前言
在水泥中，粉磨是一個非常重要的環(huán)節(jié)，也是一個極其耗能的環(huán)節(jié)，占整個水泥生產(chǎn)電耗的三分之二以上。我國的水泥企業(yè)大多使用球磨機(jī)來粉磨水泥熟料，其能量利用率極低，為了提高粉磨效率，降低粉磨作業(yè)電耗，常常采用兩種措施：一是通過改進(jìn)粉磨機(jī)械的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)粉磨作業(yè)工業(yè)流程和粉磨方式，達(dá)到節(jié)能的目的，這需要增加設(shè)備投資和動力消耗；另一種方法則是在粉磨過程中加入少量添加劑即助磨劑來達(dá)到提高粉磨效率的目的，該方法的優(yōu)點是不必較多的投資就可以獲得較大的效益。
目前進(jìn)入我國水泥行業(yè)的國外助磨劑生產(chǎn)企業(yè)有以美國為主的跨國企業(yè)格雷斯公司、希普公司，德國的巴斯夫化學(xué)公司，瑞士的西卡公司和克虜西公司，意大利的馬貝公司，英國的富斯樂公司，等等。他們用于助磨劑的主要原料是脫糖木質(zhì)磺酸鈣、碳黑、磷酸三鈣、醋酸胺、乙二醇、丙二醇等；而我國主要使用三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、二乙醇胺等。國外液體助磨劑的用量一般在0.08%以下，粉體助磨劑在0.3%以下；而我國生產(chǎn)的液體助磨劑用量一般在0.1-0.15%左右，粉體助磨劑在0.5%以下。根據(jù)國內(nèi)幾家大型助磨劑生產(chǎn)企業(yè)公布的銷售數(shù)據(jù)估算：2008年，我國水泥企業(yè)使用的粉體助磨劑約120萬噸、液體助磨劑約25萬噸，使用助磨劑的水泥產(chǎn)量超過了全國水泥總產(chǎn)量的30%。 客觀地說，進(jìn)入我國的幾家國外助磨劑生產(chǎn)企業(yè)的管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量，明顯高于國內(nèi)助磨劑生產(chǎn)企業(yè)。但助磨劑畢竟是一個在使用上個性化極強(qiáng)的產(chǎn)品，不同的水泥原料、生產(chǎn)設(shè)備、工藝條件、管理水平，都會直接影響助磨劑的使用效果。為了使助磨劑在一定的使用區(qū)域內(nèi)，提高助磨劑的適應(yīng)性，進(jìn)行了課題研究。 1、試驗研究 1.1實驗用原料
粉磨物料分別選用回轉(zhuǎn)窯熟料、石煤渣、石灰石、磷石膏，其化學(xué)成分見表1，熟料率值見表2
助磨劑：三乙醇胺（TEA），稀釋到45%濃度。K為深圳某外加劑廠產(chǎn)品。X為江蘇某外加劑廠產(chǎn)品。改性水泥助磨劑BWJ為本課題組的配方：主要有四種物質(zhì)組成：A、C、D為非離子表面活性劑，B為陰離子表面活性劑，E為水。BWJ由ABCDE按一定比例復(fù)合而成，濃度為45%，密度為1.08-1.16g/cm3。
表1 各種原材料的化學(xué)分析 %
表2 熟料的率值及礦物組成
熟料f-CaO含量為1.40%。
1.2實驗方法 細(xì)度檢測依據(jù)GB/T1345-2005，比表面積按GB/T8074-2008，顆粒分布測定通過激光粒度分析儀測定，水泥膠砂強(qiáng)度試驗依據(jù)GB/T17671-1999,氯離子含量及堿含量測定依據(jù)GB/T176-2008。
表3 助磨劑對水泥性能及膠砂強(qiáng)度的影響
2、結(jié)果和討論
2.1水泥細(xì)度
水泥的細(xì)度用45um方孔篩的篩余來表示。從表3可以看出未摻助磨劑時細(xì)度為16.8% ，摻入TEA，K，X，BWJ后分別為12.6%、13.0%、13.%、10.9%，細(xì)度分別提高了25.0%、22.6%、19.0%、35.1%，其中TEA和BWJ助磨劑對提高水泥細(xì)度效果最好。
2.2水泥比表面積 由表3可以看出，使用助磨劑TEA、K、X、BWJ后，水泥的比表面積分別增加了2、20、28、36m2/kg。從表4的顆粒分布中≤3μm的含量可以看出，隨著其含量的增加，水泥的比表面積也隨著增大，而摻加TEA后，比表面積增大較小，這主要原因為加入助磨劑后，水泥顆粒級配發(fā)生變化，相同的比表面積，可能具有大的平均粒徑和寬的粒度分布，也可能具有小的平均粒徑和窄的粒度分布，比表面積的大小跟細(xì)顆粒的含量有很大的關(guān)系，細(xì)顆粒含量多，比表面積就可能大。
