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蘇州水泥助磨劑配方分析
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CNAS認可項目：是 - 一．背景 水泥助磨劑是一種改善水泥粉磨效果和性能的化學添加劑，可以顯著提高水泥臺時產量和各項技術指標。水泥助磨劑能大幅度降低粉磨過程中形成的靜電吸附包球現象，并可以降低粉磨過程中形成的超細顆粒的再次聚結趨勢。水泥助磨劑也能顯著改善水泥流動性，提高磨機的研磨效果和選粉機的選粉效率，從而降低粉磨能耗。使用助磨劑生產的水泥具有較低的壓實聚結趨勢，從而有利于水泥的裝卸，并可減少水泥庫的掛壁現象。作為一種化學激發劑，助磨劑能改善水泥顆粒分布并激發水化動力，從而提高水泥早期強度和后期強度。 1.1水泥助磨劑的種類及組成 常見水泥助磨劑有液體和粉體（固體）兩種，都能顯著地提高磨機產量，或提高產品質量，或降低粉磨電耗。在濕法粉磨過程中的水泥助磨劑又稱之為：分散劑。 按化學結構分類，水泥助磨劑可以分為三種：聚合有機鹽助磨劑、聚合無機鹽助磨劑和復合化合物助磨劑。目前使用的水泥助磨劑產品大都屬于有機物表面活性物質。由于單組分助磨劑價格較高，使用效果也不十分理想，近年來，復合化合物助磨劑應用較為廣泛。 粉體（固體）水泥助磨劑的組分常有：硬脂酸鹽類、膠體二氧化硅、膠體石墨、碳黑、粉煤灰、石膏等； 液體水泥助磨劑的組分常有：有機硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚丙烯酸酯、聚羧酸鹽等； 1.2水泥助磨劑原理及作用： 1.2.1水泥助磨劑原理： 助磨劑的主要作用是促進物料裂紋的形成和擴展，水泥助磨劑的原理有很多種學說，但目前大家認可的有三種學說。 1）強度學說。助磨劑隨物料加入磨內后，首先吸附在被磨固體物料的表面，降低其表面能。助磨劑分子吸附在固體物料的裂紋的內壁上，進一步進入到裂紋的人表面，隨時著裂紋的形成和不斷擴展，起到“楔子”作用，不僅阻止裂紋的閉合，而且促使裂紋的擴大，加速斷開的產生，在粉磨的中后期，助磨劑主要起分散作用，延緩或減輕細物料的凝聚。 2）分散學說。助磨劑能在物料表面產生選擇性吸附和電性中和，消除靜電效應，減小微細的、顆粒聚集的能力和機會，從而減少磨內粘球和糊襯板的現象，提高細粉物料的分散度，提高機械能的利用率，因而可提高磨機的粉磨效率。 3）襯墊學說。助磨劑能消除或大大減小鋼球和磨機內壁上粘附細粉所產生的襯墊，增強鋼球對物料的撞擊力，破壞磨機內部的吸引熱力、化學力和機械力。 1.2.2水泥助磨劑作用： 1）在磨機狀況不改變的條件下可提高磨機產量度10-30%，，可以改變磨內物料的分散性，有效消除水泥微細顆粒的靜電吸附和包球糊磨現象，優化水泥顆粒級配。 2）在維持原有磨機產量不變，提高水泥粉磨細度及比表面積使水泥強度3天提高20%,28天提高10%以上；或維持現有的水泥粉磨細度及比表面積，可以提高水泥磨機的產量10%以上。 3）使用水泥助磨劑能通過提高體積密度帶來的儲存能力增進，減少“結塊”現象，提高水泥流動性。水泥的“結塊”對應壓實狀態，主要是由于機械擠壓和顆粒間的相互吸引造成的。水泥結塊指數可以通過實驗室測試方法有效評估。流動性對應非壓實狀態。水泥助磨劑減小了顆粒間的相互吸引，使水泥顆粒處于一種干分散狀態中。 4）助磨劑是一種添加劑，適量地加入到被粉磨的物料中，能通過它對顆料表面的物理化學作用，發揮力學效能，得以提高物料的易碎性和分散性，從而提高粉磨細度和降低粉磨電耗。 5）水泥助磨劑還可以為水泥企業帶來的直接經濟效益：單產水泥電耗，研磨體的消耗量，磨機襯板消耗量，維修費用相應下降，生產率提高，企業生產規模擴大，成本下降。同時水泥助磨劑的使用可以改善水泥的流動性，提高選粉機的效率，減少水泥結庫現象，水泥裝卸時間和費用均會相應下降。 