均或低品位原料，擴大原料利用范圍；

b進行原料的預(yù)混合，簡化工藝流程；

c有助于獲得成分均勻的生料，以保證熟料煅燒過程的穩(wěn)定，獲得更好的熟料質(zhì)量。

此外，采用原料預(yù)均化堆場，可使水泥廠的生產(chǎn)過程獨立于礦山，避免了礦山開采不穩(wěn)定帶來的干擾等，但主要的作用仍然是原料均齊化，因此使得新型干法水泥技術(shù)得以發(fā)展。

在我國水泥工業(yè)清潔生產(chǎn)評價體系中要求，采用＜48%CaO石灰石配料的比例要達到5%以上，在現(xiàn)代水泥生產(chǎn)中，要求生料CaCO3標準偏差≤±0.2%，所以當生料CaCO3的標準偏差達不到這個要求時，必須設(shè)置預(yù)均化堆場，以便從原料預(yù)均化開始抓緊均化工作，使標準偏差降低到要求以下。但原料的偏差總是存在的，這一偏差受堆場布置及機械設(shè)備的影響，并被帶到下一道的處理工序中。這些偏差最終通過生料的均化減少或消除，在工藝設(shè)計時通常將預(yù)均化堆場和生料均化系統(tǒng)作為一個整體考慮。

（2）均化方式

a人字形堆料（見圖1）；

b波浪形堆料（見圖2）；

c其他方式，如水平層、橫向傾斜層堆料等。

（3）預(yù)均化堆場的形式

分為長形預(yù)均化堆場、圓形預(yù)均化堆場。

長形：設(shè)兩個料堆，一個堆料，另一個取料，相互交替作業(yè)，兩堆料可以平行排列，也可以縱向直線排列。缺點是當換堆時由于料堆的端部效應(yīng)會出現(xiàn)短暫的成分波動，好處是擴建時較簡單，只要加長料堆即可。

圖1 人字形堆料示意圖

圖2 波浪形堆料示意圖

圓形：設(shè)一個圓弧料堆，在料堆的開口處，一端連續(xù)堆料，一端連續(xù)取料。圓形預(yù)均化堆場不存在換堆問題，但不能擴建，且進料皮帶要架空，中心出料口要在地坑中。

（4）堆取料機

現(xiàn)有多種堆取料機，預(yù)均化堆場可以是室內(nèi)的也可以是室外露天的，一般認為人字形堆料與端面取料的形式比較好。

堆料機械有天橋皮帶堆料機、車式懸臂膠帶堆料機和耙式堆料機等。

取料機械主要有橋式刮板取料機與懸臂刮板取料機兩種,前者用于端面取料，后者可端面取料，也可沿著料堆軸線縱向移動取料。此外還有鏈斗取料機，適用于端面或側(cè)面取料，橋式圓盤取料機是近年來發(fā)展起來的新型取料機，適于端面取料。

圖3 所示為可移動懸臂式堆料機，可用于室內(nèi)外的預(yù)均化堆場，圖4為橋式刮板取料機。

（5）影響均化效果的因素

均化效果與均化堆場的形式、堆取料方式、堆取料機特性等有關(guān)，還與預(yù)均化物料成分的波動情況、標準偏差有關(guān)，因此進入堆場的物料成分波動越小，均化效果也越小。另外，計算化學(xué)成分標準偏差時應(yīng)扣除分析偏差。

計算預(yù)均化堆場的均化效果公式如下：

式中：H——均化效果

Sin,Sout——入料、出料成分測定的標準偏差

SA——分析偏差（通過10次以上測定，計算測定的標準偏差）

預(yù)均化堆場的料層數(shù)與標準偏差有一定關(guān)系，但料層數(shù)超過50層時，輸出的標準偏差才會顯著地減少，而隨著料層層數(shù)的增加，均化效果提高得并不明顯，料層數(shù)可介于50～600之間。

