CN107074652A

CN107074652A - 研磨水泥熟料的方法

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Publication number: CN107074652A
Application number: CN201580041725.8A
Authority: CN
Inventors: W.迪内曼; G.潘戴; D.罗萨尼
Original assignee: Heidelberger Zement AG
Current assignee: Heidelberg Materials AG
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-08-18
Also published as: MA39737A1; CA2956335A1; EP2980036A1; TR201809521T4; AU2015295865A1; MA39737B1; ES2673151T3; PL2980036T3; WO2016015832A1; US20180208506A1; EA201790278A1; EP2980036B1

Abstract

研磨包括具有不同可磨性的至少两种熟料相的水泥熟料的方法，包括以下步骤：‑ 将所述水泥熟料（100）供给至第一研磨阶段；‑ 在所述第一研磨阶段中研磨所述水泥熟料（100），其中，研磨功率和研磨时间的设置允许将较易于研磨的相研磨至预定的最大粒度，而较难以研磨的相维持大于所述预定的最大粒度的粒度；‑ 将第一磨机（101）的输出转移至第一分离器（102），所述第一分离器（102）将所述输出分成具有所述预定的最大粒度的第一部分（103）和具有更大的粒度的第二部分（200）；‑ 将具有更大的粒度的所述第二部分（200）转移至第二研磨阶段，以及‑ 在所述第二研磨阶段中将具有更大的粒度的所述第二部分（200）研磨至小于所述预定的最大粒度的最终的最大粒度。

Description

研磨水泥熟料的方法

本发明涉及一种研磨包括具有不同可磨性的至少两种熟料相（clinker phase）的水泥熟料的方法。

大量的水泥是在生产不同尺寸的熟料结块的窑中制造的。通常，结块被供给到磨机中以便研磨成具有所期望的细度的水泥。几种磨机类型是已知的，最常用的磨机是辊磨机和球磨机。研磨或碾磨是需要相当大的能量的步骤。因此，已进行了许多尝试来优化磨机和/或研磨过程。还已知添加研磨添加剂。

CN1410379 A描述了一种用于利用串联级联的磨机来制备高级水泥的过程，其中，两个或更多个开环或闭环的磨机系统被串联连接，并且它们中的每一个根据细度和比表面积的需求进行控制。复制该文献的图1作为图1。它示出了离开第一磨机的所有材料进入第二磨机。JP 2004-188368 A中示出了一种类似的方法。对于包含具有不同可磨性的相的熟料，该方法提供了较易于研磨的相比较难以研磨的相具有更高的细度。由于高含量的精细材料，磨机经常不能理想地操作。

DE 195 14 971说明了一种用于特别是由水泥熟料来高效节能地生产精细材料的方法，该方法包括：（a）将预研磨阶段的输出调整到预研磨回路中的最大可允许粒度（particle size）；（b）将材料与精细研磨阶段的输出混合；（c）将混合物供给到空气分级阶段中，以分离粗粒部分和细粒部分；（d）输送用于在精细研磨阶段中后研磨的粗粒部分；以及（e）排出细粒部分作为成品。可选地，细粒部分经历第二分级，得到最终产品和较粗的产品，由此将该较粗的产品与精细研磨阶段的输出和来自空气分级的细材料的混合物一起再循环到精细研磨阶段中。该装置在图2中描绘。该方法是复杂的，并且需要非常大的空气分级阶段以应付预研磨阶段和精细研磨阶段的组合输出。WO 2009/043510 A2中描述了一种类似的过程。

US 4,690,335 A、US 4,783,012 A和US 5,110,056 A提出使用作为第一阶段的辊磨机、筛分器和第二下游磨机来优化两阶段的研磨方法。由辊磨机产生的砂砾以一定比例返回到辊磨机，以维持组合的新鲜材料和砂砾的填充水平基本上恒定。

在US 2012/012034 A1中，例如波特兰水泥和包括大量硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）和/或四钙铝氧化物（C4AF）的其他水泥之类的水硬水泥的粒度优化成与类似化学成分的水泥相比具有增加的反应性，和/或与类似细度的水泥相比具有降低的水需求。为此，描述了允许防止过度研磨的各种研磨布置。

