淺述我國水泥助磨劑的研究及應(yīng)用

1、 徑越小,則粘附的影響相對越重要,如水泥熟料和石膏的粉碎,當(dāng)平均粒徑降低到14p。m以下時,粘附現(xiàn)象所形成的聚集就非常嚴重。當(dāng)加入少量助磨劑到物料中,可使物料顆粒表面形成單分子薄膜,減少兩固體顆粒的接觸。有機表面活性劑作為水泥粉碎過程中的助磨劑,也是基于形成了單分子薄膜,可以在較大的限度內(nèi)防止粘附聚集現(xiàn)象的發(fā)生。2.3薄膜假說合肥水泥研究設(shè)計院對水泥助磨劑進行了較為深入的研究,朱憲伯、呂忠亞、張正鋒共同提出了“薄膜假說”。他們認為:用作助磨劑的表面活性分子,在被磨細的細顆粒表面形成了一單分子吸附薄膜,因而減少了細顆粒間的聚結(jié)以及細顆粒與研磨體和襯板間的粘糊,從而提高了粉磨效率。在細顆粒表面上形

2、成的單分子吸附薄膜,起著潤滑劑的作用,降低了顆粒間的摩擦力,大大改善水泥的流動性。流動性的改善使得過細顆粒量減少,而助磨作用又有利于減少過大的顆粒,因而中間顆粒量增加,助磨劑將使水泥的顆粒級配分布更趨于合理,顆粒級配變窄。有利于水泥強度的增長?！氨∧ぜ僬f”可以解釋助磨劑的摻量有一最大值,就是助磨劑分子在所有顆粒表面形成單分子吸附的最低需要量。隨著水泥比表面積的增加,形成單分子吸附薄膜的助磨劑量增加,即水泥磨得愈細,助磨劑所需摻量愈大。同時還可解釋不同助磨劑助磨效果的差異,根據(jù)“薄膜假說”,用助磨劑的密度和分子量兩個參數(shù)可評價同類性質(zhì)助磨劑的助磨劑的助磨效果,并為助磨劑的選擇提供了參考依據(jù)。2.

3、4減小粉碎阻力、防止團聚和糊磨、提高流動性而加強了料和球的作用頻率和效率南京工業(yè)大學(xué)江朝華與鹽城工學(xué)院蔡安蘭等對水泥助磨劑進行了較深入的研究,在充分分析研究國外助磨劑作用機理的基礎(chǔ)上,提出了自己獨到的觀點,其分述如下:(1助磨劑吸附于顆粒表面時,引起顆粒表面特性的許多變化。研磨是個表面現(xiàn)象,表面硬度的減小,無疑有助于該過程的進行,故加入助磨劑后細度提高、細粉量增加。(2隨著粉磨過程的進行,由于受各種力的影響,顆粒有團聚變成較大顆粒的傾向,助磨劑可以提供外來離子或分子去滿足斷開面上未飽和的電價鍵,消除或減弱聚集的趨勢,阻止斷裂面的復(fù)合,使顆粒達到更細的狀態(tài)。同時,引力減小使顆粒的分散性和流動性提

4、高,減少或防止了粘球、糊磨現(xiàn)象,提高了粉磨效率。(3在球磨機內(nèi),粉磨速度與料和球之間相互作用的頻率及效率成正比,助磨劑的加入使物料的流動性增加,從而增加了料球之間相互作用的頻率,提高了粉磨速度。同時,加入助磨劑后物料處于高分散狀態(tài),因此,有效地增加了粉磨介質(zhì)對物料的直接作用力,提高了粉磨效率。3國內(nèi)研究及應(yīng)用的水泥助磨劑目前國內(nèi)研究及應(yīng)用的水泥助磨劑,其基本成分大體上都屬于有機表面活性物質(zhì)。主要為:胺類、醇類、醇胺類、木質(zhì)素磺酸鹽類、脂肪酸及其鹽類、烷基磺酸鹽類等。具體物質(zhì)為:三乙醇胺、二三乙醇胺、乙二醇、木質(zhì)素磺酸鹽、甲酸、硬脂酸、油酸、十二烷基苯磺酸鈉等。實際在水泥生產(chǎn)中選用的主要有兩類形

