水泥生產(chǎn)中使用高效環(huán)保型助磨劑的節(jié)能減排效果

摘 要:水泥助磨劑是水泥產(chǎn)業(yè)鏈中的一種產(chǎn)品，已成為許多水泥生產(chǎn)企業(yè)粉磨生產(chǎn)過程中必不可少的原料之一，它能明顯改善粉磨過程，顯著提高粉磨效率，減少能耗，對于降低企業(yè)成本，提高市場競爭力具有重要意義。本文結(jié)合水泥助磨劑在節(jié)能減排中的重要作用，實例分析了其在廣東塔牌集團(tuán)股份有限公司惠州龍門分公司的試驗和生產(chǎn)中的功能體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:水泥助磨劑應(yīng)用節(jié)能減排

中圖分類號:TQ172文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0034-02

1 我國水泥助磨劑應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 水泥助磨劑的概念及其機(jī)理

助磨劑是在水泥粉磨時加入的起助磨作用而又不損害水泥性能的外加劑，它在水泥物料粉磨過程中可以顯著降低磨粉的表面能，克服磨粉間的吸引力，減小粉碎阻力，防止糊球糊磨，提高磨粉的流動性，從而降低磨機(jī)功耗，提高粉磨效率。

關(guān)于水泥助磨劑的作用機(jī)理，目前有多種理論，比較著名的有以下幾種:

(1)顆粒分散理論

國外學(xué)者馬杜里認(rèn)為，水泥物料被粉碎時會出現(xiàn)大小不同的顆粒團(tuán)體，這些團(tuán)體有隨時聚合的可能，會形成粉磨阻力，使粉磨效率下降，這是因為水泥物料被粉碎，顆粒內(nèi)部的價鍵被切斷，在斷裂面上出現(xiàn)不飽和的價鍵，形成帶有電荷的結(jié)構(gòu)單元或帶有不配對電子的游離基，它們會相互吸引，致使斷面重新彌合。助磨劑是極性物質(zhì)，具有不對稱結(jié)構(gòu)，正、負(fù)電荷重心不重合，形成偶極矩。在力場中偶極子隨力場的作用方向而取向。因而，加入到物料中的助磨劑被吸附在顆粒新表面不平衡價鍵力的位置，平衡了顆粒表面的過剩價鍵，顆粒之間的附聚力得到屏蔽，從而避免了由于不平衡價鍵的作用顆粒又再重新聚結(jié)的可能性。因此助磨劑在粉碎中起著防止聚結(jié)或起著分散作用。

(2)斷裂力學(xué)理論

格里菲斯的斷裂力學(xué)理論認(rèn)為，一切實際材料總存在許多細(xì)小的裂紋，材料的斷裂過程從結(jié)構(gòu)最薄弱處開始，斷裂時新的裂紋不斷出現(xiàn)，舊的裂紋不斷延長，裂紋不斷擴(kuò)展最終導(dǎo)致材料破裂。助磨劑是表面活性劉，在被粉碎的物料中添加適量的助磨劑，它能吸附在裂紋上，而且它會不斷向裂紋內(nèi)部滲透，加快裂紋的擴(kuò)展速度，從而改善材料的易碎性。

(3)強(qiáng)度消弱理論

列賓捷爾提出了強(qiáng)度消弱理論，他認(rèn)為，助磨劑吸附在物料表面，影響了物料的物理化學(xué)性能，即降低了物料顆粒表面能量，從而改變了物料的硬度和強(qiáng)度，使物料顆粒的易碎性提高，有利于粉碎過程的進(jìn)行。

在些理論并不矛盾，只是他們的視角不同，分別強(qiáng)調(diào)的是粉磨不同時期所起的不同作用，然而，他們各自的局限性也不可否認(rèn)，各種理論學(xué)說都只能解釋部分問題。因此，還需要進(jìn)一步完善，以期有更加完善的理論來指導(dǎo)助磨劑的生產(chǎn)及應(yīng)用。