根据其摘要，JP H03-112837 A描述了一种方法，其使得能够通过如下方式由一种熟料来生产具有不同组成的两种水泥，即：通过首先粉碎熟料，将粉碎的水泥熟料分级成细熟料和粗熟料，并且各别地使熟料二次破碎，以获得不同种类的水泥产品。

仍然没有解决的问题是研磨包括不同可磨性的相的熟料。对于本发明，熟料相表示熟料的组分，如贝利特、ye'elimite等。熟料相通常不是纯矿物，而是包含不同量的异质离子，如在技术材料中典型的。例如，Al可以部分地或甚至主要地被Fe替代。不同可磨性的问题在较难以研磨的熟料相具有较小的反应性并且期望更精细的情况下是尖锐的。一个这样的示例是贝利特-硫铝酸钙（BC）熟料，例如参见US 2011/0073013 A1和US 2012/0085265A1，以及新开发的贝利特-硫铝酸钙-ternesite（BCT）熟料，例如参见WO 2013/023731 A2、WO 2013/023728 A2和WO 2013/023729 A2。这些水泥包括硫铝酸钙或者ye'elimite和贝利特作为主相。ye'elimite易于研磨，并且贝利特难以研磨，但贝利特应具有更高的细度以提供所期望的水力反应性。

对于研磨波特兰熟料和其他水泥成分，例如石灰石或高炉矿渣，也出现类似的问题。在这种情况下应用的解决方案是各别研磨组分，但这无法应用于BC和BCT熟料，因为熟料相作为混合物从窑中出来。已知的方法不能获得贝利特的完全反应性，或者ye'elimite被磨得比所期望的更细。这不仅需要能量，而且对水泥浆的和易性而言也是有问题的。精细材料增加了水的需求，但更多的水又降低了硬化浆料的机械性能。因此，必须添加化学外加剂来调整和易性，这是昂贵的并且不总是足以令人满意地解决问题。

令人惊讶的是，通过以两个步骤来研磨熟料，可以发现一种解决方案，其中，易于研磨的熟料相在第一磨机中被研磨至预定的细度，优选为较易于研磨的相的期望的细度，第一磨机的输出被供给到分离器中并被分成细粒部分和粗粒部分，该粗粒部分被转移至第二磨机中并研磨至高于较易于研磨的相的期望的细度的较难以研磨的相的期望的细度，其中，将第二磨机的输出与来自第一分离器的细粒部分结合，以获得水泥。以这种方式，可以基本上与易于研磨的相分开地来研磨难以研磨的熟料相。结果，获得了处于所期望的细度的两种相，避免了不必要的能量消耗和装置磨损，并且水泥不具有不期望的量的过度细的颗粒。在例如砂浆或混凝土的制备期间，在不添加化学外加剂的情况下，水泥显示出浆料的理想反应性和最佳和易性。

因此，上述问题通过一种研磨包括具有不同可磨性的至少两种熟料相的水泥熟料的方法来解决，该方法包括以下步骤：

- 将所述水泥熟料供给至第一研磨阶段；

- 在所述第一研磨阶段中研磨所述水泥熟料，其中，研磨功率和研磨时间的设置允许将较易于研磨的相研磨至预定的最大粒度，而较难以研磨的相维持大于所述预定的最大粒度的粒度；

- 将所述第一研磨阶段的输出转移至第一分离器，所述第一分离器将所述输出分成具有所述预定的最大粒度的第一部分和具有更大的粒度的第二部分；

- 将具有更大的粒度的所述第二部分转移至第二研磨阶段，以及

- 在所述第二研磨阶段中将具有更大的粒度的所述第二部分研磨至小于所述预定的最大粒度的最终的最大粒度。

该问题还通过一种由包括具有不同可磨性的至少两种熟料相的水泥熟料制造水泥的方法来解决，该方法包括如下步骤，即：如前所述地研磨水泥熟料，并将第一部分（具有预定的最大粒度）与第二部分（在第一研磨阶段之后具有较大的粒度，并被研磨至小于预定的最大粒度的最终的最大粒度）结合，以获得水泥。如果来自第一研磨阶段的细粒部分的预定的最大粒度大于该相的期望粒度，则来自第一研磨阶段的细粒部分在混合之前经受第三研磨阶段。

