处理飞灰的方法及用于其的旋转式研磨机的制作方法
处理飞灰的方法及用于其的旋转式研磨机的制作方法
【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 施方案中，这还包括以下混合物：1/2圆柱形陶瓷；1/4圆柱 形陶瓷；3/4英寸锥形陶瓷；和8mm珠粒。在另一制剂中，使用5/8英寸圆柱体与3/4英寸 锥体和1/8英寸圆柱体的混合物。已经发现，许多其它介质组合起作用并且实现I. 263m2/ g或更高表面积的驻留时间可从例如1小时降到小于45分钟，因为所述介质与正处理的特 定火山灰相匹配。最后结果是，通过使用本发明研磨机和所述多重介质，可显著地增加总表 面积，从而增加反应性。
[0029] 更特定地讲，已经发现，通过在所述旋转式研磨机中利用这些不同形状因数和尺 寸的介质，可选择性地粉磨并活化非球形火山灰颗粒，同时处理存在的球形颗粒并增加它 们的表面积。因此，通过选择所述介质及其重量以在所述旋转式研磨机内提供定制的混合 物，可选择性地减小一种组分的尺寸，同时避免研磨第二组分；或者供选地可减小一种组分 的尺寸，同时表面处理第二组分。因此，所述研磨机可根据在所述研磨机中的不同介质的混 合物及其构造而不同地处理多种组分。
[0030] 在一个实施方案中，三种不同介质在用于所述研磨机的介质床中共混在一起，使 得在所述研磨机中的火山灰颗粒呆在所述研磨机中且被所述介质中的一些不断地打击并 被其它介质不断地打击。如果在排空所述研磨机之前，让所述研磨机运行30分钟，则首要 地，所述材料在所述研磨机中的驻留时间可延长超出大型辊轧研磨机的典型的一分钟驻留 时间。
[0031] 应了解，上述研磨机为干法加工研磨机且与需要显著操作能量和显著液压和质 量的振动式球磨机完全不同。应注意到，振动式球磨机具有外壳，待粉磨的产物进料到所 述外壳中并且所述外壳具有球和介质的床，所述床坐落在具有两个促使研磨机上下震动的 50-75马力的发动机的振动台上。这些研磨机通常仅可提供10秒的驻留时间，并且即使这 些振动研磨机大大发展，它们也只可提供至多两分钟的驻留时间。如所了解，所述驻留时间 对于提供活化F级飞灰颗粒远远不够并且在试图进一步填塞研磨机时，生产速率损失。此 外，因为振动式球磨机具有巨大的液压系统，所以维修成本是显著的。
[0032] 已经发现，如果可用本发明的小型旋转式研磨机加工飞灰，则可在仅4%的所述加 工的石灰涂覆的飞灰下共同粉磨或共混以实现100炉渣品位性能。在用例如聚羧酸盐高效 减水剂或活化铝酸钙的另外添加剂的情况下，已经发现可定期地实现120炉渣品位性能。
[0033] 如果从由具有约0. 695m2/g的表面积的球形颗粒和非球形颗粒的混合物组成的典 型飞灰开始且如果将所述类型的起始材料加到本发明研磨机中，则所述研磨机用以粉碎小 颗粒或将他们粉磨到25微米或更小，同时选择性地使小球形颗粒的表面粗糙化。这两个独 立过程活化飞灰的单独组分并将组合表面积增加到1.263m 2/g或更高。因此，所述研磨机 可用以粉磨非球形颗粒，同时未破裂小球形硅酸铁铝玻璃珠颗粒，而是在这些颗粒上产生 粗糙化表面，这增加表面积，允许在所述玻璃珠的表面上的反应材料与钙或钙化合物反应。
[0034] 本发明的重要发现是，对于100炉渣品位，起始表面积必须增加最少30%，或者对 于120炉渣品位，起始表面积必须增加最少70 %或更高。注意，各种火山灰可能不同。例如， 在进行的一个测试中，表面积在I. 15m2/g下开始，但当在用添加剂的情况下加工完成时，具 有I. 986m2/g的表面积。
[0035] 因此，本发明的关键在于火山灰的起始表面积必须增加上述百分数，并且这与设 定的比表面积未必有关。这与聚羧酸盐高效减水剂一起引起火山灰质粘结反应，其在不 加入波特兰水泥的情况下在使用如在Jewett Texas的石灰石发电站生产的F级飞灰时获 得某一强度。当炉渣火山灰替代在混凝土混合料中50%至80%的波特兰水泥且具有恰 当的表面积及占活化火山灰4%或更高的石灰添加剂时，可实现波特兰水泥混凝土特有的 1. 5-2小时凝固时间和下文详述的表面积增益。
[0036] 表 1
[0037] .Y丨'灰心飞灰 Mundra飞灰 Utlra tech飞灰 m2/gBET表面积 未加 T 0.695 1.158 0.985 旋转式研磨 0.914 VBM 研磨 0.703 旋转式研磨w/添加剂 1.263 1.986 1318 差別 0.568 0.828 0.333 % 改变 81 72 71.5 33.80
[0038] 现在可以看到，表面积改变越大，用添加剂可越容易地撞击它，从而实现70%以上 的表面积增加。假设添加剂1为与钙添加剂共同粉磨的飞灰，添加剂2包括聚羧酸盐高效减 水剂HRWR，且添加剂3包括与锂预混合的铝酸钙水泥，则仅需要4%的添加剂1和0. 175% 的添加剂2。如果表面积改变小于33%，则加入例如8 %的更多钙添加剂以帮助达到120 级，或者让所述钙添加剂处于4%且得到100级性能。表面积改变越大，可在仅4%的所述 添加剂下，得到120级。
[0039] 同样注意，当使用标准振动式球磨机或本发明旋转式研磨机时，可存在表面积差。 使用相同的起始材料，本发明旋转式研磨机使表面积上移31. 5%，而标准振动式球磨机仅 使表面积上移1. 1%。
[0040] 在提供活化的火山灰颗粒的情况下，可加入纤维以使球体粗糙化并活化非球形飞 灰，从而进一步增加性能。在混凝土中使用聚丙烯纤维是众所周知的。然而，已经发现，对 于处理并化学添加的火山灰使用0. 2重量％的仅1/4英寸长且0. 05mm直径的纤维，可将这 些短纤维与现在的细小火山灰粉末混合料共混以进一步增加混凝土混合料的灰浆组分的 可挠性和抗压强度，因此增加使用所述活化火山灰的混凝土的特殊性质。这样短的纤维通 常不用于混凝土中，因为通常采用1英寸-3英寸的长得多的纤维来增加混凝土的性能。通 常将这些长纤维加到混凝土批料中并在间歇式混合器中混合或投放到用以递送预混混凝 土的转筒式混合器中。
[0041] 在使用专用研磨机和活化火山灰时，将短纤维与处理过的火山灰混合并以粉末递 送给客户，之后将所述粉末与砂子、聚集物、水、波特兰水泥混合，并使用所述混合物来制造 混凝土。通过加入这些纤维，相对于无纤维的样品，实现25%的抗压强度增加。注意，在一 个实施方案中，在所述粉末中的纤维加入比为〇. 2 %。
[0042] 此外，聚羧酸盐高效减水剂除了帮助活化在火山灰中的钙活性之外，其主要用以 降低用于获得在灰浆或混凝土中的流动的水量。当所述聚羧酸盐以很低的量加到所述粉 末中时，另外增加的性质是其降低得到在灰浆/混凝土中的所需坍落度或粘度所需要的水 量。因此，通过利用本发明技术，可制造在其中具有少量水的混凝土。在混凝土中较低的 水-水泥比产生持久性良好的混凝土。所述较好的性能是使最初用水填充的填充孔相反地 用很小的反应性颗粒填充的结果。这产生较高的强度。简言之，固体含量越高，水越不太能 渗透穿过混凝土，因此由于其不渗透性而使如硫酸盐侵蚀和碱性硅酸盐反应性的问题大大 减少。越不可渗透水，使得混凝土越好，所述混凝土将持久，以及具有长期耐久性。