精確地計算預(yù)均化堆場的均化效果是不可能的，這是因為料層厚度是不確定的，它受操作系統(tǒng)的運行誤差影響較大，另外堆場的兩個端部由于狀況不同于料堆的其他部分，存在著“端錐效應(yīng)”，對均化效果有顯著的影響。

根據(jù)經(jīng)驗，為了控制或保證預(yù)均化效果，在考慮長期偏差和短期偏差時，均化效果H要控制在3～6。

3.3 生料均化及均化庫

經(jīng)過原料預(yù)均化一般是達不到生料均化度的要求的，必須通過生料均化設(shè)施使生料成分滿足熟料燒成工序的要求。

生料的均化在均化庫內(nèi)進行，生料庫還具有儲存的功能，均化庫雖有多種形式，但根據(jù)粉體的重力流動理論與氣力攪拌混合均化的理論開發(fā)的連續(xù)式均化庫，已逐步代替了機械式倒庫和間接式均化庫。

（1）均化效率

均化效率是表示均化庫性能的重要指標，均化前后被均化物料中某組分的標準偏差之比，就稱為該均化庫的某段時間內(nèi)的均化效率Ht，見公式（2）。

式中：Ht——均化時間為t的均化效率

S0——均化初始狀態(tài)時，被均化物料中某組分含量的標準偏差

St——均化時間為t時，被均化物料中某組分含量的標準偏差

在連續(xù)式均化庫中，實際是以生料碳酸鈣為某組分進行測定的，均化時間是以入庫物料到出庫為一比較基準值而設(shè)定的，這樣考慮的話，各種大型連續(xù)式均化庫均化效率在5～10。

（2）均化庫類型

生料均化庫有間歇式和連續(xù)式兩種，現(xiàn)在一般都采用連續(xù)式。間歇式生料均化庫的進料-充氣攪拌-出料是單獨進行的，因此單位耗氣量大電耗高，但均化效果有保證。然而并非充氣攪拌時間越長就越好，因為當生料充分流態(tài)化以后，隨著充氣時間的延長，生料顆粒按其大小、形狀、比重的差異而發(fā)生離析現(xiàn)象，所以均化效果反而會變差。在一般單位耗氣量情況下，充氣攪拌時間不易超過1h。間歇式生料均化庫適用于中小型生產(chǎn)規(guī)模。

所謂連續(xù)式均化庫，就是在一個生料庫內(nèi)進料和出料同時進行，而且在出料的過程中同時完成均化作業(yè)，所以適合大型現(xiàn)代化水泥廠使用。

實際的生料均化庫是利用壓縮空氣的流化卸料作用，再利用粉體的重力流動的漏斗流，使之產(chǎn)生混合效應(yīng)，既增加了混合效果又減少了電耗。連續(xù)式均化庫的類型很多，如：混合室均化庫（Claudius Peters公司，分為錐形混合室均化庫、柱型混合室均化庫和新型彼得斯混合室均化庫）、帶減壓錐的均化庫、帶中心錐的均化庫（IBAU庫）、多點流式均化庫、可控流均化庫（CF庫）等。圖5所示是倒置圓錐（中心錐）的生料均化庫，圖6所示是丹麥史密斯公司開發(fā)的可控流生料均化庫(CF庫)，這是完全利用料倉“漏斗流”原理開發(fā)的大型生料庫。這兩種形式的均化庫國內(nèi)都有使用。

3.4 高效選粉機

分級一般分為篩分法和流體分級法。篩分是利用顆粒幾何尺寸的不同，借助于具有一定大小孔徑或縫隙的篩面進行的分級，一般僅適用于100μm以上顆粒分級操作，根據(jù)篩面的運動方式可分為固定式和運動式。在水泥廠內(nèi)一般只用回轉(zhuǎn)式圓筒篩或振動篩，因為濕法生產(chǎn)水泥工藝逐漸被淘汰，固定式弧形篩（曲面）已不多見了。