5、式:一是純度較高的化工產(chǎn)品,二是化工廠等的廢料。助磨劑產(chǎn)品的種類較多,除純化合物產(chǎn)品外,還研究開發(fā)了多種復(fù)合助磨劑。3.1三乙醇胺、乙二醇類水泥助磨劑三乙醇胺及乙二醇屬于非離子型表面活性劑。三乙醇胺、乙二醇均含有極性很強的羥基19(一oH,從結(jié)構(gòu)可知都是極性很強的表面活性劑。原四川水泥研究所對水泥助磨劑進行了一系列的研究試驗,并經(jīng)過工廠的試驗和使用,得出結(jié)論:三乙醇胺、二三乙醇胺、乙二醇、多縮乙二醇是較為有效的水泥磨助磨劑,可以較大幅度地提高磨機產(chǎn)量。就水泥品種而言,純熟料水泥增產(chǎn)效果最好,可達20%一30%,普通水泥能增產(chǎn)10%一15%。目前,使用較多的水泥助磨劑是三乙醇胺、多縮乙二醇,但三

6、乙醇胺、多縮乙二醇有價格過高、來源短缺的缺點。3.2木質(zhì)素磺酸鹽型水泥助磨劑木質(zhì)素磺酸鹽包括鈣、鎂及胺鹽。木質(zhì)素磺酸鹽具有芳基核,由丙烷基連結(jié)成非極性的長鏈,鏈上含有極性的官能團,如磺酸基、甲氧基、羥基及羰基等。這種結(jié)構(gòu)使得它具有偶極性,呈現(xiàn)出表面活性,是一種強的表面活性劑。其作用機理是削弱顆粒的強度和阻止顆粒聚結(jié),兩者都牽涉到降低顆粒表面的自由能,因此,助磨劑的功效歸根結(jié)底必然反映在其吸附活性上。在磨機內(nèi)的環(huán)境中,吸附在水泥熟料顆粒表面上的木質(zhì)素磺酸鹽分子的活性部分(磺酸基等與顆粒表面接觸,憎水基團則伸向大氣。由于木質(zhì)素磺酸鹽是分子最高達幾百到幾百萬的物質(zhì),在顆粒上的吸附屬高分子吸附。由于水

7、泥顆粒表面不可能是光滑表面且具有裂紋,因而木質(zhì)素聚合度較低時,有利于吸附。木質(zhì)素磺酸鹽在水泥顆粒上的吸附量隨著陽離子的價數(shù)而變化,當(dāng)陽離子的價數(shù)相同時,吸附能力無大差別,作為助磨劑使用的木質(zhì)素磺酸鹽、鎂和鈣鹽比銨鹽好。3.3三乙醇胺型復(fù)合水泥助磨劑由山東省濟南市建筑材料設(shè)計研究院研制的AF水泥復(fù)合助磨劑,是由三乙醇胺(JA和氧化劑還原后的無機鹽類工業(yè)廢液(JF等復(fù)合而成,它的特點在于既是助磨劑又是活性激發(fā)劑,助磨效果較好,使水泥磨產(chǎn)量提高12%以上,且可以激發(fā)礦渣活性,提高礦渣水泥中礦渣的摻量,并能提高水泥的早期強度,使后期強度得到改善。其助磨效果與復(fù)合成分的含量有關(guān),在復(fù)合成分中JF占50%

8、60%,JA占40%50%時效果最好,且影響助磨效果的決定因素是JA(三乙醇胺的添加量,JF等只是起輔助作用。使用AF復(fù)合助磨劑能基本保證水泥的質(zhì)量,還能提高水泥中礦渣的摻量,使水泥中可以摻加50%的礦渣,AF復(fù)合助磨劑不僅能對礦渣水泥同樣起到助磨效果,而且還改善了水泥的后期強度,避免了單獨使用三乙醇胺而導(dǎo)致后期強度的下降,因此說AF助磨劑更適合于生產(chǎn)礦渣水泥。3.4木質(zhì)素型復(fù)合水泥助磨劑華南理工大學(xué)蘆迪芬、魏詩榴教授研究了一種木質(zhì)素型復(fù)合水泥助磨劑。該助磨劑由三種工業(yè)廢料及副產(chǎn)品復(fù)合而成,其主要成分是木質(zhì)素磺酸鹽,另配以少量有機化工產(chǎn)品Tw 及GL。Tw及GL都是非離子型表面活性劑,木質(zhì)素磺