[0043] 总之，提供具有由不同尺寸和形状的介质组分组成的介质床的旋转式研磨机，以 加工火山灰，从而获得至少30%的表面积增加，因此在与未处理的火山灰组合时，具有增加 的活性，以实现100或更好的炉渣品位性能，条件是加入包括共同粉磨的石灰涂覆的火山 灰的添加剂。其它添加剂包括聚羧酸盐HRWR和在一些情况下与锂混合的铝酸钙水泥。增加 的表面积由于定制的介质混合物而由旋转式研磨机提供，所述定制的介质混合物粉磨非球 形颗粒并使无定形玻璃珠的表面粗糙化，因此增加它们的反应性，其中研磨介质对非球形 火山灰和球形火山灰以不同方式操作，即，在一种情况下，粉碎，而在另一情况下，抛光。非 球形粉磨火山灰或球形火山灰的反应性与其它化学添加剂组合使用，以实现100炉渣品位 或更好的性能。
[0044] 附图简沐
[0045] 本发明的这些和其它特征将结合详细说明连同附图一起来更好地理解，其中：
[0046] 图1为用于利用小型旋转式研磨机处理飞灰的方法的方块图；
[0047] 图2为图1的小型旋转式研磨机飞灰示意图，其图示与活化火山灰一起引入粉磨 的飞灰和生石灰；
[0048] 图3为图2的旋转式研磨机的一端的示意图，图示向内突出的混合器肋条，其还可 包括在图案化间隔上的短支柱以帮助研磨机进一步粗糙化并粉磨特殊颗粒并在较短的时 间量内获得表面积增加，还显示出用于活化飞灰的带槽出口；以及
[0049] 图4为图2的旋转式研磨机的横截面图，图示在研磨机底部的多介质装料、流经研 磨机的材料和活化飞灰从研磨机离开的出口。
[0050] 发明详沐
[0051] 参考图1，在一个实施方案中，本发明旋转式研磨机10提供有飞灰火山灰12以及 钙添加剂14和任选的纤维16。所述钙添加剂可为生石灰、消石灰、碳酸钙、甲酸钙或硝酸钙 或者任何载妈化合物。
[0052] 旋转式研磨机10提供干法加工多介质，其中旋转式研磨机具有对于粉磨非球形 飞灰颗粒、抛光球形颗粒和进一步用钙添加剂涂覆飞灰的表面具体定制的介质组合物。产 生共同粉磨的石灰涂覆的火山灰，其可用作进料线20上的添加剂17,添加剂17由其中飞灰 与钙共同粉磨的加合物组成。在一个实施方案中，添加剂17由85 %飞灰和15 %钙产品组 成。
[0053] 所述活化的石灰涂覆的飞灰添加剂以占飞灰重量的4-10%加到第二旋转式研磨 机22中，向第二旋转式研磨机22供应来自供应 源的未加工的飞灰12。应了解，在通过旋转 式研磨机22研磨之后，总表面积增加最少30 %，使得当将旋转式研磨机22的输出物供应到 混合器24并将其与聚集物、波特兰水泥和水混合时，形成具有至少100炉渣性能的混凝土。
[0054] 应了解，有利的是使用旋转式研磨机10的输出物，而没有另外的添加剂，因为飞 灰的总表面积显著增加。
[0055] 然而，为了进一步增加飞灰的反应性，在一个实施方案中，占飞灰重量的 0. 1% -0. 2%的以粉末形式的包含聚羧酸盐高效减水剂的第二添加剂18进一步增加飞灰 的反应性。将所述第二添加剂加到旋转式研磨机22中，其在与飞灰12共同粉磨时提供给 将在24处混合的活化飞灰更好的反应性。
[0056] 应注意到，在旋转式研磨机22中，不是将添加剂2加到添加剂1中，而是可将旋转 式研磨机22的具有添加剂1的输出物供应到共混机26,共混机26共混已经与添加剂1共 同粉磨的飞灰并且将其与添加剂2共混。
[0057] 此外，可以通过提供另一添加剂19,即添加剂3,到旋转式研磨机22中而提供给飞 灰进一步的反应性，其中添加剂3包含具有预混的锂化合物的铝酸钙水泥，在一个实施方 案中，其占飞灰重量的约2%。
[0058] 此外，不是将添加剂3加到旋转式研磨机22中，同样可采用旋转式研磨机22的输 出物，旋转式研磨机22共同粉磨添加剂1和添加剂2及飞灰并将它们在共混机26中与添 加剂3共混。
[0059] 如所图示，旋转式研磨机22的输出物不管是否穿过共混机26都在混合器24中替 代50-80重量％的波特兰水泥，提供差不多120炉渣品位性能。
[0060] 还应该了解，虽然在10和22处显示两个相同的旋转式研磨机，但可再次使用旋转 式研磨机10以共同粉磨先前已经与飞灰一起产生的添加剂1和例如添加剂2和添加剂3 的另外添加剂，而不是必须提供两个单独的旋转式研磨机。
[0061] 上述组合的最后结果是表面积增加最少30%至最大约70%，其中表面积增加提 供利用飞灰作为在混凝土生产中的昂贵波特兰水泥的替代物的能力。
[0062] 关于所述专用研磨机本身，不是利用各种类型的研磨机，例如球磨机、锤磨机、振 动磨矿机、辊磨机或许多其它类型的研磨机，而是本发明的旋转式研磨机完成简单的转筒 设计，其以预定速度旋转且在其内具有如先前所述介质的定制混合物，因此，可装载专用旋 转式研磨机，加工火山灰并使加工的火山灰离开，而不必停止研磨机的转动，只是将其减慢 到适合放空的优化转动。
[0063] 在一个实施方案中，将产品引入开口中，此时启动研磨机并在例如20RPM和40RPM 之间转动。在一个实施方案中，圆筒具有6英尺的直径和10英尺的长度；且在每一端在旋 转轴承上具有软管接头，所述旋转轴承允许转筒转动，同时容许在研磨机仍然转动的同时， 在一侧引入空气并从另一侧排空产物。引入空气以推动研磨产物经由专门的带槽排放板离 开出口。一旦获得了所需的研磨，则根据研磨机的初始装料，花费约10-15分钟来排空研磨 机，此时将其再装载。
[0064] 关于研磨机的介质内含物，介质的混合物在分等和将由研磨机进行的具体加工方 面是重要的。在一个实施方案中，介质的混合物为1/2英寸圆柱体和1/8圆柱体，可向其中 以不同组合加入5/8圆柱体。应注意，如果使用两种介质，例如5/8圆柱体和1/2英寸圆柱 体，则可能必须转动研磨机1小时以得到所需粉磨度。然而，如果还引入1/8圆柱体介质， 粉磨时间则可降到15分钟。注意，在一个实施方案中，研磨机用介质填充其体积的至多二 分之一，而待研磨的产物完成所述填充，达到研磨机体积的约三分之二。
[0065] 已经发现，通过对于目前的陶瓷圆筒使用不同尺寸介质的装料，即在400镑下1英 寸、在400镑下1/4英寸相对于在800镑下1/4或其它尺寸组合，可获得用于加工飞灰的最 佳效率。
[0066] 另外，还发现可实际上减小总材料的总粒度，例如从200微米的上限尺寸和25微 米的平均值减小到75微米的上限尺寸和12微米的平均直径。此外，在燃煤发电厂的燃烧器 中形成的非球面颗粒或不规则形状的炉渣或砂子或熔融颗粒的尺寸减小是显著的。另外， 如上所提，球形无定形玻璃珠颗粒不仅尺寸减小，而且在表面上受到影响，表面积增加。此 外，所有的非球形颗粒和少量球形颗粒（煤胞或例如3000-5000PSI压碎强度的低强度球） 从例如200微米的起始尺寸标称地减小到25微米以下。研磨还允许已经加工以在灰浆中 测试时获得良好流动性的材料与少量在混凝土中使用并以相同方式测试的减水剂混合。
[0067] 简言之，在一个实施方案中，在用上述添加剂进一步处理时通过允许当在炉子中 形成时处于其自然状态的材料在粉磨并暴露于钙和例如特殊羧酸盐的其它混合物时变得 粘结，73%的火山灰的表面积从0. 695m2/g增加到01. 263m2/g，增加了飞灰的反应性。表面 积增加用以加速飞灰的大部分粘结反应并且相对于未粉磨的飞灰、未表面粉磨的球和未用 羧酸盐处理的火山灰，大大增加了总飞灰的活性。
