助磨劑對水泥性能的探討與研究

郝向東

（長治鋼鐵（集團）瑞昌水泥有限公司， 山西 長治 046100）

長治鋼鐵（集團）瑞昌有限公司是自動化程度很高的水泥生產企業，采用“兩磨一攪拌”的先進工藝技術，粉磨系統有一臺Ф3.8m×13m的球磨機+輥壓機RP120-80等組成，要想達到優質、高產、低能耗，需要各方面的技術支撐。助磨劑是提高水泥粉磨效率的一項重要途徑，我公司經過一系列的試驗，粉磨效果明顯。

1 助磨劑機理的討論

助磨劑能提高粉磨效率是眾所周知，吸附現象是一種物質自動附著在另一種物質表面上的現象叫吸附，吸附于吸附質和吸附劑的性質有關，吸附的本質來源表面張力。固體物料在粉碎過程中，如果不加助磨劑，磨細到幾十微米以下時，粒子很小，比表面積很大，系統有很大的表面能處于熱力學不穩定狀態，這時者只能靠表面自動地變小，即顆粒團聚變大來降低表面能。當在粉碎過程中有顆粒離子鍵斷裂，如CaO斷裂會產生 Ca++ 和O-2的活性點，帶正負電荷的粒子也會產生團聚，使小顆粒變成大顆粒。如果在粉碎過程中摻加了助磨劑，助磨劑分子會自動吸附到顆粒表面，降低表面能，屏蔽顆粒上的電荷，阻止小粒子的團聚，增加物料的流動性，強化了粉磨效率。

2 粉磨效果試驗

助磨劑對固體物料的粉磨效果是由助磨劑和固體物料兩個方面決定的，同一種固體物料采用不同的助磨劑粉磨效果不同，同一助磨劑對不同的固體物料粉磨效果也是不同的。

水泥物料是由熟料、石膏和混合材料（如礦渣、粉煤灰、爐渣、石灰石等）組成的，我們采用同一種助磨劑（三乙醇胺）對不同物料進行了小磨試驗，不同粉磨時間下的粉磨效果于下表1：

表1 不同物料不同粉磨時間的粉磨效果

泥 0.03% 54.4 21.4 11.1 6.0 6.7 7.2 190 291 383 441 500 543 P.S水泥 0.03% 52.7 28.8 12.4 6.1 4.8 4.8 174 276 352 434 485 517空白 51.3 25.7 17.2 14.4 7.1 6.4 171 270 352 417 474 535空白 62.2 39.6 22.2 13.7 8.8 8.2 134 212 281 351 396 444礦渣0.03% 68.4 44.4 21.1 12.6 6.9 6.1 118 200 283 345 387 432空白 58.3 19.7 9.2 3.4 2.4 3.0 254 433 576 687 785 859爐渣0.03% 54.2 33.7 18.3 8.9 3.8 3 242 421 574 681 750 874石灰石 0.03% 20.4 11.9 8.4 6.2 4.5 4.0 398 634 823 932 978 1113空白 24.2 13.6 9.4 6.8 5.9 4.9 392 562 768 880 935 983備注P.O水泥組成為:熟料85.5%、石膏5%、礦渣9.5%P.S水泥組成為:熟料64石膏6、礦渣30%

由表1可以看出:

2.1 助磨劑（三乙醇胺0.03%）對水泥有明顯的助磨效果

助磨效果主要表現在45μm篩余明顯降低,特別是在粉磨時間30分鐘以后(比表面積大約在350m2/kg以上)篩余下降的更突出， 在不摻加助磨劑的水泥(如P.I、P.O)粉磨過程中，隨粉磨時間的延長，45μm篩余不但不下降，反而增大了。這是一種較普遍的現象，造成的原因是系統中很小的物料粒子表面能很高，有自動降低表面能的趨勢，使粒子團聚變大；或者同時存在粒子的正負電荷吸引，也使粒子團聚變大。當摻加助磨劑后，助磨劑分子會自動吸附在粒子表面，降低表面能或中和粒子上的電荷，減少了粒子團聚，增加了分散性和流動性使粉磨效率明顯提高。

粉磨水泥時摻加助磨劑后為什么比表面積提高不明顯，有時還會降低呢？這種現象也是一個較普遍的現象，造成的原因不是水泥總體沒有磨細，而是在一定粉磨工藝條件下，減少了過細粉磨現象，即小粒子（如＜3μm）減少了，稍大一些的粒子（如3-32μm）增多了，其結果是比表面積變化不明顯，或稍有降低。

