??? 一 、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，能通過它對顆粒表面的物理化學作用，發(fā)揮力學效能，得以提高物料的易碎性和分散性，從而提高粉磨細度和降低粉磨電耗。按使用時的狀態(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；液體助磨劑有：有機硅、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：蒸氣狀的極性物質以及非極性物質等。按化學結構助磨劑可以分為三類：聚合無機鹽、聚合有機鹽及復合化合物。

??? 二 、助磨劑的作用及其機理

??? (一)助磨劑的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面

??? 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，促進粉碎過程。

??? 2) 降低物料的表面能

??? 當礦物顆粒表面吸附了助磨劑分子后，表面能大大下降，相應的物料抗張強度也降低。

??? 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，其活性頓時下降，從而減小凝聚性、粘壁性、提高了流動性，有利于粉碎，更有利于分級，這種有效的分散、解聚作用是助磨劑的重要的功能。

??? 4 ) 緩蝕作用

??? 在濕磨過程中氧的存在，將顯著加速鋼球的腐蝕和磨損，磨機中球和襯板局部的電化學腐蝕也是很嚴重的。研究表明，在鉛鋅硫化礦粉磨時，通過控制pH 值，添加助磨劑，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，消除了電化學腐蝕反應。

??? 5 ) 選擇性磨碎作用

??? 在磨礦過程中，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。有些藥劑對不同的礦物具有選擇性磨碎作用。試驗表明，磁鐵礦和石英混合，添加200 g/ t CaO ，礦漿濃度≥75 %時，磁鐵礦的選擇性磨碎效果顯著。

??? 6) 改善產品應用性能?

??? 為了提高產品在應用中的分散性和流動性，有些物料粉碎時也要加入助磨劑進行改性。例如:在粉碎氧化鐵系顏料時加入0. 5 %～1 %硬脂酸助劑，不僅增產26 % ，而且所粉碎的鐵紅顏料制造油漆的分散時間也縮短了50 %。對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

??? (二)助磨劑的作用機理：

??? 關于助磨劑的作用原理主要表現(xiàn)兩個方面：

??? （1） 助磨劑在固體顆粒表面上的吸附，改變了顆粒表面的結構性質，降低了顆粒的強度和硬度，同時阻止了新生裂紋的閉合，加速物料裂紋的擴展。

??? （2）當物料粉碎磨細到一定細度時，顆粒之間、顆粒與研磨介質間會聚集、粘附形成包殼。助磨劑能迅速地消除或減弱顆粒與顆粒、顆粒與研磨介質間的聚集和粘附，提高粉磨效率。

??? 三、助磨劑的研究與應用現(xiàn)狀

??? 國外粉碎作業(yè)使用助磨劑已有70 多年的歷史。自從1930 年Goddard 以樹脂作為助磨劑在英國首先取得專利以來， 先后被研究作為助磨劑的物質達50 多種.助磨劑的品種以有機化合物為主， 其中以醇和醇胺類的化合物為多。德國、法國、美國、日本、前蘇聯(lián)、朝鮮等國對助磨劑的研究和應用較為廣泛， 據悉目前日本幾乎所有的水泥廠都使用水泥助磨劑。

??? 我國對助磨劑的研究和應用起步較晚， 20 世紀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70 年代， 不少水泥企業(yè)和研究部門對助磨劑開展廣泛的研究和應用工作。武漢理工大學、同濟大學、華南理工大學等研究單位和四川資中、陜西漢中、山東棗莊、廣西玉林等水泥廠，先后對水泥磨及生料磨使用助磨劑進行了實驗室試驗、工業(yè)性試驗和生產上的應用， 所采用的助磨劑一般是化工廠的副產品或下腳料以及廢液、廢渣等， 均收到較好的效果， 但由于廢料來源不充足或質量不穩(wěn)定而無法推廣應用。近年來， 助磨劑的研究得到有關高等院校、科研院所和科技開發(fā)公司的高度重視， 取得多項成果。

??? 目前， 國內研究及應用的水泥助磨劑， 有液體助磨劑和固體助磨劑，其基本成分大都屬于有機表面活性物質。主要為:胺類、醇類、醇胺類、 木質素磺酸鹽類、脂肪酸及其鹽類、 烷基磺酸鹽類等。具體物質為: 三乙醇胺、 二乙醇胺、乙二醇、木質素磺酸鹽、甲酸、硬脂酸、油酸、尿素、十二烷基苯磺酸鈉等。實際在水泥生產中選用的主要有兩類形式: 一是純度較高的化工產品； 二是化工廠等的廢料。助磨劑產品的種類較多， 除純化合物產品外， 還研究及開發(fā)了多種復合助磨劑。