1.2 水泥助磨劑在工業(yè)上的應(yīng)用

助磨劑應(yīng)用于水泥工業(yè)生產(chǎn)最早始于20世紀(jì)30年代的英國，隨著實踐的進(jìn)行，人們對助磨劑的作用認(rèn)識程度的逐漸加深，各國都加大了對水泥助磨劑的研究和應(yīng)用轉(zhuǎn)化，德國、法國、美國、日本、俄羅斯、朝鮮等國對助磨劑的研究和應(yīng)用較為廣泛，在日本幾乎所有的水泥生產(chǎn)廠家都使用水泥助磨劑，其他發(fā)達(dá)國家水泥助磨劑的使用率也非常高。近年來，我國許多企業(yè)也開始在水泥生產(chǎn)中使用助磨劑，但是，我國使用水泥助磨劑的歷史較短，雖然隨著我國關(guān)于助磨劑的研究的不斷深入，也研制開發(fā)了許多性能優(yōu)異的助磨劑，但總體說來，和西方國家還有很大差距。我國的水泥助磨劑生產(chǎn)成本較高，且對環(huán)境造成較嚴(yán)重的污染，同時，許多助磨劑的生產(chǎn)和銷售單位，僅僅注重產(chǎn)品推廣，而忽視粉磨工藝和粉磨物料的差異，加之助磨劑產(chǎn)品單一，適應(yīng)性不廣，使得助磨劑使用效果不佳，粉磨產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。最終，導(dǎo)致我國水泥生產(chǎn)企業(yè)的水泥助磨劑的使用率不足5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于西方發(fā)達(dá)國家的使用水平。

因此，我國要想在水泥助磨劑的應(yīng)用方面，縮小與西方發(fā)達(dá)國家的差距，提高其在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用比例，就應(yīng)加大研究高效環(huán)保型助磨劑的力度，達(dá)到節(jié)能減排的目的，同時，還要加強(qiáng)對配套設(shè)施及工藝參數(shù)的研究，優(yōu)化各個因素，為助磨劑發(fā)揮最大功效創(chuàng)造條件。

2 水泥助磨劑的節(jié)能減排作用

2.1 提高磨機(jī)產(chǎn)量，降低成本

一方面，助磨劑具有的分散效果，能夠消除水泥顆粒在磨機(jī)內(nèi)的團(tuán)聚現(xiàn)象，使得磨細(xì)的顆粒能夠及時通過蓖板輸送出磨，減少了過粉磨現(xiàn)象，提高了磨機(jī)的粉磨效率。另一方面，助磨劑的分散效果還可以大大減少磨內(nèi)糊球、糊襯板的現(xiàn)象，減少了水泥“糊層” 的緩沖作用，提高了磨機(jī)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械沖擊能的效率， 增加了研磨體與磨機(jī)襯板之間以及研磨體之間的撞擊、研磨次數(shù)，提高了粉磨效率。當(dāng)保持水泥顆粒分布不變時，磨機(jī)產(chǎn)量得以提高，因此，生產(chǎn)單位數(shù)量的水泥，消耗的粉磨電能降低，成本降低，效益增加。

另外，磨機(jī)產(chǎn)量的提高，可增加全年水泥產(chǎn)量，加快資金的回籠和周轉(zhuǎn)，并使設(shè)備折舊、工資、磨機(jī)耗材與維修費等各種分?jǐn)偝杀窘档停黠@增加企業(yè)的總利潤；在保持原有生產(chǎn)能力的情況下，可減少水泥磨的運(yùn)行時間，增加設(shè)備維護(hù)時間，保持較高的設(shè)備完好率，水泥磨系統(tǒng)設(shè)備由于運(yùn)行時間縮短，磨損減少，相應(yīng)增加了設(shè)備的服務(wù)年限。

2.2 改善水泥質(zhì)量，提高強(qiáng)度

隨著高效復(fù)合水泥助磨劑使用的推廣，助磨劑還利用化學(xué)物質(zhì)所特有的功能，使得水泥的比表面積得以有效提高，加快了水泥的水化速度。同時，助磨劑中增強(qiáng)激發(fā)成分的作用，可提高水泥的強(qiáng)度，進(jìn)而提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量。高質(zhì)量的水泥不僅可以使產(chǎn)品在市場中的競爭中保持優(yōu)勢，市場地位更加鞏固，而且由于水泥質(zhì)量的提高，還可適當(dāng)放寬對熟料的質(zhì)量要求，使得粉磨站的外購熟料可以有更多的選擇，進(jìn)而降低了采購成本，增加企業(yè)效益。

3 實例分析

下面以筆者所在公司-廣東塔牌集團(tuán)股份有限公司惠州龍門分公司的試驗和生產(chǎn)為依據(jù)，分析由于在水泥生產(chǎn)中使用水泥助磨劑給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

國家“十一五”規(guī)劃中明確強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)型企業(yè)要將節(jié)能減排作為重要工作來抓，同時，為企業(yè)開展節(jié)能減排工作提供了許多有力政策支柱。水泥企業(yè)作為高能耗企業(yè)，應(yīng)該積極響應(yīng)國家號召，將面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)略機(jī)遇，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，在保護(hù)環(huán)境的同時，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高市場競爭力。因此，水泥企業(yè)應(yīng)該在生產(chǎn)過程中選擇高效環(huán)保型助磨劑，進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙豐收的目的。

