| 助磨劑的定義和分類 助磨劑是一種添加劑，適量地加入到被粉磨的物料中，能通過(guò)它對(duì)顆粒表面的物理化學(xué)作用，發(fā)揮力學(xué)效能，得以提高物料的易碎性和分散性，從而提高粉磨細(xì)度和降低粉磨電耗。 按使用時(shí)的狀態(tài)分，助磨劑可以分為；固體、液體和氣體助磨劑．固體助磨劑有：硬脂酸鹽類、膠體二氧化硅、膠體石墨、炭黑、粉煤灰、石膏等；液體助蘑劑有：有機(jī)硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸鹽等；氣體助磨劑有：蒸氣狀的極性物質(zhì)以及非極性性物質(zhì)等。按化學(xué)結(jié)構(gòu)助磨劑可以分為三類：聚合無(wú)機(jī)鹽、聚合有機(jī)鹽及復(fù)合化合物。 2助磨劑的作用 2.1塑性變形 被粉碎物料顆粒吸附一層單分子膜的助磨劑后，吸附分子與礦物顆粒表面缺陷組織之間的電子轉(zhuǎn)移，使有些離子晶型的物料的顯微硬度降低，加快塑性變形，促進(jìn)粉碎過(guò)程。 2.2降低物料的強(qiáng)度 當(dāng)?shù)V物顆粒表面吸附了助磨劑分子后，表面能大大下降，相應(yīng)的物料抗張強(qiáng)度也降低。如下表所示： 2.3防止凝聚和粘壁物料的新生表面 由于受范德華力和靜電力的作用，很容易凝聚和包球．但是，新生表面一旦吸附助磨劑，其活性頓時(shí)下降，從而減小凝聚性、粘壁性，提高丁流動(dòng)性，有利于粉碎，更有利于分級(jí)，這種有效的分散、解聚作用是助磨劑的重要的功能。 2.4緩蝕作用 在濕磨過(guò)程中，氧的存在將顯著加速球的腐蝕和磨損，磨機(jī)中球和襯板局部的電化學(xué)腐蝕也是很嚴(yán)重的。研究表明，在鉛鋅硫化礦磨礦時(shí)，通過(guò)控制pH值，添加助蘑劑，球的磨損明顯降低，主要原因是助磨劑的添加一定程度上排除和抑制了氧的作用，消除了電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。 2.5 選擇性磨碎作用 在磨礦過(guò)程中，原料通常都不是單一的礦物。不同的礦物，在后續(xù)的作業(yè)中粒度要求不盡相同。有些藥劑對(duì)不同的礦物具有選擇性磨碎作用。試驗(yàn)表明，磁鐵礦和石英混合，添加200g／t CaO，礦漿濃度≥75％時(shí)，磁鐵礦的選擇性磨碎效果顯著。 2.6 改善產(chǎn)品應(yīng)用性能 為了提高產(chǎn)品在應(yīng)用中的分散性和流動(dòng)性，有些物料粉碎時(shí)也要加入助磨劑進(jìn)行改性。 例如：在粉碎氧化鐵系顏料時(shí)加入0.5％～1 n硬脂酸助磨劑，不僅增產(chǎn)26％，而且所粉碎的鐵紅顏料制造油漆的分散時(shí)間也縮短了50％。對(duì)于一種助磨劑加入到被粉碎物料之中，可能發(fā)生上述某一種作用，也可能是幾種作用的聯(lián)合。 3助磨劑的作用機(jī)理 關(guān)于助磨劑的作用原理主要有兩種觀點(diǎn)： (1)助磨劑在固體顆粒表面上的吸附，改變了顆粒表面的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，降低了顆粒的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)阻止了新生裂紋的閉合，加速物料裂紋的擴(kuò)展。 (2)當(dāng)物料粉碎磨細(xì)到一定細(xì)度時(shí)，顆粒之間、顆粒與研磨介質(zhì)間會(huì)聚集、粘附形成包殼。助磨劑能迅速地消除或減弱顆粒與顆粒、顆粒與研磨介質(zhì)間的聚集和粘附，提高粉磨效率。 4 助磨劑的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 國(guó)外粉碎作業(yè)使用助磨劑已有70多年的歷史，自從1930年Goddard以樹(shù)脂作為助磨劑在英國(guó)首先取得專利以來(lái)，先后被研究作為助磨劑的物質(zhì)達(dá)50多種，助磨劑的品種以有機(jī)化合物為主，其中以醇和醇胺類的化合物為多。