魏中原：不飽和多羥基有機(jī)水泥助磨劑的研究應(yīng)用

唐山龍億科技開發(fā)有限公司董事長助理　魏中原

　　日前，由中國水泥網(wǎng)主辦、安格爾·基業(yè)長青第一協(xié)辦的 “2012第五屆國際粉磨峰會(huì)”在南京隆重召開。唐山龍億科技開發(fā)有限公司董事長助理魏中原做了題為《不飽和多羥基有機(jī)水泥助磨劑的研究應(yīng)用》的報(bào)告。以下為報(bào)告全文：

　　一、研究背景

　　2010年我國年產(chǎn)水泥就達(dá)到了18億噸，超過世界一半。而水泥工業(yè)屬于重工業(yè)、高耗能工業(yè)，平均每生產(chǎn)1t水泥需要粉磨各種物料3t左右，粉磨過程中的電耗占水泥生產(chǎn)總電耗的60%-70%。水泥行業(yè)常用的粉磨設(shè)備--球磨機(jī)，本身也存在缺陷，如能量轉(zhuǎn)換率低，利用率在15%以下，大部分電能都被消耗在無效的熱量中。使用水泥助磨劑可以有效的解決該問題。

　　助磨劑作用主要有：（1）節(jié)能，能提高水泥粉磨效率，節(jié)約能源，降低水泥生產(chǎn)成本；（2）減排，減少熟料用量，提高粉煤灰、礦渣及其他廢棄物的利用率；（3）提質(zhì)，提高水泥質(zhì)量和產(chǎn)品檔次，提高水泥工業(yè)的技術(shù)水平。

　　水泥助磨劑的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一吸附分散作用，簡單來說就是水泥細(xì)度、比表面積、顆粒流動(dòng)性和磨機(jī)產(chǎn)量；第二改變水泥水化歷程，即改變凝結(jié)時(shí)間、靜漿流動(dòng)性、各齡期的強(qiáng)度。

　　現(xiàn)階段助磨劑主要有兩種：粉體助磨劑和液體助磨劑。粉體助磨劑的主要由粉煤灰、無機(jī)鹽、部分有機(jī)物等組成；液體助磨劑主要以多元醇胺、多元醇、無機(jī)鹽進(jìn)行簡單的配比為主。

　　二、存在的問題

　　近些年，通過應(yīng)用與研究發(fā)現(xiàn)，三乙醇胺已經(jīng)成為制約助磨劑技術(shù)發(fā)展的最大瓶頸。三乙醇胺對摻量非常敏感，在摻加的時(shí)候，如果不注意就可能對水泥的強(qiáng)度造成影響。所以說，如何突破三乙醇胺的瓶頸限制，尋找一種新型的有機(jī)物已成為助磨劑的研發(fā)中最為關(guān)鍵的問題。解決方法是尋找一種新型的有機(jī)物，最好的辦法是通過合成技術(shù)，改善傳統(tǒng)有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，將經(jīng)典的助磨劑官能團(tuán)進(jìn)行組裝設(shè)計(jì)。

　　三、合成研究

　　列賓捷爾的學(xué)說是電荷理論（或稱吸附降低強(qiáng)度學(xué)說、強(qiáng)度削弱理論）：認(rèn)為助磨劑吸附在物料顆粒表面上和新舊裂縫中，降低顆粒表面的自由能，在機(jī)械力作用下，擴(kuò)大這些裂縫，并阻止裂縫復(fù)合，改變顆粒表面的結(jié)構(gòu)，降低了顆粒的強(qiáng)度和硬度，使得顆粒更易粉碎，提高了粉碎效率 。

　　沒摻水泥助磨劑的顆粒表面，雖然有斷裂傾向，但是由于靜電作用又有傾向于愈合的現(xiàn)象。摻水泥助磨劑的顆粒表面，吸附了水泥周圍的電荷，阻止斷裂面愈合的傾向。從這里可以看出，助磨劑的作用一個(gè)就是消除表面電荷，另一個(gè)是屏蔽表面電荷，從而防止顆粒與顆粒之間的粘連。

　　馬杜里的學(xué)說是分散理論（或稱顆粒分散理論、粉體流變學(xué)說）：認(rèn)為助磨劑作為表面活性劑，對顆粒表面的電荷起平衡作用，可以顯著減小或消除顆粒間的粘附和團(tuán)聚，增加了顆粒的流動(dòng)性，提高粉磨效率 。

　　傳統(tǒng)的三乙醇胺的助磨劑極性非常強(qiáng)，對水泥顆粒的吸附性也特別明顯，但是因?yàn)槿掖及返姆肿拥谋缺砻娣e、分子量都不夠大，因此吸附在水泥上的數(shù)量也就極其有限。通過化學(xué)合成后的助磨劑，使得吸附量增加，最終助磨效果就會(huì)有一個(gè)本質(zhì)上的提升。

　　合成助磨劑與傳統(tǒng)助磨劑的比較：合成助磨劑，在水泥表面吸附點(diǎn)增加，分子結(jié)構(gòu)應(yīng)足夠大，能很好的屏蔽顆粒間的靜電，絡(luò)合能力增加。