9、酸鹽是陰離子型表面活性劑。西南工學(xué)院蘇光蘭、張?zhí)焓⑿毂虻妊芯繎?yīng)用工業(yè)廢料開發(fā)了復(fù)合工業(yè)助磨劑新品種,該工業(yè)廢料基復(fù)合助磨劑,其有效助磨成分是木質(zhì)素磺酸鹽。許日昌等研究了代號為CMD的復(fù)合助磨劑,該復(fù)合助磨劑主要由椰子油系列和木質(zhì)素磺酸鈣及少量的外加劑復(fù)合而成,其中,椰子油系列是有機化工產(chǎn)品,是一種強的非離子表面活性劑,在粉磨中其助磨效果較為顯著。此類復(fù)合水泥助磨劑均將多種有效助磨成分配合在一起,在粉磨過程中發(fā)揮各自的助磨20 （）減少機械設(shè)備維修，降低研磨體消耗，降低設(shè)備磨損等。 另外還具有適應(yīng)性強、性能穩(wěn)定、助磨劑用量少（用量為水泥）等顯著 特點。 研究與體會 在國內(nèi)水泥助磨劑研究進一步發(fā)

10、展的情況下，在原四川水泥研究所和我院多年研究的基 礎(chǔ)上，年初，我們與朝鮮合作研究開發(fā)，在消化吸收朝鮮先進技術(shù)的同時，結(jié)合我國 的原料及工藝特點等實際情況，做了大量的實驗室試驗和丁業(yè)性試驗，進行了深人有益的研 究，經(jīng)過更新改進，研制開發(fā)了適合我國特點的高效復(fù)合水泥助磨劑一系列水泥分 散劑。 我們采取的主要技術(shù)方案如下： （）通過各種途徑，選擇各種有效的表面活性劑，以此作為分散劑的基本成分。再根 據(jù)表面活性劑的吸附分散性能，有針對性地選擇幾種已采用的或新的表面活性劑，進行單 項、復(fù)合試驗，從中優(yōu)選較好的幾種分散劑基本配制方案。 （）在理論指導(dǎo)及實踐的基礎(chǔ)上，反復(fù)進行實驗室試驗和工業(yè)性試驗，從中得出

11、作用 效果最佳的分散劑的配制方案，研制高效的復(fù)合型水泥分散劑。 （）在以上試驗研究的過程中我們還注重以下三個方面的工作： 加強對影響分散劑使用效果的各因素分析。主要從三大方面來深入研究：分散劑的各 種性質(zhì)與用量；粉磨物料的性質(zhì)及細度要求；粉磨設(shè)備及工藝條件。 盡可能完善分散劑使用效果的評價依據(jù)及手段。如對細度（篩余）、比表面積值、顆 粒尺寸分布、磨機內(nèi)糊球情況、粉磨物料的流動性、節(jié)省電耗等進行準(zhǔn)確測試與分析判斷， 以對配制的各種分散劑的使用效果做出準(zhǔn)確客觀的評價。 認真分析分散劑對粉磨產(chǎn)品的性能的影響，盡可能發(fā)揮有利因素和消除不利影響，以 期進一步改進和完善高效復(fù)合水泥分散劑的配制方案。 從年

