助磨剂对钢渣粉磨效果的实验研究

摘 要：本文选用三乙醇胺、乙二醇和丙三醇作为助磨剂，在相同粉磨时间内测试其不同掺量对钢渣的粉磨效果。实验结果表明：三种助磨剂对钢渣的粉磨过程均有助磨作用，随着助磨剂掺量的逐渐增加，钢渣粉的45um筛余和80筛余逐渐减小，比表面积逐渐增大。当丙三醇、乙二醇和三乙醇胺的掺量皆为0.14%时，筛余有最小值。当丙三醇的掺量为0.05%、乙二醇的掺量为0.08%、三乙醇胺的掺量为0.14%时，粉磨钢渣的比表面积最大。综合分析，三种助磨剂中，乙二醇的助磨效果最好，且其最佳掺量为0.11%。

关键词：助磨剂;钢渣;筛余;比表面积

随着近些年来国内建筑业的蓬勃发展，所需钢铁用量也随之大大增加，而钢渣是一种工业固体废物，排出量约为粗钢产量的15%～20%。国内每年约排出上亿吨钢渣，可由于钢渣的易磨性较差，粉磨能耗较高，因此钢渣的利用率不高，大量的钢渣存放不仅占用土地，还会污染周围环境，同时钢渣的低利用率不仅是对资源的浪费，而且不利于建材行业的可持续发展。因而提高钢渣的利用率很有必要。我国的钢渣中，有百分之七十是化学组成与硅酸盐熟料相似的转炉钢渣，具有潜在的胶凝性能。从理论上分析，钢渣在建材行业水泥混凝土中的应用潜力很大，可由于钢渣颗粒的活性较低，使其在水泥中的利用受到了一定的限制。另有研究表明：若对钢渣进行预先粉磨处理之后可显著提高钢渣的活性，随着钢渣比表面积的增加，钢渣的活性随之增加。此外，钢渣的活性也受到钢渣的筛余量、颗粒形貌等因素的影响。因此，要想提高钢渣的利用率，我们应该着力改善其易磨性，现有技术中可通过在钢渣的粉磨过程中添加助磨剂来实现改善钢渣易磨性的目的。

目前国内外对水泥助磨剂的研究已非常深入，应用技术也相对成熟，市场上的水泥助磨剂种类繁多，然而钢渣助磨剂在国际上的研究却一直是个大难题。因为与水泥易磨性相比较钢渣的易磨性更差，市场上的水泥助磨剂掺加于钢渣中对提高钢渣的粉磨效率作用不显著，国内外现有技术水平上也无法研发出更行之有效的钢渣助磨剂，因而只有从常用助磨剂中选出几种助磨剂佐以减水剂使用来提高钢渣粉磨效率，从而大大提高钢渣的利用率。此方案对推动钢渣的开发利用和深加工都有一定的意义。为科学评价助磨剂效果提供了参考，同时也为拓宽钢渣的综合利用途径打下一定基础。

本文采用三种助磨剂，以不同掺量加入钢渣中进行粉磨，然后测试钢渣粉的筛余量和比表面积。探求三种助磨剂对钢渣粉的粉磨效果，为现实生产提供实验依据。

1 原材料及实验方法

1.1 原材料

钢渣：本研究所用的钢渣产自某鞍山钢铁有限公司，主要化学成分是SiO2、CaO、Al2O3等，且成分中铁的含量较高，除了部分金属铁之外，主要是以氧化铁的形式存在。其主要矿物组成为橄榄石[2FeO·SiO2]、硅酸三钙[3CaO·SiO2]、硅酸二钙[2CaO·SiO2]、铁铝酸二钙[2CaO·Al2O3]以及硅、铁、磷等的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁等，主体晶相和成分基本稳定。助磨剂：三乙醇胺、乙二醇和丙三醇为沈阳某化工厂产，均为分析纯。

1.2 实验方法

准备粒径为2.36～4.75mm的钢渣共39kg，将三种液体助磨剂丙三醇、乙二醇、三乙醇胺配置为溶质浓度为50%的溶液，掺量依次为0.05%、0.08%、0.11%、0.14%。钢渣的粉磨共分13组进行，每次粉磨钢渣3kg，粉磨时间为80min，粉磨后用塑料袋装好密封待测试。

钢渣粉筛余量根据GB/T 1345-2005《水泥细度检验方法 筛析法》^[1]进行测试;钢渣粉比表面积测试按照GB/T 8074-2008《水泥比表面积测定方法 勃氏法》^[2]进行测试。

2 实验结果与讨论

在相同的实验条件下，每次将3kg粒径为2.36～4.75mm的钢渣放入标准实验磨机中粉磨80分钟，依次往3kg钢渣中加入不同掺量的浓度为50%的丙三醇、乙二醇和三乙醇胺，同时设置一组空白对照（不掺加任何掺量的助磨剂）。粉磨后烘干，采用45um标准筛和80um标准筛测量钢渣粉的筛余量，利用比表面积测定仪测试其比表面积，具体结果见表1。

从表1中可以看出，三種助磨剂对于钢渣的粉磨起到了较好的作用。加入助磨剂后，钢渣粉的筛余量出现不同程度的降低，比表面积大幅度的提高。助磨剂相同掺量时，三乙醇胺可以有效地降低钢渣粉的筛余，乙二醇则对钢渣粉比表面积的提升更有效。这主要是因为钢渣中含有Si-O共价键和Ca-O离子键，Si—O单键键能为 485.8 kJ/mol，而 Ca—O 为 138.93 kJ/mol，在粉磨过程中，断裂先大量发生于Ca—O离子键，由于电子密度差异，因此产生一系列交错的Ca2+和 O2-活性点及大量静电荷，这使得邻近颗粒间有趋向黏附和聚集的趋势。上述三种助磨剂具有极性、结构不对称且存在正负电荷，易吸附于粉磨初期破裂面，可以屏蔽颗粒间的聚集力，以防止聚集发生^[3-5]。因此，在相同的粉磨时间内，加入助磨剂可以提高钢渣粉的细度。三种助磨剂由于极性的差异，因此在粉磨效果上存在差异。

3 结语

3.1 助磨剂加入后，钢渣粉45μm及80μm筛余量降低明显，比表面积得到提高，3种助磨剂均可以起到助磨作用。

3.2 由于3种助磨剂极性不同，因此钢渣粉的助磨效果存在差异，从整体粉磨效果以及助磨剂价格上看，乙二醇更实用。

3.3 当丙三醇、乙二醇和三乙醇胺的掺量皆为0.14%时，筛余有最小值，当丙三醇的掺量为0.05%、乙二醇的掺量为0.08%、三乙醇胺的掺量为0.14%时，钢渣粉的比表面积最大。

参考文献：

[1] GB/T 1345-2005， 水泥细度检验方法 筛析法[S].

[2] GB/T 8074-2008，水泥比表面积测定方法 勃氏法[S].

[3] 丁向群，赵苏，凌健，何国求. 水泥助磨剂的研究及应用概况[J]. 材料导报，2004（06）：61-63.

[4] 钱慧，方莹，李镇，等.单体助磨剂对硅酸盐水泥性能的影响[J].中国粉体技术，2014， 6（ 20） ：48-51.

[5] 易建忠. 三种醇胺类单体水泥助磨剂的比较[J]. 山东化工，2014，43（05）：61-64.

作者简介：第一作者：回志峰（1980-），男，高级工程师，硕士研究生，主要从事无机非金属材料的研究。