流體分級是按照不同粒徑的顆粒在流體介質(zhì)中受到離心力、重力、慣性力等的作用，產(chǎn)生不同運動軌跡而實現(xiàn)不同粒徑顆粒的分級。流體分級可分為干式分級（氣流分級）與濕式分級（水力分級），在干法水泥生產(chǎn)操作中只用氣流分級。氣流分級可分為兩大類：靜態(tài)分級與動態(tài)分級。最近隨著分級技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了動靜態(tài)組合式高效選粉機，出現(xiàn)了以日本小野田水泥公司開發(fā)的O-Sepa選粉機為代表的第三代選粉機。

3.5 超細選粉機

一般來說使用超細分級裝置必須具備的條件是：

（1）顆粒物料在進入分級裝置前必須高度分散；

（2）分級室內(nèi)應(yīng)有兩個以上的對抗力，第一力有重力、慣性力、離心力等，第二力有物理障礙物、阻力、摩擦力、磁力、靜電力、浮力等；

（3）存在有顆粒特性的差別，如粒徑、形狀、表面性質(zhì)、磁性、靜電性、比重等；

（4）物料的可輸送性；

（5）分細產(chǎn)物的可捕集性。

超細顆粒分級最關(guān)鍵的是顆粒分散，因為超細顆粒在氣相中由于相互之間的碰撞和附著而形成凝聚，這是因為布朗運動、流體速度差、紊流和160dB以上的聲波作用。常采用的氣流分散方法，就是在均勻流場中急劇加速，由于大小兩顆粒之間所受到的作用力不同而使得團聚的顆粒分散，也有利用剪切流場的速度差使粉料分散的，或用與障礙物的沖擊而達到分散的目的。

這里所說的“超細”是相對的概念，一般指亞微米的顆粒，不是嚴格意義上的超細定義。國內(nèi)水泥工業(yè)開發(fā)的TCX型超細選粉機，為蝸殼體結(jié)構(gòu)，分為殼體、導(dǎo)風(fēng)裝置和籠式轉(zhuǎn)子等部分，轉(zhuǎn)子內(nèi)部設(shè)渦流消除裝置，避免了渦流產(chǎn)生，提高了選粉效率，降低了內(nèi)部阻力和磨損，并且轉(zhuǎn)子和殼體間采用迷宮式和氣倉式雙重密封裝置，具有高分散作用的進料口保證物料均勻分散到整個選粉區(qū)。生產(chǎn)超細水泥的產(chǎn)品細度可達800m2/kg以上，平均粒徑2～3μm，最大粒徑＜10μm。

3.6 水泥粒度檢測[3]

（1）水泥細度表征技術(shù)最近發(fā)展很快，主要采用光學(xué)、電學(xué)的原理，實現(xiàn)了光機電一體化，具有測速快、統(tǒng)計精度高的特點，符合現(xiàn)代水泥細度表征在線化的要求，其中激光粒度儀已有20多年的發(fā)展歷史，在生產(chǎn)和科研中得到了廣泛采用。

現(xiàn)在一般采用的是激光衍射法，顆粒越小衍射角越大，粒徑的分布可通過分析透射鏡聚焦面上光環(huán)之間的能量分布而獲得。此外，用專門相機拍攝顆粒形狀的圖像，再用傅立葉轉(zhuǎn)換對圖像進行數(shù)字處理，也可得到粒度分布。激光粒度分布儀的表征范圍可以擴大，如各種定義的平均粒徑、比表面積等。國內(nèi)一些水泥廠已開始采用這種儀器進行水泥產(chǎn)品分析，如Malvern Insitec在線粒徑/細度監(jiān)控系統(tǒng)、Xoptix在線粒徑監(jiān)控系統(tǒng)、法國Cilas粒度測定儀、我國歐美科公司的LS-C(I)激光粒度分布儀等。通過測定水泥磨產(chǎn)品的顆粒組成，可以指導(dǎo)水泥磨生產(chǎn)，建立起粒度分布與強度的關(guān)系，以便達到增產(chǎn)降耗的目的。現(xiàn)代新型激光粒度分布儀均已具有在線測定功能。

