助磨剂在水泥粉磨中的作用及对水泥性能的影响研究

2018-03-31张永辉

四川水泥 2018年10期

张永辉

(成都中联水泥有限公司, 四川成都 610300)

在水泥生产期间水泥粉磨为主要的项目与内容，其中粉末技术耗电量为水泥生产总耗电量的65%左右，而水泥产品磨粉耗电量为总高电量的35%左右。因此怎样提升粉磨期间能源转化率成了亟待解决的主要问题。有研究显示，添加适量助磨剂可有效促进其粉磨效率与能量利用率的快速提升，所以需要对助磨剂在水泥粉磨中的作用以及影响进行分析，促进水泥生产质量的全面提升。

1 助磨剂在水泥粉磨中的作用

（一）粉磨流程与粉磨平衡

通常情况下，水泥磨粉不仅能够利用机械能将颗粒直径大小从粗变细形成物理性变化，还可以呈现出水泥自身晶体结构与物理化学性出现变化的流程，可划分为三个阶段：

其一，粉磨初期。研磨介质对物料自身内聚力进行破坏，使晶体结构出现改变，致使晶体结晶程度降低，缺陷与表面能逐渐提升，进而导致晶格错位以及表碾增加。其主要表现为颗粒细度明显下降，比表面积提升以及表观密度提高，并逐渐具有较强的粉体特征。在该时期物料颗粒直径随着时间逐渐降低，具有较为明显的线性关系，其中粉磨速率应具有均匀性。

其二，粉磨中期。这时物料比表面积与细度等提升速度开始降低，也就是粉磨速率下降。其中水泥粉末数量较为丰富的表面使得净电荷快速形成，使得颗粒间发生“团结”现象的记录不断提高。

其三，粉磨末期。在这一时期中，物料细度不随着粉磨时间出现降低现象，并出现相应的变粗。同时粉末颗粒在各种力的影响下会出现晶体再结晶现象，而粉磨“结团”现象也更为明显，其中粉磨平衡也开始出现，即物料颗粒在力的作用下出现细化现象时，细小的粉末在静电力影响下出现团聚、在机械力作用下出现晶体再结晶现象，其主要体现为粉末细度快速提升。

水泥在粉磨期间颗粒出现粉碎现象，而在粉碎期间还存在着化学键断裂与形成、形成断裂面等现象，例如二氧化硅会形成氧离子与硅离子，并通过表不饱和价键模式颗粒表面上展示，使得颗粒为亚稳定高能状态。这种形态会使其在各种作用的影响下出现重新附着的情况，以及颗粒在聚结形成大颗粒，继而影响其表面能，或由于静电吸附等因素与研磨体表面出现吸附等现象。所以这也有效的证明了水泥粉磨属于一种不可逆流程，也是表面能与电荷实现平衡的主要流程。

（二）水泥表面颗粒的湿润与吸附

助磨剂在水泥粉磨期间的主要作用可变现为两点，其一，就是助磨剂在水利颗粒表面出现的吸附过程，其二助磨剂对水泥颗粒自身的分散性进行吸附使其出现改变。第一种表现特征为助磨剂在水泥物料颗粒表面形成的湿润流程与接触大小；第二种的表现可利用对粉磨之后水泥粉体自身性质的表现，例如表面能、休止角以及流动性等进行表示。

表面吸附主要为一种物质自主的附着在另一种物质表面的现象，其主要是以吸附剂自身的表面张力为基础。而其余张力则主要存储与液体与固体表表面分子成中，第一种作用利用降低表面方法促进表面能的降低，而第二种作用则虽然缺少相应的流动性，却通过表面的不平衡立场对气相与液相分子进行捕捉，进而促进表面能的降低。所谓表面吸附也能就是吸附与湿润作用，吸附主要是实现界面性质的创新，也就是固气转变为固液，并存在自由能的降低。液体可较好进行展开并附着在固体表面渗透到全新的细缝隙中，利用降低分子结构合力实现固体缝隙的隔离，防止分子之间出现结合，并形成相应的挤裂，使得固体硬度下降。

2 助磨剂在水泥粉磨中对水泥性能影响

（一）对水泥粉体性能的影响

在水泥粉磨期间，使用适量助磨剂时，对水泥粉体自身性能（例如流动性、颗粒分布状况等）形成影响的同时，还会导致水泥水化进度、浆体性能与其硬化过后水泥石各种性能等都出现明显的改变。而助磨剂结构与基团的不同也使得其对粉末颗粒的分配、状态、比表面积等变化具有决定性影响，使得其对粉末流动性形成间接的影响。

一些研究人员认为，功能团种类与数量是影响有机物助磨作用的主要原因，单羟基醇类有机物助磨剂效果相对较弱，多元醇有机物却具有较强的助磨效果与质量。同时醇胺类物质可较好对水泥筛余量进行控制与降低，其中羟乙基数量的快速提升可确保水泥粉体具有较强的流动性。而就无机物与有机物结合形成的助磨剂作用与各单一组分助磨剂相比相对较强，有机物与无机物助磨剂的科学使用促进粉磨质量的快速提升。

另一些研究人员通过实验分析了醇类与醇胺类助磨剂组分对于水泥熟料粉磨能量消耗的影响，并认为粉磨能量消耗量在20KW·h/t以下时，水泥细度为线性提升趋势，粉磨流程也符合相应的定理需求。当粉磨能量消耗量大于 20KW·h/t时，会在水泥出现结块等因素影响下形成能量的损失。对助磨剂使用期间，比表面积检测与筛余量检测相比可更好的符合细度变化的精准度评估需求，尤其是在能量较高时，这一现象更为突出。在助磨剂类别以及水泥熟料粉磨能量消耗量等因素影响下，使用助磨剂可促进水泥粉磨效率提升18%至75%。

（二）对水泥水化与性能的影响

在使用助磨剂期间，不仅会使水泥粉体物理性能出现变化，还对于水泥自身的水化性与水化产物性质等有着间接的影响，并通常体现为水泥颗粒结构变化致使水化进程出现改变、以及化学组分在吸附在粉磨表面使得颗粒表面与水出现接触反应等方面，使得水泥水化流程、产物变化以及水泥硬化浆体性能出现变化等。当水泥与水拌和时，颗粒表面上的各种矿物会出现溶解现象，并与水出现化学反应形成一个水化物。助磨剂作为表面活性剂吸附在水泥颗粒表面时，使得拌和期间水泥吸附与湿润流程得到了优化与完善，促进了各种矿物在水中的溶解速度与水化进程。

与此同时，水泥助磨剂其中存在的各种化学组分进行水泥水化流程，致使水泥浆体与水泥石性出现改变。使得AFT逐渐转变为AFM，实现孔缝结构的优化以及降低孔缝率。其中一些助磨剂的化学组分由于使得浆体中离子环境以及酸碱度等出现改变，进而导致混合料潜在活性的发挥，导致二次水化反应的形成，最终使得水泥石物理性能出现改变。通过相关调查研究数据可以发现，各种水泥助磨剂在使用期间对于矿渣的水化性有着明显的改变，也使得水化体系中的硅离子、钙离子等的融出量得到了提升与强化。

而研究人员根据实际需求对TEA与TIPA进行重新配置，将助磨性与水泥性等进行分析与对比，进而明确了助磨剂促进水泥工作性能提升的主要原理为，助磨剂突破了水泥颗粒之间存在的粒间静电作用力。TEA凝结时间降低，强化了水泥水化，使得其全程强度得到起升，特别是早期较为明显。TOPA提升水泥凝结时间，完善了其运行性能，尤其是后期强化效果较为明显。