处理飞灰的方法及用于其的旋转式研磨机的利记博彩app
【专利说明】处理飞灰的方法及用于其的旋转式研磨机
[0001] 相关申请
[0002] 本申请根据专利法要求2012年10月9日提交的美国申请序号13/647, 838的权 益，其内容通过引用并入本文中。 发明领域
[0003] 本发明涉及用作混凝土生产中的波特兰水泥（Portland cement)的替代物的飞灰 的活化，且更特定地讲，涉及在具有可变大小和形状的介质组合的专用旋转式研磨机中处 理飞灰以减小一种组分的大小，同时避免研磨第二组分，或对于所述第二组分提供表面处 理使得所述研磨机可不同地处理多种组分。
[0004] 发明背景
[0005] 长期以来希望水泥混凝土工业将廉价火山灰尽可能多地置于混凝土混合料中以 使昂贵波特兰水泥的量最少化并且不损失混凝土的任何属性，例如凝固时间、初始强度、最 终硬度和耐久性。具体地讲，目标在于获得用例如飞灰炉渣或其它材料的补充粘结材料尽 可能多地替代波特兰水泥，同时减少或消除波特兰水泥的使用的混凝土。
[0006] 所述目标在于使用比波特兰水泥成本低的材料制造100炉渣品位或更好的混凝 土或1157性能水泥。不考虑火山灰和波特兰水泥的成本，近几年来，已经发现，与波特兰混 凝土相比较，火山灰混凝土具有最佳性能记录，其中火山灰混凝土在硫酸盐侵蚀和碱性硅 反应性（ASR)侵蚀方面胜过波特兰混凝土。
[0007] 应了解，飞灰是火山灰家族的一部分，并且当可用差不多20% F级飞灰或30% C 级飞灰替代波特兰水泥时，在比硅酸盐水泥混凝土少得多的花费下获得非常耐久的高强度 混凝土。
[0008] 具体地讲，如果可以利用粒状高炉炉渣，则发现可用所述粒状高炉炉渣替代 50-80%的波特兰水泥。然而，粒状高炉炉渣并不总是可以得到并且太贵。如果可利用粒状 高炉炉渣，混凝土的强度则接近或等于ASTM C989炉渣品位100,而使用未处理的飞灰火山 灰难以合格达到炉渣品位80。
[0009] 应了解炉渣品位100是指硅酸盐水泥混凝土在7天内达到75%强度，而在28天内 达到95 %强度。
[0010] 因此，重要的是能够加工飞灰火山灰以在等于或优于粒化高炉炉渣的水平上起反 应。
[0011] 为了达到100炉渣品位性能或甚至120炉渣品位性能，第一要求是使F级飞灰的 总体粒度分布降到45微米以下，是指98%或更多的F级飞灰的直径处于45微米以下。最 佳指标是表面积。飞灰火山灰特有的表面积为约〇.695m 2/g。如果可以处理/研磨具有 0. 695m2/g的表面积的火山灰以将其表面积增加到0. 914m2/g，则可获得具有约I. 263m2/g 或更大表面积的100炉渣品位性能或120炉渣品位的火山灰。假定多种飞灰具有不同的表 面积，则必须使表面积从其开始表面积增加最少约38%，但优选从包括添加剂的火山灰的 母体样品增加超过90 %或更高。
[0012] 这用本发明研磨机如何实现将在下文讨论。如将看到的，使用Beckman Coulter SA 3100压缩的氦气/氮气Single Point BET分析器测量的表面积显示在使用本发明的旋 转式研磨机时的显著增加。然而，当在本发明旋转式研磨机中处理火山灰时且当使用ASTM C 989测试来测试石灰石发电站飞灰时，当全部与如下文描述的相同复合添加剂混合时， 0. 693m2/g表面积（SA)的火山灰产生80炉渣品位性能；而0. 914m2/g表面积火山灰产生 100炉渣品位性能且I. 263m2/g表面积火山灰产生120炉渣品位性能。
[0013] 在获得约0. 9m2/g表面积（SA)的粉磨飞灰时，使在飞灰中的粒度或表面积减小 的组分粗糙化以增加其反应性，因此允许更大反应性的火山灰进入混凝土的化学反应。通 常，80微米或更大的未粉磨颗粒不反应，除非将它们粉磨。普遍接受的是，火山灰细度越低 (-45微米），总体火山灰的反应性将越大，同时仍然满足ASTM C618要求。
[0014] 火山灰未粉磨且通常由非球形颗粒和以硅酸铝铁玻璃珠形式的球形颗粒组成。将 要描述的处理减小非球形颗粒的尺寸，而同时使球形颗粒粗糙化。这允许高得多的表面积， 而不降低火山灰的流动能力，并且产生反应性的相伴升高，从不满足80炉渣品位性能的基 值升高到F级飞灰的120品位性能。
[0015] 用于测量f级飞灰的性能为ASTM C618,其通常通过测试20%火山灰到水泥混合 物对50%火山灰到水泥混合物来测量火山灰质活性指数。除非使用本发明方法处理火山 灰，否则未处理的飞灰火山灰通常无法通过80炉渣品位测试要求。
