助磨劑在水泥粉磨中的作用及對(duì)水泥性能的影響研究

張永輝

(成都中聯(lián)水泥有限公司, 四川 成都 610300)

在水泥生產(chǎn)期間水泥粉磨為主要的項(xiàng)目與內(nèi)容，其中粉末技術(shù)耗電量為水泥生產(chǎn)總耗電量的65%左右，而水泥產(chǎn)品磨粉耗電量為總高電量的35%左右。因此怎樣提升粉磨期間能源轉(zhuǎn)化率成了亟待解決的主要問(wèn)題。有研究顯示，添加適量助磨劑可有效促進(jìn)其粉磨效率與能量利用率的快速提升，所以需要對(duì)助磨劑在水泥粉磨中的作用以及影響進(jìn)行分析，促進(jìn)水泥生產(chǎn)質(zhì)量的全面提升。

1 助磨劑在水泥粉磨中的作用

（一）粉磨流程與粉磨平衡

通常情況下，水泥磨粉不僅能夠利用機(jī)械能將顆粒直徑大小從粗變細(xì)形成物理性變化，還可以呈現(xiàn)出水泥自身晶體結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性出現(xiàn)變化的流程，可劃分為三個(gè)階段：

其一，粉磨初期。研磨介質(zhì)對(duì)物料自身內(nèi)聚力進(jìn)行破壞，使晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，致使晶體結(jié)晶程度降低，缺陷與表面能逐漸提升，進(jìn)而導(dǎo)致晶格錯(cuò)位以及表碾增加。其主要表現(xiàn)為顆粒細(xì)度明顯下降，比表面積提升以及表觀密度提高，并逐漸具有較強(qiáng)的粉體特征。在該時(shí)期物料顆粒直徑隨著時(shí)間逐漸降低，具有較為明顯的線(xiàn)性關(guān)系，其中粉磨速率應(yīng)具有均勻性。

其二，粉磨中期。這時(shí)物料比表面積與細(xì)度等提升速度開(kāi)始降低，也就是粉磨速率下降。其中水泥粉末數(shù)量較為豐富的表面使得凈電荷快速形成，使得顆粒間發(fā)生“團(tuán)結(jié)”現(xiàn)象的記錄不斷提高。

其三，粉磨末期。在這一時(shí)期中，物料細(xì)度不隨著粉磨時(shí)間出現(xiàn)降低現(xiàn)象，并出現(xiàn)相應(yīng)的變粗。同時(shí)粉末顆粒在各種力的影響下會(huì)出現(xiàn)晶體再結(jié)晶現(xiàn)象，而粉磨“結(jié)團(tuán)”現(xiàn)象也更為明顯，其中粉磨平衡也開(kāi)始出現(xiàn)，即物料顆粒在力的作用下出現(xiàn)細(xì)化現(xiàn)象時(shí)，細(xì)小的粉末在靜電力影響下出現(xiàn)團(tuán)聚、在機(jī)械力作用下出現(xiàn)晶體再結(jié)晶現(xiàn)象，其主要體現(xiàn)為粉末細(xì)度快速提升。

水泥在粉磨期間顆粒出現(xiàn)粉碎現(xiàn)象，而在粉碎期間還存在著化學(xué)鍵斷裂與形成、形成斷裂面等現(xiàn)象，例如二氧化硅會(huì)形成氧離子與硅離子，并通過(guò)表不飽和價(jià)鍵模式顆粒表面上展示，使得顆粒為亞穩(wěn)定高能狀態(tài)。這種形態(tài)會(huì)使其在各種作用的影響下出現(xiàn)重新附著的情況，以及顆粒在聚結(jié)形成大顆粒，繼而影響其表面能，或由于靜電吸附等因素與研磨體表面出現(xiàn)吸附等現(xiàn)象。所以這也有效的證明了水泥粉磨屬于一種不可逆流程，也是表面能與電荷實(shí)現(xiàn)平衡的主要流程。

（二）水泥表面顆粒的濕潤(rùn)與吸附

助磨劑在水泥粉磨期間的主要作用可變現(xiàn)為兩點(diǎn)，其一，就是助磨劑在水利顆粒表面出現(xiàn)的吸附過(guò)程，其二助磨劑對(duì)水泥顆粒自身的分散性進(jìn)行吸附使其出現(xiàn)改變。第一種表現(xiàn)特征為助磨劑在水泥物料顆粒表面形成的濕潤(rùn)流程與接觸大?。坏诙N的表現(xiàn)可利用對(duì)粉磨之后水泥粉體自身性質(zhì)的表現(xiàn)，例如表面能、休止角以及流動(dòng)性等進(jìn)行表示。

表面吸附主要為一種物質(zhì)自主的附著在另一種物質(zhì)表面的現(xiàn)象，其主要是以吸附劑自身的表面張力為基礎(chǔ)。而其余張力則主要存儲(chǔ)與液體與固體表表面分子成中，第一種作用利用降低表面方法促進(jìn)表面能的降低，而第二種作用則雖然缺少相應(yīng)的流動(dòng)性，卻通過(guò)表面的不平衡立場(chǎng)對(duì)氣相與液相分子進(jìn)行捕捉，進(jìn)而促進(jìn)表面能的降低。所謂表面吸附也能就是吸附與濕潤(rùn)作用，吸附主要是實(shí)現(xiàn)界面性質(zhì)的創(chuàng)新，也就是固氣轉(zhuǎn)變?yōu)楣桃?，并存在自由能的降低。液體可較好進(jìn)行展開(kāi)并附著在固體表面滲透到全新的細(xì)縫隙中，利用降低分子結(jié)構(gòu)合力實(shí)現(xiàn)固體縫隙的隔離，防止分子之間出現(xiàn)結(jié)合，并形成相應(yīng)的擠裂，使得固體硬度下降。