[0068] 此外，已经发现特殊的羧酸盐可活化合适种类的飞灰，即F级飞灰，其由混合粉状 河流盆地煤炭与褐煤或烟煤的共混物产生，之后研磨并在炉子中燃烧以给出粘结性质，而 无需加入波特兰水泥来获得强度。
[0069] 还注意到，所使用的在本质上为陶瓷的特殊介质装料决定花费的处理时间以及研 磨机的旋转速度和介质的装料相对待处理飞灰的装料。
[0070] 应了解，尽管上文描述飞灰火山灰的研磨，但存在受益于本发明的研磨技术的其 它火山灰。例如，当使用相同添加剂进行本发明的研磨方法时，天然混合水泥（pozzolan) 在灰浆/混凝土的性能方面提供相同类型的增加。
[0071] 在另一实施方案中，由石灰石发电厂产生的飞灰火山灰以85重量％的火山灰使 用，向其中加入15重量％的生石灰。将这两种成分置于研磨机中并转动研磨机例如40分 钟，将石灰实际上捣到火山灰的表面中，同时活化火山灰。除了生石灰之外，可使用高疏浚 石灰（high dredging lime)，尽管生石灰似乎提供更好的结果。已经发现，可单独使用火山 灰/生石灰混合物以获得至少100级混凝土。
[0072] 在另一实施方案中，在活化火山灰并将其与生石灰共同粉磨且随后以4%或更高 加到来自单独旋转式研磨机的处理过的火山灰中的情况下，能够用所述混合物替代差不多 60%的波特兰水泥。最后结果是获得活化的火山灰混合物，其以等于或大于粉化高炉炉渣 的水平反应，产生100炉渣品位混凝土。
[0073] 在又一实施方案中，采用大型辊轧机，将火山灰粉磨到至少0. 95m2/g的表面积且 随后以4重量％加到本发明研磨机的输出物中以获得100炉渣品位。随后，使用石灰添加 剂和高效减水剂通过进一步粉磨到I. 2m2/g或更高的总表面积，可达到120炉渣品位。
[0074] 产生120炉渣品位混凝土的另一实例采用具有I. 158m2/g的起始表面积的火山灰 并将其在本发明的研磨机中加工以获得I. 986m2/g表面积，从而在使用ASTM 989标准测试 时获得120炉渣品位。
[0075] 另外，可使用其它添加剂和除了其它添加剂之外的进一步研磨来增加等级到120 炉渣品位混凝土。这些包括使用很少量的铝酸钙水泥或（即）占火山灰重量的2%，将所述 铝酸钙水泥与锂化合物一起粉磨且随后加到火山灰水泥中。注意，在一个实施方案中，所述 锂化合物以占铝酸钙0.1 %或更小粉磨，以促进铝酸钙以及增加任何混凝土结构对碱性氧 化硅反应性的防御，因为已知锂矫正碱性氧化硅反应性或ASR。
[0076] 现在参考图2,专用旋转式研磨机10用多介质装料填充。显示研磨机10具有提供 有端板42和44的中心转筒40,其含有引入入口管46的预粉磨的飞灰。
[0077] 转筒40安装在支撑在框架52上的驱动轮48和50上，其中轮48由发动机54驱 动以通常以20-40RPM的速度旋转所述转筒。
[0078] 如将讨论的，在研磨机中的不同介质用以粉磨非球面的粉磨的飞灰，而同时使球 形颗粒粗糙化而没有将它们粉碎，目的是经由具有旋转管箍60和62的出口管58喷出活化 的飞灰56。
[0079] 将飞灰12引入窗口 13中，其中，在一个实施方案中，研磨机以间歇处理方式操作 以共同粉磨在13处引入的粉磨的飞灰与生石灰14。用于加工预粉磨的飞灰的典型间歇加 工时间通常在45分钟和60分钟之间，此后利用在管道46处的气体压力推动活化的飞灰经 由管道58和管线64离开而将转筒40排空。活化的飞灰，尽管通常具有小于25微米的平 均直径，但更特别地具有大大增加的表面积，例如关于图1所述。
[0080] 参考图3,驱动轮48驱动转筒40,轮50充当惰轮。转筒40的内部有许多向内突 出到内部转筒40的肋条70。还画出了具有活化飞灰经过的槽72的带槽末端离开板71，其 中这些槽提供用于活化飞灰的过滤器。
[0081] 参考图4,显示转筒40具有带槽板71，带槽板71经由端板42和44与输入充气间 74和输出充气间76联通。
[0082] 转筒40用在此在80处显示的陶瓷介质的定制装料预装载，所述定制装料包括不 同尺寸的陶瓷介质82和84。其制剂决定粉磨如在86处图示的引入转筒40中的飞灰的量 且如在88处所图示，其占据转筒40体积的至少三分之一。
[0083] 在一个实施方案中，当预粉磨的 飞灰已经通过本发明的小型旋转研磨机粉磨45 分钟时，活化飞灰88经由在离开板71中的槽42喷出。
[0084] 关于所述多介质的成分，如上指示，可定制所述制剂。例如，所述介质的配方可包 括1/2英寸圆柱形陶瓷介质、1/4英寸圆柱形陶瓷介质、3/4英寸锥形陶瓷介质和8毫米珠 粒。同样如上所述，在另一制剂中，可使用5/8英寸圆柱体与3/4英寸锥体和1/8英寸圆柱 体的混合物，应理解存在可与不同类型的飞灰和不同驻留时间组合使用的许多不同介质组 合。
[0085] 例如，根据介质制剂，可将驻留时间从例如1小时降低到小于45分钟，其中所述介 质与处理的火山灰或飞灰相匹配。
[0086] 因此，本发明的研磨机可根据在研磨机中的介质的混合物及研磨机构造而不同地 处理多种组分。关于处理预粉磨的飞灰以提供活化飞灰，特别的是，与球形珠粒相对比，不 同构造的介质在非球面粉碎飞灰上不同地作用。在非球面飞灰颗粒的情况下，将它们进一 步粉磨，而不使任何球形飞灰颗粒开裂或磨碎。另一方面，将球形玻璃珠抛光以使所述表面 粗糙。在两种情况下，飞灰颗粒的表面积都增加。因此，对于非球形颗粒，表面积增加通过 粉磨进行，而对于玻璃珠，表面积增加通过使珠粒表面粗糙化提供。
[0087] 最后结果是，通过使用专用的小型旋转式研磨机，可显著增加预粉磨的飞灰的表 面积，以将其充分活化，从而在将其用以替代用于形成混凝土的一些波特兰水泥时提供 100-120炉渣品位性能。
[0088] 尽管已经结合这多个图的优选实施方案描述了本发明，但应理解，可使用其它类 似的实施方案或者可对所述实施方案进行修改或添加，以便执行本发明的相同功能，而不 偏离本发明。因此，本发明不应该限于任何单个实施方案，而应该在根据随附权利要求书的 叙述的广度和范围上加以解释。
【主权项】