　　龍億科技目前研究的路線，一是縮合聚合，這是現(xiàn)在比較成熟的理論，以不飽和多羥基有機(jī)水泥助磨劑為例，就是尋找一種或者多種不飽和的終端，對它進(jìn)行一個(gè)化學(xué)方式的改性，使得它適合現(xiàn)在助磨劑發(fā)展的一個(gè)需求，使得助磨劑的效果有一個(gè)明顯的提升。二是自由基聚合，現(xiàn)階段僅限理論上的一個(gè)研究，通過把具有助磨、增強(qiáng)等性能的官能團(tuán)結(jié)合在一個(gè)主料上，使得電荷的密度、分子量都大大的增加，同時(shí)使得母液具有多種的作用。

縮合聚合

自由基聚合

　　四、小磨實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　細(xì)度（摻量0.02%）

　　眾所周知硅酸鹽水泥的最佳顆粒級(jí)配研究后提出：水泥粒徑分布是3-32μm顆粒＞65%，＜3μm顆粒＜10%。通常情況下，0-3μm顆粒決定1d強(qiáng)度，3-32μm顆粒影響28d強(qiáng)度，越多越好，大于60μm顆?；旧现黄鸬教畛涞淖饔?。

　　粒徑分布

　　強(qiáng)度：單位MPa

　　A、B樣品3d強(qiáng)度均稍優(yōu)于TEA，這是對TEA增強(qiáng)能力的一個(gè)突破；另外A、B樣品對水泥28d強(qiáng)度稍遜于TIPA，但相比TEA，28d強(qiáng)度有很大程度提升。由此可以看出，合成水泥助磨劑的綜合提強(qiáng)能力明顯優(yōu)于TEA和TIPA。

　　助磨劑在唐山某水泥集團(tuán)4.2*13水泥磨應(yīng)用效果

　　開始粉磨時(shí)，同樣在不改變配料比例的條件下，先從17:00-1:00（次日）進(jìn)行8小時(shí)（一個(gè)班）的空白試驗(yàn)，每小時(shí)取一次空白料試樣，2:00開始加助磨劑，再進(jìn)行8小時(shí)摻加水泥助磨劑的試驗(yàn)，5:00-13:00開始每小時(shí)取一次正常試樣，然后分別進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)和物理性能檢驗(yàn)。

助磨劑唐山某水泥集團(tuán)42.5等級(jí)水泥配料比及試驗(yàn)結(jié)果

助磨劑在唐山某水泥集團(tuán)42.5等級(jí)水泥閉路粉磨上的性能檢驗(yàn)

細(xì)度變化圖

比表面積變化圖

臺(tái)時(shí)產(chǎn)量變化圖

水泥強(qiáng)度比較

　　從圖中可以看出：細(xì)度從開始有一些波動(dòng)，穩(wěn)定之后逐步的下降，比表面積變化隨著細(xì)度的下降而上升，這就說明它對水泥顆粒的分布有一個(gè)極大的改善，優(yōu)化了水泥顆粒的匹配，提高了30-32微米的一個(gè)量，臺(tái)時(shí)變化到7點(diǎn)的時(shí)候，有一個(gè)很穩(wěn)的變化量，強(qiáng)度也有明顯的提升。

　　所以說，合成助磨劑是助磨劑發(fā)展的一個(gè)趨勢，它可以補(bǔ)足現(xiàn)有助磨劑的不足，尤其是可以優(yōu)化后期強(qiáng)度和工作性。研究實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，合成助磨劑助磨性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)助磨劑，可以同時(shí)提高3天和28天強(qiáng)度，且提升幅度進(jìn)一步增加；另一方面，以合成組分為主體的新型助磨劑，可以有效解決水泥與外加劑相容性問題。

　　五、龍億科技現(xiàn)在研發(fā)的方向

　?。?）利用化學(xué)合成技術(shù)，研發(fā)合成型、高分子型等新型、多功能、適應(yīng)性強(qiáng)的水泥助磨劑，充分發(fā)揮高分子等有機(jī)化合物品改善粉磨物料粘附現(xiàn)象的作用?，F(xiàn)如今水泥助磨劑研究的重點(diǎn)，已經(jīng)走向助磨劑合成技術(shù)，有巨大的潛力。這將是高效助磨劑發(fā)展的一個(gè)重要方向。

　　（2）開發(fā)具有無毒、無害性能的水泥助磨劑。化學(xué)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，許多能提高磨機(jī)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。因此無毒、無害而價(jià)格低廉的助磨劑是今后發(fā)展的一個(gè)方向。

　?。?）進(jìn)一步發(fā)展復(fù)合型、具有良好適應(yīng)性的助磨劑。就是由于被粉磨物料的化學(xué)組成及礦物組成不同，各表面活性劑的作用機(jī)理也有差異，所以單一組成的助磨劑很難滿足粉磨過程中的助磨要求，因此可以將幾種物質(zhì)復(fù)配在一起構(gòu)成復(fù)合助磨劑，以增強(qiáng)適應(yīng)性。因此，高性能復(fù)合助磨劑的研究，仍是助磨劑發(fā)展的一個(gè)方向。

　　（4）發(fā)展大量添加粉煤灰、石灰石、礦渣等混合材水泥的專用助磨劑。

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