[0016] 据认为粒度越小，反应性越高。此外，如果飞灰可粉磨到45微米以下，则可将材料 空气分级以选择出较细的颗粒。在空气分级过程中，取出过大的颗粒，留下较细的颗粒，以 提供化学反应。然而，由于必须除去较大的颗粒并将其处置掉，所以在材料和能量消耗方 面，存在损耗。因此，将需要能够粉磨所有F级飞灰或火山灰，使得超过90%的F级飞灰或 火山灰在25微米以下，或者如果不能充分地粉磨飞灰，将仍然想要能够活化飞灰表面以能 够制造优质混凝土。
[0017] 尽管在水泥/混凝土工业中的那些已经利用大型辊轧研磨机和球磨机来粉碎火 山灰，但由于仅粉碎火山灰，而没有将其抛光或粉磨，并且因为在这类研磨机中的驻留时间 相当短两者，这些研磨机并不产生活化颗粒。通常，在火山灰的粉碎过程中，驻留时间在3 秒和10秒之间，因为这些类型的研磨机不粉磨颗粒的表面，而是通过火山灰颗粒在其中使 颗粒分裂的肋条或其它突出部分上撞击而将它们分裂开。因此，在特定颗粒的表面上进行 的实际加工极其短暂，因为利用大型球磨机的那些仅设法使较大颗粒分裂，而不是集中在 对具有增加表面积的较小颗粒提供增强的反应性。因此，即使大型球磨机可产生直径在45 微米以下的颗粒，但它们仍然不提供进行待描述的本发明处理的活化颗粒。此外，在所述过 程中投入的化学添加剂帮助活化现在接收的较高表面积的火山灰。
[0018] 简言之，迄今为止所有火山灰研磨集中于破裂颗粒，而不是将它们粉磨或抛光。
【发明内容】
[0019] 为了得到对等于或优于粒状高炉炉渣的水平起作用的火山灰，或甚至为了实现 120炉渣品位性能，专用旋转式研磨机提供表面积增加少至30%到多达90%或更高的活化 飞灰颗粒。同时，将所述飞灰颗粒与石灰共同粉磨，因此将它们用钙涂覆。当所述共同粉磨 的石灰涂覆的研磨加工的飞灰颗粒与未用石灰涂覆的飞灰颗粒在本发明研磨机中在4-10 重量％石灰涂覆的飞灰颗粒下共同粉磨时，可实现100炉渣品位性能。在加入其它添加剂 时，所述性能可增加到120炉渣品位。
[0020] 为了增加未处理的火山灰的表面积，本发明旋转式研磨机采用不同尺寸和形状的 陶瓷介质并在间歇方法中将所述火山灰颗粒的驻留时间增加到30分钟或更久。已经发 现，如果可将初始处理过的材料留在所述研磨机中并且在以0. 695m2/g开始时，粉磨到约 I. 263m2/g或更高的总表面积，则可增加所有颗粒且特别是球形颗粒的表面积。
[0021] 总之，非球形颗粒和球形颗粒两者的表面积可通过粉磨所述非球形颗粒并通过使 所述球体的表面粗糙化而增加。在本发明研磨机中使用陶瓷介质的定制混合物处理两种类 型的颗粒。因此，尽管并未实际上破裂小球形颗粒，本发明研磨机仍然利用所述定制的介质 击打它们，以增加所述小球形颗粒的表面积以使它们活化，而同时将非球形颗粒粉磨到越 来越小的直径，以提供增加并且现在具有反应性的表面积。
[0022] 最后结果是所述火山灰可粉磨和/或粗糙化到0. 914m2/g或更高的表面积，以获 得100或120级炉渣性能。因此，F级飞灰可简单地通过使用本发明研磨机将其研磨到其 中与小于80级炉渣性能的火山灰相对比其具有更大反应性的点而大大增强。
[0023] 在一个实施方案中，当加入少至4%的已经与生石灰以85%火山灰：15%生石灰 的比率共同粉磨的所述加工过的飞灰且随后将所述混合物与火山灰在本发明研磨机中在 具有其它添加剂的情况下共同粉磨时，可获得最少100炉渣品位性能或甚至120炉渣品位 性能。
[0024] 如上所提，在与生石灰添加剂混合时使用本发明旋转式研磨机产生活化颗粒，随 后将其占火山灰重量的4%或更高与火山灰共同粉磨，产生至少100炉渣品位性能。另外， 在加入以粉末形式的高效聚羧酸盐减水剂的情况下，可实现120炉渣品位性能。
[0025] 已经发现，所述聚羧酸盐高效减水剂将以低至0. 1重量％的比率与所述研磨机处 理过的火山灰反应并在仅用所述石灰添加剂、而不用波特兰水泥的情况下仍然为研磨处理 过的F级飞灰提供强度。这指明与现在高表面积的无定形玻璃和粉磨的非球形颗粒的反应 是独特的。
[0026] 此外，在表面上结合的钙和/或现在粉磨的非球形颗粒比正常火山灰反应快得多 地反应。
[0027] 另外，现在可与I. 2m2/g或更高表面积的火山灰一起使用的另一处理是加入少量 具有0. 1-0. 2%的共同粉磨的锂粉的铝酸钙水泥，以在没有石灰添加剂的情况下获得120 炉渣品位性能。所述混合物以2重量％或更少加到研磨机处理过的火山灰中，将表面积增 加到I. 263m2/g，以获得120或更高的炉渣品位。
[0028] 上述全都都通过利用本发明旋转式研磨机利用不同介质的定制混合物以提供多 介质等级而变得可能。在一个实