因此，根据本发明，包括分离器的第一研磨阶段被用于使熟料中的一个或多个较易于研磨的相与一个或多个较难以研磨的相分离，所述较难以研磨的相将被研磨得比较易于研磨的相更细。这是一种完全新颖的方法，并且与试图通过使用多于一个研磨阶段来提高研磨效率的现有技术提案完全不同，原因在于，根据本发明，来自第一研磨阶段的较粗颗粒在第二研磨阶段内被研磨至比来自第一研磨阶段的精细材料要高的细度。现有方法旨在以均匀的细度作为最终结果，或单独使用较细的部分。因此，这些方法不适于研磨BC$A(F)或BC$A(F)T熟料，其对较难以研磨的贝利特比对较易于研磨的ye'elimite和ternesite要求更高的细度。本发明的方法首次解决了这个问题。

根据本发明的方法的优选实施例是从属权利要求的主题并且在下文中详细描述。可以添加在下文中描述的另外的步骤/装置中的一个或多个来优化所述方法。

所有的磨机可以是本身已知的任何类型，例如单室或多室的球磨机、中心排出磨机、立式辊磨机、冲击式磨机、锤磨机、辊压机、卧辊磨机（horomill）等。优选的装置是球磨机、辊压机和立式辊磨机。磨机回路以本身已知的方式来构造，以提供预定/期望的细度和吞吐量。具体而言，调整研磨时间、研磨功率及其他参数。

在第一研磨阶段中，重要的是选择磨机和研磨参数，使得将熟料的最/较易于研磨的一个或多个相研磨至比较难以研磨的相的粒度要细的粒度。理想情况下，基本上所有或大部分的最/较易于研磨的相被研磨至预定的粒度，并且基本上所有或大部分的较难以研磨的相保持在较粗的粒度。在第一研磨阶段中，作为磨机的辊磨机、优选为立式辊磨机或辊压机是特别有用的，这是因为它提供了材料的最佳分离。在存在特别软的研磨相时，甚至可以预见到使用破碎机（例如，颚式破碎机、锤式破碎机等）。

在第二研磨阶段中，最重要的目的在于将包括较难以研磨的相的材料研磨至所期望的细度，而不浪费能量或产生具有过小粒度的颗粒。因此，第二研磨阶段应具有确保实现该目的的类型的分离器或磨机。优选地，第二磨机的输出被供给到第二分离器，以分离足够精细的部分，并将需要进一步研磨的部分再循环到第二磨机。对于第二研磨阶段，优选具有分离器的球磨机，该分离器优选为筛分器或空气分级器。

可以使用第三研磨阶段或甚至更多的研磨阶段。这在熟料包括易于研磨的相、难以研磨的相以及具有中间可磨性的一个或多个相的情况下是优选的，其中，每个相需要不同的粒度以获得最佳性能。对用于根据材料的可磨性来分离材料的每个研磨阶段而言，都需要分离器，该分离器将较易于研磨并因此较精细的颗粒与其余的材料分开。附加的研磨阶段还可用于研磨待添加到水泥的附加组分和/或被用于将较易于研磨的相研磨至比在第一研磨阶段中获得的更精细的粒度。

在每个研磨阶段中，可以使用一个、两个或甚至更多个磨机。有利地，每个研磨阶段、并且甚至更优选地每个磨机设有分离器。

分离可以在本身已知的静态分离器、第一代、第二代、第三代的动态分离器、VRM分离器等中进行。

如本身已知的，可以包括分散器（disagglomerator），特别是当使用辊压机时。

可以在研磨之前或在一个或多个研磨阶段中将另外的组分添加到熟料。优选地，将附加的组分添加到具有类似的可磨性或相同的期望细度的熟料相的研磨阶段中。另外的组分可以是硫酸盐载体、填料、辅助胶凝材料，例如飞灰、高炉矿渣、煅烧粘土等。另外的组分当然也可以单独地研磨。

