2023年浅谈水泥助磨剂在我国的发展趋势.doc

浅谈水泥助磨剂在我国的开展趋势 · 窦彦彬 徐国财 单位:安徽理工大学 [2023-4-14] 关键字:循环经济-节能降耗-水泥助磨剂-适应性 · :国家“十一五〞期间提出的可持续开展战略要求大力开展循环经济，国家将从政策、技术、人力、物力上加大对企业节能降耗支持，水泥助磨剂生产和研发企业在水泥行业节能降耗、CO2气体减排、废弃物综合利用方面将起到主力军的作用。因此开发高性能的助磨剂产品，加强与水泥用原材料的适应性以及与混泥土外加剂的相溶性是今后我国水泥助磨剂的开展方向。 　　前言   　　目前国内水泥技术越来越成熟，生产线建设规模日益增大，市场竞争不断加剧，水泥企业使用外添加剂逐步成为了进一步降低制造本钱，提高水泥产、质量已经成为企业增加市场竞争力，适应混凝土商品化的重要手段。水泥助磨剂就是这种新形式下派生出来的水泥生产外加剂，主要作用是提高水泥粉磨系统的台时产量、取得合理的工艺运行参数、提高各阶段水泥强度、增加混合材掺入量，降低水泥本部的综合电耗，提高企业的综合盈利能力。虽然水泥助磨剂是水泥产业链中的一个小产品，但是它在水泥行业中提产降耗等方面起着十分重要的作用，能为水泥企业带来实实在在的效益。目前，我国水泥助磨剂的生产逐步摆脱了那种产品单一，性能低劣的开展局面，特别在国外助磨剂生产厂家〔如格雷斯、希普等〕进入中国水泥市场之后，促使我国的助磨剂生产厂家开发出不同市场需求的产品，使得我国企业的助磨剂产品质量有了大幅度的提高。但从整体而言，我国大局部助磨剂生产企业仍然存在生产设备简单，检测试验手段落后，产品品种单一，有害物超标的情况。已经严重制约了企业的市场竞争力。特别在国家即将公布的通用水泥新标准中，水泥粉磨时允许参加助磨剂量应不超过水泥质量的0.5％，助磨剂应符合JC/T66规定。对水泥有害物含量作了更严格的限制，要求氯离子含量不大于0.06%。这些标准的强制实施，一方面增强了我国水泥的实物质量，另一方面也促使助磨剂生产企业加快产品升级步伐以满足水泥市场要求。    　　1. 研制复合型助磨剂    　　当前很多水泥企业所用的助磨剂主要起增产作用，但随着水泥行业混合材使用量的增大，以及即将执行的国家通用水泥新标准取消普通硅酸盐32.5水泥之后，有些水泥厂〔特别是立窑〕生产本钱将有所上升。因此在不改变现有工艺条件的情况下要求有一种即能提高磨机产量又能提高混合材掺量和水泥强度的助磨剂对水泥制造企业来说非常急需。在这方面除了几家国外助磨剂生产厂家有这种产品外，而国内公司的产品实际应用中还有一定的差距，但国内企业在这方面的研发也取得了一些成绩。目前国内也有一些科研单位，大专院校、生产企业在以往研究使用水泥助磨剂的根底上，进一步开展研究工作，并使其产品更趋标准，性能更加优越，掺入控制更加方便、可靠，本钱价格更趋合理，不少水泥厂在粉磨过程中对掺适量水泥助磨剂来提高水泥产、质量，节约能耗，防止水泥结块等越来越感兴趣。     　　由于水泥助磨剂是一种外表活性较高的化学物质，将适量的助磨剂掺匀在粉磨物料中，使其吸附在物料颗粒的外表上，即能降低物料颗粒的外表自由能，从而防止物料细颗粒的再聚合并使颗粒易碎性提高，因此从理论上分析外表活性高的化学物质，可用作水泥助磨剂。但在实际生产中要到达上述目的那么要进行不同外表活性剂的配比掺合试验，找出最正确配比，特别对于复合型助磨剂来说更是如此。因此要求在研制这类助磨剂时，为了增强与水泥产品的广泛适应性应尽量用标准水泥熟料做试验，其标准水泥熟料的有关成分为：C3A含量为6—8%，C3S含量为50—55%，f-CaO含量为≤1.2%，碱含量〔Na2O+0.658K2O〕≤1.0%。    　　在复合型助磨剂的研制生产中要充分了解助磨剂在水泥粉碎过程中的助磨和水泥水化过程中提高水泥强度的双重机理，在水泥粉磨过程中物料颗粒受到外力作用时物料颗粒被逐渐粉碎，而物质颗粒的粉碎那么意味着物质化学键的折断和重新组合，随着颗粒不断粉碎和颗粒断裂面的生成，颗粒的外表上出现不饱和的价键并带有正或负电荷的结构单元，使颗粒处于亚稳的高能状态，在条件适宜时断裂面重新粘合或者颗粒与颗粒再聚合起来结成为大颗粒，因此粉碎过程是一种分散与聚合的可逆反响。