矿渣助磨剂的研究及应用

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摘要：矿渣助磨剂在矿渣粉磨过程中可以降低磨粉的表面能，克服磨粉间的吸引力，减小粉碎阻力，提高磨粉的流动性，从而降低磨机功耗，提高粉磨效率。根据物料特性和磨机系统的不同，专用型助磨剂往往能发挥更好的作用效果。水泥企业在采用助磨剂时，要注意助磨剂对水泥性能的长期影响和环保性能。

　　一、矿渣助磨剂的研究意义及对助磨机理的理解

　　2005年，中国水泥产量达10.6亿吨，约占世界水泥总产量的45%，而且2004年投资新建的130多条新型干法水泥生产线已经陆续投产，预计水泥年产量还会继续加大。作为水泥生产大国，开发高效助磨剂产品，适应和引导市场需求，具有十分重要而深远的意义，并且有极大的社会和经济价值。高效液体助磨剂的使用，能够大幅度降低水泥综合电耗，提高水泥性能，节约国家资源。

　　根据专家统计，目前，我国水泥工业对助磨剂的应用率不足20％，与国外发达国家95％的应用率尚有很大差距。究其原因，主要是我国助磨剂品种比较单一，性能、质量参差不齐，适应性普遍较差造成的。因此，专用型助磨剂的开发，对我国助磨剂的推广应用具有重要的作用！
矿渣是一种具有良好的潜在活性的材料，它已成为水泥工业活性混合材的重要来源。水泥企业使用矿渣可以扩大水泥品种、改善水泥性能。

　　矿渣的主要成分是由CaO、MgO、Al2O3、MgO、SiO2、MnO、Fe2O3等组成的硅酸盐和铝酸盐。上述四种主要成分在钢渣中占90%以上。矿渣的活性以质量系数K=(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO+TiO2)来衡量，系数大则活性高。矿渣的活性与化学成分有关，但更取决于冷却条件。水淬急冷阻止了矿物结晶，因而形成大量的无定形活性玻璃体结构或网络结构，具有较高的潜在活性。在粉磨到一定程度时，其活性被激发出来，能起水化硬化作用而产生强度。

　　近代的材料脆断破坏观点，裂纹的存在和扩展导致断裂。促成断裂产生的物理条件是力和能量，当物料颗粒受外力作用时，在裂纹尖端处呈现局部应力集中。当拉应力超过物质分子的引力时，则裂纹扩展。如果裂纹继续扩展，就产生新表面，使表面自由能增加。当颗粒受力作用，由于弹性变形而积聚的弹性变形能足以抵偿表面自由能的增加时，则裂纹有可能扩展。根据Griffith材料断裂理论公式(1-1)，助磨剂吸附在裂纹上，可使裂纹表面自由能降低，而且可平衡裂纹表面上的剩余价键及电荷，避免裂纹愈合，从而有利于裂纹的扩展，提高物料的易碎性。

　　式中──材料的断裂强度，MPa；──杨氏弹性模量，MPa；
　　　　　──固体的比表面能，erg/cm2；──裂纹的长度，mm。

　　由于矿渣的玻璃体结构原因，普通助磨剂加入到矿渣水泥粉磨过程中，虽然能够解除矿渣颗粒周围的团聚现象，但不能提高矿渣颗粒本身的易磨性，所以助磨效果往往不佳。

　　助磨剂的作用在很大程度上取决于助磨剂的性质及其加入量。很多实验结果表明，采用表面活性剂可获得很好的效果，尤其是阳离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。磷酸、乙二醇、硬脂酸、硬脂酸钠、羟胺酸及无机盐的效果稍差。多价醇和胺较脂肪酸和磺酸盐更为有效。同系列助磨剂的不同效果决定于他们的分子量。事实表明，饱和脂肪酸和醇的作用随着链的长度的缩短而增加。因此，不饱和酸较饱和酸更为有效。

　　在研究过程中我们发现，表面活性剂中的某些物质，在与弱酸合成后，对矿渣的易磨性有明显作用，能够较大幅度提高矿渣粉磨的比表面积。

　　根据现有助磨剂在粉磨过程中作用和机理的理解，我们选择相应的表面活性剂及无机组分进行有效结合，经过大量试验，复配得出矿渣助磨剂HGA260。

　　二、矿渣助磨剂HGA260的工业使用效果

　　矿渣助磨剂的最终研究目的是要在实际生产应用中发挥作用，在工业生产中应用助磨剂还要受到工艺条件的影响，因此必须通过相应的工业使用研究才能对矿渣助磨剂的真正使用效果进行更有效的分析和确定。正是因为缺乏对工艺条件与助磨剂之间适应性的研究，许多水泥企业在使用助磨剂时往往缺乏足够的经验指导而未能取得满意的结果，甚至影响了正常生产，对助磨剂的应用推广工作造成了一定的困难。

　　工业生产时，水泥磨会出现包球、糊磨、过粉磨，不利于磨机的工作效率，磨内糊球等是由于吸引热力、化学力和机械力共同作用的结果，这三种力由于矿渣助磨剂的存在而被中和了，这样因结块对研磨效率的负面影响就减少了，同时增加了粉末物料的流动性。所以，磨内瞬时装填量就减少了，球料比例得到改善，生产相同质量及产量的矿渣水泥，研磨时间将相应有所减少。

　　在工业生产中矿渣助磨剂的作用还体现在选粉机工作中，由于物料的充分扩散，避免了小颗粒粘附于大颗粒而被带走，而提高了选粉机的选粉效率。