廣東塔牌集團(tuán)股份有限公司惠州龍門分公司擁有2條5000噸/日產(chǎn)新型干法旋窯生產(chǎn)線和5條￠4.2×13m水泥磨，由于受當(dāng)?shù)卦疾牧嫌绊懀炝系V物組成中K2O、Na2O、MgO、C3A偏高，生產(chǎn)熟料往往出現(xiàn)早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度低的問題。

在生產(chǎn)水泥時由于熟料后期強(qiáng)度低原因，只有通過提高熟料摻入量來保證和穩(wěn)定水泥實物質(zhì)量，同時由于市場的競爭日趨激烈，迫使水泥企業(yè)不得不降低粉磨能耗，以提高經(jīng)濟(jì)效益。目前，大多數(shù)企業(yè)采取的主要措施之一是在水泥中粉磨過程中摻加助磨劑。事實證明，這是提高水泥粉磨效率的一種方法。

2008年度，我公司對助磨劑在水泥中的應(yīng)用進(jìn)行了大膽嘗試，開展了大量的試驗工作，選用國內(nèi)外不同廠家的助磨劑進(jìn)行試驗小磨試驗，如:國外CBA1104水泥添加劑、洛陽CD分散劑、福建CDA助磨劑、浙江YJ系列水泥助磨劑、深圳弘朝KPY-5GB高效環(huán)保型水泥助磨劑(見表2)。這些新型的水泥助磨劑品種在保留傳統(tǒng)優(yōu)點的同時，在產(chǎn)品的均勻性、性價比等方面已經(jīng)有了長足的進(jìn)步；同時在水泥粉磨過程中使用后可以改善水泥產(chǎn)品質(zhì)量，如:水泥早、后期強(qiáng)度，用水量，及滿足其它不同的需要。

通過大量試驗工作，針對公司生產(chǎn)工藝狀況，我司在2008年11月開始使用深圳弘朝KPY-5GB高效環(huán)保型水泥助磨劑，生產(chǎn)42.5R級普通水泥，在使用一段時間后分析，深圳弘朝KPY-5GB高效環(huán)保型水泥助磨劑提高磨機(jī)臺時產(chǎn)，同時對水泥后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大，在增加混合材摻量約4%的同時，降低水泥熟料配比4%后(見表3)，水泥實物質(zhì)量達(dá)到較好和穩(wěn)定。通過大量的生產(chǎn)對比試驗，對水泥助磨劑在改善水泥性能、增加產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本方面所發(fā)揮的積極促進(jìn)作用有了深刻了解和認(rèn)識。

兩條窯按年產(chǎn)320萬t計算，折算生產(chǎn)PO42.5R水泥約359萬t；當(dāng)摻深圳弘朝KPY-5GB高效環(huán)保型水泥助磨劑后，生產(chǎn)PO42.5R水泥約376萬t；我公司一年少生產(chǎn)17萬t熟料。

(1)按生產(chǎn)一噸熟料綜合電耗57kwh/t計算，一年少用電量為9690000kWh；

(2)按生產(chǎn)一噸熟料標(biāo)煤105kg/t計算，一年少用17850t燃煤，少排放CO2和SO2分別為48195t、286t。

由此可見，本公司采用水泥助磨劑后，不僅大大節(jié)約了用電量，減少了污氣體的排放，還大大降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力。因此，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙豐收。

4 結(jié)語

隨著市場競爭的日益激烈和國家對企業(yè)節(jié)能減排的要求，在水泥生產(chǎn)中使用水泥助磨劑成為一種必然選擇，因為它能實現(xiàn)降低能耗和提高質(zhì)量的雙重目標(biāo)。我國水泥助磨劑的研究、生產(chǎn)單位很多，但都局限在研究助磨劑的助磨效果、增強(qiáng)效果以及改善水泥的顆粒級配和流動性等常規(guī)研究內(nèi)容上，對其機(jī)理研究和影響其功能發(fā)揮的參數(shù)的研究很少，結(jié)果導(dǎo)致水泥助磨劑質(zhì)量不穩(wěn)定、助磨效果不明顯。目前，國內(nèi)水泥助磨劑的使用率非常低，以前只有部分出口水泥在粉磨過程中摻入助磨劑(這也是應(yīng)客戶的要求摻入的)。隨著水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實施，我國水泥行業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)對水泥的各項質(zhì)量指標(biāo)尤其是強(qiáng)度指標(biāo)的要求，在努力提高熟料的質(zhì)量的同時，提高水泥的粉磨細(xì)度是最簡單的辦法，而使用水泥助磨劑是最實現(xiàn)此目標(biāo)的理想途徑。我國水泥企業(yè)若要在提倡“綠色、環(huán)保、節(jié)能”的21世紀(jì)取得長足的發(fā)展，就必須加大對高效環(huán)保型水泥助磨劑的研究力度和應(yīng)用，進(jìn)而提高市場競爭力，使企業(yè)不斷發(fā)展壯大。

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