淺述我國水泥助磨劑的研究及應用

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)大學江朝華與鹽城工學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,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對物料的直接作用力,提高了粉磨效率。3國內研究及應用的水泥助磨劑目前國內研究及應用的水泥助磨劑,其基本成分大體上都屬于有機表面活性物質。主要為:胺類、醇類、醇胺類、木質素磺酸鹽類、脂肪酸及其鹽類、烷基磺酸鹽類等。具體物質為:三乙醇胺、二三乙醇胺、乙二醇、木質素磺酸鹽、甲酸、硬脂酸、油酸、十二烷基苯磺酸鈉等。實際在水泥生產中選用的主要有兩類形

5、式:一是純度較高的化工產品,二是化工廠等的廢料。助磨劑產品的種類較多,除純化合物產品外,還研究開發(fā)了多種復合助磨劑。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,從結構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量。就水泥品種而言,純熟料水泥增產效果最好,可達20%一30%,普通水泥能增產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木質素磺酸鹽型水泥助磨劑木質素磺酸鹽包括鈣、鎂及胺鹽。木質素磺酸鹽具有芳基核,由丙烷基連結成非極性的長鏈,鏈上含有極性的官能團,如磺酸基、甲氧基、羥基及羰基等。這種結構使得它具有偶極性,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,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底必然反映在其吸附活性上。在磨機內的環(huán)境中,吸附在水泥熟料顆粒表面上的木質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。由于木質素磺酸鹽是分子最高達幾百到幾百萬的物質,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,因而木質素聚合度較低時,有利于吸附。木質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素磺酸鹽、鎂和鈣鹽比銨鹽好。3.3三乙醇胺型復合水泥助磨劑由山東省濟南市建筑材料設計研究院研制的AF水泥復合助磨劑,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。其助磨效果與復合成分的含量有關,在復合成分中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復合助磨劑能基本保證水泥的質量,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致后期強度的下降,因此說AF助磨劑更適合于生產礦渣水泥。3.4木質素型復合水泥助磨劑華南理工大學蘆迪芬、魏詩榴教授研究了一種木質素型復合水泥助磨劑。該助磨劑由三種工業(yè)廢料及副產品復合而成,其主要成分是木質素磺酸鹽,另配以少量有機化工產品Tw 及GL。Tw及GL都是非離子型表面活性劑,木質素磺

9、酸鹽是陰離子型表面活性劑。西南工學院蘇光蘭、張?zhí)焓⑿毂虻妊芯繎霉I(yè)廢料開發(fā)了復合工業(yè)助磨劑新品種,該工業(yè)廢料基復合助磨劑,其有效助磨成分是木質素磺酸鹽。許日昌等研究了代號為CMD的復合助磨劑,該復合助磨劑主要由椰子油系列和木質素磺酸鈣及少量的外加劑復合而成,其中,椰子油系列是有機化工產品,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 （）減少機械設備維修，降低研磨體消耗，降低設備磨損等。 另外還具有適應性強、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的同時，結合我國 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合水泥助磨劑一系列水泥分 散劑。 我們采取的主要技術方案如下： （）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。 （）在理論指導及實踐的基礎上，反復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 種性質與用量；粉磨物料的性質及細度要求；粉磨設備及工藝條件。 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、磨機內糊球情況、粉磨物料的流動性、節(jié)省電耗等進行準確測試與分析判斷， 以對配制的各種分散劑的使用效果做出準確客觀的評價。 認真分析分散劑對粉磨產品的性能的影響，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。 結合近幾年從事水泥助磨劑的研究、生產及使用工作的體會，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 質及用量和被粉磨物料的性質等因素的影響研究，關于粉磨條件對助磨效果的影響研究相對 較少，這方面，今后應作深入應用研究，以指導助磨劑的選擇、應用和實踐。 （）助磨效果的表征和評價對于助磨劑的研究和應用十分關鍵。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。在實際生產中還可用提高磨機產量、降低粉磨電耗、提高水泥質量來表征。 表使用前后數(shù)據(jù)對比裹 項目內容 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） 磨機臺時產量（） 成品細度（篩余）（） 比表面積（） 凝結時間 （：面） 初凝 終凝 產量增加 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 用。且必須價格便宜，來源充足。今后的研究應以開發(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，國內研究的水泥助磨劑多為復合型助磨劑。今后應向高效型、復合型、質 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向產品系列化方向發(fā) 展，以更好地適應熟料質量及性質、混合材品種及性質、磨機規(guī)格及性能、產品性能要求等 的變化。 急需解決的技術方案為： 對助磨劑的某些組分的改性方案； 結合高效復合水泥助磨劑的基本組成，根據(jù)各自物理化學性質及物理化學反應原理， 尋找更合適的反應條件及合成方案。 展望 在我國，水泥助磨劑的研究和應用起步較晚，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)產品質量，提高粉磨效率，降低粉磨電耗，及適應水泥新標準的實 施，已成為水泥工作者和水泥企業(yè)的當務之急。這為水泥助磨劑的深入研究和廣泛應用 提供很好的機會?？梢哉雇?，隨著