2.3標(biāo)準(zhǔn)稠度 從表3可以看出，使用助磨劑TEA、K、X、BWJ后，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度比空白樣分別增加了0.4%、0.4%、0.6%、0.2%，由于細(xì)度的降低，特別使細(xì)粉量的增加，增加了水泥的需水量。從表3 的結(jié)果看，使用BWJ和K助磨劑效果較好。
2.4水泥顆粒分布 表4 水泥的顆粒分布 %
水泥粒度分布采用激光粒度分析儀測定，結(jié)果見表4。從表4的結(jié)果可以看出，加入助磨劑后，試樣中3-32um的顆粒含量分別由空白樣的56.08μm 增加到62.04、62.85、62.88、65.84μm ；而大于32um的顆粒含量則有空白樣的28.89μm減少到19.64、17.41、16.25、12.10μm �？梢�，加入助磨劑后，粗顆粒減少，細(xì)顆粒增加，3-32μm 的顆粒含量有較大的增長，特別是加入助磨劑BWJ后助磨效果更加明顯。
2.5水泥膠砂強(qiáng)度 在水泥粉體中，3-32um的顆粒對水泥強(qiáng)度起主要作用，含量越多，強(qiáng)度越大，而大于32um，特別是65μm以上的粗顆粒僅發(fā)生表面部分水化，內(nèi)部的水泥熟料只能起到集料的作用，對水泥強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，也沒有充分發(fā)揮熟料作為膠凝材料的作用。從顆粒的粒度分布可見，加入助磨劑后，水泥粉體中3-32um的顆粒含量增多，而大于32uM的粗顆粒含量減少，由此可知助磨劑對水泥的強(qiáng)度有一定的提高。
幾種助磨劑對水泥砂漿強(qiáng)度影響不一，相對于空白樣，傳統(tǒng)的TEA，提高了水泥的早期強(qiáng)度，但使水泥28天強(qiáng)度下降。助磨劑X、K、BWJ無論是早期還是后期強(qiáng)度都有增加，但BWJ助磨劑的效果最好，它使水泥3d的抗壓強(qiáng)度增加了2.4MPa，28d的抗壓強(qiáng)度增加了5MPa，所以助磨劑既可以提高粉磨效率，又顯著提高水泥的質(zhì)量。 2.6助磨劑的適應(yīng)性 為了檢測BWJ助磨劑對不同物料的助磨效果，特選擇了浙江省水泥企業(yè)常用的回轉(zhuǎn)窯熟料、礦渣、火山灰質(zhì)材料進(jìn)行粉磨試驗對比，結(jié)果見表5。
表5 助磨劑BWJ對不同物料的助磨效果
其中1#水泥：熟料：礦渣：石煤渣：石灰石：磷石膏=62：18：12：4.5：3.5
2#水泥；熟料：石煤渣：煤矸石：石灰石：磷石膏=62：10：20：4.5：3.5
由表5可以看出，助磨劑對上述幾種物料都有一定的助磨效果。其中，對回轉(zhuǎn)窯熟料的助磨效果最好，細(xì)度可提高40.0%。而對礦渣及石煤渣的助磨效果一般。這是由于它們的物料性質(zhì)不同所致�；剞D(zhuǎn)窯采用蓖冷機(jī)冷卻熟料，當(dāng)熟料從燒成帶出來后，立即受到二次冷卻空氣的冷卻，溫差大，冷卻速度快。A礦棱角完整，B礦多呈球狀顆粒，中間體分布較均勻，玻璃體較多，由于熟料各相的熱膨脹系數(shù)不同，而且多晶轉(zhuǎn)變的速度的差異，在溫度急劇變化時，各相收縮不均勻，由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力使顆粒易于產(chǎn)生微裂紋。在助磨劑存在下，助磨劑分子滲入裂紋內(nèi)部，腐蝕裂紋尖端的應(yīng)力集中區(qū)和裂紋側(cè)面，破壞原子間的化學(xué)鍵，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，直至斷裂。而礦渣是一種具有良好的潛在活性的材料，礦渣的活性與化學(xué)成分有關(guān)，但更取決于冷卻條件。水淬急冷阻止了礦物結(jié)晶，因而形成大量的無定形活性玻璃體結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較高的潛在活性。但熟料是多種礦物晶體組成的結(jié)構(gòu)，而礦渣由各相同性的玻璃體組成，微裂紋較熟料少，因而助磨劑的效果較好。