助磨劑在水泥粉磨中的作用及對水泥性能的影響研究

張永輝

(成都中聯(lián)水泥有限公司, 四川 成都 610300)

在水泥生產(chǎn)期間水泥粉磨為主要的項目與內(nèi)容，其中粉末技術(shù)耗電量為水泥生產(chǎn)總耗電量的65%左右，而水泥產(chǎn)品磨粉耗電量為總高電量的35%左右。因此怎樣提升粉磨期間能源轉(zhuǎn)化率成了亟待解決的主要問題。有研究顯示，添加適量助磨劑可有效促進其粉磨效率與能量利用率的快速提升，所以需要對助磨劑在水泥粉磨中的作用以及影響進行分析，促進水泥生產(chǎn)質(zhì)量的全面提升。

1 助磨劑在水泥粉磨中的作用

（一）粉磨流程與粉磨平衡

通常情況下，水泥磨粉不僅能夠利用機械能將顆粒直徑大小從粗變細形成物理性變化，還可以呈現(xiàn)出水泥自身晶體結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性出現(xiàn)變化的流程，可劃分為三個階段：

其一，粉磨初期。研磨介質(zhì)對物料自身內(nèi)聚力進行破壞，使晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，致使晶體結(jié)晶程度降低，缺陷與表面能逐漸提升，進而導(dǎo)致晶格錯位以及表碾增加。其主要表現(xiàn)為顆粒細度明顯下降，比表面積提升以及表觀密度提高，并逐漸具有較強的粉體特征。在該時期物料顆粒直徑隨著時間逐漸降低，具有較為明顯的線性關(guān)系，其中粉磨速率應(yīng)具有均勻性。

其二，粉磨中期。這時物料比表面積與細度等提升速度開始降低，也就是粉磨速率下降。其中水泥粉末數(shù)量較為豐富的表面使得凈電荷快速形成，使得顆粒間發(fā)生“團結(jié)”現(xiàn)象的記錄不斷提高。

其三，粉磨末期。在這一時期中，物料細度不隨著粉磨時間出現(xiàn)降低現(xiàn)象，并出現(xiàn)相應(yīng)的變粗。同時粉末顆粒在各種力的影響下會出現(xiàn)晶體再結(jié)晶現(xiàn)象，而粉磨“結(jié)團”現(xiàn)象也更為明顯，其中粉磨平衡也開始出現(xiàn)，即物料顆粒在力的作用下出現(xiàn)細化現(xiàn)象時，細小的粉末在靜電力影響下出現(xiàn)團聚、在機械力作用下出現(xiàn)晶體再結(jié)晶現(xiàn)象，其主要體現(xiàn)為粉末細度快速提升。

水泥在粉磨期間顆粒出現(xiàn)粉碎現(xiàn)象，而在粉碎期間還存在著化學(xué)鍵斷裂與形成、形成斷裂面等現(xiàn)象，例如二氧化硅會形成氧離子與硅離子，并通過表不飽和價鍵模式顆粒表面上展示，使得顆粒為亞穩(wěn)定高能狀態(tài)。這種形態(tài)會使其在各種作用的影響下出現(xiàn)重新附著的情況，以及顆粒在聚結(jié)形成大顆粒，繼而影響其表面能，或由于靜電吸附等因素與研磨體表面出現(xiàn)吸附等現(xiàn)象。所以這也有效的證明了水泥粉磨屬于一種不可逆流程，也是表面能與電荷實現(xiàn)平衡的主要流程。

（二）水泥表面顆粒的濕潤與吸附

助磨劑在水泥粉磨期間的主要作用可變現(xiàn)為兩點，其一，就是助磨劑在水利顆粒表面出現(xiàn)的吸附過程，其二助磨劑對水泥顆粒自身的分散性進行吸附使其出現(xiàn)改變。第一種表現(xiàn)特征為助磨劑在水泥物料顆粒表面形成的濕潤流程與接觸大小；第二種的表現(xiàn)可利用對粉磨之后水泥粉體自身性質(zhì)的表現(xiàn)，例如表面能、休止角以及流動性等進行表示。

表面吸附主要為一種物質(zhì)自主的附著在另一種物質(zhì)表面的現(xiàn)象，其主要是以吸附劑自身的表面張力為基礎(chǔ)。而其余張力則主要存儲與液體與固體表表面分子成中，第一種作用利用降低表面方法促進表面能的降低，而第二種作用則雖然缺少相應(yīng)的流動性，卻通過表面的不平衡立場對氣相與液相分子進行捕捉，進而促進表面能的降低。所謂表面吸附也能就是吸附與濕潤作用，吸附主要是實現(xiàn)界面性質(zhì)的創(chuàng)新，也就是固氣轉(zhuǎn)變?yōu)楣桃海⒋嬖谧杂赡艿慕档汀Ｒ后w可較好進行展開并附著在固體表面滲透到全新的細縫隙中，利用降低分子結(jié)構(gòu)合力實現(xiàn)固體縫隙的隔離，防止分子之間出現(xiàn)結(jié)合，并形成相應(yīng)的擠裂，使得固體硬度下降。

