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水泥助磨剂成分分析
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一.背景 水泥助磨剂广泛应用于建筑行业砂浆添加剂，禾川化学为建筑助剂企业提供整套产品配方改进技术；水泥助磨剂是一种改善水泥粉磨效果和性能的化学添加剂，可以显著提高水泥台时产量和各项技术指标。水泥助磨剂能大幅度降低粉磨过程中形成的静电吸附包球现象，并可以降低粉磨过程中形成的超细颗粒的再次聚结趋势。水泥助磨剂也能显著改善水泥流动性，提高磨机的研磨效果和选粉机的选粉效率，从而降低粉磨能耗。使用助磨剂生产的水泥具有较低的压实聚结趋势，从而有利于水泥的装卸，并可减少水泥库的挂壁现象。作为一种化学激发剂，助磨剂能改善水泥颗粒分布并激发水化动力，从而提高水泥早期强度和后期强度。 1.1水泥助磨剂的种类及组成 常见水泥助磨剂有液体和粉体（固体）两种，都能显著地提高磨机产量，或提高产品质量，或降低粉磨电耗。在湿法粉磨过程中的水泥助磨剂又称之为：分散剂。 按化学结构分类，水泥助磨剂可以分为三种：聚合有机盐助磨剂、聚合无机盐助磨剂和复合化合物助磨剂。目前使用的水泥助磨剂产品大都属于有机物表面活性物质。由于单组分助磨剂价格较高，使用效果也不十分理想，近年来，复合化合物助磨剂应用较为广泛。 粉体（固体）水泥助磨剂的组分常有：硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、胶体石墨、碳黑、粉煤灰、石膏等； 液体水泥助磨剂的组分常有：有机硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚丙烯酸酯、聚羧酸盐等； 1.2水泥助磨剂原理及作用： 1.2.1水泥助磨剂原理： 助磨剂的主要作用是促进物料裂纹的形成和扩展，水泥助磨剂的原理有很多种学说，但目前大家认可的有三种学说。 1）强度学说。助磨剂随物料加入磨内后，首先吸附在被磨固体物料的表面，降低其表面能。助磨剂分子吸附在固体物料的裂纹的内壁上，进一步进入到裂纹的人表面，随时着裂纹的形成和不断扩展，起到“楔子”作用，不仅阻止裂纹的闭合，而且促使裂纹的扩大，加速断开的产生，在粉磨的中后期，助磨剂主要起分散作用，延缓或减轻细物料的凝聚。 2）分散学说。助磨剂能在物料表面产生选择性吸附和电性中和，消除静电效应，减小微细的、颗粒聚集的能力和机会，从而减少磨内粘球和糊衬板的现象，提高细粉物料的分散度，提高机械能的利用率，因而可提高磨机的粉磨效率。 3）衬垫学说。助磨剂能消除或大大减小钢球和磨机内壁上粘附细粉所产生的衬垫，增强钢球对物料的撞击力，破坏磨机内部的吸引热力、化学力和机械力。 1.2.2水泥助磨剂作用： 1）在磨机状况不改变的条件下可提高磨机产量度10-30%，，可以改变磨内物料的分散性，有效消除水泥微细颗粒的静电吸附和包球糊磨现象，优化水泥颗粒级配。 2）在维持原有磨机产量不变，提高水泥粉磨细度及比表面积使水泥强度3天提高20%,28天提高10%以上；或维持现有的水泥粉磨细度及比表面积，可以提高水泥磨机的产量10%以上。 3）使用水泥助磨剂能通过提高体积密度带来的储存能力增进，减少“结块”现象，提高水泥流动性。