2 助磨劑在水泥粉磨中對(duì)水泥性能影響

（一）對(duì)水泥粉體性能的影響

在水泥粉磨期間，使用適量助磨劑時(shí)，對(duì)水泥粉體自身性能（例如流動(dòng)性、顆粒分布狀況等）形成影響的同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致水泥水化進(jìn)度、漿體性能與其硬化過(guò)后水泥石各種性能等都出現(xiàn)明顯的改變。而助磨劑結(jié)構(gòu)與基團(tuán)的不同也使得其對(duì)粉末顆粒的分配、狀態(tài)、比表面積等變化具有決定性影響，使得其對(duì)粉末流動(dòng)性形成間接的影響。

一些研究人員認(rèn)為，功能團(tuán)種類(lèi)與數(shù)量是影響有機(jī)物助磨作用的主要原因，單羥基醇類(lèi)有機(jī)物助磨劑效果相對(duì)較弱，多元醇有機(jī)物卻具有較強(qiáng)的助磨效果與質(zhì)量。同時(shí)醇胺類(lèi)物質(zhì)可較好對(duì)水泥篩余量進(jìn)行控制與降低，其中羥乙基數(shù)量的快速提升可確保水泥粉體具有較強(qiáng)的流動(dòng)性。而就無(wú)機(jī)物與有機(jī)物結(jié)合形成的助磨劑作用與各單一組分助磨劑相比相對(duì)較強(qiáng)，有機(jī)物與無(wú)機(jī)物助磨劑的科學(xué)使用促進(jìn)粉磨質(zhì)量的快速提升。

另一些研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了醇類(lèi)與醇胺類(lèi)助磨劑組分對(duì)于水泥熟料粉磨能量消耗的影響，并認(rèn)為粉磨能量消耗量在20KW·h/t以下時(shí)，水泥細(xì)度為線(xiàn)性提升趨勢(shì)，粉磨流程也符合相應(yīng)的定理需求。當(dāng)粉磨能量消耗量大于 20KW·h/t時(shí)，會(huì)在水泥出現(xiàn)結(jié)塊等因素影響下形成能量的損失。對(duì)助磨劑使用期間，比表面積檢測(cè)與篩余量檢測(cè)相比可更好的符合細(xì)度變化的精準(zhǔn)度評(píng)估需求，尤其是在能量較高時(shí)，這一現(xiàn)象更為突出。在助磨劑類(lèi)別以及水泥熟料粉磨能量消耗量等因素影響下，使用助磨劑可促進(jìn)水泥粉磨效率提升18%至75%。

（二）對(duì)水泥水化與性能的影響

在使用助磨劑期間，不僅會(huì)使水泥粉體物理性能出現(xiàn)變化，還對(duì)于水泥自身的水化性與水化產(chǎn)物性質(zhì)等有著間接的影響，并通常體現(xiàn)為水泥顆粒結(jié)構(gòu)變化致使水化進(jìn)程出現(xiàn)改變、以及化學(xué)組分在吸附在粉磨表面使得顆粒表面與水出現(xiàn)接觸反應(yīng)等方面，使得水泥水化流程、產(chǎn)物變化以及水泥硬化漿體性能出現(xiàn)變化等。當(dāng)水泥與水拌和時(shí)，顆粒表面上的各種礦物會(huì)出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，并與水出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)形成一個(gè)水化物。助磨劑作為表面活性劑吸附在水泥顆粒表面時(shí)，使得拌和期間水泥吸附與濕潤(rùn)流程得到了優(yōu)化與完善，促進(jìn)了各種礦物在水中的溶解速度與水化進(jìn)程。

與此同時(shí)，水泥助磨劑其中存在的各種化學(xué)組分進(jìn)行水泥水化流程，致使水泥漿體與水泥石性出現(xiàn)改變。使得AFT逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锳FM，實(shí)現(xiàn)孔縫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及降低孔縫率。其中一些助磨劑的化學(xué)組分由于使得漿體中離子環(huán)境以及酸堿度等出現(xiàn)改變，進(jìn)而導(dǎo)致混合料潛在活性的發(fā)揮，導(dǎo)致二次水化反應(yīng)的形成，最終使得水泥石物理性能出現(xiàn)改變。通過(guò)相關(guān)調(diào)查研究數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，各種水泥助磨劑在使用期間對(duì)于礦渣的水化性有著明顯的改變，也使得水化體系中的硅離子、鈣離子等的融出量得到了提升與強(qiáng)化。

而研究人員根據(jù)實(shí)際需求對(duì)TEA與TIPA進(jìn)行重新配置，將助磨性與水泥性等進(jìn)行分析與對(duì)比，進(jìn)而明確了助磨劑促進(jìn)水泥工作性能提升的主要原理為，助磨劑突破了水泥顆粒之間存在的粒間靜電作用力。TEA凝結(jié)時(shí)間降低，強(qiáng)化了水泥水化，使得其全程強(qiáng)度得到起升，特別是早期較為明顯。TOPA提升水泥凝結(jié)時(shí)間，完善了其運(yùn)行性能，尤其是后期強(qiáng)化效果較為明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水泥生產(chǎn)行業(yè)效率逐漸提升的環(huán)境下，環(huán)境問(wèn)題也較為嚴(yán)重，這也使得節(jié)能減排較為重要，而助磨劑對(duì)于降低能耗有著極為重要的作用與潛能。因此需要相關(guān)研究人員通過(guò)科學(xué)的方法對(duì)助磨劑在水泥粉磨中的應(yīng)用進(jìn)行研究，確保水泥的生產(chǎn)充分符合可持續(xù)發(fā)展需求。