助磨劑對鋼渣粉磨效果的實驗研究

摘 要：本文選用三乙醇胺、乙二醇和丙三醇作為助磨劑，在相同粉磨時間內測試其不同摻量對鋼渣的粉磨效果。實驗結果表明：三種助磨劑對鋼渣的粉磨過程均有助磨作用，隨著助磨劑摻量的逐漸增加，鋼渣粉的45um篩余和80篩余逐漸減小，比表面積逐漸增大。當丙三醇、乙二醇和三乙醇胺的摻量皆為0.14%時，篩余有最小值。當丙三醇的摻量為0.05%、乙二醇的摻量為0.08%、三乙醇胺的摻量為0.14%時，粉磨鋼渣的比表面積最大。綜合分析，三種助磨劑中，乙二醇的助磨效果最好，且其最佳摻量為0.11%。

關鍵詞：助磨劑;鋼渣;篩余;比表面積

隨著近些年來國內建筑業的蓬勃發展，所需鋼鐵用量也隨之大大增加，而鋼渣是一種工業固體廢物，排出量約為粗鋼產量的15%～20%。國內每年約排出上億噸鋼渣，可由于鋼渣的易磨性較差，粉磨能耗較高，因此鋼渣的利用率不高，大量的鋼渣存放不僅占用土地，還會污染周圍環境，同時鋼渣的低利用率不僅是對資源的浪費，而且不利于建材行業的可持續發展。因而提高鋼渣的利用率很有必要。我國的鋼渣中，有百分之七十是化學組成與硅酸鹽熟料相似的轉爐鋼渣，具有潛在的膠凝性能。從理論上分析，鋼渣在建材行業水泥混凝土中的應用潛力很大，可由于鋼渣顆粒的活性較低，使其在水泥中的利用受到了一定的限制。另有研究表明：若對鋼渣進行預先粉磨處理之后可顯著提高鋼渣的活性，隨著鋼渣比表面積的增加，鋼渣的活性隨之增加。此外，鋼渣的活性也受到鋼渣的篩余量、顆粒形貌等因素的影響。因此，要想提高鋼渣的利用率，我們應該著力改善其易磨性，現有技術中可通過在鋼渣的粉磨過程中添加助磨劑來實現改善鋼渣易磨性的目的。

目前國內外對水泥助磨劑的研究已非常深入，應用技術也相對成熟，市場上的水泥助磨劑種類繁多，然而鋼渣助磨劑在國際上的研究卻一直是個大難題。因為與水泥易磨性相比較鋼渣的易磨性更差，市場上的水泥助磨劑摻加于鋼渣中對提高鋼渣的粉磨效率作用不顯著，國內外現有技術水平上也無法研發出更行之有效的鋼渣助磨劑，因而只有從常用助磨劑中選出幾種助磨劑佐以減水劑使用來提高鋼渣粉磨效率，從而大大提高鋼渣的利用率。此方案對推動鋼渣的開發利用和深加工都有一定的意義。為科學評價助磨劑效果提供了參考，同時也為拓寬鋼渣的綜合利用途徑打下一定基礎。

本文采用三種助磨劑，以不同摻量加入鋼渣中進行粉磨，然后測試鋼渣粉的篩余量和比表面積。探求三種助磨劑對鋼渣粉的粉磨效果，為現實生產提供實驗依據。

1 原材料及實驗方法

1.1 原材料

鋼渣：本研究所用的鋼渣產自某鞍山鋼鐵有限公司，主要化學成分是SiO2、CaO、Al2O3等，且成分中鐵的含量較高，除了部分金屬鐵之外，主要是以氧化鐵的形式存在。其主要礦物組成為橄欖石[2FeO·SiO2]、硅酸三鈣[3CaO·SiO2]、硅酸二鈣[2CaO·SiO2]、鐵鋁酸二鈣[2CaO·Al2O3]以及硅、鐵、磷等的氧化物形成的固熔體，還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵等，主體晶相和成分基本穩定。助磨劑：三乙醇胺、乙二醇和丙三醇為沈陽某化工廠產，均為分析純。