在水泥粉碎过程中，掺入适量的助磨剂，那么助磨剂吸附在物料颗粒外表上，使断裂面上的价键力得到饱和、颗粒之间的附聚力得到屏蔽，即屏蔽了水泥颗粒的一些带电活性点，使其荷电性质趋于平衡，从而防止了细颗粒的再聚合和细粉的糊球、粘磨现象，在水泥粉碎过程中助磨剂的分子能进入到水泥颗粒的裂缝中，靠其外表活性作用帮助裂缝的扩展并防止微小裂缝的外力打击下的重新愈合，从而提高水泥的粉磨效果。     　　要使水泥助磨剂发挥提高水泥强度的作用，除水泥粉磨过程中降低水泥颗粒细度提高比外表积的物理作用外，重要的还是要在助磨剂中参加微量的激发物质使水泥在水化过程中与助磨剂中的Na+、OH-、SO42-等的激发改性物质，在机械化学力的强化改性下，粉体外表可形成一定的外表活性点，在水化过程中这些活性点优先参与水化发应，与其他颗粒或集料形成局部焊点，加快加固混凝土浆体早期的机构形式。复合型水泥助磨剂的增强功能主要是助磨剂中的化学激发物质与熟料及混合材中的钙、硅、铝等进行化学反响，形成了有助于水泥增强的化学产物，同时造成了水泥中氧化物的晶格缺陷，提高了起发应活性。同时对普通水泥中约有20%—40%没有充分发挥水化作用的颗粒外表活性作用加强，从而客观上使得水泥中活化颗粒增多，水泥早中期水化产物增多，更有利于提高水泥的早期强度。     　　从水泥制造的工艺角度来考虑，由于复合型助磨剂在水泥中的掺量很小，其在水泥制品中的分散均匀度就受到影响，为减小这种影响而只有从水泥粉磨系统中参加是最正确选择，这是因为一方面水泥颗粒在外力作用下的外表积增大过程中同时也发生了一定的物理化学变化，这些变化有利于化学激发物质与其外表发生活化发应，激发出水泥颗粒潜在的水化活性。另一方面助磨剂在水泥粉磨过程中有利于均匀分散在水泥成品中，被在混凝土搅拌中参加激发物质要好。    　　2. 研发专用型助磨剂    　　2023年，中国水泥产量达10.6亿吨，约占世界水泥总产量的45%。但我国助磨剂的使用量却很低，目前我国水泥工业对助磨剂的应用率缺乏20％，与国外兴旺国家95％的应用率尚有很大差距。究其原因，主要是我国助磨剂品种比拟单一，性能、质量参差不齐，适应性普遍较差造成的。因此，专用型助磨剂的开发，对我国助磨剂的推广应用具有重要的作用。    　　2.1 粉煤灰专用助磨剂研发    　　2023年我国粉煤灰累计排放量到达了12多亿吨，现阶段年排渣量已达3000万吨，并且还不断呈上升趋势。水泥行业中粉煤灰做为混合材的使用量将越来越大，国家即将公布的通用水泥新标准规定粉煤灰水泥中粉煤灰掺量掺量由“20％～40％〞改为“>20％，≤40％〞 〔原版GB1344－1999中第3.3条、本版第4.1条〕；这意味着粉煤灰的掺量要加大，而实际我国大局部水泥厂家粉煤灰掺量是较低的，一般在10%—20%之间，加上近期各地粉煤灰价格上涨较快，使得水泥本钱较高。因此研发粉煤灰专用助磨剂来增大粉煤灰掺加量有很强的现实意义。     　　粉煤灰专用助磨剂的作用机理主要是根据助磨剂的作用机理研究选择不同物质组成和不同的工艺，经大量研究试验，开发新的高效助磨剂。要有好的助磨效果，必须满足：1.助磨剂的物质组成必须是偶极矩大的极性物质或强力的外表活性剂，极性物质屏蔽效应强；2. 各种不同的吸附剂在颗粒外表上具有不同的吸附机理，将多种外表活性剂分别通过试验有条件地组合在一起，能够增强在颗粒外表的吸附作用，增强助磨效果；3. 粉磨物料中的各种成分粉碎时所要求的助磨机理各不相同，因此要找出各自的作用机理，确定最正确组合；4.在磨机中要使用几种物质配合在一起制成复合助磨剂，以增强适应性。鉴于粉煤灰助磨剂必须具备的以上几种功能，在助磨剂原材料的选取上一般采用如下原那么：1. 