1. 一种用于处理飞灰以可将其用作在混凝土生产中的波特兰水泥的替代物的方法，所 述方法包括以下步骤： 在具有可变尺寸和形状的介质的旋转式研磨机中粉磨具有至少两种组分的飞灰，因此 所述研磨机增加所述飞灰的所述两种不同组分的表面积以提供活化飞灰。2. 如权利要求1所述的方法，其中所述飞灰的第一组分包括非球形颗粒且其中所述飞 灰的第二组分包括球形组分。3. 如权利要求2所述的方法，其中所述可变大小和形状的介质减小所述飞灰的非球形 组分的尺寸，同时抛光所述飞灰的球形组分的表面，因此增加两种组分的表面积。4. 如权利要求3所述的方法，其中所述研磨加工的飞灰的总表面积增加至少30%，因 此使得所述飞灰更具反应性。5. 如权利要求1所述的方法，其中所述旋转式研磨机共同粉磨钙与所述飞灰组分。6. 如权利要求5所述的方法，其中所述钙包括生石灰、消石灰、碳酸钙、甲酸钙和硝酸 钙或相关钙化合物中的至少一种。7. 如权利要求5所述的方法，其中所述旋转式研磨机的输出物包括与飞灰共同粉磨以 产生钙涂覆的飞灰颗粒的钙。8. 如权利要求7所述的方法，其中所述共同粉磨的钙涂覆的飞灰颗粒在随后的共同粉 磨步骤中与飞灰共同粉磨，其中所述共同粉磨的钙涂覆的飞灰以占飞灰重量的4% -10% 加入。9. 如权利要求8所述的方法，其中所述随后共同粉磨步骤的输出物产生具有增加至少 30%的表面积的共同粉磨的产物，从而形成活化飞灰。10. 如权利要求9所述的方法，并且还包括在混凝土生产中用所述活化飞灰替代50-80 重量％的波特兰水泥的步骤。11. 如权利要求10所述的方法，其中所述混凝土通过混合所述活化飞灰与聚集物、波 特兰水泥和水制造。12. 如权利要求1所述的方法，并且还包括混合所述旋转式研磨机的输出物与包括高 效减水剂的添加剂的步骤。13. 如权利要求12所述的方法，其中所述高效减水剂以粉末形式。14. 如权利要求13所述的方法，并且还包括混合所述旋转式研磨机的输出物与铝酸钙 水泥的步骤。15. 如权利要求14所述的方法，并且还包括混合锂化合物与所述铝酸钙水泥。16. 如权利要求1所述的方法，其中在所述旋转式研磨机中的所述飞灰与钙共同粉磨， 使得来自所述旋转式研磨机的所述活化飞灰的表面积增加最少30%，以实现100炉渣品位 或更高的性能。17. 如权利要求16所述的方法，并且还包括共同粉磨添加剂的步骤，其进一步活化所 述旋转式研磨机的活化飞灰输出物。18. 如权利要求17所述的方法，其中所述共同粉磨的添加剂活化所述共同粉磨的飞灰 以产生120炉渣品位性能。19. 如权利要求18所述的方法，其中所述共同粉磨的添加剂包括高效减水剂、错酸钙 水泥或与锂化合物混合的铝酸钙水泥中的一种。20. 如权利要求19所述的方法，其中所述高效减水剂以粉末形式。21. -种用于处理飞灰以活化所述飞灰以提供100炉渣品位或更高的性能的方法，所 述方法包括以下步骤： 在具有定制的介质的干法加工多介质旋转式研磨机中共同粉磨飞灰和钙化合物。22. 如权利要求21所述的方法，其中所述飞灰包括非球形飞灰颗粒和球形飞灰颗粒且 其中所述干法加工多介质旋转式研磨机操作研磨所述非球形飞灰颗粒，同时抛光所述球形 飞灰颗粒，因此产生钙涂覆的活化颗粒。23. 如权利要求21所述的方法，并且还包括在所述干法加工多介质旋转式研磨机中共 同粉磨所述飞灰和纤维。24. 如权利要求21所述的方法，其中所述旋转式研磨机的干法加工以间歇处理模式完 成。25. 如权利要求24所述的方法，其中所述旋转式研磨机包括转筒且其中所述转筒在 20RPM和40RPM之间转动。26. 如权利要求25所述的方法，其中用于产生活化飞灰的所述间歇加工时间大于15分 钟且长达1小时之久。27. 如权利要求21所述的方法，其中所述多介质包括圆柱形状的陶瓷介质。28. 如权利要求27所述的方法，其中所述陶瓷介质包括锥形陶瓷介质。29. 如权利要求28所述的方法，其中所述介质包括球形珠。30. 如权利要求21所述的方法，其中所述介质包括陶瓷介质且其中所述陶瓷介质包括 5/8"圆柱体、3/4"锥体和1/8"圆柱体的混合物。31. 如权利要求21所述的方法，其中所述介质包括陶瓷介质且其中所述陶瓷介质包括 1/2"圆柱形陶瓷介质、1/4"圆柱形陶瓷介质、3/4"锥形陶瓷介质和8毫米珠粒。32. -种用于加工多组分微粒材料的设备，其包含： 具有转筒的第一旋转式研磨机，在所述转筒中具有内部混合结构和包含具有如下尺寸 和形状的陶瓷介质的多介质装料： 优选粉磨一种组分以减小其大小，同时避免研磨第二组分。33. 如权利要求32所述的设备，其中在所述研磨机中的所述介质设计用来抛光所述第 二组分的表面。34. 如权利要求33所述的设备，其中所述组分包括飞灰颗粒且其中所述飞灰颗粒的总 表面积由于所述介质对所述组分的作用而增加至少30%。35. 如权利要求34所述的设备，其中所述第一旋转式研磨机的输出物包括活化飞灰颗 粒。36. 如权利要求35所述的设备，并且还包括用于混合所述活化飞灰颗粒与聚集物、波 特兰水泥和水以产生混凝土的混合器。37. 如权利要求36所述的设备，其中所述活化颗粒替代在所述混凝土生产中50-80重 量％的波特兰水泥。38. 如权利要求32所述的设备，并且还包括具有所述定制介质以共同粉磨所述第一旋 转式研磨机的输出物与飞灰以产生表面积增加最少30%的活化飞灰颗粒的第二旋转式研 磨机，所述第一旋转式研磨机产生钙涂覆的飞灰颗粒且其中所述钙涂覆的飞灰颗粒在所述 第二旋转式研磨机中与飞灰颗粒共同粉磨。39. 如权利要求38所述的设备，其中所述第二旋转式研磨机的输出物与高效减水剂混 合。40. 如权利要求39所述的设备，其中所述高效减水剂以粉末形式。41. 如权利要求40所述的设备，其中所述第二旋转式研磨机的输出物与和锂化合物预 混的铝酸钙水泥混合。42. 如权利要求38所述的设备，其中所述第一旋转式研磨机和所述第二旋转式研磨机 为相同的旋转式研磨机。43. -种微粒飞灰，其具有超过0. 9m2/g的总表面积。44. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰粉末用于混凝土生产中。45. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰用以生产水泥。46. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰具有100或更高的炉渣性质。47. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述总表面积大于I. 2m2/g。48. 如权利要求47所述的飞灰，其中所述飞灰具有至少120炉渣性能。49. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰颗粒用钙涂覆。50. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰颗粒包括高效减水剂。51. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述颗粒包括铝酸钙水泥。52. 如权利要求52所述的飞灰，其中所述铝酸钙水泥包括锂化合物。53. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰颗粒包括纤维。
【专利摘要】本发明涉及一种用于处理飞灰以活化所述飞灰，从而可将其用作波特兰水泥的替代物的方法，所述方法包括使用具有可变大小和形状的介质的专用旋转式研磨机以通过粉磨增加一种飞灰组分的表面积，避免研磨第二飞灰组分，同时使所述第二组分的表面粗糙化以增加其表面积。
【IPC分类】C04B18/04
【公开号】CN104903270
【申请号】CN201380052918
【发明人】克林顿·韦斯利·派克
【申请人】Vhsc有限责任公司, 克林顿·韦斯利·派克
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年9月30日
【公告号】CA2889649A1, DE112013004933T5, US20140096705, WO2014058637A2, WO2014058637A3, WO2014058637A4
