助磨剂对水泥粉磨效果的研究

1、助磨剂对水泥粉磨效果的研究 前言 水泥的生产从原燃料到产品出厂是一个相当复杂的过程，要想达到优质、高产、低能耗，需要各方的技术支撑。然而水泥生产过程的核心是粉磨和烧成，俗称“两磨一烧”，即生料粉磨、水泥粉磨和熟料料烧成。新型干法窑的诞生和发展，已使能耗有了成倍的降低，正向理论热耗迈进。生料磨和水泥磨，长期以来主要采用球磨机进行粉磨。球磨机是依靠冲击和研磨作用对实现粉碎的，这种作用通过研磨体表面传递给物料颗粒使其粉碎，单一物料颗粒的受力是偶然性的，而大量能量消耗在研磨体之间以及研磨体与衬板之间的碰撞和磨损，粉磨效率是很低的。据Ansel的测定，球磨机粉碎物料的能耗利用率不足3，因而粉磨节能是国内

2、外长期以来亟待解决的问题。目前已有能耗利用率较高的立磨、辊压机、细碎机等新型粉磨设备，但对于水泥粉磨而言，球磨机还是不能不用的。 助磨剂是提高水泥粉磨效率的一项重要途径，粉磨节能可达1030，因而早已引起国外高度重视，现在发达国家的水泥粉磨大多都使用助磨剂。我国助磨剂的批量使用源于上世纪90年代末，主要为粉体助磨剂。由于粉体助磨剂带入了较多CI-，损坏了助磨剂声誉，国家及时修订了水泥国家标准，规定水泥中CI-含量不得超过006，引导助磨剂制造企业步上正轨，以液体助磨剂为主导产品，掺量一般在0.020.05，也有0.10的。在水泥中只掺加万分几的液体助磨剂，能否对水泥粉磨产生效果是不少水泥企业的

3、疑问，为此作者结合多年助磨剂的试验研究和实践，撰写了此文，供大家参考。助磨剂的定义 助磨剂是在磨碎过程中向磨机系统添加的化学药剂的总称。其作用主要是提高磨矿效率、加快矿石颗粒的破碎速度，并由于药剂的分散作用，而改变矿浆的流变学特征，有的还可以对钢球和衬板起缓蚀作用，最终达到降低能耗、钢耗和进行选择性磨碎的目的。 助磨剂是一种添加剂，适量地加入到被粉磨的物料中，能通过它对颗粒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。 助磨剂的分类 按使用时的状态分，助磨剂可以分为；固体、液体和气体助磨剂固体助磨剂有：硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、胶体石墨、炭黑、

4、粉煤灰、石膏等；液体助磨剂有：有机硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸盐等；气体助磨剂有：蒸气状的极性物质以及非极性性物质等。按化学结构助磨剂可以分为三类：聚合无机盐、聚合有机盐及复合化合物。 浅谈水泥助磨剂的作用 目前，国内使用水泥助磨剂的水泥企业越来越多，随着原材料价格及运输费用的上涨造成水泥熟料价格的不断攀升，促使水泥企业为了追求利润而利用水泥助磨剂来降低水泥熟料，甚至要求相同的水泥强度等级降低水泥熟料10%以上。降低熟料，依靠水泥助磨剂是不够的，肯定要在助磨剂产品中复配激发剂；但是目前相当部分的激发剂对混凝土的施工性能耐久性能不利，我认为：如果要加激发剂，也要加入能够后期激

5、发混合材的强度并无损于混凝土耐久性的产品。 水泥助磨剂作用有以下几点： 1.在水泥磨机状况不改变的条件下，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.在保持相同的水泥强度等级，利用相同的水泥熟料和混合材并适当调整其配比的条件下，添加水泥助磨剂后水泥熟料一般可以降低6-10%，同时增加混合材总量6-10%。 3.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。 4.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

6、”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。水泥的销售成本依赖于卡车、火车和轮船装载卸载货物的时间。水泥助磨剂的使用能减少整个运输过程中装载卸载的，因而使销售的总成本降低。在一些情况下，仅靠运输成本的节省就可以补偿助磨剂的使用费用。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

7、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。使用水泥助磨剂的企业都知道，水泥助磨剂每个品种都有其最佳掺量，液体产品掺量一般在0.03%-0.15%（我公司液体产品掺量一般在0.03%-0.10%之间），掺量范围大，价格悬殊也大；粉体产品掺量一般在0.5%-0.8%，掺量大，价格也低。实际上，助磨剂加少了起不到好的效果，加多了助磨效果也不能增加多少，水泥企业追求的应该性价比高的产品。因此，水泥助磨剂企业要有专业的研发人员和专业的技术服务团队，给水泥厂做好“顾问式”营销，针对不同企业的不同工艺技术，设备和混合材特点进行量身打造，与水泥企业互利共赢，共同发展。 助磨剂