2 助磨劑在水泥粉磨中對水泥性能影響

（一）對水泥粉體性能的影響

在水泥粉磨期間，使用適量助磨劑時，對水泥粉體自身性能（例如流動性、顆粒分布狀況等）形成影響的同時，還會導(dǎo)致水泥水化進度、漿體性能與其硬化過后水泥石各種性能等都出現(xiàn)明顯的改變。而助磨劑結(jié)構(gòu)與基團的不同也使得其對粉末顆粒的分配、狀態(tài)、比表面積等變化具有決定性影響，使得其對粉末流動性形成間接的影響。

一些研究人員認為，功能團種類與數(shù)量是影響有機物助磨作用的主要原因，單羥基醇類有機物助磨劑效果相對較弱，多元醇有機物卻具有較強的助磨效果與質(zhì)量。同時醇胺類物質(zhì)可較好對水泥篩余量進行控制與降低，其中羥乙基數(shù)量的快速提升可確保水泥粉體具有較強的流動性。而就無機物與有機物結(jié)合形成的助磨劑作用與各單一組分助磨劑相比相對較強，有機物與無機物助磨劑的科學(xué)使用促進粉磨質(zhì)量的快速提升。

另一些研究人員通過實驗分析了醇類與醇胺類助磨劑組分對于水泥熟料粉磨能量消耗的影響，并認為粉磨能量消耗量在20KW·h/t以下時，水泥細度為線性提升趨勢，粉磨流程也符合相應(yīng)的定理需求。當(dāng)粉磨能量消耗量大于 20KW·h/t時，會在水泥出現(xiàn)結(jié)塊等因素影響下形成能量的損失。對助磨劑使用期間，比表面積檢測與篩余量檢測相比可更好的符合細度變化的精準(zhǔn)度評估需求，尤其是在能量較高時，這一現(xiàn)象更為突出。在助磨劑類別以及水泥熟料粉磨能量消耗量等因素影響下，使用助磨劑可促進水泥粉磨效率提升18%至75%。

（二）對水泥水化與性能的影響

在使用助磨劑期間，不僅會使水泥粉體物理性能出現(xiàn)變化，還對于水泥自身的水化性與水化產(chǎn)物性質(zhì)等有著間接的影響，并通常體現(xiàn)為水泥顆粒結(jié)構(gòu)變化致使水化進程出現(xiàn)改變、以及化學(xué)組分在吸附在粉磨表面使得顆粒表面與水出現(xiàn)接觸反應(yīng)等方面，使得水泥水化流程、產(chǎn)物變化以及水泥硬化漿體性能出現(xiàn)變化等。當(dāng)水泥與水拌和時，顆粒表面上的各種礦物會出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，并與水出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)形成一個水化物。助磨劑作為表面活性劑吸附在水泥顆粒表面時，使得拌和期間水泥吸附與濕潤流程得到了優(yōu)化與完善，促進了各種礦物在水中的溶解速度與水化進程。

與此同時，水泥助磨劑其中存在的各種化學(xué)組分進行水泥水化流程，致使水泥漿體與水泥石性出現(xiàn)改變。使得AFT逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锳FM，實現(xiàn)孔縫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及降低孔縫率。其中一些助磨劑的化學(xué)組分由于使得漿體中離子環(huán)境以及酸堿度等出現(xiàn)改變，進而導(dǎo)致混合料潛在活性的發(fā)揮，導(dǎo)致二次水化反應(yīng)的形成，最終使得水泥石物理性能出現(xiàn)改變。通過相關(guān)調(diào)查研究數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，各種水泥助磨劑在使用期間對于礦渣的水化性有著明顯的改變，也使得水化體系中的硅離子、鈣離子等的融出量得到了提升與強化。

而研究人員根據(jù)實際需求對TEA與TIPA進行重新配置，將助磨性與水泥性等進行分析與對比，進而明確了助磨劑促進水泥工作性能提升的主要原理為，助磨劑突破了水泥顆粒之間存在的粒間靜電作用力。TEA凝結(jié)時間降低，強化了水泥水化，使得其全程強度得到起升，特別是早期較為明顯。TOPA提升水泥凝結(jié)時間，完善了其運行性能，尤其是后期強化效果較為明顯。

3 結(jié)語

綜上所述，在水泥生產(chǎn)行業(yè)效率逐漸提升的環(huán)境下，環(huán)境問題也較為嚴重，這也使得節(jié)能減排較為重要，而助磨劑對于降低能耗有著極為重要的作用與潛能。因此需要相關(guān)研究人員通過科學(xué)的方法對助磨劑在水泥粉磨中的應(yīng)用進行研究，確保水泥的生產(chǎn)充分符合可持續(xù)發(fā)展需求。