（2）高分散、高比表面積測定儀器，隨超細粉體產(chǎn)品的出現(xiàn)而逐步得到了發(fā)展，例如超細水泥一般比表面積達500～1000m2/kg,，細磨礦渣與粉煤灰為400～800m2/kg。由于BET法測定的比表面積不具有與水泥比表面積的可比性，另外低壓透氣法還不普遍，故實用性強、性能好的高分散、高比表面積測定儀器還在發(fā)展中。

（3）在我國的水泥細度測定中，具有國家標準的是篩分法和透氣比表面積法，故今后隨著技術(shù)發(fā)展的需要，要補充水泥粒度分布測定方法和高分散物料比表面積測定方法的標準。

4 水泥工業(yè)處置廢棄物對粉體技術(shù)的需求[4]

4.1 廢棄物的前處理技術(shù)與設(shè)備

（1）磁選和分選設(shè)備

在產(chǎn)業(yè)廢棄物中免不了摻有鐵質(zhì)物質(zhì)，因此高效的磁選設(shè)備是十分必要的。另外要適應(yīng)不同產(chǎn)業(yè)廢棄物的分級分離特性，而出現(xiàn)了對各種分選設(shè)備的需求。利用固體物料本身特性的差異，如比重、色彩、成分等特性把固體顆粒分離分選的技術(shù)，雖然是古典的選礦方法，但隨著廢棄物再循環(huán)利用技術(shù)的發(fā)展而得到了重視和進一步開發(fā)，在廢棄物利用的前處理中回收有用的資源起著重要的作用。在日本已出現(xiàn)用于汽車拆分、廢家電和電子零部件、廢塑料、城市垃圾、粉煤灰、建筑廢棄物等的分級機，在廢棄物的分離分選上表現(xiàn)得非?；钴S。

（2）破碎與壓縮固化設(shè)備

水泥工業(yè)通常使用的破碎設(shè)備是為了石灰石和粘土等的破碎，但廢棄物很復(fù)雜，原有的破碎設(shè)備很可能不能適應(yīng)，現(xiàn)在國外已出現(xiàn)許多產(chǎn)業(yè)廢棄物的破碎設(shè)備，如建筑廢材、粗大垃圾、廢塑料和廢木材用的3輥或4輥強力破碎機，還有針對廢紙、纖維狀廢料和橡膠類廢棄物的破碎機等，新出現(xiàn)的4輥二段式粉碎機，可以把廢棄物破碎到25mm以下，移動式粗大垃圾破碎機使用起來很方便。此外還有用于城市垃圾和產(chǎn)業(yè)廢棄物不燃物的減容及固化的壓縮成形機，這種減容固化機，可以把塑料、城市垃圾等進行壓縮和強力固化，形成有一定外形的代用燃料或再利用原料，這樣處理之后，雜亂且占有很大空間的廢棄物，可以變得整齊且小型化，減少使用空間，使得運輸儲存處理都很方便。

（3）專用移送與給料設(shè)備

當水泥廠使用廢棄物之后，進廠廢棄物的種類和批量差別很大，并存在很大的變化性，因此需要可移動的、靈活操作的廠內(nèi)運輸和給料設(shè)備。國外一些廠家已開發(fā)了這方面的一些裝置，如Aumund集團B&W公司的薩姆森帶式給料機，可以直接從自卸卡車接受物料，然后向前傳送到次級給料器或物料接受點,全套裝置可以是全封閉的或部分封閉，沒有操作時的粉塵污染。

（4）通用設(shè)備

干燥設(shè)備有流化床干燥機、沸騰床干燥機、回轉(zhuǎn)圓筒干燥機，液體物料分離器有過濾機和壓濾機，清堵助流設(shè)備有空氣炮清堵器等，此外還有閥門、泵和風(fēng)機等，這些設(shè)備和裝置都是處置廢棄物必需的，對這些通用設(shè)備的要求是：耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐磨、耐沖擊，有時需要的直徑變化范圍較大。

