助磨剂对水泥性能的探讨与研究

郝向东

（长治钢铁（集团）瑞昌水泥有限公司， 山西 长治 046100）

长治钢铁（集团）瑞昌有限公司是自动化程度很高的水泥生产企业，采用“两磨一搅拌”的先进工艺技术，粉磨系统有一台Ф3.8m×13m的球磨机+辊压机RP120-80等组成，要想达到优质、高产、低能耗，需要各方面的技术支撑。助磨剂是提高水泥粉磨效率的一项重要途径，我公司经过一系列的试验，粉磨效果明显。

1 助磨剂机理的讨论

助磨剂能提高粉磨效率是众所周知，吸附现象是一种物质自动附着在另一种物质表面上的现象叫吸附，吸附于吸附质和吸附剂的性质有关，吸附的本质来源表面张力。固体物料在粉碎过程中，如果不加助磨剂，磨细到几十微米以下时，粒子很小，比表面积很大，系统有很大的表面能处于热力学不稳定状态，这时者只能靠表面自动地变小，即颗粒团聚变大来降低表面能。当在粉碎过程中有颗粒离子键断裂，如CaO断裂会产生 Ca++ 和O-2的活性点，带正负电荷的粒子也会产生团聚，使小颗粒变成大颗粒。如果在粉碎过程中掺加了助磨剂，助磨剂分子会自动吸附到颗粒表面，降低表面能，屏蔽颗粒上的电荷，阻止小粒子的团聚，增加物料的流动性，强化了粉磨效率。

2 粉磨效果试验

助磨剂对固体物料的粉磨效果是由助磨剂和固体物料两个方面决定的，同一种固体物料采用不同的助磨剂粉磨效果不同，同一助磨剂对不同的固体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（如矿渣、粉煤灰、炉渣、石灰石等）组成的，我们采用同一种助磨剂（三乙醇胺）对不同物料进行了小磨试验，不同粉磨时间下的粉磨效果于下表1：

表1 不同物料不同粉磨时间的粉磨效果

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矿渣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炉渣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备注P.O水泥组成为:熟料85.5%、石膏5%、矿渣9.5%P.S水泥组成为:熟料64石膏6、矿渣30%

由表1可以看出:

2.1 助磨剂（三乙醇胺0.03%）对水泥有明显的助磨效果

助磨效果主要表现在45μm筛余明显降低,特别是在粉磨时间30分钟以后(比表面积大约在350m2/kg以上)筛余下降的更突出， 在不掺加助磨剂的水泥(如P.I、P.O)粉磨过程中，随粉磨时间的延长，45μm筛余不但不下降，反而增大了。这是一种较普遍的现象，造成的原因是系统中很小的物料粒子表面能很高，有自动降低表面能的趋势，使粒子团聚变大；或者同时存在粒子的正负电荷吸引，也使粒子团聚变大。当掺加助磨剂后，助磨剂分子会自动吸附在粒子表面，降低表面能或中和粒子上的电荷，减少了粒子团聚，增加了分散性和流动性使粉磨效率明显提高。

粉磨水泥时掺加助磨剂后为什么比表面积提高不明显，有时还会降低呢？这种现象也是一个较普遍的现象，造成的原因不是水泥总体没有磨细，而是在一定粉磨工艺条件下，减少了过细粉磨现象，即小粒子（如＜3μm）减少了，稍大一些的粒子（如3-32μm）增多了，其结果是比表面积变化不明显，或稍有降低。

2.2 助磨剂（三乙醇胺0.03%）对不同物料的助磨作用在很大差别

助磨剂（三乙醇胺0.03%）对水泥粉磨有明显的助磨效果，而对矿渣、炉渣、石灰石等物料的助磨作用有很大的差别。

对矿渣的助磨作用，矿渣是难磨的物料，掺加助磨剂（三乙醇胺0.03%）后有一定的助磨作用，表现在粉磨到40分钟以后45μm筛余较空白料下降了。但对于专门生产矿粉的企业而言，只用比表面积来衡量矿粉的细度状况，掺加助磨剂几乎看不出助磨效果。对炉渣的助磨作用：炉渣是易磨的物料，掺加助磨剂（三乙醇胺0.03%）后没有显现出助磨作用。掺加或不掺加助磨剂在炉渣打的粉磨过程中都表现很高的比表面积，这与炉渣是多孔结构性质有关。

对石灰石的助磨作用：石灰石是易磨物料，掺加助磨剂（三乙醇胺0.03%）后仍有一定助磨作用，表现在4545μm筛余下降，比表面积提高。

3 助磨剂对水泥颗粒级配的影响

众所周知，水泥必须磨制到一定细度状态下具有胶凝性。细度状态可以用不同的方式表达：细度（如80μm和45μm筛余%）主要反映水泥中粗颗粒含量（%）；比表面积（m2/kg）主要反映水泥中细颗粒含量；颗粒级配可全面反映水泥中粗细颗粒分布状况，是现代水泥企业调控水泥性能先进手段。

颗粒级配对水泥性能的影响国内外已进行了长期研究，并获得基本结论，对于纯硅酸盐水泥而言：3-32μm颗粒对水泥砼强度增长起主要作用，含量大于65%，其中16-24μm颗粒尤为重要；＜3μm含量应＜10%；1μm颗粒易风化，易结团，遇水就水化了，对水泥性能不利；＞65μm颗粒最好为0。

为了定量比较，将主要粒径颗粒和粒度特征参数列于表2中。

表2 掺加与不掺加助磨剂水泥的粒度及特征参数

由表2可以看出：

掺加助磨剂后水泥颗粒总体上偏细了，主要体现在中位粒径由16.35μm降至15.08μm，特征粒径由21.47μm降至19.48μm，32-65μm颗粒含量有20.84%至16.19%。

掺加助磨剂后改善了水泥颗粒级配。主要体现在3-32μm含量由62.48%高到66.76%,＜1μm 颗粒含量由 4.37%至 3.54%,＜32μm 颗粒含量由 78.78%提高到83.67%,＜16μm和＜24μm颗粒含量也有了提高。

4 助磨剂对水泥性能的影响

我公司用不同液体助磨剂对水泥性能的影响进行了研究，并进行大量实验研究工作，见表3。

表3 一些助磨剂配方对水泥助磨剂增强效果

由表 3可以看出，水泥粉磨使用助磨剂时在不增加产量，不增加混合材料掺量的情况下，是可以提高水泥3d和28d强度的。

5 结语

通过助磨剂对水泥粉磨效果的试验研究和实践得出如下意见：

5.1 助磨剂助磨机理的探讨，认为助磨剂对固体物料助磨的前提是固体物料表面对于助磨剂分子的吸附，并发生吸附效应。吸附效应使固体表面能降低，特别是在磨细到几十微米以下粒子时，助磨剂分子吸附在粒子表面，降低系统很大的表面能，中和粒子电荷，从而提高物料分散性，增加流动性，强化了物料粉碎。

5.2 助磨剂（三乙醇胺0.03%）能明显提高水泥的粉磨效率，对矿渣和石灰石也有一定助磨效果，对炉渣未表现助磨作用。

5.3 在水泥粉磨时掺加助磨剂（三乙醇胺0.03%）能改善水泥颗粒级配，提高3-32μm含量，减少细颗粒含量(＜1μm)，减少粗颗粒（32-65μm）含量，有益于改善水泥性能。

5.4 由不同有机物匹配和加工制作出来的优质助磨剂，不但具有助磨剂作用，而且还具有较好的水泥增强作用，3天抗压强度可提高3-5MPa，28天抗压强度可提高6-9mpMPa。