12、初，我們先后在許多水泥廠進行了一水泥分散劑的工業(yè)性試驗，主要有 巢湖鐵道部水泥廠、南京龍?zhí)端鄰S、巢湖金塔水泥有限公司、巢湖冶山水泥有限公司、安 慶白鰭豚水泥有限公司、江西萬年水泥廠、江西泰和玉華水泥有限公司、梅州東南水泥公 司、焦嶺縣油坑水泥廠、東莞中堂東華水泥廠、福建省龍巖市西陂水泥廠等。因試驗效果較 好，除部分水泥廠的提升運輸?shù)容o機設(shè)備的能力不夠外，其他廠家均使用了我們的水泥分 散劑。 下述對巢湖金塔水泥有限公司的使用結(jié)果數(shù)據(jù)進行簡單介紹。巢湖金塔水泥有限公司 （原廬江冶山水泥廠一分廠）的水泥磨系統(tǒng)為幣的開路磨，生產(chǎn)水泥品種為 ￥，水泥配料為熟料、火山灰、礦渣、石膏，其比鍘為：。入磨 物

13、料平均粒度為。其使用前后數(shù)據(jù)對比見表。 結(jié)合近幾年從事水泥助磨劑的研究、生產(chǎn)及使用工作的體會，我們認為： （）影響助磨劑助磨效果的因素較多，目前，研究工作者主要著手于助磨劑種類、性 質(zhì)及用量和被粉磨物料的性質(zhì)等因素的影響研究，關(guān)于粉磨條件對助磨效果的影響研究相對 較少，這方面，今后應(yīng)作深入應(yīng)用研究，以指導(dǎo)助磨劑的選擇、應(yīng)用和實踐。 （）助磨效果的表征和評價對于助磨劑的研究和應(yīng)用十分關(guān)鍵。助磨效果可用細度、 顆粒組成、平均粒徑、流動性、強度等表征或評價，而不能完全用勃氏比表面積表征助磨效 果。在實際生產(chǎn)中還可用提高磨機產(chǎn)量、降低粉磨電耗、提高水泥質(zhì)量來表征。 表使用前后數(shù)據(jù)對比裹 項目內(nèi)容 空白

14、數(shù)據(jù) 年元月日： ： 使用數(shù)據(jù) 年元月日： ： 使用效果 使用時間 分散劑的加量（水泥） 磨機臺時產(chǎn)量（） 成品細度（篩余）（） 比表面積（） 凝結(jié)時間 （：面） 初凝 終凝 產(chǎn)量增加 平均為 平均為 細度增加 增加 ： ： ： 基本相同 基本相同 增加 相同 抗折強度（） 抗折強度（） 抗折強度（） 抗壓強度（） 抗壓強度（） 抗壓強度（） 提高 增加 提高 提高 （）目前，研究工作者主要是憑試驗來尋找助磨劑，多數(shù)僅從助磨劑的種類及性質(zhì)方 面來考慮助磨劑的效果。另外，助磨劑必須對物料的性能及制品無不良影響，便于施工應(yīng) 用。且必須價格便宜，來源充足。今后的研究應(yīng)以開發(fā)助磨效果好、價格低廉，對水

15、泥性能 無害的助磨劑為前提。 （）目前，國內(nèi)研究的水泥助磨劑多為復(fù)合型助磨劑。今后應(yīng)向高效型、復(fù)合型、質(zhì) 量改進型助磨劑的研發(fā)方向發(fā)展，且隨著研究的不斷深入助磨劑應(yīng)向產(chǎn)品系列化方向發(fā) 展，以更好地適應(yīng)熟料質(zhì)量及性質(zhì)、混合材品種及性質(zhì)、磨機規(guī)格及性能、產(chǎn)品性能要求等 的變化。 急需解決的技術(shù)方案為： 對助磨劑的某些組分的改性方案； 結(jié)合高效復(fù)合水泥助磨劑的基本組成，根據(jù)各自物理化學(xué)性質(zhì)及物理化學(xué)反應(yīng)原理， 尋找更合適的反應(yīng)條件及合成方案。 展望 在我國，水泥助磨劑的研究和應(yīng)用起步較晚，與國外相比差距較大。但近年來，助磨劑 的研究得到有關(guān)高等院校及科研院所的高度重視，作了大量的研究開發(fā)工作，取得了較好的 成績。 提高木泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量，提高粉磨效率，降低粉磨電耗，及適應(yīng)水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實 施，已成為水泥工作者和水泥企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。這為水泥助磨劑的深入研究和廣泛應(yīng)用 提供很好的機會。可以展望，隨著