8、对水泥颗粒级配有何影响 大家知道，水泥产品必须磨制到一定细度状态时，才具有胶凝性。细度状态可用多种方式表达：如细度指标（80滋m 和45滋m 筛筛余），其主要反映水泥中粗颗粒含量（%）；再如比表面积指标（m2/kg ），其主要反映水泥中细颗粒含量；而颗粒级配分析可以全面反映水泥中粗细颗粒分布状态，是当前水泥企业调整、控制水泥性能的先进手段。 颗粒级配对水泥性能的影响在国内外已经进行了长期的、系统的调查、分析、研究，并取得了基本结论，对于高等级硅酸盐水泥来说：分布状态在332滋m 颗粒时，对水泥强度增长起主导作用，这类颗粒含量应大于65%，其中1624滋m 颗粒含量尤为重要；而小于3滋m 的颗粒

9、含量应小于10%；1滋m 颗粒容易风化、结团，遇水会水化，对水泥性能不利；而大于65滋m 的颗粒越少越好，最好为零。 使用水泥助磨剂后磨机中的过粉磨现象会减少或消失，因此水泥中小于3滋m 的颗粒含量会有所减少，大颗粒的比例也会因粉磨强度的增加而降低。如果水泥企业要改善自己产品的颗粒组成，可以在水泥粉磨过程中加入助磨剂，这是一种非常简便的方法；但要组合水泥的颗粒级配则需要通过其他工艺措施才能实现。不同厂家的水泥助磨剂，其配方、选料、生产工艺各不相同，即使同一厂家的助磨剂，也会因其目的不同，在粉磨过程中会有不同的效果。由于不同的助磨剂其性能存在较大的差异，水泥企业在使用时应针对本企业的实际情况进行

10、科学选择。 浅析水泥助磨剂所产生的综合效益 业内一般认为水泥助磨剂是一种小产品，但小产品却能取得巨大的经济、社会和环境效益。水泥是一种大宗产品，使用助磨剂后每吨水泥生产成本只要降几元钱，年经济效益就是数十万元甚至数千万元。这是吸引水泥厂使用助磨剂的主要因素。关于水泥厂使用助磨剂后的经济效益的报道不少，且多由技术人员撰写，而没有财会人员参与，因此给出的效益数据应属简单粗略估计，不够全面，往往会低估使用助磨剂所产生的经济效益。 我们首先讨论提产型助磨剂的经济效益。提产型助磨剂只提高产量，不改变水泥的配比和强度，许多作者只计算提产后节电的经济效益。假设粉磨车间使用助磨剂前后磨机经相等时间运转后耗电相

11、等，则有：b ×100=b ×(100+a )，式中b 、b 为使用助磨剂前、后吨水泥综合电耗（千瓦时/吨），a 为提产百分点(%)。由此即可推导出增产节电所增加的经济效益： D （元/吨）=b ×a /（100+a ）×e -c f (1)式中e 为电价（元/千瓦时），c 为助磨剂价格（元/吨），f 为助磨剂掺量（%）。如某厂年产60万吨42.5级水泥，使用助磨剂后提产20%，未掺助磨剂时水泥粉磨综合电耗为44千瓦时/吨，电价为0.6元/千瓦时，助磨剂价格为1万元/吨，掺量为0.02%，则节电经济效益为： D =44×20/（100+20）&

12、#215;0.6-10000×0.02%=4.4-2=2.2（元/吨）水泥产量提高后，设备折旧费用、耗材维修费用下降，这两项支出与磨机的运行时间有关，生产相同量水泥，加助磨剂后大大缩短了磨机运转时间，研磨体、隔仓板和衬板的磨耗明显下降。劳动生产率的提高意味着工资总额不变时吨水泥成本平均值的下降。可以用推导节电经济效益同样的方法，推导出下列公式： 设备折旧费下降S （元/吨）=s ×a /（100+a ）(2) 工资总额吨水泥平均值下降G (元/吨)=g ×a /（100+a ）(3) 耗材与维修费节省H (元/吨)=h ×a /（100+a ）(4) 式

