新型高效水泥助磨剂

新型高效水泥助磨剂----------------目录水泥助磨剂的应用背景水泥粉磨工艺简介水泥助磨剂简介水泥助磨剂的研究成果水泥助磨剂的应用背景

水泥工业是支撑社会和经济发展的重要基础原材料工业

水泥与混凝土是建筑工程和各种构筑物不可或缺的基础材料，其用途广、用量大、性能稳定且耐久，在未来数十年中仍将具有不可取代的重要地位。18.68亿排放约11.52亿吨CO2耗能巨大

水泥生产过程中粉磨工序消耗的能量很高，而能量的利用率又极低，导致每年水泥生产能耗很大。11.52亿电耗约为1868亿度助磨剂的作用防止粉体团聚，有效减弱或防止“包球”提高水泥粉磨效率（10%-20%）改善水泥质量，提高产品档次提高粉煤灰、矿渣等废弃物的利用率使水泥工业由污染型向环保型转化降低水泥生产成本，节约能源使用助磨剂在现代水泥工业中，水泥助磨剂已经成为水泥生产中提高粉磨效率、降低粉磨电耗、改善水泥性能、降低生产成本的有效措施之一。二、水泥粉磨工艺简介水泥生产工艺：两磨一烧：生料的粉磨、锻烧和水泥终粉磨。粉磨设备：主要为：球磨机随着水泥工业生产大型化的发展以及粉磨设备的不断研发，逐渐使用辊压机、联合粉磨、立磨等新型粉磨设备。球磨机的特点：优点：结构简单、设备投资小；出磨水泥的粒径分布较好，粒形较好，有利于水泥的水化。缺点：能耗太大，所消耗能量很少的一部分(0.6～1%)用于增加物料的比表面积；粉磨过程中由于静电作用，易发生糊球现象，影响水泥的产量和质量。

在改善粉磨工艺的基础上，解决球磨机缺点的最佳措施之一：添加水泥助磨剂水泥助磨剂简介助磨剂定义：《GB/T667-2004水泥助磨剂》标准中，其定义明确为：在水泥粉磨过程时加入的起助磨作用而不损害水泥性能的外加剂，其加入量不超过水泥质量的1.0%。《GB175-2007通用硅酸盐水泥》标准中将助磨剂的允许掺量改为不超过水泥质量的0.5%，同时增加水泥中氯离子含量≤0.06%的要求，其目的是为了规范我国助磨剂的生产和质量，保证最终的工程质量。粉磨作用机理粉磨是能量积聚过程；粉磨过程中颗粒处于亚稳高能状态，颗粒与颗粒易于聚合而成为大颗粒。

阻碍细粉磨有以下三种形式（相）：包球、衬垫coating;附聚aggregation;聚结agglomeration;

在包球、衬垫阶段，由于不饱和价键力的作用，使颗粒粘附在筒体、研磨体上，使物料自由流动减少，衬垫削弱了粉碎作用，可以通过加入助磨剂（表面活性剂）来消除包球现象。

颗粒在比较弱的引力作用下结团——附聚体，松散的，小颗粒互相附着而不是结合，添加表面活性剂可将其分散；（aggregation）颗粒在比较强的化学键作用下结合为整体——聚结体，紧密的联合体，结晶结构产生了变化，此时不能用表面活性剂来分散，只能等它生长到一定尺寸以后再度被粉碎；（agglomeration）粉碎是一种可逆过程，当正反两过程的速度相等时，便达到粉碎平衡。添加助磨剂可以延缓颗粒的聚结，提高粉碎效率，使粉碎朝着预定目标进行。

粉碎、微细化大颗粒

小颗粒聚结、粗大化

为了减少或延阻聚结，可以通过吸附的办法，即加入少量表面活性剂，例如：胺盐、乙二醇、工业醇来使聚结减慢。有时水蒸汽也能使聚结减慢；在水泥粉磨中喷入水蒸气，起到冷却作用，因而使聚结减慢；另方面是由于水蒸气的解聚效应，（水实际是一种助磨剂，极性分子，故湿法粉磨效率较干法粉磨高），除此之外，水蒸气可以使电收尘器更有效。附聚和聚结阶段：