??? 四 、助磨劑研究存在的主要問題

??? 目前，我國助磨劑的研究主要存在以下幾個問題:

??? 1) 國內大多采用工業(yè)純復合有機鹽和無機鹽為助磨劑的主要成分，成本較高，技術經濟指標一般。

??? 2)采用經驗方式確定配方，配合的原理研究較少，因此所取得的產品一般適應面較窄。特別對于溫度較高的物料還沒有合適的產品。即使對于不同生產廠家的同種產品應用于不同廠家，也存在效果差異較大的情況。

??? 3)偶極-偶極有機化合物作為表面助磨劑研究較少，沒能充分發(fā)揮該系列產品改善粉磨物料粘附效果。

??? 4)對工業(yè)廢料開發(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。

??? 五 、助磨劑的發(fā)展前景

??? 助磨劑的發(fā)展前景主要有以下幾個方面:

??? 1)?具有無毒、無害性能的助磨劑

??? 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結團作用，消除微細顆粒球糊襯板現(xiàn)象，提高磨機內物料的流動性，從而實現(xiàn)球磨機節(jié)能高產的目標。但化學助磨劑對后續(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，許多能提高磨礦效率的化合物因對后續(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。因此無毒、無害而價格低廉的助磨劑是今后發(fā)展的一個方向。

??? 2)延緩助磨劑揮發(fā)消散的速率

??? 由于助磨劑通常為化學藥劑，極易揮發(fā)損耗。因此可以在形式上作一些改變，將助磨劑通過一種特殊的物質作為載體，延緩助磨劑進入粉磨系統(tǒng)后的快速揮發(fā)消散，使助磨劑在粉磨的全過程中逐漸緩釋出來也是當前助磨劑的研究課題。

??? 3)助磨劑的選擇性研究

??? 由于各生產廠家原料物質的表面性質存在差異，助磨劑在待磨顆粒表面上吸附的速度也會不同，利用這種差異，可以改變組成礦物各自的表面性質、 連接面性質及礦漿的性質來實現(xiàn)粉磨的選擇性。因此根據不同物料的表面性質，研究選擇性好的助磨劑也是其發(fā)展的主要方向。

??? 4)復合型助磨劑的研究

??? 助磨劑研究的另一個方向就是多種助磨劑進行復配使用。單一的助磨劑大多存在一些局限性，多種助磨劑進行復配使用則可以克服上述局限性。

??? 現(xiàn)簡單介紹武漢理工大學材料學院研究出新型高效水泥活化助磨劑：

??? 武漢理工大學材料學院水泥所研制的HSX-A高效水泥活化助磨劑、河南某廠液態(tài)助磨劑C和國外某廠液態(tài)助磨劑G三個品牌的助磨劑進行試驗研究。研究三類助磨劑對水泥強度、凝結時間、安定性、標準稠度用水量、細度、比表面劑等性能的影響。

??? 1.試驗

??? 1.1試驗原材料的全分析

表1-1為取自四川某旋窯水泥廠的原材料化學分析數據。

表1-1原材料化學成分分析（%）

表1-2為取自貴州某立窯水泥廠的原材料化學分析數據。

表1-2原材料化學成分分析（%）

??? 2試驗方案及結果

??? 2.1試驗目的

??? （1）試驗HSX-A高效水泥活化助磨劑對不同混合材水泥的活化助磨效果。

??? （2）比較三個系列的助磨劑對水泥性能的影響，特別是對水泥強度的提高程度。

??? 2.2 試驗方案

??? 將熟料、石膏和混合材經過顎式破碎機破碎至粒徑小于7mm后，按試驗方案中配比加入Φ500×L500水泥試驗小磨中，每次配料5kg，粉磨時間為25min。混合材都經過烘干。

??? 表2-1為HSX-A型活化助磨劑對使用礦粉為混合材的水泥性能影響的試驗方案。

表2-1?? HSX-A型水泥活化助磨劑活化效果試驗方案（一）及結果

（注：安定性均合格）

表2-2?? HSX-A型水泥活化助磨劑活化效果試驗方案（二）及結果

??? （注：方案（一）（二）均采用小磨粉磨的熟料粉和比表面為481m2/kg的礦渣粉按規(guī)定配比和HSX－A活化助磨劑混合均勻進行試驗的，意在試驗活化助磨劑的活化激發(fā)作用。安定性均合格）
對方案（一）（二）結果進行分析，可以得出HSX-A型水泥活化助磨劑對單摻礦渣水泥的強度、凝結時間、安定性、標準稠度用水量影響如下：

