礦渣助磨劑的研究及應用

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摘要：礦渣助磨劑在礦渣粉磨過程中可以降低磨粉的表面能，克服磨粉間的吸引力，減小粉碎阻力，提高磨粉的流動性，從而降低磨機功耗，提高粉磨效率。根據(jù)物料特性和磨機系統(tǒng)的不同，專用型助磨劑往往能發(fā)揮更好的作用效果。水泥企業(yè)在采用助磨劑時，要注意助磨劑對水泥性能的長期影響和環(huán)保性能。

　　一、礦渣助磨劑的研究意義及對助磨機理的理解

　　2005年，中國水泥產(chǎn)量達10.6億噸，約占世界水泥總產(chǎn)量的45%，而且2004年投資新建的130多條新型干法水泥生產(chǎn)線已經(jīng)陸續(xù)投產(chǎn)，預計水泥年產(chǎn)量還會繼續(xù)加大。作為水泥生產(chǎn)大國，開發(fā)高效助磨劑產(chǎn)品，適應和引導市場需求，具有十分重要而深遠的意義，并且有極大的社會和經(jīng)濟價值。高效液體助磨劑的使用，能夠大幅度降低水泥綜合電耗，提高水泥性能，節(jié)約國家資源。

　　根據(jù)專家統(tǒng)計，目前，我國水泥工業(yè)對助磨劑的應用率不足20％，與國外發(fā)達國家95％的應用率尚有很大差距。究其原因，主要是我國助磨劑品種比較單一，性能、質(zhì)量參差不齊，適應性普遍較差造成的。因此，專用型助磨劑的開發(fā)，對我國助磨劑的推廣應用具有重要的作用！
礦渣是一種具有良好的潛在活性的材料，它已成為水泥工業(yè)活性混合材的重要來源。水泥企業(yè)使用礦渣可以擴大水泥品種、改善水泥性能。

　　礦渣的主要成分是由CaO、MgO、Al2O3、MgO、SiO2、MnO、Fe2O3等組成的硅酸鹽和鋁酸鹽。上述四種主要成分在鋼渣中占90%以上。礦渣的活性以質(zhì)量系數(shù)K=(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO+TiO2)來衡量，系數(shù)大則活性高。礦渣的活性與化學成分有關(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。在粉磨到一定程度時，其活性被激發(fā)出來，能起水化硬化作用而產(chǎn)生強度。

　　近代的材料脆斷破壞觀點，裂紋的存在和擴展導致斷裂。促成斷裂產(chǎn)生的物理條件是力和能量，當物料顆粒受外力作用時，在裂紋尖端處呈現(xiàn)局部應力集中。當拉應力超過物質(zhì)分子的引力時，則裂紋擴展。如果裂紋繼續(xù)擴展，就產(chǎn)生新表面，使表面自由能增加。當顆粒受力作用，由于彈性變形而積聚的彈性變形能足以抵償表面自由能的增加時，則裂紋有可能擴展。根據(jù)Griffith材料斷裂理論公式(1-1)，助磨劑吸附在裂紋上，可使裂紋表面自由能降低，而且可平衡裂紋表面上的剩余價鍵及電荷，避免裂紋愈合，從而有利于裂紋的擴展，提高物料的易碎性。

　　式中──材料的斷裂強度，MPa；──楊氏彈性模量，MPa；
　　　　　──固體的比表面能，erg/cm2；──裂紋的長度，mm。

　　由于礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)原因，普通助磨劑加入到礦渣水泥粉磨過程中，雖然能夠解除礦渣顆粒周圍的團聚現(xiàn)象，但不能提高礦渣顆粒本身的易磨性，所以助磨效果往往不佳。

　　助磨劑的作用在很大程度上取決于助磨劑的性質(zhì)及其加入量。很多實驗結(jié)果表明，采用表面活性劑可獲得很好的效果，尤其是陽離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。磷酸、乙二醇、硬脂酸、硬脂酸鈉、羥胺酸及無機鹽的效果稍差。多價醇和胺較脂肪酸和磺酸鹽更為有效。同系列助磨劑的不同效果決定于他們的分子量。事實表明，飽和脂肪酸和醇的作用隨著鏈的長度的縮短而增加。因此，不飽和酸較飽和酸更為有效。

　　在研究過程中我們發(fā)現(xiàn)，表面活性劑中的某些物質(zhì)，在與弱酸合成后，對礦渣的易磨性有明顯作用，能夠較大幅度提高礦渣粉磨的比表面積。

　　根據(jù)現(xiàn)有助磨劑在粉磨過程中作用和機理的理解，我們選擇相應的表面活性劑及無機組分進行有效結(jié)合，經(jīng)過大量試驗，復配得出礦渣助磨劑HGA260。

　　二、礦渣助磨劑HGA260的工業(yè)使用效果

　　礦渣助磨劑的最終研究目的是要在實際生產(chǎn)應用中發(fā)揮作用，在工業(yè)生產(chǎn)中應用助磨劑還要受到工藝條件的影響，因此必須通過相應的工業(yè)使用研究才能對礦渣助磨劑的真正使用效果進行更有效的分析和確定。正是因為缺乏對工藝條件與助磨劑之間適應性的研究，許多水泥企業(yè)在使用助磨劑時往往缺乏足夠的經(jīng)驗指導而未能取得滿意的結(jié)果，甚至影響了正常生產(chǎn)，對助磨劑的應用推廣工作造成了一定的困難。

　　工業(yè)生產(chǎn)時，水泥磨會出現(xiàn)包球、糊磨、過粉磨，不利于磨機的工作效率，磨內(nèi)糊球等是由于吸引熱力、化學力和機械力共同作用的結(jié)果，這三種力由于礦渣助磨劑的存在而被中和了，這樣因結(jié)塊對研磨效率的負面影響就減少了，同時增加了粉末物料的流動性。所以，磨內(nèi)瞬時裝填量就減少了，球料比例得到改善，生產(chǎn)相同質(zhì)量及產(chǎn)量的礦渣水泥，研磨時間將相應有所減少。

　　在工業(yè)生產(chǎn)中礦渣助磨劑的作用還體現(xiàn)在選粉機工作中，由于物料的充分擴散，避免了小顆粒粘附于大顆粒而被帶走，而提高了選粉機的選粉效率。