德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、日本、前蘇聯(lián)、朝鮮等國(guó)對(duì)助磨劑的研究和應(yīng)用較為廣泛，據(jù)悉目前日本幾乎所有的水泥廠都使用水泥助磨劑。我國(guó)對(duì)助磨劑的研究和應(yīng)用起步較晚，20世紀(jì)50年代后期，一些水泥廠曾利用煤、紙漿廢液、肥皂廢液等作為水泥助磨劑，效果不甚明顯。20世紀(jì)70年代，不少水泥企業(yè)和研究部門(mén)對(duì)助磨劑開(kāi)展廣泛的研究和應(yīng)用工作，原四川水泥研究所、同濟(jì)大學(xué)、華南工學(xué)院等研究單位和撫順、柳州、首都、大連、哈爾濱、松江、唐山、大同、中國(guó)、上海、吳淞、光華、四川資中、華新、廣州等水泥廠，先后對(duì)水泥磨及生料磨使用助磨劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、工業(yè)性試驗(yàn)和生產(chǎn)上的應(yīng)用，所采用的助磨劑一般是化工廠的副產(chǎn)品或下腳料以及廢液、廢渣等，均收到較好的效果，但由于價(jià)格較貴、來(lái)源不充足或質(zhì)量不穩(wěn)定而無(wú)法推廣應(yīng)用。近年來(lái)，助磨劑的研究得到有關(guān)高等院校、科研院所和科技開(kāi)發(fā)公司的高度重視，取得多項(xiàng)成果。 5 國(guó)內(nèi)研究及應(yīng)用的水泥助磨劑 目前，國(guó)內(nèi)研究及應(yīng)用的水泥助磨劑，有液體助磨劑和固體助磨劑，其基本成分大都屬于有機(jī)表面活性物質(zhì)。主要為：胺類、醇類、醇胺類、木質(zhì)素磺酸鹽類、脂肪酸及其鹽類、烷基磺酸鹽類等。具體物質(zhì)為：三乙醇胺、二三乙醇胺、乙二醇、木質(zhì)素磺酸鹽、甲酸，硬脂酸、油酸、十二烷基苯磺酸鈉等。實(shí)際在水泥生產(chǎn)中選用的主要有兩類形式：一是純度較高的化工產(chǎn)品，二是化工廠等的廢料。助磨劑產(chǎn)品的種類較多，除純化合物產(chǎn)品外，還研究及開(kāi)發(fā)了多種復(fù)合助磨劑。 6 國(guó)內(nèi)助磨劑研究所存在的問(wèn)題 國(guó)內(nèi)大多采用工業(yè)純聚合有機(jī)鹽和無(wú)機(jī)鹽為助磨劑的主要成分，成本較高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況。采用經(jīng)驗(yàn)方式確定配方，配合的原理研究較少，因此所取得的產(chǎn)品一般適應(yīng)面較窄。特別對(duì)于溫度較高的物料還沒(méi)有合適的產(chǎn)品。即使對(duì)于不同生產(chǎn)廠家的同種產(chǎn)品應(yīng)用于不同廠家，也存在效果差異較大的情況。偶極—偶極有機(jī)化合物作為表面助磨劑研究較少，沒(méi)能充分發(fā)揮該系列產(chǎn)品改善粉磨物料粘附效果。對(duì)工業(yè)廢料開(kāi)發(fā)高效表面助磨劑研究較少，且未能將多種有效助磨成分配合在一起，從而發(fā)揮最佳粉磨效果。 7 助磨劑的研究前景 1)系統(tǒng)中添加助磨劑的目的是為了改善物料的易磨性，減輕顆粒之間的粘聚接團(tuán)作用，消除微細(xì)顆粒球糊襯板現(xiàn)象，提高磨機(jī)內(nèi)物料的流動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)節(jié)能高產(chǎn)的目標(biāo)。 但化學(xué)助磨劑對(duì)后續(xù)作業(yè)及環(huán)境的影響是影響助磨劑發(fā)展的主要因素，許多能提高蘑礦效率 的化合物因?qū)罄m(xù)作業(yè)或生態(tài)環(huán)境有不良影響而不能使用，只有影響很小的助磨劑才能夠被接受。因此無(wú)毒、無(wú)害而價(jià)格低廉的助磨劑是今后發(fā)展的一個(gè)方向。 2)由于助磨劑通常為化學(xué)藥劑，極易揮發(fā)損耗。