2.2 助磨劑（三乙醇胺0.03%）對不同物料的助磨作用在很大差別

助磨劑（三乙醇胺0.03%）對水泥粉磨有明顯的助磨效果，而對礦渣、爐渣、石灰石等物料的助磨作用有很大的差別。

對礦渣的助磨作用，礦渣是難磨的物料，摻加助磨劑（三乙醇胺0.03%）后有一定的助磨作用，表現在粉磨到40分鐘以后45μm篩余較空白料下降了。但對于專門生產礦粉的企業而言，只用比表面積來衡量礦粉的細度狀況，摻加助磨劑幾乎看不出助磨效果。對爐渣的助磨作用：爐渣是易磨的物料，摻加助磨劑（三乙醇胺0.03%）后沒有顯現出助磨作用。摻加或不摻加助磨劑在爐渣打的粉磨過程中都表現很高的比表面積，這與爐渣是多孔結構性質有關。

對石灰石的助磨作用：石灰石是易磨物料，摻加助磨劑（三乙醇胺0.03%）后仍有一定助磨作用，表現在4545μm篩余下降，比表面積提高。

3 助磨劑對水泥顆粒級配的影響

眾所周知，水泥必須磨制到一定細度狀態下具有膠凝性。細度狀態可以用不同的方式表達：細度（如80μm和45μm篩余%）主要反映水泥中粗顆粒含量（%）；比表面積（m2/kg）主要反映水泥中細顆粒含量；顆粒級配可全面反映水泥中粗細顆粒分布狀況，是現代水泥企業調控水泥性能先進手段。

顆粒級配對水泥性能的影響國內外已進行了長期研究，并獲得基本結論，對于純硅酸鹽水泥而言：3-32μm顆粒對水泥砼強度增長起主要作用，含量大于65%，其中16-24μm顆粒尤為重要；＜3μm含量應＜10%；1μm顆粒易風化，易結團，遇水就水化了，對水泥性能不利；＞65μm顆粒最好為0。

為了定量比較，將主要粒徑顆粒和粒度特征參數列于表2中。

表2 摻加與不摻加助磨劑水泥的粒度及特征參數

由表2可以看出：

摻加助磨劑后水泥顆粒總體上偏細了，主要體現在中位粒徑由16.35μm降至15.08μm，特征粒徑由21.47μm降至19.48μm，32-65μm顆粒含量有20.84%至16.19%。

摻加助磨劑后改善了水泥顆粒級配。主要體現在3-32μm含量由62.48%高到66.76%,＜1μm 顆粒含量由 4.37%至 3.54%,＜32μm 顆粒含量由 78.78%提高到83.67%,＜16μm和＜24μm顆粒含量也有了提高。

4 助磨劑對水泥性能的影響

我公司用不同液體助磨劑對水泥性能的影響進行了研究，并進行大量實驗研究工作，見表3。

表3 一些助磨劑配方對水泥助磨劑增強效果

由表 3可以看出，水泥粉磨使用助磨劑時在不增加產量，不增加混合材料摻量的情況下，是可以提高水泥3d和28d強度的。

5 結語

通過助磨劑對水泥粉磨效果的試驗研究和實踐得出如下意見：

5.1 助磨劑助磨機理的探討，認為助磨劑對固體物料助磨的前提是固體物料表面對于助磨劑分子的吸附，并發生吸附效應。吸附效應使固體表面能降低，特別是在磨細到幾十微米以下粒子時，助磨劑分子吸附在粒子表面，降低系統很大的表面能，中和粒子電荷，從而提高物料分散性，增加流動性，強化了物料粉碎。

5.2 助磨劑（三乙醇胺0.03%）能明顯提高水泥的粉磨效率，對礦渣和石灰石也有一定助磨效果，對爐渣未表現助磨作用。

5.3 在水泥粉磨時摻加助磨劑（三乙醇胺0.03%）能改善水泥顆粒級配，提高3-32μm含量，減少細顆粒含量(＜1μm)，減少粗顆粒（32-65μm）含量，有益于改善水泥性能。

5.4 由不同有機物匹配和加工制作出來的優質助磨劑，不但具有助磨劑作用，而且還具有較好的水泥增強作用，3天抗壓強度可提高3-5MPa，28天抗壓強度可提高6-9mpMPa。