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硅酸盐类水泥助磨剂的尝试

来源: 雅博体育市海森化工有限公司  日期:2016-10-29 09:00:00  属于:产物技术
文章摘要:试验研究了A、B、C三类小极性分子对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥,粉煤灰水泥的助磨作用。成果注解:三类物质对硅酸盐类水泥都有良好的助磨作用,能够显著降低水泥细度,减小粉料的休止角,改善物料的流动性。并且对不同的物料,助磨剂的助磨机理不同。
1引言
降低磨机电耗,提高粉磨效率是每一个水泥企业亟待解决的问题之一。而在物料粉磨工艺中掺入少量化学添加剂—助磨剂,可有效改善粉磨过程,即在磨机功率消耗不异的条件下增加产量和磨机功率消耗不异的条件下增加产物细度。因而采用助磨剂是提高粉磨效率,降低单位产物电耗的有效办法,特殊是在能源危机的今天,开发高效的水泥助磨剂,降低能耗,提高粉磨效率是水泥出产的当务之急。随着高强快硬和高细水泥的大量出产,将使助磨剂的应用日益普及。但目前研究的助磨剂主要是针对水泥熟料而言,因为对不同的物料助磨剂的助磨机理是不同的,如水泥熟料细磨时要求解聚,而矿渣则要求软化;同是水泥熟料,矿物C3S要求解聚,而矿物C2S要求进行裂纹应力腐蚀。因此同一助磨剂对不同物料的助磨效果是不同的。而按照水泥工业的实际情况,研究对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥等硅酸盐类水泥都有有效助磨作用的助磨剂,将具有更主要的现实意义。

硅酸盐类水泥助磨剂的尝试
本文旨在研究开发高效的硅酸盐类水泥助磨剂,选择本身对水泥有必然增强作用的小强极性分子,研究其对水泥熟料、矿渣水泥、粉煤灰水泥的助磨作用,扩大助磨剂的适应性,同时使之在提高磨机产量,降低电耗的同时,还能有效地改善水泥的物理性能,获得较好的经济效益。
2 尝试
2.1 尝试原料
熟料及粉煤灰的化学成分见表1。
助磨剂:A为醇类强极性分子,B为酸类小极性分子,C为醇胺类小极性分子。
2.2 尝试方法
将助磨剂按不同的掺量和浓度,别离在500×500mm尺度试验小磨中进行尝试。各组分水泥别离以不异的时间粉磨。其中普通硅酸盐水泥的组成为W(熟料)85%,W(矿渣)10%,W(石膏)5%;矿渣水泥的组成为W(熟料)55%,W(矿渣)40%,W(石膏)5%;粉煤灰水泥的组成为W(熟料)65%,W(粉煤灰)30%,W(石膏)5%。物料入磨前经颚式破碎机破碎,助磨剂以必然的浓度或
以粉煤灰为载体插手到物猜中,均化后倒入磨内,每磨入磨量4kg。试验期间小磨的钢球、钢段的填充量和级配保持不变。粉磨后的物料过0.8mm方孔筛进行粉体特性测试和水泥性能测试。水泥胶砂强度试验依据GB177,水泥细度查验依据GB1345,水泥尺度稠度用水量、凝聚时间测定依据GB1346。休止角用等高注入法测定,水泥粒度分布采用Nikon-金像ME-600激光粒度分布测定仪测定。
2.3 尝试成果
选择强力的表面活性剂,以不同的掺量及浓度插手,经反复尝试,最后选定A、B、C三种性能优良的助磨剂,别离对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥进行尝试。尝试成果如表2、表3、表4及图1、图2、图3所示。