可以在每个特定的研磨阶段处添加特别适合的助磨剂，以提高研磨和分离的效率。助磨剂的期望效果是减少颗粒聚集，从而限制细颗粒非期望地输送到粗粒部分中，并且反之亦然。它们在所述发明中的使用可以改善具有不同尺寸和可磨性的颗粒的分离的锐度，并使得过程甚至更加高效。如果需要，可以使用包括能够改善颗粒性能的化学试剂的助磨剂，例如促进剂、缓凝剂、增塑剂、流化剂、减水剂等，以赋予在每个研磨步骤中产生的颗粒部分附加的性质。

根据本发明的方法提供了一种水泥，其中所述或较难以研磨的相比所述或较易于研磨的相具有更高的细度。该方法基于如下令人惊讶的发现，即：在包含具有不同可磨性的至少两相的熟料中，具有分离器的第一研磨阶段可以使较易于研磨的相基本上完全地与较难以研磨的相分开。转移到第二研磨的非常少量的较易于研磨的相通常是没有问题的。因此，各相可以在很大程度上被分立地研磨至最佳细度，使得获得具有改善的反应性和和易性的水泥。

对特定的熟料相而言所需或期望的细度在本领域中是已知的，并且主要由水泥的预期用途确定。例如，根据Blaine，对于典型的混凝土应用，C$A水泥熟料中包含的贝利特的有用细度范围从3800cm²/g至4000cm²/g，而ye'elimite的细度应当低大约200cm²/g至大约300cm²/g，或在贝利特的细度的60％至70％的范围内。自然地，当针对需要精细水泥的应用时，绝对细度显著更高，而至少细度的绝对差异保持相同，在一些情况下，相对差异保持相同。

获得的水泥可以按照所有已知的方式来进一步处理。通常，它将与化学外加剂和/或添加剂混合，以提供具有定制性质的粘结料。根据本发明获得的水泥可用于制造混凝土、砂浆、建筑化学产品以及用于已知水泥的其他用途。所述过程特别有利于生产具有相同性能、但比使用常规方法来研磨的水泥具有相对低的细度的水泥，以减少设计应用中的水需求或增加和易性。

将参照附图来进一步说明本发明，而不将范围限于所描述的特定实施例。本发明还包括所描述的并且特别是不排斥彼此的优选特征的所有组合。与数值相关的如“大约”、“约”和类似表达的表征意味着包括多达10％的更高和更低的值，优选为包括多达5％的更高和更低的值，并且在任何情况下包括至少多达1％的更高和更低的值，精确值是最优选的值或极限。如果没有另外说明，则以％或份数表示的任何量均以重量计，并且在怀疑是指所涉及的组合物/混合物的总重量的情况下。

在附图中：

图1示出了根据CN 1410379 A的研磨方法；

图2示出了根据DE 195 14 971的研磨过程；

图3示出了根据本发明的研磨过程；

图4示出了根据本发明的第二研磨过程；

图5示出了根据本发明的第三研磨过程。

图1中所示的现有技术的过程通过使用串联连接的两个磨机（mill）来优化研磨。针对每个磨机，设置筛分器（sifter），该筛分器使磨至该阶段中所期望的细度的材料与仍然较粗的材料分离。较粗的材料被再循环至前面的研磨阶段中，较细的材料被转移至后续的研磨阶段。利用这种方法，包括比熟料的至少一个其他相易于研磨的相的熟料将产生如下水泥，即：其中，更易于研磨的相比更难以研磨的相要精细。由于在第二阶段中通常存在大量比所需要精细（finer than necessary）的材料，因此能量消耗高。