助磨剂的作用机理（假说）

助磨剂能够强化粉磨，作用机理非常复杂，尽管国内外对此进行了大量的研究,但是还没有统一的结论，提出了不同的观点。国外列宾捷尔（Rehbinder）的强度削弱理论和马杜里（Mardulier）的颗粒分散理论是助磨剂起助磨作用机理的经典学说，形成于上世纪三十年代和五十年代。列宾捷尔（Rehbinder）强度削弱理论：助磨剂吸附在颗粒表面上，继而能够渗入颗粒固有裂缝及在外力下新形成的裂缝，扩大这些裂缝，并阻止裂缝复合，改变颗粒表面的结构，降低了颗粒的强度和硬度，使得颗粒更易破碎，提高了粉碎效率。马杜里（Mardulier）的颗粒分散理论：物料的粉碎在于表面吸附活性剂之后改变了分散颗粒之间和研磨介质之间的相互作用。表现为粘附性的减少、降低了颗粒和研磨介质之间的粘附现象，使物料流动性好。粘附性减少的原因是活性剂降低了介电常数。助磨剂作为表面活性剂，对颗粒表面的电荷起平衡作用，可以显著减小或消除颗粒间的粘附和团聚，增加了颗粒的流动性，提高粉磨效率。在国外研究的基础上，国内各研究单位及高校也对助磨剂的作用机理进行了探索和研究，取得了有益的结论。但是国内也有几种不同的说法，还是没有得到统一的理论，从不同方面对助磨剂的机理进行了阐述。主要有吸附降低硬度学说、粉体流变学调节理论、材料断裂机理学说、断裂价键理论、薄膜假说几种不同的观点。助磨剂在水泥颗粒表面和断裂面上的吸附示意图助磨剂吸附在水泥颗粒裂缝表面(刚形成的裂缝分别带相反的电荷)，中和电荷。助磨剂的助磨作用方式助磨剂吸附在水泥颗粒表面后使颗粒表面产生相同符合的电荷，引起排斥力而使颗粒分散开。颗粒表面吸附有高分子表面活性剂时，它们在相互接近时产生排斥作用，可使粉体分散体更加稳定，不发生团聚，这就是高分子表面活性剂的空间位阻作用。助磨剂的分类助磨剂种类繁多、助磨效果差异很大，应用较多的就有百余种。水泥助磨剂一般按使用时的状态进行分类：固体、液体和气体三种。常见固体和液体两种，国内应用较多的以液体为主。按水泥工艺分类类别种类助磨剂的组成和名称单一物质的助磨剂有机助磨剂三乙醇胺、三异丙醇胺、醋酸铵、乙二醇、甘油、丙二醇、丁醇等无机助磨剂煤、石油、焦炭、石膏等复合助磨剂复合助磨剂有机物的混合物、有机物与无机物的混合物合成型助磨剂有机改性助磨剂和高分子合成助磨剂一般以有机改性成分为主体进行复合；高分子合成助磨剂可单独使用，也有复合使用乙二醇（EG）丙二醇（PG）甘油（GLY）2,3-丁二醇（23BD）1,2-己二醇（12HD）

部分小分子化合物的分子结构

新型高效水泥助磨剂的特性1.复合型水泥助磨剂具有较多的功能基团，是一些助磨单体的有效组合，其组分大体分为有机成分和无机成分，属于有机成分的主要有醇胺类化合物、多元醇、聚羧酸盐、木质素磺酸盐等。复合型水泥助磨剂不是助磨单体的简单混合，而是这些助磨单体的相互协同作用，复合助磨剂的功能较成分单一助磨剂性能效果有较大的提升，被广泛应用于水泥粉磨工业中。国内应用较多的复合型助磨剂掺量多为0.1%、0.03%等。传统的以三乙醇胺为主的复合型助磨剂存在一些缺陷，如：与混凝土外加剂适应性不好；复配助磨剂主要成分以三乙醇胺等为主，成本高;助磨性能不稳定，用量敏感；大部分助磨剂含盐量大，对生产优质耐久性水泥有害；功能单一；部分液体助磨剂中含有尿素、氨水等有害易挥发性物质。