13、中s 、g 和h 分别为未使用助磨剂时的设备折旧费、工资总额吨水泥平均值和耗材与维修费。综合（1）、（2）、（3）、（4）式得提产型助磨剂经济效益： T （元/吨）=D +S +G +H -c f =（b e +s +g +h ）×a /（100+a ）-c f (5) 还是以上述某厂使用提产型助磨剂为例，如该厂各项财务价格为：折旧费（s ）7元/吨，工资总额吨水泥平均值（g ）3.6元/吨，耗材维修费（h ）2.5元/吨，使用助磨剂前吨水泥利润20元/吨，则提产综合效益： T =（44×0.6+7+3.6+2.5）×20/（100+20）-10000×

14、0.02%=6.58-2=3.58（元/吨） 某厂未使用助磨剂时年产为60万吨，使用助磨剂提产20%后的年产为72万吨，则年增经济效益为72×3.58=257.76万元。这里要提醒一点，就是不要忘记提产的额外经济效益，因为新增12万吨水泥，原利润每吨20元也应计算在内，这是使用助磨剂后才有的，所以使用助磨剂增产后增加的经济效益应为257.76+12×20=497.76万元。这样，使用提产型助磨剂的年增经济效益的公式为： W （元/年）=T y （1+a %）+r y ×a %(6) 式中W 为年增税前利润（元），y 为使用助磨剂前的水泥年产量（吨/年），r 为未用

15、助磨剂时的吨水泥税前利润。 产量不变，细度增加和强度提高的增强型助磨剂能减少水泥熟料用量，增加混合材掺量，这种助磨剂的经济效益计算公式为： Q (元/吨)=k j -m i n i -c f (7) 试中Q 为混合材取代熟料的经济效益(元/吨)，k 为熟料成本(元/吨)，j 为减少熟料用量百分数（%）。级数m i n i 系在多种混合材取代熟料情况下的成本总和，m i 为某一种混合材烘干后的成本价(元/吨)，n i 为该混合材的增量百分数（%），一般i =1，2。c f 含义同前，表示助磨剂成本。如只有一种混合材取代熟料，则i =1，计算简化成： Q =（k -m ）j -c f（k -m ）

16、为熟料与烘干混合材的差价，其值往往超过百元，因此增强型助磨剂的经济效益往往超过纯提产型，这就是许多水泥厂更愿意用增强型或复合型助磨剂的原因。 X （元/吨）=o -p -c f (8) 式中X 为提高等级的经济效益(元/吨)，o 、p 分别为高等级、低等级水泥的成本(元/吨)。 将（6）、（7）、(8)式合并，就能计算出复合型水泥助磨剂的经济效益： Z （元/吨）=T +Q +X =（b e +s +g +h ）×a /（100+a ）+o -p -m i n i -c f (9) 除提产、增加混合材用量的经济效益外，其他方面的经济效益往往被忽视，如水泥的输送、装卸和存储成本下降无人

17、具体报道。水泥助磨剂在水泥颗粒表面扩散形成的隔离膜使水泥颗粒间的团聚力和水泥颗粒对水泥设备内壁的黏附力减弱，水泥流动阻力减小，避免了水泥库内挂壁、结拱和阻塞的发生，因此水泥库容增大，输送、装卸时间缩短，存储维护成本下降。从短期看，上述各方面的经济效益并不明显，如长年坚持使用助磨剂并认真统计，这方面的经济效益会是一个不小的数据。 使用助磨剂所产生的时间经济效益也很可观。在水泥销售旺季，不少地区的水泥厂包装车间旁卡车排成长队，交了货款还可能要等一个星期才能装到货。在这种黄金时间，水泥厂只要用很小的投入就可能增产10%30%，从而加快资金的回笼和周转，这样多挣的钱很“爽”。在水泥销售淡季，粉磨车间使

18、用助磨剂可以避开高峰电，这样省的电钱理所当然。 水泥厂使用助磨剂后经济效益增加，纳税也增加，对国家贡献更大了。就拿前面提到的使用提产型助磨剂的某水泥厂来说，水泥产量由60万吨提高到72万吨，年增利润497万元，营业税、增值税及其附加城建费和教育费，还有所得税都增加。使用价格为1万元/吨、掺量为0.02%的助磨剂，每年购买助磨剂要花144万元，如开增值税发票可退税20.8万元（按14.5%计算）。有些厂可以通过增加废渣掺量而免税，如使用助磨剂将粉煤灰掺量由20%提高到30%就可免增值税和所得税。 使用水泥助磨剂不但有可观的经济效益，而且还有很好的社会、环境效益，它将在发展循环经济、建设绿色水泥工