??? （1）?HSX-A型水泥活化助磨劑可提高水泥1d、3d和28d的強度。其中3d抗壓可提高2～3 MPa，28d抗壓可提高5～6 MPa。

??? （2）?水泥的凝結時間隨HSX-A型水泥活化助磨劑、礦渣摻量的不同呈現(xiàn)不同的規(guī)律。

??? （3）?HSX-A型水泥活化助磨劑對標準稠度用水量影響絕對值之差小于1.0。

??? （4）?HSX-A型水泥活化助磨劑對礦渣粉有很好的活化激發(fā)作用。
??? 表2-2為HSX型活化助磨劑對摻礦渣、煤矸石、磷渣等混合材的水泥性能影響的試驗方案。

表2-3?? HSX-A型水泥活化助磨劑試驗方案設計（三）

表2-4??? HSX-A型水泥活化助磨劑試驗方案（三）的試驗結果

??? （注：安定性均合格）

??? 對方案（三）結果進行分析得出，在HSX-A型水泥活化助磨劑摻量為1%時對摻不同品種和比例混合材水泥的強度、凝結時間、細度影響如下：

??? （1）?對復摻石灰石、礦渣、煤矸石的復合水泥的1d、3d和28d的強度均有大幅提高，其中3d抗壓可提高4～6.5 MPa，28d抗壓可提高5～6 MPa。對單摻煤矸石30%水泥1d、3d和28d抗壓分別提高4MPa、5.9 MPa和7.3 MPa。單摻磷渣30%水泥1d、3d和28d抗壓分別提高5.6MPa、5.9 MPa和5.4 MPa。

??? （2）?對單摻磷渣水泥和單摻煤矸石水泥的初凝和終凝都可縮短1～2小時。

??? （3）?0.08mm水泥篩篩余減少1.5～2.8?？商岣咚啾缺砻?～16m2/kg。

表2-5 河南某廠液態(tài)助磨劑CD試驗方案及試驗結果

（注：安定性均合格）

??? 從試驗結果得出如下結論，河南某廠液態(tài)助磨劑CD對水泥的強度、凝結時間、細度和比表面的影響如下：

??? （1）?對水泥1d、3d和28d的強度提高很小，28d抗壓最高可提高2.3 MPa。可縮短水泥初凝和終凝時間，差值小于30min。

??? （2）?對水泥安定性無影響。

??? （3）?可提高水泥比表面25～27 m2/kg，0.08mm水泥篩篩余減少0.4～0.7。

表2-6?? 國外某廠G液態(tài)助磨劑試驗方案及試驗結果

??? 注：Z2、Z3、Z4分別添加液態(tài)助磨劑G的三個不同牌號的助磨劑，安定性均合格
從試驗結果得出如下結論，國外某廠液態(tài)助磨劑G對水泥的強度、凝結時間、細度影響如下：
??? （1）?對水泥1d、3d和28d強度均有提高，其中抗壓強度1d提高2.2～3.8 MPa，3d提高1.7～2.6MPa，28d提高5.4～7.5 MPa。

??? （2）?可縮短水泥初凝和終凝時間，差值小于30min。

??? （3）?0.08mm水泥篩篩余減少2.5左右。可提高水泥比表面8～16m2/kg。

??? 2.3試驗執(zhí)行標準

??? 水泥標準稠度、凝結時間、安定性檢測方法依照GB/T 1346-2001

??? 水泥膠砂強度檢驗方法依照GB/T 17671-1999

??? 3結論

??? （1）?HSX-A高效水泥活化助磨劑對摻有磷渣、礦渣、煤矸石、石灰石等混合材的復合硅酸鹽水泥的3d、28d抗壓強度均可4～6MPa，抗折強度均可提高1.5～2.5MPa。特別對礦渣微粉的具有很好的活化激發(fā)作用。其助磨效果優(yōu)于河南某廠液態(tài)助磨劑CD。和國外某廠液態(tài)助磨劑G相比，HSX-A高效水泥活化助磨劑對水泥早期強度提高的幅度更大，但對后期強度提高幅度略差。

??? （2）?HSX-A高效水泥活化助磨劑對凝結時間的作用與水泥混合材種類、摻量及本身摻量有關。河南某廠液態(tài)助磨劑CD和國外某廠液態(tài)助磨劑G均可縮短水泥的初凝和終凝時間。

??? （3）?三種助磨劑對水泥比表面積和細度均有提高。

??? 作者：武漢理工大學材料學院 黃從運教授