【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 施方案中，这还包括以下混合物：1/2圆柱形陶瓷；1/4圆柱 形陶瓷；3/4英寸锥形陶瓷；和8mm珠粒。在另一制剂中，使用5/8英寸圆柱体与3/4英寸 锥体和1/8英寸圆柱体的混合物。已经发现，许多其它介质组合起作用并且实现I. 263m2/ g或更高表面积的驻留时间可从例如1小时降到小于45分钟，因为所述介质与正处理的特 定火山灰相匹配。最后结果是，通过使用本发明研磨机和所述多重介质，可显著地增加总表 面积，从而增加反应性。
[0029] 更特定地讲，已经发现，通过在所述旋转式研磨机中利用这些不同形状因数和尺 寸的介质，可选择性地粉磨并活化非球形火山灰颗粒，同时处理存在的球形颗粒并增加它 们的表面积。因此，通过选择所述介质及其重量以在所述旋转式研磨机内提供定制的混合 物，可选择性地减小一种组分的尺寸，同时避免研磨第二组分；或者供选地可减小一种组分 的尺寸，同时表面处理第二组分。因此，所述研磨机可根据在所述研磨机中的不同介质的混 合物及其构造而不同地处理多种组分。
[0030] 在一个实施方案中，三种不同介质在用于所述研磨机的介质床中共混在一起，使 得在所述研磨机中的火山灰颗粒呆在所述研磨机中且被所述介质中的一些不断地打击并 被其它介质不断地打击。如果在排空所述研磨机之前，让所述研磨机运行30分钟，则首要 地，所述材料在所述研磨机中的驻留时间可延长超出大型辊轧研磨机的典型的一分钟驻留 时间。
[0031] 应了解，上述研磨机为干法加工研磨机且与需要显著操作能量和显著液压和质 量的振动式球磨机完全不同。应注意到，振动式球磨机具有外壳，待粉磨的产物进料到所 述外壳中并且所述外壳具有球和介质的床，所述床坐落在具有两个促使研磨机上下震动的 50-75马力的发动机的振动台上。这些研磨机通常仅可提供10秒的驻留时间，并且即使这 些振动研磨机大大发展，它们也只可提供至多两分钟的驻留时间。如所了解，所述驻留时间 对于提供活化F级飞灰颗粒远远不够并且在试图进一步填塞研磨机时，生产速率损失。此 外，因为振动式球磨机具有巨大的液压系统，所以维修成本是显著的。
[0032] 已经发现，如果可用本发明的小型旋转式研磨机加工飞灰，则可在仅4%的所述加 工的石灰涂覆的飞灰下共同粉磨或共混以实现100炉渣品位性能。在用例如聚羧酸盐高效 减水剂或活化铝酸钙的另外添加剂的情况下，已经发现可定期地实现120炉渣品位性能。
[0033] 如果从由具有约0. 695m2/g的表面积的球形颗粒和非球形颗粒的混合物组成的典 型飞灰开始且如果将所述类型的起始材料加到本发明研磨机中，则所述研磨机用以粉碎小 颗粒或将他们粉磨到25微米或更小，同时选择性地使小球形颗粒的表面粗糙化。这两个独 立过程活化飞灰的单独组分并将组合表面积增加到1.263m 2/g或更高。因此，所述研磨机 可用以粉磨非球形颗粒，同时未破裂小球形硅酸铁铝玻璃珠颗粒，而是在这些颗粒上产生 粗糙化表面，这增加表面积，允许在所述玻璃珠的表面上的反应材料与钙或钙化合物反应。
[0034] 本发明的重要发现是，对于100炉渣品位，起始表面积必须增加最少30%，或者对 于120炉渣品位，起始表面积必须增加最少70 %或更高。注意，各种火山灰可能不同。例如， 在进行的一个测试中，表面积在I. 15m2/g下开始，但当在用添加剂的情况下加工完成时，具 有I. 986m2/g的表面积。
[0035] 因此，本发明的关键在于火山灰的起始表面积必须增加上述百分数，并且这与设 定的比表面积未必有关。这与聚羧酸盐高效减水剂一起引起火山灰质粘结反应，其在不 加入波特兰水泥的情况下在使用如在Jewett Texas的石灰石发电站生产的F级飞灰时获 得某一强度。当炉渣火山灰替代在混凝土混合料中50%至80%的波特兰水泥且具有恰 当的表面积及占活化火山灰4%或更高的石灰添加剂时，可实现波特兰水泥混凝土特有的 1. 5-2小时凝固时间和下文详述的表面积增益。
[0036] 表 1
[0037] .Y丨'灰心飞灰 Mundra飞灰 Utlra tech飞灰 m2/gBET表面积 未加 T 0.695 1.158 0.985 旋转式研磨 0.914 VBM 研磨 0.703 旋转式研磨w/添加剂 1.263 1.986 1318 差別 0.568 0.828 0.333 % 改变 81 72 71.5 33.80
[0038] 现在可以看到，表面积改变越大，用添加剂可越容易地撞击它，从而实现70%以上 的表面积增加。假设添加剂1为与钙添加剂共同粉磨的飞灰，添加剂2包括聚羧酸盐高效减 水剂HRWR，且添加剂3包括与锂预混合的铝酸钙水泥，则仅需要4%的添加剂1和0. 175% 的添加剂2。如果表面积改变小于33%，则加入例如8 %的更多钙添加剂以帮助达到120 级，或者让所述钙添加剂处于4%且得到100级性能。表面积改变越大，可在仅4%的所述 添加剂下，得到120级。
[0039] 同样注意，当使用标准振动式球磨机或本发明旋转式研磨机时，可存在表面积差。 使用相同的起始材料，本发明旋转式研磨机使表面积上移31. 5%，而标准振动式球磨机仅 使表面积上移1. 1%。
[0040] 在提供活化的火山灰颗粒的情况下，可加入纤维以使球体粗糙化并活化非球形飞 灰，从而进一步增加性能。在混凝土中使用聚丙烯纤维是众所周知的。然而，已经发现，对 于处理并化学添加的火山灰使用0. 2重量％的仅1/4英寸长且0. 05mm直径的纤维，可将这 些短纤维与现在的细小火山灰粉末混合料共混以进一步增加混凝土混合料的灰浆组分的 可挠性和抗压强度，因此增加使用所述活化火山灰的混凝土的特殊性质。这样短的纤维通 常不用于混凝土中，因为通常采用1英寸-3英寸的长得多的纤维来增加混凝土的性能。通 常将这些长纤维加到混凝土批料中并在间歇式混合器中混合或投放到用以递送预混混凝 土的转筒式混合器中。
[0041] 在使用专用研磨机和活化火山灰时，将短纤维与处理过的火山灰混合并以粉末递 送给客户，之后将所述粉末与砂子、聚集物、水、波特兰水泥混合，并使用所述混合物来制造 混凝土。通过加入这些纤维，相对于无纤维的样品，实现25%的抗压强度增加。注意，在一 个实施方案中，在所述粉末中的纤维加入比为〇. 2 %。
[0042] 此外，聚羧酸盐高效减水剂除了帮助活化在火山灰中的钙活性之外，其主要用以 降低用于获得在灰浆或混凝土中的流动的水量。当所述聚羧酸盐以很低的量加到所述粉 末中时，另外增加的性质是其降低得到在灰浆/混凝土中的所需坍落度或粘度所需要的水 量。因此，通过利用本发明技术，可制造在其中具有少量水的混凝土。在混凝土中较低的 水-水泥比产生持久性良好的混凝土。所述较好的性能是使最初用水填充的填充孔相反地 用很小的反应性颗粒填充的结果。这产生较高的强度。简言之，固体含量越高，水越不太能 渗透穿过混凝土，因此由于其不渗透性而使如硫酸盐侵蚀和碱性硅酸盐反应性的问题大大 减少。越不可渗透水，使得混凝土越好，所述混凝土将持久，以及具有长期耐久性。
