一種新型水泥助磨劑的制備及性能測試

蘇秀霞， 趙鈐妃， 劉崇喜

(1.教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室， 陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院， 陜西 西安 710021，2.漢中市四星化工有限公司， 陜西 漢中 723000)

0 引 言

目前，我國水泥生產(chǎn)存在兩大問題：一是產(chǎn)品質(zhì)量普遍比國外低；二是能量利用率低、電耗高.水泥粉磨細(xì)度、顆粒形狀和顆粒組成對于改善水泥性能以及充分發(fā)揮水泥活性有很大作用，但改善水泥性能、提高水泥細(xì)度又會使磨機(jī)產(chǎn)量下降，電耗增加.近年來隨著世界能源危機(jī)的加深，國家對節(jié)能技術(shù)也更加重視.另外，水泥助磨劑市場龐大、品種繁多，加之我國水泥助磨劑發(fā)展走了很多彎路，存在很多問題，致使大多數(shù)水泥企業(yè)對其望而卻步，形成抵觸情緒，從而不利于水泥助磨劑的推廣和使用.因此，提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量及粉磨效率，降低粉磨電耗，是我國水泥工作者極為關(guān)注的問題.傳統(tǒng)水泥助磨劑對于提高粉磨效率[1]、降低粉磨電耗有較為顯著的效果，但對于提高水泥強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)則無明顯效果[2].因此，對水泥助磨劑的深入研究和應(yīng)用勢在必行.

本文進(jìn)行了不同測定方法的對比試驗，以此研究助磨劑效果的測定判斷方法，提高實驗室小磨實驗結(jié)果與大磨工業(yè)生產(chǎn)的可模擬性.在現(xiàn)有工藝及設(shè)備基礎(chǔ)上，加入微量水泥助磨劑既可以提高粉磨效率，又可提高水泥質(zhì)量，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益.

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及試劑

Φ500 mm×500 mm實驗室標(biāo)準(zhǔn)磨；KBS-2型自動比表面積測定儀；BT-9300Z型激光粒度分布儀，丹東百特科技有限公司.

水泥熟料，陜西省天柱水泥制造有限責(zé)任公司；石膏，陜西省天柱水泥制造有限責(zé)任公司；三乙醇胺，CP，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；乙二醇，AR，天津市博迪化工有限公司；尿素，陜西華山化工集團(tuán)有限公司；醋酸鈉，AR，青島新永安化學(xué)品有限公司；木質(zhì)素磺酸鈣，鄭州市強(qiáng)源化工有限公司；丙三醇，AR，青島萬盛化工有限公司；消泡劑，西安萬德化工有限公司.

1.2 新型助磨劑(M1)的制備

將40.5 mL水加入反應(yīng)器，水溫保持在30 ℃，加入50 g木質(zhì)素磺酸鈣和5 g消泡劑均化20 min，再加入100 g尿素和150 g醋酸鈉均化15 min，繼續(xù)加入120 g乙二醇和120 g丙三醇，升溫至35 ℃均化30 min，加入180 g三乙醇胺升溫至40 ℃均化(充分?jǐn)嚢杈?30 min，然后放料包裝，貯存停放24 h即得成品.

1.3 提高水泥產(chǎn)量實驗

取3份相同質(zhì)量的生產(chǎn)水泥的喂料，第一份中不加新型水泥助磨劑(M1)，第二份、第三份分別加入喂料量的0.04%、0.05%的新型水泥助磨劑(M1)，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行比較.

1.4 對比實驗

進(jìn)行兩組對比實驗，其配料比均為水泥熟料∶石膏=95∶5，第一組為研究不同種類及摻量的助磨劑M1、M2、M3對硅酸鹽水泥性能影響的表征方法，摻量分別為M1 0.04%、M2 0.05%、M3 0.5%.第二組是對M1進(jìn)行最佳摻量研究(分別為0.02%、0.04%、0.06%)，與M2(摻量為0.04%)進(jìn)行助磨效果比較.

分別稱取5 kg按上述比例配好的試樣，然后加入相應(yīng)量的助磨劑，用實驗室小磨粉磨40 min，粉磨完畢，分別進(jìn)行流動性、篩余、比表面積、抗壓強(qiáng)度以及顆粒級配測定，然后進(jìn)行水泥凈漿強(qiáng)度(水灰比為0.3)和砂漿強(qiáng)度(水灰比為0.5)的測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 提高水泥產(chǎn)量

第二份喂料生產(chǎn)所得水泥比第一份質(zhì)量增加了15%，第三份喂料生產(chǎn)所得水泥比第一份質(zhì)量增加了30%，說明新型助磨劑M1摻量為0.04%～0.05%時可提高水泥產(chǎn)量15%～30%.

2.2 助磨效果表征

對第一組水泥的一些粉體特性進(jìn)行測定，測定結(jié)果見表1.