通過1#、2#水泥的結(jié)果看，摻加BWJ助磨劑后，細(xì)度分別下降了13.3%、14.3%，28天抗壓強(qiáng)度分別提高了5Mpa、4.2Mpa。這說明BWJ助磨劑對不同物料具有較好的適應(yīng)性。 2.7助磨劑的工業(yè)試驗 助磨劑在浙江八方水泥有限責(zé)任公司進(jìn)行了工業(yè)試驗，采用φ3×11m串聯(lián)φ2.4×8m 帶輥壓機(jī)：1400×650mm。試驗表明，使用BWJ改性助磨劑后，提高了磨機(jī)的臺時產(chǎn)量和混合材的摻量，平均臺時產(chǎn)量提高12%左右，工序電耗下降3.5kw/h。在滿足現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量前提下，水泥混合材的摻量可以提高5%，達(dá)到節(jié)約熟料的目的，使用改性助磨劑后，能夠使水泥直接成本下降3元/t以上。 3、助磨機(jī)理分析 自從20世紀(jì)30年代英國人Goddard以樹脂作為助磨劑使用后，人們一直探索其在物料粉磨過程中所起的作用即助磨劑機(jī)理的研究工作一直在進(jìn)行著。各國的學(xué)者在這方面做了許多研究，提出了各種觀點，主要有強(qiáng)度削弱理論、顆粒分散理論等。 強(qiáng)度削弱理論是以列賓捷爾為代表的一派學(xué)者提出的，他們認(rèn)為助磨劑在被磨固體物料表面吸附后，降低了該種物料的表面硬度或強(qiáng)度，從而有利于粉碎過程的進(jìn)行。該理論吸收了格菲斯的“斷裂力學(xué)”理論�！皵嗔蚜W(xué)”認(rèn)為一切物質(zhì)的內(nèi)部都存在結(jié)構(gòu)缺陷，尤其是微裂紋存在，使固體的實際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度小很多。大塊固體由于經(jīng)歷各種物理和化學(xué)作用后，內(nèi)部產(chǎn)生許許多多的微裂紋，在外力作用下，裂紋不斷延伸，最后形成斷裂。在現(xiàn)有的各種用力方向有時可以使裂紋擴(kuò)大，有時又可以使裂紋壓合。有助磨劑分子在裂紋內(nèi)壁上，就可以起類似“楔子”的作用，不僅可以阻止裂紋的閉合，而且可以促進(jìn)裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，這就加速了斷裂的發(fā)生。當(dāng)助磨劑在新生的表面上吸附時，減少了裂隙擴(kuò)展所需的應(yīng)力，促進(jìn)了裂隙的擴(kuò)展，降低了顆粒的比表面能，在顆粒間產(chǎn)生了位阻，同時由于助磨劑的存在還妨礙了斷裂表面的重新結(jié)合，從而阻止了顆粒的團(tuán)聚。 顆粒分散理論是以馬杜里為代表的一些學(xué)者提出的，認(rèn)為助磨劑的主要作用是在于提高了細(xì)粒物料的分散度，而在沒有這些助磨劑時，細(xì)粒物料往往趨于粘附在粗顆粒表面或彼此粘聚在一起。當(dāng)加入少量的助磨劑到物料中，可使物料顆粒表面形成單分子薄膜，減少兩固體顆粒的接觸，防止聚集。 另外，助磨劑使物料的流動性明顯增加，改變了物料的運(yùn)動狀態(tài)，使物料很快到達(dá)粉磨區(qū)域，增加了物料與球之間的碰撞頻率，提高了粉碎速度，同時物料移動到粉磨區(qū)域受沖擊的機(jī)會趨于平衡，粒度均勻，這最終表現(xiàn)為磨機(jī)的粉磨條件的改善，臺時產(chǎn)量提高，粉磨工序電耗降低。 4、結(jié)論 （1）BWJ助磨劑對水泥具有良好的助磨作用，改善水泥的流動性，提高水泥細(xì)度，增加細(xì)粉量，對水泥3d、28d強(qiáng)度都有明顯的促進(jìn)作用，助磨效果總體上優(yōu)于TEA，且適應(yīng)性強(qiáng)，對回轉(zhuǎn)窯熟料、礦渣、火山灰質(zhì)材料都有較好的助磨作用。 (2) 助磨劑對水泥的作用機(jī)理是，減少了粉磨阻力，防止團(tuán)聚和粘磨，提高流動性，加強(qiáng)了物料和球的作用頻率和效率，從而提高了了粉磨效率。
(3) 助磨劑對水泥的3d、28d強(qiáng)度的增強(qiáng)主要是因為加入助磨劑后水泥顆粒度分布的改變，即對強(qiáng)度有明顯促進(jìn)作用的3-32um的顆粒量顯著增加所造成。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