19、业方面发挥重要作用。大家知道，生产水泥要消耗大量的不可再生矿产资源，并对环境造成严重污染。2006年我国生产了8.7亿吨水泥熟料，消耗11.3亿吨石灰石、1.6亿吨黏土、1.1亿吨标准煤和826亿千瓦时电，向大气排放8.7亿吨C O2、数千吨粉尘、数十万吨S O2和N O x 。目前我国水泥混合材掺量平均为25%，通过采用水泥助磨剂使水泥中的熟料用量减少5%是完全能办到的，由此可以节约7000万吨天然资源，少排放约5000万吨C O2、粉尘和其他有害气体。 本文所述使用助磨剂后各种效益的计算方法仍属简化近似计算，要想得到准确可靠的数据，必须认真计量统计。建议使用助磨剂的水泥厂和助磨剂生产厂家专

20、门立项，组织有关人员校正计量设备，记录使用助磨剂前后一定时间内的各种原始数据，对助磨剂所能产生的各种效益进行科学计算，并写出翔实可信的报告。其目的是找出水泥厂使用助磨剂取得高效益的经验，指导和推动更多的水泥厂使用助磨剂，让水泥助磨剂在建设节约型绿色水泥工业中发挥更大作用。 选用水泥助磨剂的六大原则水泥助磨剂产品作为水泥工业的“味精”，其作用和效果已得到广大水泥企业的普遍认可，并已在众多水泥企业中广泛应用，从而为水泥企业带来了显著的经济效益和社会效益。但总体看，水泥助磨剂生产企业良莠不齐，水泥助磨剂市场鱼龙混杂，所以水泥企业正确选用水泥助磨剂产品对水泥质量的稳定和水泥企业的节能减排至关重要。笔者

21、认为选择水泥助磨剂产品应遵循以下六大原则： 一、质量稳定性原则。其质量的波动对水泥产品的最终质量有很大影响。所以在选择水泥助磨剂时，要严格考察助磨剂生产企业的工艺状况、科研开发能力等，看其质量控制体系是否健全、质量控制手段是否到位，以确保水泥助磨剂产品质量均匀稳定，最好选择通过质量管理体系论证的企业。 二、性价比原则。选择水泥助磨剂时，不要单看产品报价，而是要看水泥助磨剂的性价比，要通过工业性试验来验证产品性能，计算投入产出比，从而选择性价比最高的水泥助磨剂产出比，从而选择性价比最高的水泥助磨剂。 三、符合国家标准原则。除水泥助磨剂本身要符合JC/T667-2004行业标准要求外，加入助磨剂后

22、生产的水泥必须符合GB175-2007国家标准要求，特别是有害成分氯离子含量必须0.06%，以确保水泥混凝土的耐久性。 四、适应性原则。必须充分考虑水泥助磨剂与混凝土外加剂的适应性问题，即加入助磨剂的水泥与混凝土外加剂必须有很好的适应性，必须有较好的施工性能。 五、改进性原则。水泥助磨剂在水泥生产过程中的作用不是万能的，它的作用和效果随水泥企业工艺状况、原材料等变化而变化。在选择水泥助磨剂时，还要看水泥助磨剂生产企业对产品有无持续改进能力，也就是要考虑水泥助磨剂企业的科技研发力量，看其是否具有高素质的研发团队和配备齐全的技术装备。 六、服务性原则。正确使用水泥助磨剂至关重要，选择水泥助磨剂生产

23、厂家时，一定要充分考虑其技术服务水平如何，服务是否到位等，以确保水泥助磨剂的正确使用。谈助磨剂在不同混合材水泥生产中的应用 助磨剂只是水泥生产工艺中的一类外加剂，不是通用产品。复合型助磨剂是根据不同的混合材材质及配比、水泥磨系统工况、水泥制造企业的特定需求而研制。复合型助磨剂的研制、应用，有助于达到最佳的助磨、提强、改善水泥性能的综合效果，从而使水泥的产品质量稳定、经济效益最大。 在西方国家水泥生产中，采用有助磨效果的各种添加剂十分普遍，有超过90的水泥生产线在使用。但是，在我国还远远没有得到广泛应用。其原因是多方面的：有对助磨剂的认识问题；有工艺和设备的适应性问题；有水泥混合材多样性问题；当