采用碳酸钙物质完善调整水泥石化学组成和提高粉煤灰的水化过程中所消耗的大量放热反响;2. 采用不同激发剂，通过多种试验补充激发粉煤灰的潜在活性，促使与多种离子外表活性剂复合成高效助磨剂；　3.采用多种分散剂、外加剂与粉煤灰进行复合试验和研究，针对不同的水泥粉磨物料、颗粒等条件和物料的性质在粉磨过程中，使用不同的高效复合粉磨剂。使研究开发的粉煤灰专用助磨剂到达国家建材行业的水泥助磨剂标准的各项指标。     　　为了与普通助磨剂区别，粉煤灰专用助磨剂有以下指标必须到达：1. 提高水泥产品的强度，特别是水泥早期强度，一般可提高4-8Mpa；2, 较大提高粉煤灰在水泥中的掺量，大量利用粉煤灰作水泥混合材，粉煤灰掺量可到达30-50％；3.充分利用水泥粉磨原有工艺设备，不增加厂房设备投资，可提高粉磨产量20-45%；4.降低机械能，吨水泥节电8-15kwh。以上指标是研发粉煤灰专用助磨剂技术指标要求，低于该标准的研发将失去意义。     　　粉煤灰专用助磨剂对提升水泥工业的技术水平，促进水泥工业“绿化〞进程，完善水泥生产模式有重大作用。该项目技术的实施能很好地把环境效益与经济效益、社会效益结合统一起来，贯彻落实了环境法中环境保护同经济建设、社会开展相协调的原那么。2023年我国生产水泥10.6亿吨，利用工业废渣约2.0亿吨，假设使用该技术，在同等条件下，可使用工业废渣掺加量提高一倍以上，全年即可多利用工业废渣1.5亿吨，可增加水泥产量1.5亿吨，节约标准煤2500万吨，减少土地占用70000亩；同等水泥产量下，可减少有害气体排放：二氧化碳1.5亿吨，二氧化硫40万吨，氮氧化物85万吨。    　　2.2矿渣专用助磨剂研发     　　矿渣是一种具有良好的潜在活性的材料，它已成为水泥工业活性混合材的重要来源。水泥企业使用矿渣可以扩大水泥品种、改善水泥性能。矿渣的主要成分是由CaO、MgO、Al2O3、MgO、SiO2、MnO、Fe2O3等组成的硅酸盐和铝酸盐。上述四种主要成分在钢渣中占90%以上。矿渣的活性以质量系数K=(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO+TiO2)来衡量，系数大那么活性高。矿渣的活性与化学成分有关，但更取决于冷却条件。水淬急冷阻止了矿物结晶，因而形成大量的无定形活性玻璃体结构或网络结构，具有较高的潜在活性。在粉磨到一定程度时，其活性被激发出来，能起水化硬化作用而产生强度。     　　近代的材料脆断破坏观点认为裂纹的存在和扩展导致断裂。促成断裂产生的物理条件是力和能量，当物料颗粒受外力作用时，在裂纹尖端处呈现局部应力集中。当拉应力超过物质分子的引力时，那么裂纹扩展。根据Griffith材料断裂理论公式，助磨剂吸附在裂纹上，可使裂纹外表自由能降低，而且可平衡裂纹外表上的剩余价键及电荷，防止裂纹愈合，从而有利于裂纹的扩展，提高物料的易碎性。   　　式中  ──材料的断裂强度，MPa；           ──杨氏弹性模量，MPa；     　　──固体的比外表能，erg/cm2；        ──裂纹的长度，mm。    　　由于矿渣的玻璃体结构原因，普通助磨剂参加到矿渣水泥粉磨过程中，虽然能够解除矿渣颗粒周围的团聚现象，但不能提高矿渣颗粒本身的易磨性，所以助磨效果往往不佳。     　　助磨剂的作用在很大程度上取决于助磨剂的性质及其参加量。很多实验结果说明，采用外表活性剂可获得很好的效果，尤其是阳离子型外表活性剂和非离子型外表活性剂。专家在研究过程中发现，外表活性剂中的某些物质，在与弱酸合成后，对矿渣的易磨性有明显作用，能够较大幅度提高矿渣粉磨的比外表积。依据现有助磨剂在粉磨过程中作用和机理的理解，选择相应的外表活性剂及无机组分进行有效结合，经过大量试验，复配得出矿渣专用助磨剂。     　　矿渣助磨剂的最终研究目的是要在实际生产应用中发挥作用，在工业生产中应用助磨剂还要受到工艺条件的影响，因此必须