眾所周知,水泥粉磨工藝電耗占水泥生產(chǎn)總電耗的70%以上,而粉磨工藝中的能耗大部分都轉(zhuǎn)化為熱能,因此粉磨工藝的節(jié)能增效至關(guān)重要,而使用水泥助磨劑是解決上述問題的有效途徑之一。
一、助磨劑在通用水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用
1.助磨劑對粉磨節(jié)能高產(chǎn)的作用
在水泥粉磨工藝中應(yīng)用助磨劑,水泥助磨劑分子在顆粒上的吸附,降低了顆粒的強(qiáng)度和硬度,同時促進(jìn)了裂紋的擴(kuò)展,加快了物料的粉磨速度。水泥助磨劑可以提高物料的可流動性,阻止顆粒在研磨介質(zhì)及磨機(jī)襯板上的黏附及顆粒之間的團(tuán)聚,從而使粉磨效率提高。它不但可提高粉磨效率、不產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象,而且有利于提高粉磨產(chǎn)品的質(zhì)量(比表面積)。因此,粉磨工藝的節(jié)能增效,離不開水泥助磨劑的幫助。
2.助磨劑對提高水泥質(zhì)量的作用
在水泥粉磨時摻加助磨劑,不僅能提高球磨機(jī)的粉磨效率,還可改善水泥質(zhì)量,提高水泥強(qiáng)度。使用助磨劑可改善水泥質(zhì)量的原因有以下幾點:
(1)在相同條件下,摻加助磨劑后水泥的整體細(xì)度降低了,有利于提高其膠凝性。
(2)在相同條件下,摻加助磨劑后能改善水泥顆粒級配,提高3~32μm 顆粒含量,有利于提高水泥后期強(qiáng)度的增進(jìn)率。
(3)水泥粉磨時摻加助磨劑,助磨劑分子會吸附到水泥顆粒表面,一直在水泥中存在。當(dāng)水泥加水后,對水化硬化起到一定的促進(jìn)作用,如三乙醇胺可以絡(luò)合C3A 和石膏加速鈣礬石的形成,帶有羥基(OH-)的有機(jī)物分子能絡(luò)合Ca2+,使液相中的Ca (O H )2濃度降低,加速了C3S 的水化速度。
3.助磨劑對改善水泥性能的作用
國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)中規(guī)定的品質(zhì)指標(biāo),也代表了通用硅酸鹽水泥最基本的物理化學(xué)性能。對于建筑工程來說,水泥畢竟只是一個半成品;而在水泥混凝土的制備中,水泥雖然只占很小的一部分,但它的膠凝性卻起到了至關(guān)重要的作用。摻助磨劑的水泥消除了微細(xì)顆粒的集聚現(xiàn)象,增加了顆粒間的分散性,改善了水泥的流動性。在使用過程中,由于粉體間的孔隙率加大,使其標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增加。此外,帶激發(fā)組分的復(fù)合助磨劑還會使水泥強(qiáng)度增加,水泥的使用性能也隨之發(fā)生一系列變化,尤其是水泥混凝土的耐久性將得到較大的改善。
二、助磨劑在粉磨礦渣微粉中的應(yīng)用
1.生產(chǎn)中的節(jié)能減排
礦渣是鋼鐵廠的廢渣,可以制成優(yōu)質(zhì)的“再造資源”,但它屬于難磨物料,易磨性功指數(shù)大于熟料30%以上,粉磨消耗大、效率低;因此,只有單獨粉磨礦渣,才能達(dá)到理想的細(xì)度要求。在礦渣粉磨過程中摻入少量的復(fù)合助磨劑,可有效改善粉磨效果,即在磨機(jī)功率消耗相同的條件下增加產(chǎn)量,增大產(chǎn)品的比表面積;同時,通過助磨劑吸附于礦渣顆粒表面的微裂紋上,或與顆粒發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),以激發(fā)礦渣活性、提高早期強(qiáng)度。目前,國內(nèi)的助磨劑研究不僅針對水泥熟料的粉磨工藝,而且還研究礦渣的高細(xì)粉磨;但局限于單一助磨作用,對多功能復(fù)合助磨劑的研究才逐漸展開。
2.礦渣活性的激發(fā)技術(shù)
礦渣是一種具有“潛在水硬性”的材料,即其單獨存在時,基本無水硬性;但受到某些激發(fā)作用后,就呈現(xiàn)出水硬性。
常用的激發(fā)方式有兩大類,即物理激發(fā)和化學(xué)激發(fā)。然而,這兩種方式都離不開多功能復(fù)合助磨劑的幫助。多功能復(fù)合助磨劑既能夠幫助物理激發(fā)實現(xiàn)高細(xì)粉磨,又能夠在礦渣微粉參與水化反應(yīng)時,起到化學(xué)激發(fā)劑的作用。