在这种背景下，新型高效的水泥助磨剂的研发得到重视。2.合成型水泥助磨剂合成型水泥助磨剂以醇胺类的改性物为主，用于改性的化合物主要是一些小分子物质，这些化合物的价格较便宜，在很大程度上降低了水泥助磨剂的成本。助磨剂生产时采用特定的合成工艺，按照一定的配比进行醚化、酯化以及一些更为复杂的反应。实验及大磨应用证明：合成型助磨剂效果稳定，对掺量的变动不敏感，能够保证生产的顺利进行。在助磨剂复配中，可以部分替代三乙醇胺等物质，在部分配方中甚至已经全部取代，取得较好的效果。合成型水泥助磨剂将是以后水泥助磨剂发展的一个有力方向。3.高分子水泥助磨剂高分子助磨剂依靠其表面活性分散性能和功能基团的作用达到对水泥颗粒的粉磨分散及水化诱导作用，其应用性能稳定。高分子助磨剂将各功能基团组合到分子链结构中，其助磨效果较复配的助磨剂又有跨越式的提升。合成的高分子助磨剂一般有效掺量低，助磨增强作用明显，有一个合适的掺量范围，其掺量波动对水泥性能影响不大，可以更好保证生产的安全进行。高分子合成助磨剂成本低、性能好、综合效益高，具有最广阔的应用前景。ZK-RJD合成型水泥助磨剂的试验研究分别选取三乙醇胺（TEA）、甘油、ZK-RJD-Ⅰ型（助-A）、ZK-RJD-Ⅱ型（助-B）、ZK-RJD高分子水泥助磨剂（助-C）在相同条件下粉磨同一种水泥，助磨剂掺量定为0.03%。检测项目基准TEA甘油助-A助-B助-C细度（45um筛余%）13.57.96.87.79.78.8比表面积（m2/kg）417.69416.36435.36417.88430.19430.96相对于空白水泥，各助磨剂都表现出一定的助磨性能。从表中数据分析，在改善细度和增加比表面积方面的作用大小分别是：甘油＞助C＞助B＞助A＞TEA＞空白。高分子助磨剂C和合成型助磨剂B在助磨方面表现出良好的助磨性，其性能明显优于TEA和空白，尤其是在比表增加方面。助磨剂标准稠度（%）凝结时间（min）安定性初凝终凝空白28.04155215合格TEA28.04150222合格甘油28.41153205合格助-A28.59143194合格助-B28.41151201合格助-C28.04153198合格从表中可以看出，与空白水泥相比，掺加水泥助磨剂后，出磨水泥的初凝时间基本无变化，终凝时间稍有缩短，但在正常的凝结时间范围内。掺加水泥助磨剂的水泥产品的用水量与基准水泥相比，基本无变化，用水量基本处于同一水平。这说明，掺加的水泥助磨剂对水泥产品标准稠度用水量的影响不大。掺加水泥助磨剂后，水泥的安定性也合格。助磨剂＜3μm3-32μm32-65μm≥65μm≥80μm空白4.9157.6833.673.740.63TEA3.7259.7432.563.970.92甘油4.6762.4331.731.170.05助-A3.9563.3831.051.620.11助-B5.0862.2431.501.190.03助-C4.9162.8631.390.840.01从表中可知，与空白相比，加入助磨剂后，水泥的粒度分布有显著的改善，尤其是甘油、助-A、助C发挥出卓越的助磨功效，使粉磨粒径大大细化，表现出优异的效果，这与所测强度的发展是一致的。合成型助磨剂及高分子助磨剂具有较好的助磨效果，对水泥熟料粉磨的改善方面是非常优异的尤其是合成型的。与空白水泥相比，掺加助磨剂后水泥砂浆的3d和28d强度发展都较基准砂浆有明显的优势，水泥的强度大幅提高。掺加ZK-RJD-Ⅰ型合成型助磨剂效果最好，相对于空白，3d和28d抗压强度分别提5.84MPa和8.22MPa，强度发展明显优于掺加TEA的水泥强度发展。高分子助磨剂助C和甘油对水泥强度的贡献不是很明显，但也优于空白。结语随着我国水泥行业