因此可以在形式上作一些改變，將助磨劑通過(guò)一種特殊的物質(zhì)作為載體，延緩助磨劑進(jìn)入粉磨系統(tǒng)后的快速揮發(fā)消散，使助磨劑在粉磨的全過(guò)程中逐漸緩釋出來(lái)也是當(dāng)前助磨劑的研究課題。由于各生產(chǎn)廠家原料物質(zhì)的表面性質(zhì)存在差異，助磨劑在待磨顆粒表面上吸附的速度也會(huì)不同，利用這種差異，可以改變組成礦物各自的表面性質(zhì)、連接面性質(zhì)及礦漿的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)磨礦的選擇性。因此根據(jù)不同物料的表面性質(zhì)，研究選擇性好的助磨劑也是其發(fā)展的主要方向。 助磨劑研究的另一個(gè)方向就是多種助磨劑進(jìn)行復(fù)配使用．單一的助磨劑大多存在一些局限性，多種助磨劑進(jìn)行復(fù)配使用則可以克服上述局限性。 現(xiàn)列舉已經(jīng)研究出的復(fù)合助磨劑： a木質(zhì)素磺酸鹽 木質(zhì)素磺酸鹽包括鈣、鎂及胺鹽。木質(zhì)素磺酸鹽具有芳基核，由丙烷基連結(jié)成非極性的長(zhǎng)鏈，鏈上含有極性的官能團(tuán)，如磺酸基、甲氧基、羥基及羰基等。這種結(jié)構(gòu)使得它具有偶極性，呈現(xiàn)出表面活性，是一種強(qiáng)的表面活性劑。其作用機(jī)理是削弱顆粒的強(qiáng)度和阻止顆粒聚結(jié)，兩者都牽涉到降低顆粒表面的自由能，因此，助磨劑的功效歸根結(jié)底必然反映在其吸附活性上。在磨機(jī)內(nèi)的環(huán)境中，吸附在水泥熟料顆粒表面上的木質(zhì)素磺酸鹽分子的活性部分(磺酸基等)與顆粒表面接觸，憎水基團(tuán)則伸向大氣。由于木質(zhì)素磺酸鹽是分子量高達(dá)幾百到幾百萬(wàn)的物質(zhì)，在顆粒上的吸附屬高分子吸附。由于水泥顆粒表面不可能是光滑表面且具有裂紋，因而木質(zhì)素聚合度較低時(shí)，有利于吸附。木質(zhì)素磺酸鹽在水泥顆粒上的吸附量隨著陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)而變化。當(dāng)陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)相同時(shí)，吸附能力無(wú)大差別。作為助磨劑使用的木質(zhì)素磺酸鹽，鎂和鈣鹽比銨鹽好。 b 三乙醇胺 由山東省濟(jì)南市建筑材料設(shè)計(jì)研究院研制的AP水泥復(fù)合助磨劑，是由三乙醇胺(JA)和氧化劑還原后的無(wú)機(jī)鹽類工業(yè)廢液(9)等復(fù)合而成。它的特點(diǎn)在于既是助磨劑又是活性激發(fā)劑。助磨效果較好，使水泥磨產(chǎn)量提高12％以上，且可以激發(fā)礦渣活性，提高礦渣水泥中礦渣的摻量，井能提高水泥的早期強(qiáng)度，使后期強(qiáng)度得到改善。其助磨效果與復(fù)合成分的含量有關(guān)，在復(fù)合成分中丌占50K一60K，JA占40％~50％時(shí)效果最好，且影響助磨效果的決定因素是JA(三乙醇胺)的添加量，JF等只是起輔助作用。使用AF復(fù)合助磨劑能基本保證水泥的質(zhì)量，還能提高水泥中礦渣的摻量，使水泥中可以摻加50％的礦渣，AF復(fù)合助磨劑不僅能對(duì)礦渣水泥同樣起到助磨效果，而且還改善了水泥的后期強(qiáng)度，避免了單獨(dú)使用三乙醇胺而導(dǎo)致后期強(qiáng)度的下降，因此說(shuō)AF助磨劑更適合于生產(chǎn)礦渣水泥。 c 木質(zhì)素 華南理工大學(xué)盧迪芬、魏詩(shī)榴研究了一種木質(zhì)素型復(fù)合水泥助磨劑。該助磨劑由三種工業(yè)廢料及副產(chǎn)品復(fù)合而成，其主要成分是木質(zhì)素磺酸鹽，另配以少量有機(jī)化工產(chǎn)品TW及GL。TW及GL都是非離子型表面活性劑，木質(zhì)素磺酸鹽是陰離子型表面活性劑。西南工學(xué)院蘇光蘭、張?zhí)焓�、徐彬等研究�?yīng)用工業(yè)廢料開(kāi)發(fā)了復(fù)合工業(yè)助磨劑新品種，該工業(yè)廢料基復(fù)合助磨劑，其有效助磨成分是木質(zhì)素磺酸鹽．