我國水泥總產量已經突破 13億t, 約占世界水泥總產量的 50%, 我國是一個潛在的最大的助磨劑應用市場。
國內研究及應用的水泥助磨劑,有液體助磨劑和固體助磨劑,其基本成分大都屬于有機表面活性物質,主要為:胺類、醇類、醇胺類、木質素磺酸鹽類、脂肪酸及其鹽類、烷基磺酸鹽類等。實際在水泥生產中選用的主要有兩類形式:一是純度較高的化工產品,二是化工廠等的廢料。助磨劑產品的種類較多,除純化合物產品外,國內還研究及開發了多種復合助磨劑。 國外粉碎作業使用助磨劑已有 70多年的歷史,我國對助磨劑的研究和應用起步較晚,20 世紀 50 年代后期,一些水泥廠曾利用煤、紙漿廢液、肥皂廢液等作為水泥助磨劑,效果不甚明顯。近年來,助磨劑的研究取得多項成果并成功地推向了市場,隨著市場對水泥助磨劑的認識不斷深入,水泥原燃料價格的不斷攀升,水泥企業應用助磨劑的積極性也越來越高。
1、原理
助磨劑通過物理或化學吸附作用作用于粉磨物料顆粒表面, 減少了顆粒間的摩擦阻力和黏附力,使顆粒的滑動變得容易,增加了物料的流動性,從而改善磨內的粉末環境,最終改善粉磨效果;同時,還有效地防止或減少了附聚現象,中和了會導致微裂紋再愈合和細顆粒聚集作用的各種作用力,使裂紋趨向擴展,防止細顆粒團聚,特別是在細磨階段,起到了良好的分散解聚作用,從而延長粉磨極限。
助磨劑助磨效果取決于它本身的化學性質、組成基因類型和分子量。篩余、比表面積值、顆粒級配、磨內物料流動狀態、磨內包球情況、節電率、閉路磨的循環負荷是評價助磨劑助磨效果的主要依據。助磨劑的作用主要有:
(1)塑性變形。被粉碎物料顆粒吸附一層單分子膜的助磨劑后,吸附分子與礦物顆粒表面缺陷組織之間的電子轉移,使有些離子晶型的物料的顯微硬度降低,加快塑性變形,促進粉碎過程。
(2)降低物料的強度。當礦物顆粒表面吸附了助磨劑分子后,表面能大大下降,相應的物料抗張強度也降低。
(3)防止凝聚和黏壁物料的新生表面。 由于受范德華力和靜電力的作用, 很容易凝聚和包球,但是新生表面一旦吸附助磨劑, 其活性頓時下降,從而減小凝聚性、黏壁性,提高了流動性,有利于粉碎,更有利于分級,這種有效的分散、解聚作用是助磨劑重要的功能。
(4)改善產品應用性能 ,防止和杜絕堵料 、糊磨、水泥庫內結塊等工藝問題。改善物料流動性,使水泥易于輸送,降低輸送設備電耗、磨損和維修。
2、研究方向
首先,水泥助磨劑應該有良好的助磨作用,由于主要原材料三乙醇胺的價格不斷攀升,采用高分子合成路線研究新型的水泥助磨劑來逐步取代或者部分取代三乙醇胺是一個重要發展方向。 南京工業大學材料學院在這一領域一直走在全國的前列。 同時考慮它對混凝土的施工性能和耐久性能及對使用環境的影響,因此無毒、無害而價格低廉的助磨劑是今后發展的一個方向。
其次,由于各生產廠家原料物質的表面性質存在差異,助磨劑在待磨顆粒表面上吸附的速度也會不同,利用這種差異可以改變組成礦物各自的表面性質、連接面性質及礦漿的性質來實現磨礦的選擇性。 因此根據不同物料的表面性質,研究選擇性能好的助磨劑也是其發展的主要方向。
再次,助磨劑研究的另一個方向就是多種助磨組分進行復配。單一組分的助磨劑大多存在一些局限性,多種助磨組分進行復配后使用則可以克服上述局限性。 助磨劑產品在中國水泥行業的應用,
大多數人關注的是水泥助磨劑在保證相同的水泥強度等級條件下降低多少熟料、增添多少混合材、提高多少經濟效益。
3、助磨劑發揮的節能減排作用
水泥企業除了要引進新工藝新裝備外,還要努力適當降低熟料用量增加混合材用量、提高磨機臺時產量等,這是節能減排降耗的重要途徑之一,而這正是助磨劑企業為水泥生產企業節能減排降耗做出的巨大貢獻。 現以某公司生產的水泥助磨劑為例,介紹其在水泥生產中發揮的節能減排作用。
3.1 提高水泥磨機臺時產量。 華南海螺集團某廠在同一臺磨機上進行了節電對比試驗。 在生產同一品種水泥的情況下,未使用水泥助磨劑的電耗是37.3 kWh/t,使用水泥助磨劑的電耗是 35.11 kWh/t。每年節電達 657萬kWh/t((37.3-35.1)×300=657萬 kWh/t)。可節約電耗 657×0.5=328.5 萬元。可節約標準煤約 80萬t,使電廠少排放 190.4萬t CO2,少排放數量可觀的 SO2和 NOx。
3.2 提高水泥質量。 使用水泥助磨劑可不同程度地提高水泥的實物質量, 尤其是增強型水泥助磨劑。 例如:使用 TH-3 型水泥助磨劑,水泥 3 d 抗壓強度可以提高 2~3 MPa,28 d 抗壓強度可以提高4~6 MPa。
3.3 節約水泥熟料, 在不影響水泥質量的前提下保持強度足夠富余。華東海螺集團某廠使用水泥助磨劑,在降低 6%的熟料、增加 6%的爐渣和粉煤灰后,其 3 d 強度增加了 1.6 MPa,28 d 強度增加了1.1 MPa。 該廠生產水泥 300 萬 t/a,由于使用了水泥助磨劑,每年節約用熟料約 10 萬 t,利用工業廢渣混合材 10 萬 t。 單此一項每年給該廠帶來的經濟效益達 1 700 萬元 ((220-50)×10=1700 萬元)。按噸熟料煤耗 130 kg 計算, 則每年減少用煤約2.34 萬 t,少排粉塵 2 000 t,少排 CO210 萬 t,少排SO224 t,少排 NOx15 t。
3.4 提高工業廢渣利用量。
目前,全國工業廢渣固體廢物產量約 16 億 t,其利用量不到 60%。 而使用助磨劑后,可使一部分爐渣、石灰石、煤矸石等變廢為寶。
4、結語
隨著水泥企業對助磨劑產品認識的不斷加深,水泥企業使用助磨劑的積極性也越來越高,水泥助磨劑的市場應用前景樂觀。 當前,水泥助磨劑正向復合化多功能化方向發展,高分子直接合成的助磨劑產品研究方興未艾,水泥助磨劑理應能為水泥工業的節能減排做出應有的貢獻。 如果有 50%的水泥企業使用助磨劑,可創造 28 億元的效益,在節能減排方面, 可以實現年節電 28 億度, 年減排 CO2 4200 萬 t。