24、然也有助磨剂本身的质量问题。本文仅就助磨剂在不同混合材水泥生产中的应用做一探讨。 一、 水泥混合材及分类 在磨制水泥时，除了掺入适量石膏以外，为了改善水泥性能、调节水泥强度等级、增加水泥产量等而掺入人工的或天然的矿物材料，称为水泥混合材。目前所用的混合材料中，大部分是工业废渣。混合材料按照其性能不同，通常分为活性混合材料和非活性混合材料两大 类，其中活性混合材料用量最大。 活性混合材料：凡是天然的或人工的矿物质材料，磨成细粉，加水后虽然本身可能不硬化，但与激发剂混合，加水拌和后，不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者，称为活性混合材料，或称为水硬性混合材料。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣

25、、火山灰质混合材和粉煤灰等。 非活性混合材料：凡不具有活性或活性甚低的人工或天然的矿物质材料经磨成细粉，掺入水泥中仅起调节水泥性质、降低水化热、降低强度等级、增加产量的混合材料，称为非活性混合材料，又称填充性混合材料。对于不符合技术要求的粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰等均可作为非活性混合材料使用，另外比如石英岩、砂岩等磨成的细粉也属非活性混合材料。 二、 优化水泥颗粒级配的技术途径 水泥的细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。水泥的筛余量越小表示水泥越细，但并不等于强度越高。水泥颗粒级配才是重要的。最理想的状况是：水泥中熟料的颗粒级配应满足最佳性能的级配要求，而&

26、lt;3m特别是<1m的颗粒则为混合材（或矿物掺合料），如石灰石粉、粉煤灰、矿渣粉等。这些<3m的细粉状混合材填充于水泥熟料颗粒之间的空隙，使水泥颗粒的堆积趋向紧密，向Fuller曲线靠拢。 1、熟料与易磨性好的混合材共同粉磨。在熟料中加入一些易磨性好的混合材如石灰石、粉煤灰等共同粉磨。由于这些混合材易磨性好，因此在水泥颗粒中，混合材的粒径比熟料的小。可以期望，共同粉磨工艺中的石灰石或粉煤灰应该能提供更多的<3m颗粒，从而优化水泥的颗粒级配。由于石灰石硬度比熟料低，共同粉磨易产比表面积虚高，而误认为优化了水泥的颗粒级配。 2、难磨的混合材与熟料分别粉磨。比熟料难磨的混合材宜采

27、用分别粉磨然后混合的方法。若用共同粉磨的方法，矿渣的粒径比熟料的粗，在水泥的比表面积为350m2/kg时，矿渣的比表面积只有230280m2/kg。因此要分别粉磨。 3、选择性使用助磨剂优化水泥颗粒级配。分别粉磨可以较好解决不同材料的易磨性问题，但要投资相关设备。对中小水泥企业并不是最佳的方案。助磨剂对熟料、混合材结构和化学成分有选择性和适应性。因此，要及时调整助磨剂的配方来解决不同混合材的易磨性问题。 三、 激发混合材活性的方法 常用的具有潜在活性的混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材和粉煤灰等。目前常采用物理激活、化学激活和热激活等方法。 1、物理激活也称机械激活，在粉煤灰、矿渣、煤矸石

28、等处理方面，具有很好的效果。通过超细粉磨混合材，使其颗粒变得很小,不仅还可填充硬化结构的毛细孔，起到密实增强的作用，而且还能增加混合材的比表面积，同时其颗粒表面出现错位、点缺陷和结构缺陷，氧化硅和氧化铝的无定形程度增加，颗粒表面自由能增加，从而提高活性，它可以以极快的速度消耗氢氧化钙和石膏, 促进混合材与水泥水化产物的二次反应，使生成的水化产物增加，因而提高了强度。 2、化学激活是填加微量的激发物质，使水泥在水化过程中，激发物质中的Na+、OH-、SO4-等的激发改性物质在机械化学力的强化改性下，在粉体表面可形成一定的表面活性点。在水泥水化过程中，这些活性点优先参与水化发应，与其他颗粒或集料形

29、成局部焊点，使其参与并加速混合材料与水泥水化产物的二次反应，加快加固混凝土浆体早期强度构架的形式。常用的化学激发剂有两类：碱性激发剂和硫酸盐激发剂。 四、 复合型助磨剂在不同混合材水泥生产中的应用 1、复合型助磨剂是根据不同的水泥熟料、混合材种类及水泥磨工况等，有选择性选用数种助磨剂、强度激发剂等专门复配而成。集助磨、增强、改善性能、降低成本为一体的高科技产品，是生产绿色高性能水泥的重要技术措施。其特点是：通过助磨功能降低熟料使用量的同时，提高磨机产量，提高比表面积，从而提高水泥强度。 2、复合型助磨剂是在水泥粉碎过程中，集助磨和水泥水化过程中提高水泥强度的双重功效型助磨剂。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