水泥的“结块”对应压实状态，主要是由于机械挤压和颗粒间的相互吸引造成的。水泥结块指数可以通过实验室测试方法有效评估。流动性对应非压实状态。水泥助磨剂减小了颗粒间的相互吸引，使水泥颗粒处于一种干分散状态中。 4）助磨剂是一种添加剂，适量地加入到被粉磨的物料中，能通过它对颗料表面的物理化学作用，发挥力学效能，得以提高物料的易碎性和分散性，从而提高粉磨细度和降低粉磨电耗。 5）水泥助磨剂还可以为水泥企业带来的直接经济效益：单产水泥电耗，研磨体的消耗量，磨机衬板消耗量，维修费用相应下降，生产率提高，企业生产规模扩大，成本下降。同时水泥助磨剂的使用可以改善水泥的流动性，提高选粉机的效率，减少水泥结库现象，水泥装卸时间和费用均会相应下降。 1.3 水泥助磨剂的组分 国内研究及应用的水泥助磨剂，有液体助磨剂和固体助磨剂，其基本成分大都属于有机表面活性物质。主要为醇类，醇胺类，木质素磺酸盐类，脂肪酸及其盐类，烷基磺酸盐类等。 1）醇类的选择 使用醇类有机物做助磨剂后水泥粉体止角和细度的变化如下图所示。随着单羟基醇有机物碳链长度的增长,水泥粉体休止角变大,筛余逐渐增多,助磨效果逐渐减弱,A04几乎没有助磨效果。单羟基醇有机物不能使水泥粉体的细度降低、比表面积增大,因此可以 推断单羟基醇有机物在水泥粉磨过程中无明显助磨作用。乙二醇、丙三醇只使水泥休止角略微下降,而使筛余显著降低,说明多羟基醇有机物对水泥粉磨有助磨效果。乙二醇、丙三醇降低了水泥的细度,而比表面积却没有提高。丙三醇的助磨效果较乙二醇、单羟基醇好,这意味着羟基基团越多,对水泥的助磨效果越好;有机物中碳链长度的变化对水泥粉磨没有显著影响，决定有机物助磨作用的因素是其中含有的官能团类型和数量。 2）醇胺类的选择 醇胺类有机物对水泥粉磨的影响见下图。醇胺类有机物使水泥45μm筛余降低约4个百分点;随着醇胺类有机物中羟乙基数目增多,水泥粉体休止角逐渐降低,流动性增大,实验中发现粉体的团聚程度也依次减小。醇胺类有机物在水泥粉磨过程中有很好的助磨作用,且能减少粉体的颗粒团聚。B1显著增大了粉体的比表面积,但B2和B3却几乎没有使水泥样品的比表面积增大。这是因为加入使水泥流动性增加的二乙醇胺(B2)和三乙醇胺(B3)后,物料在磨内分散性提高,在粉磨区域受冲击的机会趋于平衡,过细和过粗颗粒减少,而B laine比表面积受过细颗粒和过粗颗粒含量的影响很大,因此水泥的Blaine比表面积几乎没改变。 3 ）木质素磺酸盐 木质素磺酸盐包括钙、镁及胺盐。木质素磺酸盐具有芳基核，由丙烷基连结成非极性的长链，链上含有极性的官能团，如磺酸基、甲氧基、羟基及羰基等。这种结构使得它具有偶极性，呈现出表面活性，是一种强的表面活性剂。其作用机理是削弱颗粒的强度和阻止颗粒聚结，两者都牵涉到降低颗粒表面的自由能，因此，助磨剂的功效归根结底必然反映在其吸附活性上。 在磨机内的环境中，吸附在水泥熟料颗粒表面上的木质素磺酸盐分子的活性部分（磺酸基等）与颗粒表面接触，憎水基团则伸向大气。由于木质素磺酸盐是分子量高达几百到几百万的物质，在颗粒上的吸附属高分子吸附。由于水泥颗粒表面不可能是光 滑表面且具有裂纹，因而木质素聚合度较低时，有利于吸附。木质素磺酸盐在水泥颗粒上的吸附量随着阳离子的价数而变化。当阳离子的价数相同时，吸附能力无大差别。作为助磨剂使用的木质素磺酸盐，镁和钙盐比铵盐好. 