許日昌等研究了代號(hào)為C四的復(fù)合助磨劑．該復(fù)合助唐劑主要由椰子油系列和木質(zhì)素磺酸鈣及少量的外加劑復(fù)合而成，其中，椰子油系列是有機(jī)化工產(chǎn)品，是一種強(qiáng)的非離子表面活性劑，在粉磨中其助磨效果較為顯著。此類復(fù)合水泥助磨劑均將多種有效助磨成分配合在一起，在粉磨過(guò)程中發(fā)揮各自的助磨功效，因此，能顯著降低篩余細(xì)度，增加水泥比表面積：提高了物料的流動(dòng)性，減少顆粒間粘附力和團(tuán)聚作用，防止顆粒再度聚結(jié)，從而抑制粉磨逆過(guò)程的進(jìn)行：同時(shí)能更有效地激發(fā)物料各組分中的潛在活性，獲得較高的水泥強(qiáng)度。木質(zhì)素型復(fù)合水泥助蘑劑的主要成分木質(zhì)素磺酸鹽來(lái)自紙漿廢液，價(jià)格低廉，是一種具有經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的助磨劑。 d 多配方、多性能、高效復(fù)合水泥助磨劑 近幾年，國(guó)內(nèi)有研究單位己將重點(diǎn)放在了多配方、多性能、高效復(fù)合助磨劑的研究開(kāi)發(fā)上，從情報(bào)資料及水泥廠的生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)看，取得了較好的研究成果．如中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研究的水泥復(fù)合助磨劑、林哲山申請(qǐng)的水泥分散劑、合肥水泥研究設(shè)計(jì)院研究開(kāi)發(fā)的HH-99水泥分散劑、洛陽(yáng)萬(wàn)順建材有限公司生產(chǎn)的CD-88系列水泥助磨劑等．此類水泥助磨劑的研究不僅將多種有效助磨成分配合在一起，還在充分研究磨機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和結(jié)構(gòu)，熟料成分，混合材種類，成品水泥的各種物理及化學(xué)性能等的情況下，配入其它有效成分．因此，此類助磨劑不僅能發(fā)揮最佳助磨效果，而且能顯著改善水泥的物理和化學(xué)性能，另外，還具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。合肥水泥設(shè)計(jì)研究院研究開(kāi)發(fā)的HH-99系列水泥分散劑是采用新型合成方法制成的界面活性劑，其原料主要為多種有效助磨物質(zhì)，還包括少量的早強(qiáng)劑、防凍劑、減水劑、起泡劑等，具體配制以提高粉磨效率、改善產(chǎn)品的物理化學(xué)性能和用戶的特殊要求為指導(dǎo)原則。 該分散劑主要性能特點(diǎn)為： (1)產(chǎn)品呈棕色，無(wú)毒無(wú)味；常溫下，比重為1.125～1.130kg／cm3；阻燃防腐，對(duì)設(shè)備鋼筋等無(wú)任何腐蝕作用；對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)人體無(wú)危害。 (2)提高粉磨細(xì)度(即降低篩余、提高比表面積)，提高水泥早期強(qiáng)度3~5MPa，后期強(qiáng)度也有不同程度的提高。 (3)提高水泥磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量15％~25％，節(jié)約電耗。 (4)提高水泥的耐凍性1.5倍，提高水泥的防水性。 (5)水泥的分散性及流動(dòng)性好，可延長(zhǎng)儲(chǔ)存期，且可以減少裝卸時(shí)。 (6)減少機(jī)械設(shè)備維修，降低研磨體消耗，降低設(shè)備磨損等。還具有適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、助磨劑用量少(用量為100～120g／t水泥)等顯著特點(diǎn)。 scai1nc.cn |