1.3水泥助磨劑的組分 國內研究及應用的水泥助磨劑，有液體助磨劑和固體助磨劑，其基本成分大都屬于有機表面活性物質。主要為醇類，醇胺類，木質素磺酸鹽類，脂肪酸及其鹽類，烷基磺酸鹽類等。 1）醇類的選擇 使用醇類有機物做助磨劑后水泥粉體止角和細度的變化如下圖所示。隨著單羥基醇有機物碳鏈長度的增長,水泥粉體休止角變大,篩余逐漸增多,助磨效果逐漸減弱,A04幾乎沒有助磨效果。單羥基醇有機物不能使水泥粉體的細度降低、比表面積增大,因此可以推斷單羥基醇有機物在水泥粉磨過程中無明顯助磨作用。乙二醇、丙三醇只使水泥休止角略微下降,而使篩余顯著降低,說明多羥基醇有機物對水泥粉磨有助磨效果。乙二醇、丙三醇降低了水泥的細度,而比表面積卻沒有提高。丙三醇的助磨效果較乙二醇、單羥基醇好,這意味著羥基基團越多,對水泥的助磨效果越好;有機物中碳鏈長度的變化對水泥粉磨沒有顯著影響，決定有機物助磨作用的因素是其中含有的官能團類型和數量。 2）醇胺類的選擇 醇胺類有機物對水泥粉磨的影響見下圖。醇胺類有機物使水泥45μm篩余降低約4個百分點;隨著醇胺類有機物中羥乙基數目增多,水泥粉體休止角逐漸降低,流動性增大,實驗中發現粉體的團聚程度也依次減小。醇胺類有機物在水泥粉磨過程中有很好的助磨作用,且能減少粉體的顆粒團聚。B1顯著增大了粉體的比表面積,但B2和B3卻幾乎沒有使水泥樣品的比表面積增大。這是因為加入使水泥流動性增加的二乙醇胺(B2)和三乙醇胺(B3)后,物料在磨內分散性提高,在粉磨區域受沖擊的機會趨于平衡,過細和過粗顆粒減少,而B laine比表面積受過細顆粒和過粗顆粒含量的影響很大,因此水泥的Blaine比表面積幾乎沒改變。 3 ）木質素磺酸鹽 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量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而變化。當陽離子的價數相同時，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. 4）木質素 此類復合水泥助磨劑均將多種有效助磨 成分配合在一起，在粉磨過程中發揮各自的助磨功效，因此，能顯著降低篩余細度，增加水泥比表面積；提高了物料的流動性，減少顆粒間粘附力和團聚作用，防止顆粒再度聚結，從而抑制粉磨逆過程的進行；同時能更有效地激發物料各組分中的潛在活性，獲得較高的水泥強度。 木質素型復合水泥助磨劑的主要成分木質素磺酸鹽來自紙漿廢液，價格低廉，是一種具有經濟效益和社會效益的助磨劑。 5）滑石或糖蜜類 滑石為天然礦物，糖蜜為制糖廢液，以上兩種物質價格低廉，貨源充足，用其作助磨劑不僅具有節電效果，而且水泥各齡期強度均有提高，糖蜜作礦渣水泥助磨劑，解決了礦渣水泥助磨問題。 1.3助磨效果影響因數 助磨劑進入粉磨系統后，一般會消除粉體顆粒間的積聚，增加顆粒間的分散性、流動性，縮短物料在磨機內的停留時間，降低物料的填隙率，提高選粉機的選粉效率，改變水泥輸送時的阻力，等等。如果助磨劑存在化學促強作用或改性作用，它將作為水泥的組分之一，在水泥使用時對相關的其他組分產生影響，從而改變水泥性能。 助磨劑的助磨效果, 不僅與其化學結構類型有關, 而且與組成基團的分子量有關, 即基團間的相互關系。如含碳原子一個的脂肪酸能很好地吸附在水泥顆粒士強化粉磨作用。脂肪酸的鈉和鉀鹽因羧基極除增強而有更大的吸附能力和助磨效果飽和脂肪酸類的助磨效果隨其分子鏈長度的增加而減小。不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸更有效從甲醇到戊醇的系列中, 助磨效果也是隨其分子鏈長度的增長而減小〔粉磨自水泥時用乙二醇和內氣醇提高比表向積的效果相同。 