1.2 實驗方法

準備粒徑為2.36～4.75mm的鋼渣共39kg，將三種液體助磨劑丙三醇、乙二醇、三乙醇胺配置為溶質濃度為50%的溶液，摻量依次為0.05%、0.08%、0.11%、0.14%。鋼渣的粉磨共分13組進行，每次粉磨鋼渣3kg，粉磨時間為80min，粉磨后用塑料袋裝好密封待測試。

鋼渣粉篩余量根據GB/T 1345-2005《水泥細度檢驗方法 篩析法》^[1]進行測試;鋼渣粉比表面積測試按照GB/T 8074-2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》^[2]進行測試。

2 實驗結果與討論

在相同的實驗條件下，每次將3kg粒徑為2.36～4.75mm的鋼渣放入標準實驗磨機中粉磨80分鐘，依次往3kg鋼渣中加入不同摻量的濃度為50%的丙三醇、乙二醇和三乙醇胺，同時設置一組空白對照（不摻加任何摻量的助磨劑）。粉磨后烘干，采用45um標準篩和80um標準篩測量鋼渣粉的篩余量，利用比表面積測定儀測試其比表面積，具體結果見表1。

從表1中可以看出，三種助磨劑對于鋼渣的粉磨起到了較好的作用。加入助磨劑后，鋼渣粉的篩余量出現不同程度的降低，比表面積大幅度的提高。助磨劑相同摻量時，三乙醇胺可以有效地降低鋼渣粉的篩余，乙二醇則對鋼渣粉比表面積的提升更有效。這主要是因為鋼渣中含有Si-O共價鍵和Ca-O離子鍵，Si—O單鍵鍵能為 485.8 kJ/mol，而 Ca—O 為 138.93 kJ/mol，在粉磨過程中，斷裂先大量發生于Ca—O離子鍵，由于電子密度差異，因此產生一系列交錯的Ca2+和 O2-活性點及大量靜電荷，這使得鄰近顆粒間有趨向黏附和聚集的趨勢。上述三種助磨劑具有極性、結構不對稱且存在正負電荷，易吸附于粉磨初期破裂面，可以屏蔽顆粒間的聚集力，以防止聚集發生^[3-5]。因此，在相同的粉磨時間內，加入助磨劑可以提高鋼渣粉的細度。三種助磨劑由于極性的差異，因此在粉磨效果上存在差異。

3 結語

3.1 助磨劑加入后，鋼渣粉45μm及80μm篩余量降低明顯，比表面積得到提高，3種助磨劑均可以起到助磨作用。

3.2 由于3種助磨劑極性不同，因此鋼渣粉的助磨效果存在差異，從整體粉磨效果以及助磨劑價格上看，乙二醇更實用。

3.3 當丙三醇、乙二醇和三乙醇胺的摻量皆為0.14%時，篩余有最小值，當丙三醇的摻量為0.05%、乙二醇的摻量為0.08%、三乙醇胺的摻量為0.14%時，鋼渣粉的比表面積最大。

參考文獻：

[1] GB/T 1345-2005， 水泥細度檢驗方法 篩析法[S].

[2] GB/T 8074-2008，水泥比表面積測定方法 勃氏法[S].

[3] 丁向群，趙蘇，凌健，何國求. 水泥助磨劑的研究及應用概況[J]. 材料導報，2004（06）：61-63.

[4] 錢慧，方瑩，李鎮，等.單體助磨劑對硅酸鹽水泥性能的影響[J].中國粉體技術，2014， 6（ 20） ：48-51.

[5] 易建忠. 三種醇胺類單體水泥助磨劑的比較[J]. 山東化工，2014，43（05）：61-64.

作者簡介：第一作者：回志峰（1980-），男，高級工程師，碩士研究生，主要從事無機非金屬材料的研究。