[0043] 总之，提供具有由不同尺寸和形状的介质组分组成的介质床的旋转式研磨机，以 加工火山灰，从而获得至少30%的表面积增加，因此在与未处理的火山灰组合时，具有增加 的活性，以实现100或更好的炉渣品位性能，条件是加入包括共同粉磨的石灰涂覆的火山 灰的添加剂。其它添加剂包括聚羧酸盐HRWR和在一些情况下与锂混合的铝酸钙水泥。增加 的表面积由于定制的介质混合物而由旋转式研磨机提供，所述定制的介质混合物粉磨非球 形颗粒并使无定形玻璃珠的表面粗糙化，因此增加它们的反应性，其中研磨介质对非球形 火山灰和球形火山灰以不同方式操作，即，在一种情况下，粉碎，而在另一情况下，抛光。非 球形粉磨火山灰或球形火山灰的反应性与其它化学添加剂组合使用，以实现100炉渣品位 或更好的性能。
[0044] 附图简沐
[0045] 本发明的这些和其它特征将结合详细说明连同附图一起来更好地理解，其中：
[0046] 图1为用于利用小型旋转式研磨机处理飞灰的方法的方块图；
[0047] 图2为图1的小型旋转式研磨机飞灰示意图，其图示与活化火山灰一起引入粉磨 的飞灰和生石灰；
[0048] 图3为图2的旋转式研磨机的一端的示意图，图示向内突出的混合器肋条，其还可 包括在图案化间隔上的短支柱以帮助研磨机进一步粗糙化并粉磨特殊颗粒并在较短的时 间量内获得表面积增加，还显示出用于活化飞灰的带槽出口；以及
[0049] 图4为图2的旋转式研磨机的横截面图，图示在研磨机底部的多介质装料、流经研 磨机的材料和活化飞灰从研磨机离开的出口。
[0050] 发明详沐
[0051] 参考图1，在一个实施方案中，本发明旋转式研磨机10提供有飞灰火山灰12以及 钙添加剂14和任选的纤维16。所述钙添加剂可为生石灰、消石灰、碳酸钙、甲酸钙或硝酸钙 或者任何载妈化合物。
[0052] 旋转式研磨机10提供干法加工多介质，其中旋转式研磨机具有对于粉磨非球形 飞灰颗粒、抛光球形颗粒和进一步用钙添加剂涂覆飞灰的表面具体定制的介质组合物。产 生共同粉磨的石灰涂覆的火山灰，其可用作进料线20上的添加剂17,添加剂17由其中飞灰 与钙共同粉磨的加合物组成。在一个实施方案中，添加剂17由85 %飞灰和15 %钙产品组 成。
[0053] 所述活化的石灰涂覆的飞灰添加剂以占飞灰重量的4-10%加到第二旋转式研磨 机22中，向第二旋转式研磨机22供应来自供应 源的未加工的飞灰12。应了解，在通过旋转 式研磨机22研磨之后，总表面积增加最少30 %，使得当将旋转式研磨机22的输出物供应到 混合器24并将其与聚集物、波特兰水泥和水混合时，形成具有至少100炉渣性能的混凝土。
[0054] 应了解，有利的是使用旋转式研磨机10的输出物，而没有另外的添加剂，因为飞 灰的总表面积显著增加。
[0055] 然而，为了进一步增加飞灰的反应性，在一个实施方案中，占飞灰重量的 0. 1% -0. 2%的以粉末形式的包含聚羧酸盐高效减水剂的第二添加剂18进一步增加飞灰 的反应性。将所述第二添加剂加到旋转式研磨机22中，其在与飞灰12共同粉磨时提供给 将在24处混合的活化飞灰更好的反应性。
[0056] 应注意到，在旋转式研磨机22中，不是将添加剂2加到添加剂1中，而是可将旋转 式研磨机22的具有添加剂1的输出物供应到共混机26,共混机26共混已经与添加剂1共 同粉磨的飞灰并且将其与添加剂2共混。
[0057] 此外，可以通过提供另一添加剂19,即添加剂3,到旋转式研磨机22中而提供给飞 灰进一步的反应性，其中添加剂3包含具有预混的锂化合物的铝酸钙水泥，在一个实施方 案中，其占飞灰重量的约2%。
[0058] 此外，不是将添加剂3加到旋转式研磨机22中，同样可采用旋转式研磨机22的输 出物，旋转式研磨机22共同粉磨添加剂1和添加剂2及飞灰并将它们在共混机26中与添 加剂3共混。
[0059] 如所图示，旋转式研磨机22的输出物不管是否穿过共混机26都在混合器24中替 代50-80重量％的波特兰水泥，提供差不多120炉渣品位性能。
[0060] 还应该了解，虽然在10和22处显示两个相同的旋转式研磨机，但可再次使用旋转 式研磨机10以共同粉磨先前已经与飞灰一起产生的添加剂1和例如添加剂2和添加剂3 的另外添加剂，而不是必须提供两个单独的旋转式研磨机。
[0061] 上述组合的最后结果是表面积增加最少30%至最大约70%，其中表面积增加提 供利用飞灰作为在混凝土生产中的昂贵波特兰水泥的替代物的能力。
[0062] 关于所述专用研磨机本身，不是利用各种类型的研磨机，例如球磨机、锤磨机、振 动磨矿机、辊磨机或许多其它类型的研磨机，而是本发明的旋转式研磨机完成简单的转筒 设计，其以预定速度旋转且在其内具有如先前所述介质的定制混合物，因此，可装载专用旋 转式研磨机，加工火山灰并使加工的火山灰离开，而不必停止研磨机的转动，只是将其减慢 到适合放空的优化转动。
[0063] 在一个实施方案中，将产品引入开口中，此时启动研磨机并在例如20RPM和40RPM 之间转动。在一个实施方案中，圆筒具有6英尺的直径和10英尺的长度；且在每一端在旋 转轴承上具有软管接头，所述旋转轴承允许转筒转动，同时容许在研磨机仍然转动的同时， 在一侧引入空气并从另一侧排空产物。引入空气以推动研磨产物经由专门的带槽排放板离 开出口。一旦获得了所需的研磨，则根据研磨机的初始装料，花费约10-15分钟来排空研磨 机，此时将其再装载。
[0064] 关于研磨机的介质内含物，介质的混合物在分等和将由研磨机进行的具体加工方 面是重要的。在一个实施方案中，介质的混合物为1/2英寸圆柱体和1/8圆柱体，可向其中 以不同组合加入5/8圆柱体。应注意，如果使用两种介质，例如5/8圆柱体和1/2英寸圆柱 体，则可能必须转动研磨机1小时以得到所需粉磨度。然而，如果还引入1/8圆柱体介质， 粉磨时间则可降到15分钟。注意，在一个实施方案中，研磨机用介质填充其体积的至多二 分之一，而待研磨的产物完成所述填充，达到研磨机体积的约三分之二。
[0065] 已经发现，通过对于目前的陶瓷圆筒使用不同尺寸介质的装料，即在400镑下1英 寸、在400镑下1/4英寸相对于在800镑下1/4或其它尺寸组合，可获得用于加工飞灰的最 佳效率。
[0066] 另外，还发现可实际上减小总材料的总粒度，例如从200微米的上限尺寸和25微 米的平均值减小到75微米的上限尺寸和12微米的平均直径。此外，在燃煤发电厂的燃烧器 中形成的非球面颗粒或不规则形状的炉渣或砂子或熔融颗粒的尺寸减小是显著的。另外， 如上所提，球形无定形玻璃珠颗粒不仅尺寸减小，而且在表面上受到影响，表面积增加。此 外，所有的非球形颗粒和少量球形颗粒（煤胞或例如3000-5000PSI压碎强度的低强度球） 从例如200微米的起始尺寸标称地减小到25微米以下。研磨还允许已经加工以在灰浆中 测试时获得良好流动性的材料与少量在混凝土中使用并以相同方式测试的减水剂混合。
[0067] 简言之，在一个实施方案中，在用上述添加剂进一步处理时通过允许当在炉子中 形成时处于其自然状态的材料在粉磨并暴露于钙和例如特殊羧酸盐的其它混合物时变得 粘结，73%的火山灰的表面积从0. 695m2/g增加到01. 263m2/g，增加了飞灰的反应性。表面 积增加用以加速飞灰的大部分粘结反应并且相对于未粉磨的飞灰、未表面粉磨的球和未用 羧酸盐处理的火山灰，大大增加了总飞灰的活性。