影響水泥助磨劑發揮最佳效果的因素有有以下幾點： 1）粉磨系統的不同 我國現有水泥企業的粉磨系統，無論在規模上或是先進程度上都存在著很大的差別。大多數老企業是直徑3米以下的開路磨，有的改造為各種高細磨。而近年新成立的水泥企業大多是直徑大于3米的聯合粉磨系統，還有的是立磨，對同一助磨劑產品來說，進入這些不同粉磨系統后，產生的影響程度顯然是不同的。 2）物料物理特性的不同 不同水泥企業的入磨物料組成及顆粒大小、易磨性、含水量等都不盡相同，即使是同一企業在不同季節，物料的這些物理特性也都會有所變化。因此，當同一助磨劑進入不同的物料系統時，在物料的各個粉磨階段產生的影響自然會不同（我們現在也不具備測試物料之間這種變化的能力）。 3）磨機內球配的不同 同一型號的磨機，在不同的水泥企業、不同的時段，其球配存在差別。而同一助磨劑加入磨機后的工況變化，顯然也會不同。此外，不同磨機之間還可能存在隔倉板結構不同的問題，此時使用助磨劑將給磨內工況帶來更大的變化。 4）輔機能力和可控性的不同 加入助磨劑后，水泥的分散性增加或磨機的產量提高，而此時提升機的能力、選粉機的參數、收塵器的效果、卸料和包裝方面的可控性，在不同的水泥企業是不同的。 5）.細度指標的不同 水泥粉磨時的細度指標是控制水泥粉磨程度的一個重要依據，但不同的細度參數所代表的真實細度是有明顯差別的。如常用的篩余與比表面積所代表的主要顆粒成分有明顯差異，它們只有在入磨物料組成、磨機工況都基本相同的情況下，才能與水泥性能有比較穩定的相關性，否則這種關系就會發生變化。比如，當減少水泥中熟料用量、用等量的粉煤灰來代替時，若還用同樣的比表面積指標來控制水泥粉磨，其強度自然不如原來的高。此外，如果用80微米篩余指標來控制，也會有同樣的現象。在使用助磨劑的情況下，如果水泥的物料組成發生變化，細度參數和控制指標應根據助磨劑的特點、水泥配比的變化及水泥性能目標等進行適當調整。 助磨劑進入水泥粉磨系統后所發生的變化與眾多的因素有關，而且不同水泥企業之間這些因素都存在差異，助磨劑企業的技術服務人員很難熟悉和掌握這些變化。所以，在使用助磨劑時，如果水泥企業只提出要減多少熟料或磨機提多少臺時、強度提高幾個兆帕，而自己的粉磨系統操作不變、細度控制指標不變，僅由助磨劑企業的服務來實現助磨劑的最佳效果或達到水泥企業需求的目標是十分困難的，也可以說是不可能的。因為只有水泥企業的技術人員最熟悉本企業的粉磨系統和操作性能，在進行助磨劑試驗時，助磨劑進入系統后出現的變化和應該采取的調整措施以及新的控制指標的制訂。 二參考配方： 組分 投料量（g/L） 三乙醇胺 180~220 糖蜜 50~80 磷酸鈉 5~10 木質素磺酸鈉 30~50 氯化鈉 120~150 醋酸鈉 50~80 氯化鉀 20~30 硫氰酸鈉 30~50 水 余量 三市面常見水泥助磨劑： 水泥活化助磨劑、高效水泥復合助磨劑、聚合物有機鹽助磨劑、聚合物無機鹽助磨劑、復合化合物助磨劑 蘇州禾川化工新材料科技有限公司（簡稱：禾川技術），為企業，科研的生產研發提供專業化解決方案。禾川技術以蘇州大學為產學研基地，融合了中科院有機所、應化所、浙江大學、南京大學、蘇州大學、華東理工大學等多家科研機構與高校的外圍專家博士團隊，依托生物納米科技園、蘇州大學、中科院納米所強大的儀器測試平臺，憑借強大的科研實力，多年豐富的研發經驗，共同建立化工材料分析中心，新材料研發中心。禾川技術致力于化工行業材料檢測、材料分析、配方還原、新領域新材料的開發；推進新項目整體研發進度，縮短研發周期，推動化工產業自主研發的進程。 公司：蘇州禾川化工新材料科技有限公司 地址：江蘇省蘇州市工業園區星湖街218號 聯系人：胡工 手機;18862167716 電話：051282190669 郵箱：hechuanjishu@hechuanchem.com 網址：http://www.hechuanchem.com