图2中所示的改进的现有技术方法优化了能量需求并且基本上避免了研磨至超过所需的细度。由水泥熟料（13）高效节能地生产精细材料包括以下步骤：（a）将预研磨阶段（2）的输出（14）调整到预研磨回路（30、32）中的最大可允许粒度；（b）将材料与精细研磨阶段（6）的输出（16）混合；（c）将混合物供给到空气分级阶段（air classification stage）（7）中，以分离粗粒部分（17）和细粒部分（10）；（d）输送用于在精细研磨阶段（6）中后研磨的粗粒部分（17）；以及（e）排出细粒部分（10）作为成品。然而，这意味着为空气分级器处理大量材料，并且它仍然不允许单独地调整具有不同可磨性的熟料相的细度。

图3中所示的根据本发明的方法原则上使用类似的装置，然而，材料流是不同的。熟料100被供给到第一磨机101。第一磨机101的输出被供给到第一分离器102，该第一分离器102将所述输出分成具有在磨机101之后所期望的粒度的材料103和具有高于对磨机101的输出而言所期望的粒度的粒度的材料200。细材料103包含基本上大部分较易于研磨的相，并且被转移到储存器或混合阶段105。粗材料200包含基本上大部分较难研磨的相，并且被供给到第二磨机201中。在那里，它被研磨到所期望的细度，该细度比材料103的细度要精细。通常，第二分离器202被分配给第二磨机201，使得第二磨机201的输出可以被分成足够细的材料203和再循环到第二磨机201中的材料204。当然，在磨机201提供期望的粒度分布时，将可以在没有分离器202的情况下操作第二磨机201。来自第二磨机201的足够细的材料203与储存器或混合阶段105中的来自第一磨机101的细材料103结合，以提供包括较易于研磨的相的水泥106，该较易于研磨的相与较难以研磨的相相比具有更细的细度。

图4中所示的变体使用附加的单独精磨阶段，其具有第三磨机301、分离器302、返回到磨机301的材料304和输出303，用于在第一研磨阶段之后分离出的易于研磨的相103。在其他方面，该方法与图3中所示的方法没有区别。例如，当较易于研磨的相必须在第一研磨阶段中被研磨至高于最大粒度的所期望的最终粒度以确保相的良好分离时，这是有用的。

图5中所示的另一变体使用单独的研磨阶段来单独研磨其他水泥成分400，例如辅助胶凝材料（例如，飞灰、高炉矿渣、火山灰材料等）和/或石灰石或其他填料和/或硫酸盐载体等。在磨机401中研磨的材料400被供给到分离器402，在那里，足够细的材料403与较粗的材料404分离并输送到成品106，并且仍然粗的材料404被再循环至磨机401中。当然，在磨机401提供期望的粒度分布时，将可以在没有分离器402的情况下操作该磨机。

图3、图4和图5中所示的方法还允许在101、102、201、202、301、302、401和402中的任何一个或多于一个磨机或分离器中添加例如石膏或其他固化调节剂（set regulator）或水泥成分，这取决于所添加的材料的细度和可磨性及其所期望的细度。

根据本发明的方法的益处用贝利特-硫铝酸钙（belite-calciumsulfoaluminate）熟料来展示。该熟料包含两个主相，贝利特和ye'elimite或C₂S和C₄A₃$，在水泥化学符号中缩写氧化物如下：H–H₂O，C–CaO，A–Al₂O₃，F–Fe₂O₃，M–MgO，S–SiO₂以及$–SO₃。当然，所有相都可以包含不同量的异质离子，例如，铝A可以部分地（或甚至主要地）被铁F替代，如在技术产品中常见的。在通过研磨这样的熟料获得的水泥中，贝利特（belite）C₂S主要有助于最终强度，并且ye'elimite C₄A₃$加添加的硫酸盐负责早期水化和强度发展反应。那些相在可磨性方面显著不同。贝利特比ye'elimite更难研磨，但需要更高的细度以提供足够的强度发展，以及如果适用，则提供足够的石灰，以适当地活化添加的辅助胶凝材料/与之反应。

利用如图3中所示的方法来研磨熟料提供基本上全部或大部分的ye'elimite作为相103，并且提供基本上全部或大部分的贝利特作为相200，其中，第一磨机101是辊压机、球磨机或立式磨机。贝利特随后在磨机201中被研磨至所期望的更高细度。混合相103和203提供了如下水泥，即：该水泥包含精细研磨和高反应性的贝利特以及较粗的ye'elimite，使得它不损害和易性（workability）。