[0068] 此外，已经发现特殊的羧酸盐可活化合适种类的飞灰，即F级飞灰，其由混合粉状 河流盆地煤炭与褐煤或烟煤的共混物产生，之后研磨并在炉子中燃烧以给出粘结性质，而 无需加入波特兰水泥来获得强度。
[0069] 还注意到，所使用的在本质上为陶瓷的特殊介质装料决定花费的处理时间以及研 磨机的旋转速度和介质的装料相对待处理飞灰的装料。
[0070] 应了解，尽管上文描述飞灰火山灰的研磨，但存在受益于本发明的研磨技术的其 它火山灰。例如，当使用相同添加剂进行本发明的研磨方法时，天然混合水泥（pozzolan) 在灰浆/混凝土的性能方面提供相同类型的增加。
[0071] 在另一实施方案中，由石灰石发电厂产生的飞灰火山灰以85重量％的火山灰使 用，向其中加入15重量％的生石灰。将这两种成分置于研磨机中并转动研磨机例如40分 钟，将石灰实际上捣到火山灰的表面中，同时活化火山灰。除了生石灰之外，可使用高疏浚 石灰（high dredging lime)，尽管生石灰似乎提供更好的结果。已经发现，可单独使用火山 灰/生石灰混合物以获得至少100级混凝土。
[0072] 在另一实施方案中，在活化火山灰并将其与生石灰共同粉磨且随后以4%或更高 加到来自单独旋转式研磨机的处理过的火山灰中的情况下，能够用所述混合物替代差不多 60%的波特兰水泥。最后结果是获得活化的火山灰混合物，其以等于或大于粉化高炉炉渣 的水平反应，产生100炉渣品位混凝土。
[0073] 在又一实施方案中，采用大型辊轧机，将火山灰粉磨到至少0. 95m2/g的表面积且 随后以4重量％加到本发明研磨机的输出物中以获得100炉渣品位。随后，使用石灰添加 剂和高效减水剂通过进一步粉磨到I. 2m2/g或更高的总表面积，可达到120炉渣品位。
[0074] 产生120炉渣品位混凝土的另一实例采用具有I. 158m2/g的起始表面积的火山灰 并将其在本发明的研磨机中加工以获得I. 986m2/g表面积，从而在使用ASTM 989标准测试 时获得120炉渣品位。
[0075] 另外，可使用其它添加剂和除了其它添加剂之外的进一步研磨来增加等级到120 炉渣品位混凝土。这些包括使用很少量的铝酸钙水泥或（即）占火山灰重量的2%，将所述 铝酸钙水泥与锂化合物一起粉磨且随后加到火山灰水泥中。注意，在一个实施方案中，所述 锂化合物以占铝酸钙0.1 %或更小粉磨，以促进铝酸钙以及增加任何混凝土结构对碱性氧 化硅反应性的防御，因为已知锂矫正碱性氧化硅反应性或ASR。
[0076] 现在参考图2,专用旋转式研磨机10用多介质装料填充。显示研磨机10具有提供 有端板42和44的中心转筒40,其含有引入入口管46的预粉磨的飞灰。
[0077] 转筒40安装在支撑在框架52上的驱动轮48和50上，其中轮48由发动机54驱 动以通常以20-40RPM的速度旋转所述转筒。
[0078] 如将讨论的，在研磨机中的不同介质用以粉磨非球面的粉磨的飞灰，而同时使球 形颗粒粗糙化而没有将它们粉碎，目的是经由具有旋转管箍60和62的出口管58喷出活化 的飞灰56。
[0079] 将飞灰12引入窗口 13中，其中，在一个实施方案中，研磨机以间歇处理方式操作 以共同粉磨在13处引入的粉磨的飞灰与生石灰14。用于加工预粉磨的飞灰的典型间歇加 工时间通常在45分钟和60分钟之间，此后利用在管道46处的气体压力推动活化的飞灰经 由管道58和管线64离开而将转筒40排空。活化的飞灰，尽管通常具有小于25微米的平 均直径，但更特别地具有大大增加的表面积，例如关于图1所述。
[0080] 参考图3,驱动轮48驱动转筒40,轮50充当惰轮。转筒40的内部有许多向内突 出到内部转筒40的肋条70。还画出了具有活化飞灰经过的槽72的带槽末端离开板71，其 中这些槽提供用于活化飞灰的过滤器。
[0081] 参考图4,显示转筒40具有带槽板71，带槽板71经由端板42和44与输入充气间 74和输出充气间76联通。
[0082] 转筒40用在此在80处显示的陶瓷介质的定制装料预装载，所述定制装料包括不 同尺寸的陶瓷介质82和84。其制剂决定粉磨如在86处图示的引入转筒40中的飞灰的量 且如在88处所图示，其占据转筒40体积的至少三分之一。
[0083] 在一个实施方案中，当预粉磨的 飞灰已经通过本发明的小型旋转研磨机粉磨45 分钟时，活化飞灰88经由在离开板71中的槽42喷出。
[0084] 关于所述多介质的成分，如上指示，可定制所述制剂。例如，所述介质的配方可包 括1/2英寸圆柱形陶瓷介质、1/4英寸圆柱形陶瓷介质、3/4英寸锥形陶瓷介质和8毫米珠 粒。同样如上所述，在另一制剂中，可使用5/8英寸圆柱体与3/4英寸锥体和1/8英寸圆柱 体的混合物，应理解存在可与不同类型的飞灰和不同驻留时间组合使用的许多不同介质组 合。
[0085] 例如，根据介质制剂，可将驻留时间从例如1小时降低到小于45分钟，其中所述介 质与处理的火山灰或飞灰相匹配。
[0086] 因此，本发明的研磨机可根据在研磨机中的介质的混合物及研磨机构造而不同地 处理多种组分。关于处理预粉磨的飞灰以提供活化飞灰，特别的是，与球形珠粒相对比，不 同构造的介质在非球面粉碎飞灰上不同地作用。在非球面飞灰颗粒的情况下，将它们进一 步粉磨，而不使任何球形飞灰颗粒开裂或磨碎。另一方面，将球形玻璃珠抛光以使所述表面 粗糙。在两种情况下，飞灰颗粒的表面积都增加。因此，对于非球形颗粒，表面积增加通过 粉磨进行，而对于玻璃珠，表面积增加通过使珠粒表面粗糙化提供。
[0087] 最后结果是，通过使用专用的小型旋转式研磨机，可显著增加预粉磨的飞灰的表 面积，以将其充分活化，从而在将其用以替代用于形成混凝土的一些波特兰水泥时提供 100-120炉渣品位性能。
[0088] 尽管已经结合这多个图的优选实施方案描述了本发明，但应理解，可使用其它类 似的实施方案或者可对所述实施方案进行修改或添加，以便执行本发明的相同功能，而不 偏离本发明。因此，本发明不应该限于任何单个实施方案，而应该在根据随附权利要求书的 叙述的广度和范围上加以解释。
【主权项】
1. 一种用于处理飞灰以可将其用作在混凝土生产中的波特兰水泥的替代物的方法，所 述方法包括以下步骤： 在具有可变尺寸和形状的介质的旋转式研磨机中粉磨具有至少两种组分的飞灰，因此 所述研磨机增加所述飞灰的所述两种不同组分的表面积以提供活化飞灰。2. 如权利要求1所述的方法，其中所述飞灰的第一组分包括非球形颗粒且其中所述飞 灰的第二组分包括球形组分。3. 如权利要求2所述的方法，其中所述可变大小和形状的介质减小所述飞灰的非球形 组分的尺寸，同时抛光所述飞灰的球形组分的表面，因此增加两种组分的表面积。4. 如权利要求3所述的方法，其中所述研磨加工的飞灰的总表面积增加至少30%，因 此使得所述飞灰更具反应性。5. 如权利要求1所述的方法，其中所述旋转式研磨机共同粉磨钙与所述飞灰组分。6. 如权利要求5所述的方法，其中所述钙包括生石灰、消石灰、碳酸钙、甲酸钙和硝酸 钙或相关钙化合物中的至少一种。7. 如权利要求5所述的方法，其中所述旋转式研磨机的输出物包括与飞灰共同粉磨以 产生钙涂覆的飞灰颗粒的钙。8. 