4.2 污染物監(jiān)測與檢測技術(shù)

所需的監(jiān)測和檢測裝置很多。由于光學(xué)、機電學(xué)、微電子技術(shù)、粉體技術(shù)、儀表制造技術(shù)及計算機技術(shù)的高速發(fā)展，近代檢測技術(shù)和儀表裝置有了很大進步，出現(xiàn)了許多光機電一體化儀器，使得水泥生產(chǎn)控制提高到空前水平。水泥生態(tài)化后，除了一般常規(guī)檢測的顆粒物、SO2、NOx、氟化物、噪音等內(nèi)容外，重要的是對擬采用的廢棄物、生料、水泥、混凝土以及廢水等有害元素和重金屬的檢測，如Sb、As、Be、Cd、Cr、Co、Cu、Sn、Hg、Ni、Pb、Se、Ti、Zn及二惡英類。

5 結(jié)語

由于粉體技術(shù)的進步，相關(guān)科技領(lǐng)域水平的提高，使得水泥生產(chǎn)技術(shù)得到了飛快發(fā)展和進步，然而，由于全球性的人口、資源、環(huán)境矛盾尖銳，中國水泥工業(yè)的現(xiàn)代化面臨嚴峻挑戰(zhàn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟[5]，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，走新型工業(yè)化道路，將繼續(xù)成為下一個五年規(guī)劃的戰(zhàn)略目標，水泥工業(yè)以它得天獨厚的優(yōu)勢，必然成為循環(huán)經(jīng)濟的組成部分。中國水泥工業(yè)現(xiàn)在已開始向生態(tài)化進軍，急需廢棄物預(yù)處理和處理、污染物減排和防治、有害元素和重金屬的檢測與監(jiān)測的各種創(chuàng)新粉體技術(shù)、設(shè)備的支持，這已成為粉體技術(shù)在水泥領(lǐng)域應(yīng)用的新進展。

參考資料：

[1]韓仲琦.水泥和粉體——制備、改性與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2]天津市硅酸鹽學(xué)會天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院.華北地區(qū)硅酸鹽學(xué)會第八屆學(xué)術(shù)技術(shù)交流會論文集[M].北京：中國建材工業(yè)出版社,2005.

[3]盧壽慈.粉體加工技術(shù)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1999.

[4]Yuriko Yamamoto.The Forefront of Cement Production and Industrial Waste Utilization Municipal Waste Utilization System,Eco-Cement Obtaining the Japanese Industrial Standards[J].Cement&Concrete.Japan.2002,Aug.No.666:9-17.

[5]左鐵鏞.加速發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟構(gòu)建節(jié)約型社會[J].中國建材.2005,（10），10-11.

[6]楊南如.一類新的膠凝材料.水泥技術(shù)[J].2004,3:11-14.

Innovation and Application of Powder Technology in Cement Industry

HAN Zhong-qi
(Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co,Ltd.Tianjin,300400,China)

In the cement production process,bulk materials handling are concerned in all processes from raw materials mine to finished products,therefore powder technology development and progress are of great significance for the cement industry.In this paper,main research contents of powder technology and the application of innovative powder technologies in the cement industry are introduced.Also the requirements for powder technology and equipments from the perspective of wastes disposal in cement industry are presented,which becomes the new application of powder technology in cement industry.

Cement industry;Powder technology;Waste;Resource

TQ172.63

A

1001-6171（2011）02-0026-06

2010-09-27； 編輯：沈 穎

韓仲琦（1939-），男，北京人，教授級高級工程師，粉體工程專業(yè)，中國顆粒學(xué)會顆粒制備與處理專業(yè)委員會委員，天津市硅酸鹽學(xué)會常務(wù)副理事長，《中國粉體技術(shù)》雜志編委，政府特貼獲得者。目前研究領(lǐng)域為水泥工業(yè)的綠色技術(shù)。