物理激發(fā)主要是采用高細(xì)粉磨和超細(xì)粉磨的方法,對礦渣施加機(jī)械力作用后,使其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生不規(guī)則化和多相晶型轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致晶格缺陷發(fā)生、比表面積增大、表面能增加等,隨之物料的熱力學(xué)性質(zhì)、結(jié)晶學(xué)性質(zhì)、物理化學(xué)性質(zhì)等都會發(fā)生規(guī)律性變化。
化學(xué)激發(fā)主要是采用對混凝土耐久性無害的化學(xué)物質(zhì),激發(fā)礦渣的水化活性,以更好地發(fā)揮其膠凝性。
三、助磨劑在工業(yè)廢渣利用中的作用
根據(jù)原國家環(huán)保局在2005~2006年對20個行業(yè)近萬家企業(yè)調(diào)查統(tǒng)計的結(jié)果表明:各種工業(yè)廢棄物的產(chǎn)出量為6.17億噸,回收利用量為2.48億噸,占40%;其中建材工業(yè)各種工業(yè)廢棄物的產(chǎn)出量為0.1104億噸,回收利用量為0.0824億噸,占75%;建材工業(yè)不僅不是污染大戶,反倒是一個“變廢為寶”的主力軍。以水泥工業(yè)為例,其生產(chǎn)過程中必不可少的原料、燃料、混合材料,可以吃掉大量的工業(yè)廢棄物,而其中多功能復(fù)合助磨劑所發(fā)揮的作用是不可低估的。助磨劑為實現(xiàn)綠色建材、保護(hù)生態(tài)平衡的美好前景,做出了重大貢獻(xiàn)。
四、助磨劑在合成特種水泥中的應(yīng)用
硅酸鹽類通用水泥因其歷史悠久、性能可靠、價格低廉而得到廣泛應(yīng)用,已成為當(dāng)今最重要的建筑材料之一。我國水泥產(chǎn)量中95%以上是通用水泥。但這類通用水泥不適用或不完全適用于某些特種工程,如核輻射防護(hù)工程,海水侵蝕防護(hù)工程,水利電力工程,油氣田固井工程,耐高溫工程,裝飾工程和耐酸、堿工程等。為此,世界各國都在致力于研究開發(fā)具有特殊性能和特種功能的新品種水泥,即特種水泥。目前,發(fā)達(dá)工業(yè)國家特種水泥產(chǎn)量一般占水泥總產(chǎn)量的5%~10%,我國占2%左右。
利用合成的方法生產(chǎn)特種水泥是水泥生產(chǎn)方法的一次革命,屬于國際領(lǐng)先的高新技術(shù)。它突破了用化學(xué)成分配料、煅燒生產(chǎn)特種水泥的生產(chǎn)模式,改而代之以根據(jù)實際工程項目所需的特殊水泥性能,采用“基本熟料+活化混合材料+多功能復(fù)合助磨劑”的方法加以合成,不僅使特種水泥的生產(chǎn)能耗和資源消耗大為降低,而且生產(chǎn)工藝變得經(jīng)濟(jì)、快捷,可以實現(xiàn)批量生產(chǎn),從而滿足市場的需求;同時,還可以大量利用工業(yè)廢渣,減少CO2、SO2、NOX等有害氣體的排放,真正實現(xiàn)水泥工業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)化綠色進(jìn)程。
五、助磨劑在非金屬礦深加工中的應(yīng)用
??????粉體的制備,尤其是超細(xì)粉體的制備,在現(xiàn)代材料產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。而無機(jī)非金屬材料的粉碎對能源的消耗非常大,磷礦石、滑石、石英、水鎂石、白土礦、氧化鋁、硅酸鋯等粉體材料的深加工,都離不開助磨劑的幫助。據(jù)不完全統(tǒng)計,這一部分助磨劑的市場容量約占水泥助磨劑需求量的30%,亟待助磨劑生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步拓展開發(fā)。
實踐證明,在對無機(jī)非金屬材料進(jìn)行粉磨時,采用適當(dāng)?shù)闹┛梢蕴岣哐心ギa(chǎn)量、降低能耗。前人已對助磨劑在無機(jī)非金屬材料粉磨中的作用效果、作用機(jī)理進(jìn)行了大量的研究,但由于助磨劑的作用效果具有明顯的選擇性,因此不同種類的物料,所需要的助磨劑的種類及用量、用法等均有所不同。