礦渣助磨劑的研究及應(yīng)用

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摘要：礦渣助磨劑在礦渣粉磨過(guò)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(dòng)性，從而降低磨機(jī)功耗，提高粉磨效率。根據(jù)物料特性和磨機(jī)系統(tǒng)的不同，專(zhuān)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(shí)，要注意助磨劑對(duì)水泥性能的長(zhǎng)期影響和環(huán)保性能。

　　一、礦渣助磨劑的研究意義及對(duì)助磨機(jī)理的理解

　　2005年，中國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)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(xiàn)已經(jīng)陸續(xù)投產(chǎn)，預(yù)計(jì)水泥年產(chǎn)量還會(huì)繼續(xù)加大。作為水泥生產(chǎn)大國(guó)，開(kāi)發(fā)高效助磨劑產(chǎn)品，適應(yīng)和引導(dǎo)市場(chǎng)需求，具有十分重要而深遠(yuǎn)的意義，并且有極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)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(guó)家資源。

　　根據(jù)專(zhuān)家統(tǒng)計(jì)，目前，我國(guó)水泥工業(yè)對(duì)助磨劑的應(yīng)用率不足20％，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家95％的應(yīng)用率尚有很大差距。究其原因，主要是我國(guó)助磨劑品種比較單一，性能、質(zhì)量參差不齊，適應(yīng)性普遍較差造成的。因此，專(zhuān)用型助磨劑的開(kāi)發(fā)，對(duì)我國(guó)助磨劑的推廣應(yīng)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(lái)源。水泥企業(yè)使用礦渣可以擴(kuò)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(lái)衡量，系數(shù)大則活性高。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(wú)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(shí)，其活性被激發(fā)出來(lái)，能起水化硬化作用而產(chǎn)生強(qiáng)度。

　　近代的材料脆斷破壞觀(guān)點(diǎn)，裂紋的存在和擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。促成斷裂產(chǎn)生的物理?xiàng)l件是力和能量，當(dāng)物料顆粒受外力作用時(shí)，在裂紋尖端處呈現(xiàn)局部應(yīng)力集中。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)物質(zhì)分子的引力時(shí)，則裂紋擴(kuò)展。如果裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，就產(chǎn)生新表面，使表面自由能增加。當(dāng)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(shí)，則裂紋有可能擴(kuò)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(jià)鍵及電荷，避免裂紋愈合，從而有利于裂紋的擴(kuò)展，提高物料的易碎性。

　　式中──材料的斷裂強(qiáng)度，MPa；──楊氏彈性模量，MPa；
　　　　　──固體的比表面能，erg/cm2；──裂紋的長(zhǎng)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(guò)程中，雖然能夠解除礦渣顆粒周?chē)膱F(tuán)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用表面活性劑可獲得很好的效果，尤其是陽(yáng)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(wú)機(jī)鹽的效果稍差。多價(jià)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(shí)表明，飽和脂肪酸和醇的作用隨著鏈的長(zhǎng)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(guò)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(duì)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(guò)程中作用和機(jī)理的理解，我們選擇相應(yīng)的表面活性劑及無(wú)機(jī)組分進(jìn)行有效結(jié)合，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，復(fù)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(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮作用，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用助磨劑還要受到工藝條件的影響，因此必須通過(guò)相應(yīng)的工業(yè)使用研究才能對(duì)礦渣助磨劑的真正使用效果進(jìn)行更有效的分析和確定。正是因?yàn)槿狈?duì)工藝條件與助磨劑之間適應(yīng)性的研究，許多水泥企業(yè)在使用助磨劑時(shí)往往缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)而未能取得滿(mǎn)意的結(jié)果，甚至影響了正常生產(chǎn)，對(duì)助磨劑的應(yīng)用推廣工作造成了一定的困難。

　　工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，水泥磨會(huì)出現(xiàn)包球、糊磨、過(guò)粉磨，不利于磨機(jī)的工作效率，磨內(nèi)糊球等是由于吸引熱力、化學(xué)力和機(jī)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(duì)研磨效率的負(fù)面影響就減少了，同時(shí)增加了粉末物料的流動(dòng)性。所以，磨內(nèi)瞬時(shí)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(shí)間將相應(yīng)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(jī)工作中，由于物料的充分?jǐn)U散，避免了小顆粒粘附于大顆粒而被帶走，而提高了選粉機(jī)的選粉效率。