表1 第一組水泥的粉體性能測定結(jié)果

2.2.1 休止角

從表1可以看出，與不加助磨劑的水泥相比，加入助磨劑后水泥休止角分別減小為M1：6.4°，M2：4.3°，M3：3.9°.由此可見，使用水泥助磨劑使水泥的流動性提高，新型助磨劑M1的效果最顯著.這主要是由于助磨劑是一種表面活性劑，能夠起到平滑劑的作用[3]，可改變粉體顆粒之間的接觸角和摩擦阻力.流動性增加有利于生產(chǎn)過程中的輸送，避免造成水泥結(jié)塊.

2.2.2 篩余

從表l可以看出，助磨劑的加入使45μm和80μm篩篩余均減少，且45μm篩篩余變化明顯，80μm篩篩余變化區(qū)分度不大，因此，篩子尺寸越小，篩余降低幅度越大，效果越明顯.

2.2.3 比表面積

從表l可以看出，與未摻加助磨劑的水泥相比，加入助磨劑后比表面積分別增加M1：10.7 m2/kg，M2：17.7 m2/kg，M3：25.6 m2/kg.由此可見，助磨劑的使用可增大水泥的比表面積.

2.2.4 抗壓強(qiáng)度

加入助磨劑后水泥的強(qiáng)度均有不同程度的提高，3 d抗壓強(qiáng)度分別提高M(jìn)1：5.9 MPa，M2：7.4 MPa，M3：8.7 MPa；28 d抗壓強(qiáng)度分別提高M(jìn)1：3.4 MPa，M2：5.1 MPa，M3：4.1 MPa.參照水泥行業(yè)經(jīng)驗，水泥中多增加1%的混合材，水泥3 d抗壓強(qiáng)度降低0.4 MPa左右，28 d抗壓強(qiáng)度降低近0.6 MPa，照此折算，在提產(chǎn)基礎(chǔ)上還能夠節(jié)省15%左右的熟料.在整個實驗中，磨機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)保持良好，從實驗數(shù)據(jù)來看，新型助磨劑M1在水泥粉磨過程中的助磨效果明顯.

2.2.5 水泥顆粒粒度組成與分布

用同一批熟料在同一個Φ500 mm×500 mm的磨機(jī)上進(jìn)行摻與不摻新型助磨劑M1的對比實驗.實驗在不改變比表面積而僅提高磨機(jī)產(chǎn)量的條件下進(jìn)行[4]，采用激光粒度測試儀測定粒度分布，結(jié)果見表2和表3.

實驗結(jié)果表明：(1)在未改變水泥比表面積、只提高磨機(jī)產(chǎn)量的情況下，摻新型助磨劑M1顯著提高了小于33.78μm顆粒的含量，從74.36%提高到了83.26%；(2)大于60μm的顆粒組成從6.28%降低到了1.23%；(3)10μm以下的顆粒組成變化不大；(4)小于3.27μm的顆粒組成從18.58%增加到了24.68%,說明摻入新型助磨劑M1后不但能提高磨機(jī)的產(chǎn)量，還可改善和優(yōu)化水泥顆粒粒徑的分布，對水泥強(qiáng)度起主要作用的組份顯著增加，過粗顆粒減少，其中在水泥中起早強(qiáng)作用的3μm以下的顆粒有所增加.在增加細(xì)顆粒的同時，還能保持對水泥需水量起主要作用的10μm以下的顆粒組成基本不變，保持水泥有較高的流動性和較低的需水量.

表2 未摻新型助磨劑M1粉磨后的物料粒徑分布

表3 摻新型助磨劑M1粉磨后的物料粒徑分布

2.2.6 凈漿強(qiáng)度和砂漿強(qiáng)度

對Z1、Z2、Z3、Z44種水泥樣進(jìn)行凈漿強(qiáng)度和砂漿強(qiáng)度的測定，其抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果如表4所示.

表4 助磨劑對水泥抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度比的影響

由表4可以看出，幾種助磨劑都不同程度的提高了水泥的早、后期抗壓強(qiáng)度[5].無論是從凈漿強(qiáng)度還是砂漿強(qiáng)度來說，摻入新型助磨劑M1的水泥各齡期強(qiáng)度提高最明顯，其對水泥強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最好.由此可以得出，M1助磨劑在提高水泥細(xì)度和強(qiáng)度上效果都是最好的.

3 結(jié) 論

(1)新型助磨劑M1摻量為0.04%～0.05%時可提高水泥產(chǎn)量15%～30%.

(2)加入新型助磨劑M1后水泥休止角減小最顯著，說明使用水泥助磨劑可以提高水泥的流動性.

(3)加入新型助磨劑M1后篩子尺寸越小，篩余降低幅度越大，效果越明顯.

(4)加入新型助磨劑M1可增大水泥的比表面積，提高水泥耐壓強(qiáng)度，同時還可改善和優(yōu)化水泥顆粒粒徑的分布，使對水泥強(qiáng)度起主要作用的組份顯著增加，過粗顆粒減少，其中在水泥中起早強(qiáng)作用的3μm以下的顆粒有所增加.在增加細(xì)顆粒的同時，還能保持對水泥需水量起主要作用的10μm以下的顆粒組成基本不變，保持水泥有較高的流動性和較低的需水量.

參考文獻(xiàn)

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