4）木质素 此类复合水泥助磨剂均将多种有效助磨 成分配合在一起，在粉磨过程中发挥各自的助磨功效，因此，能显著降低筛余细度，增加水泥比表面积；提高了物料的流动性，减少颗粒间粘附力和团聚作用，防止颗粒再度聚结，从而抑制粉磨逆过程的进行；同时能更有效地激发物料各组分中的潜在活性，获得较高的水泥强度。木质素型复合水泥助磨剂的主要成分木质素磺酸盐来自纸浆废液，价格低廉，是一种具有经济效益和社会效益的助磨剂。 5）滑石或糖蜜类 滑石为天然矿物，糖蜜为制糖废液，以上两种物质价格低廉，货源充足，用其作助磨剂不仅具有节电效果，而且水泥各龄期强度均有提高，糖蜜作矿渣水泥助磨剂，解决了矿渣水泥助磨问题。 1.4 影响水泥助磨剂发挥最佳效果的因素有有以下几点： 1）粉磨系统的不同 我国现有水泥企业的粉磨系统，无论在规模上或是先进程度上都存在着很大的差别。大多数老企业是直径3米以下的开路磨，有的改造为各种高细磨。而近年新成立的水泥企业大多是直径大于3米的联合粉磨系统，还有的是立磨，对同一助磨剂产品来说，进入这些不同粉磨系统后，产生的影响程度显然是不同的。 2）物料物理特性的不同 不同水泥企业的入磨物料组成及颗粒大小、易磨性、含水量等都不尽相同，即使是同一企业在不同季节，物料的这些物理特性也都会有所变化。因此，当同一助磨剂进入不同的物料系统时，在物料的各个粉磨阶段产生的影响自然会不同（我们现在也不具备测试物料之间这种变化的能力）。 3）磨机内球配的不同 同一型号的磨机，在不同的水泥企业、不同的时段，其球配存在差别。而同一助磨剂加入磨机后的工况变化，显然也会不同。此外，不同磨机之间还可能存在隔仓板结构不同的问题，此时使用助磨剂将给磨内工况带来更大的变化。 4）辅机能力和可控性的不同 加入助磨剂后，水泥的分散性增加或磨机的产量提高，而此时提升机的能力、选粉机的参数、收尘器的效果、卸料和包装方面的可控性，在不同的水泥企业是不同的。 5）细度指标的不同 水泥粉磨时的细度指标是控制水泥粉磨程度的一个重要依据，但不同的细度参数所代表的真实细度是有明显差别的。如常用的筛余与比表面积所代表的主要颗粒成分有明显差异，它们只有在入磨物料组成、磨机工况都基本相同的情况下，才能与水泥性能有比较稳定的相关性，否则这种关系就会发生变化。比如，当减少水泥中熟料用量、用等量的粉煤灰来代替时，若还用同样的比表面积指标来控制水泥粉磨，其强度自然不如原来的高。此外，如果用80微米筛余指标来控制，也会有同样的现象。在使用助磨剂的情况下，如果水泥的物料组成发生变化，细度参数和控制指标应根据助磨剂的特点、水泥配比的变化及水泥性能目标等进行适当调整。助磨剂进入水泥粉磨系统后所发生的变化与众多的因素有关，而且不同水泥企业之间这些因素都存在差异，助磨剂企业的技术服务人员很难熟悉和掌握这些变化。所以，在使用助磨剂时，如果水泥企业只提出要减多少熟料或磨机提多少台时、强度提高几个兆帕，而自己的粉磨系统操作不变、细度控制指标不变，仅由助磨剂企业的服务来 实现助磨剂的最佳效果或达到水泥企业需求的目标是十分困难的，也可以说是不可能的。因为只有水泥企业的技术人员最熟悉本企业的粉磨系统和操作性能，在进行助磨剂试验时，助磨剂进入系统后出现的变化和应该采取的调整措施以及新的控制指标的制订。 |
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