 
3 尝试阐发与讨论
3.1 尝试成果阐发
表2、表3、表4的成果注解,助磨剂A、B、C对普通硅酸盐、矿渣水泥、粉煤灰水泥都具有良好的助磨作用:在不异的粉磨时间内提高了水泥的细度,降低了水泥粉体的休止角,改善了水泥的流动性;同时使水泥的颗粒组成发生了较大的变化(如图1、2、3);水泥颗粒的粒度分布变窄,细颗粒含量增多,粗颗粒含量减少,对强度起主要增进作用的3~30μm的颗粒含量大大增加。而其中A、B不仅对硅酸盐类水泥具有良好助磨作用,同时对水泥3d、28d强度都具有明显促进作用。但C对水泥28天强度无促进作用,这可能与C的化学性质有关。微量助磨剂的掺入在不异的粉磨时间内使强度增长的原因主要为产物的粒度分布发生了较大变化(见图1、2、3),对水泥强度起决定作用的3~30μm的颗粒含量显著增加,同时助磨剂本身对水泥水化也有必然的促进作用,因此水泥的物理性能有了较大的改善。
3.2 助磨机理的探讨
对于助磨剂如何作用于粉磨过程,不少学者提出了不同的不雅观点:主要有列宾杰尔(Rebinder)的强度削弱理论,马杜里(Mardulier)的颗粒分散理论,除此之外现代学者还提出了薄膜理论。对水泥熟料而言,当水泥粉磨至比表面积为300m2/kg时,50μm以下的颗粒约占50%,而水泥晶体的平均尺寸为65μm以下,贝利特为55μm以下,玻璃体为2μm以下。因此磨制比表面积300m2/kg以上的水泥已进入到了晶体粉磨阶段。当水泥颗粒接受外界机械能时,除颗粒尺寸微细化和比表面积增大外,还产生了颗粒表面层无定形化、晶格缺陷、晶格崎变、表面能增大等一系列变化,使颗粒处于一种亚稳的高能状况。从而使物料的活性提高。因此粉碎不仅是单纯的物体尺寸微细化的物理过程,并且也是由机械力诱发的化学过程。因此可以采纳机械力———化学的方法,即在粉磨物猜中添加适量的表面活性剂通过它对颗粒表面的物理化学作用,降低颗粒表面自由能,减少粉碎过程中颗粒表面上的无定形层的厚度及塑性变形的深度,从而改善粉磨效果。
按照近代材料脆断理论,在被粉碎物猜中添加适量的助磨剂,吸附在裂纹上,使裂纹表面自由能降低,平衡裂纹表面的残剩价键及电荷,避免裂纹愈合,从而有利于裂纹的扩展,提高物料的易脆性。因此,助磨剂在物料粉碎过程中起着削弱固体强度的作用,使粉碎易于进行,有利于粉磨细度和粉碎效率的提高。别的,按照马杜里的颗粒分散理论,水泥熟料颗粒断裂时,会发生大量的Si-O共价键和Ca-O离子键的断裂,其单键键能Si-O为106千卡/克分子,Ca-O为32千卡/克分子,所以颗粒的断裂首先发生在Ca++-O=离子键上。由于离子键的断裂,产生了电子密度的差异,断面两侧呈现一系列交错的Ca++和O=活性点。在没有外来离子或分子将这些活性点屏蔽时,它们彼此吸引,断裂面重新贴合或颗粒与颗粒又再聚结起来,结合为大颗粒。如向物猜中添加强力的表面活性剂,即助磨剂,则助磨剂将吸附在物料颗粒表面上,使断裂面上的价键力得到饱和,颗粒之间的附聚力得到屏蔽,防止聚结的发生,起到分散物料的作用,使物料的粉碎易于进行。因此对于水泥熟料而言,助磨剂对其作用的主要机理是防止颗粒的并合聚结和削弱颗粒强度。同时,两种机理的发生还与助磨剂的吸附有关。本究所采用的A、B、C三种助磨剂都是小强极性分子,为强力的表面活性剂,能很快地吸附到粉碎物料表面,降低物料表面能,改变分散颗粒与研磨介质阻力,并且在被磨细的细颗粒表面形成单分子吸附薄膜,降低颗粒间的摩擦力,减少粉体的休止角,改善粉体的流动性,从而最终提高粉磨效率。
对矿渣和粉煤灰水泥,其中的物料成分发生了改变,物料的粉磨特性也发生了变化,比如对于水泥熟料和矿渣,前者略有塑性,后者完全没有塑性;前者表示出强烈的聚集倾向,而后者不发生明显的聚集。但A、B、C三种助磨剂不论对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥还是粉煤灰水泥都有良好的助磨效果,原因为A、B、C为强力的小极性分子,能很快地吸附到被粉磨物料的表面。按照薄膜理论,吸附到粉碎物料表面的表面活性剂,将在被磨细的细颗粒表面形成单分子吸附薄膜,起着润滑剂的作用,减少细颗粒间的聚结以及细颗粒与衬板间的粘糊,降低颗粒间的摩擦力,从而减少水泥粉体的休止角,改善水泥粉体的流动性。因而物料在磨内的流动加快,减少了粘附和聚结现象。同时由于物料流动性的变化,产物的粒度分布也发生了变化,如图2、图3无论是对粉煤灰水泥还是矿渣水泥,插手助磨剂后0~3μm的颗粒都减少了,大于80μm的颗粒也减少,但中心颗粒量增加了,流动性的改善使得过细颗粒量减少,而助磨剂的作用又有利于减少过大颗粒,因而表示为水泥的筛余值下降,细度提高。因此对矿渣水泥和粉煤灰水泥,除了强度削弱理论及颗粒分散理论外,助磨剂对其作用的主要机理还有薄膜理论。
4 结论
(1)A、B、C三种小极性分子,微量即能对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥起到良好的助磨作用。在不异的粉磨时间内大大提高水泥的细度,减少水泥粉体的休止角,改善水泥的流动性。
(2)A、B两种助磨剂在具有良好助磨作用的前提下,还能同时促进水泥3d、28d强度。而C对水泥28d强度无明显促进作用。
(3)助磨剂对水泥熟料的助磨机理主要为强度削弱理论及颗粒分散理论,而对于矿渣水泥和粉煤灰水泥,由于物料成分的改变,其助磨机理还有薄膜理论。


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