如权利要求7所述的方法，其中所述共同粉磨的钙涂覆的飞灰颗粒在随后的共同粉 磨步骤中与飞灰共同粉磨，其中所述共同粉磨的钙涂覆的飞灰以占飞灰重量的4% -10% 加入。9. 如权利要求8所述的方法，其中所述随后共同粉磨步骤的输出物产生具有增加至少 30%的表面积的共同粉磨的产物，从而形成活化飞灰。10. 如权利要求9所述的方法，并且还包括在混凝土生产中用所述活化飞灰替代50-80 重量％的波特兰水泥的步骤。11. 如权利要求10所述的方法，其中所述混凝土通过混合所述活化飞灰与聚集物、波 特兰水泥和水制造。12. 如权利要求1所述的方法，并且还包括混合所述旋转式研磨机的输出物与包括高 效减水剂的添加剂的步骤。13. 如权利要求12所述的方法，其中所述高效减水剂以粉末形式。14. 如权利要求13所述的方法，并且还包括混合所述旋转式研磨机的输出物与铝酸钙 水泥的步骤。15. 如权利要求14所述的方法，并且还包括混合锂化合物与所述铝酸钙水泥。16. 如权利要求1所述的方法，其中在所述旋转式研磨机中的所述飞灰与钙共同粉磨， 使得来自所述旋转式研磨机的所述活化飞灰的表面积增加最少30%，以实现100炉渣品位 或更高的性能。17. 如权利要求16所述的方法，并且还包括共同粉磨添加剂的步骤，其进一步活化所 述旋转式研磨机的活化飞灰输出物。18. 如权利要求17所述的方法，其中所述共同粉磨的添加剂活化所述共同粉磨的飞灰 以产生120炉渣品位性能。19. 如权利要求18所述的方法，其中所述共同粉磨的添加剂包括高效减水剂、错酸钙 水泥或与锂化合物混合的铝酸钙水泥中的一种。20. 如权利要求19所述的方法，其中所述高效减水剂以粉末形式。21. -种用于处理飞灰以活化所述飞灰以提供100炉渣品位或更高的性能的方法，所 述方法包括以下步骤： 在具有定制的介质的干法加工多介质旋转式研磨机中共同粉磨飞灰和钙化合物。22. 如权利要求21所述的方法，其中所述飞灰包括非球形飞灰颗粒和球形飞灰颗粒且 其中所述干法加工多介质旋转式研磨机操作研磨所述非球形飞灰颗粒，同时抛光所述球形 飞灰颗粒，因此产生钙涂覆的活化颗粒。23. 如权利要求21所述的方法，并且还包括在所述干法加工多介质旋转式研磨机中共 同粉磨所述飞灰和纤维。24. 如权利要求21所述的方法，其中所述旋转式研磨机的干法加工以间歇处理模式完 成。25. 如权利要求24所述的方法，其中所述旋转式研磨机包括转筒且其中所述转筒在 20RPM和40RPM之间转动。26. 如权利要求25所述的方法，其中用于产生活化飞灰的所述间歇加工时间大于15分 钟且长达1小时之久。27. 如权利要求21所述的方法，其中所述多介质包括圆柱形状的陶瓷介质。28. 如权利要求27所述的方法，其中所述陶瓷介质包括锥形陶瓷介质。29. 如权利要求28所述的方法，其中所述介质包括球形珠。30. 如权利要求21所述的方法，其中所述介质包括陶瓷介质且其中所述陶瓷介质包括 5/8"圆柱体、3/4"锥体和1/8"圆柱体的混合物。31. 如权利要求21所述的方法，其中所述介质包括陶瓷介质且其中所述陶瓷介质包括 1/2"圆柱形陶瓷介质、1/4"圆柱形陶瓷介质、3/4"锥形陶瓷介质和8毫米珠粒。32. -种用于加工多组分微粒材料的设备，其包含： 具有转筒的第一旋转式研磨机，在所述转筒中具有内部混合结构和包含具有如下尺寸 和形状的陶瓷介质的多介质装料： 优选粉磨一种组分以减小其大小，同时避免研磨第二组分。33. 如权利要求32所述的设备，其中在所述研磨机中的所述介质设计用来抛光所述第 二组分的表面。34. 如权利要求33所述的设备，其中所述组分包括飞灰颗粒且其中所述飞灰颗粒的总 表面积由于所述介质对所述组分的作用而增加至少30%。35. 如权利要求34所述的设备，其中所述第一旋转式研磨机的输出物包括活化飞灰颗 粒。36. 如权利要求35所述的设备，并且还包括用于混合所述活化飞灰颗粒与聚集物、波 特兰水泥和水以产生混凝土的混合器。37. 如权利要求36所述的设备，其中所述活化颗粒替代在所述混凝土生产中50-80重 量％的波特兰水泥。38. 如权利要求32所述的设备，并且还包括具有所述定制介质以共同粉磨所述第一旋 转式研磨机的输出物与飞灰以产生表面积增加最少30%的活化飞灰颗粒的第二旋转式研 磨机，所述第一旋转式研磨机产生钙涂覆的飞灰颗粒且其中所述钙涂覆的飞灰颗粒在所述 第二旋转式研磨机中与飞灰颗粒共同粉磨。39. 如权利要求38所述的设备，其中所述第二旋转式研磨机的输出物与高效减水剂混 合。40. 如权利要求39所述的设备，其中所述高效减水剂以粉末形式。41. 如权利要求40所述的设备，其中所述第二旋转式研磨机的输出物与和锂化合物预 混的铝酸钙水泥混合。42. 如权利要求38所述的设备，其中所述第一旋转式研磨机和所述第二旋转式研磨机 为相同的旋转式研磨机。43. -种微粒飞灰，其具有超过0. 9m2/g的总表面积。44. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰粉末用于混凝土生产中。45. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰用以生产水泥。46. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰具有100或更高的炉渣性质。47. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述总表面积大于I. 2m2/g。48. 如权利要求47所述的飞灰，其中所述飞灰具有至少120炉渣性能。49. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰颗粒用钙涂覆。50. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰颗粒包括高效减水剂。51. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述颗粒包括铝酸钙水泥。52. 如权利要求52所述的飞灰，其中所述铝酸钙水泥包括锂化合物。53. 如权利要求43所述的飞灰，其中所述飞灰颗粒包括纤维。
【专利摘要】本发明涉及一种用于处理飞灰以活化所述飞灰，从而可将其用作波特兰水泥的替代物的方法，所述方法包括使用具有可变大小和形状的介质的专用旋转式研磨机以通过粉磨增加一种飞灰组分的表面积，避免研磨第二飞灰组分，同时使所述第二组分的表面粗糙化以增加其表面积。
【IPC分类】C04B18/04
【公开号】CN104903270
【申请号】CN201380052918
【发明人】克林顿·韦斯利·派克
【申请人】Vhsc有限责任公司, 克林顿·韦斯利·派克
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年9月30日
【公告号】CA2889649A1, DE112013004933T5, US20140096705, WO2014058637A2, WO2014058637A3, WO2014058637A4
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