附图标记列表：

图1

1 第一筛分器

2 第一磨机

3 第二筛分器

4 第二磨机

图2

1 用于熟料的储存器

2 预研磨机

3 运输装置

4 临时存储

5 斗式输送机

6 细磨机

7 筛分器

10 细粒部分

13 熟料

14 预研磨机的输出

15 体积剂量排放装置

16 细磨机的输出

17 粗粒部分

30 筛分站

32 再循环装置

图3、图4和图5

100 熟料

101 第一磨机

102 第一分离器

103 来自第一磨机的输出的细材料（易于研磨的相）

105 储存器或混合

106 水泥

200 来自第一磨机的输出的粗材料

201 第二磨机

202 第二分离器

203 来自第二磨机的输出的细材料（难以研磨的相）

204 来自第二磨机的输出的粗材料

301 第三磨机

302 第三分离器

303 来自第三磨机的细材料

304 来自第三磨机的粗材料

401 第四磨机

402 第四分离器

403 来自第四磨机的细材料

404 来自第四磨机的粗材料。

Claims

1.研磨包括具有不同可磨性的至少两种熟料相的水泥熟料（100）的方法，包括以下步骤：

- 将所述水泥熟料（100）供给至第一研磨阶段；

- 在所述第一研磨阶段中研磨所述水泥熟料（100），其中，研磨功率和研磨时间的设置允许将较易于研磨的相研磨至预定的最大粒度，而较难以研磨的相维持大于所述预定的最大粒度的粒度；

- 将所述第一研磨阶段的输出转移至第一分离器（102），所述第一分离器（102）将所述输出分成具有所述预定的最大粒度的第一部分（103）和具有更大的粒度的第二部分（200）；

- 将具有更大的粒度的所述第二部分（200）转移至第二研磨阶段，以及

- 在所述第二研磨阶段中将具有更大的粒度的所述第二部分（200）研磨至小于所述预定的最大粒度的最终的最大粒度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二研磨阶段中包括第二分离器（202），来自所述第二研磨阶段的磨机（201）的输出被转移至所述第二分离器（202），并且被分成具有最终所需细度的部分（203）和具有较粗颗粒的部分（204），具有较粗颗粒的所述部分（204）被再循环至第二磨机（201）中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述第一研磨阶段中使用辊压机、球磨机或立式磨机、优选地使用辊压机、立式辊磨机或破碎机作为磨机（101）。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，优选地使用球磨机或立式辊磨机作为所述第二研磨阶段中的磨机（201）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一分离器（102）是筛分器、空气分级器、VRM分离器或者第一代、第二代或第三代的动态分离器。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二分离器（202）是筛分器、空气分级器、VRM分离器或者第一代、第二代或第三代的动态分离器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，使用分散器来使所述输出与所述第一研磨阶段和/或所述第二研磨阶段解聚集。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，具有所述预定的最大粒度的所述第一部分（103）被转移至第三研磨阶段（300）并研磨至所期望的细度。

9.由包括具有不同可磨性的至少两种熟料相的水泥熟料（100）来制造水泥的方法，包括以下步骤：

- 研磨根据权利要求1至8中任一项所述的水泥熟料（100）；

- 在第一研磨阶段之后，将可选地在第三磨机（300）中研磨之后具有预定的最大粒度的第一部分（103）与具有更大粒度的第二部分（203）结合，并在第二研磨阶段中研磨至低于所述预定的最大粒度的最终的最大粒度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述熟料是贝利特-硫铝酸钙熟料或贝利特-硫铝酸钙-ternesite熟料。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在研磨之前、期间或之后添加一种或多种附加的组分。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述附加的组分选自包括如下各项的组，即：硫酸盐载体、优选为石灰石的填料以及辅助胶凝材料，优选为矿渣，例如磨碎的粒状高炉矿渣、灰烬，例如飞灰，以及它们中的两种或更多种的混合物。