水泥高效活化助磨剂研制及推广应用

王恒 黄煌 陈威 尹丹 廖文杰 罗习

【摘 要】在水泥工业中，添加助磨剂可以显著增加水泥细度、提高水泥产量、改善水泥综合性能。该项目以公司自主发明专利“一种高效活化水泥助磨剂”（专利号：ZL201210008768.4）为核心技术，研制水泥高效活化助磨剂。文章介绍了水泥高效活化助磨剂的技术原理、主要技术参数、技术创新点及应用效果。

【关键词】水泥；助磨剂；研制

【中图分类号】TQ172.46 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）09-0057-03

根据统计资料，2016年我国水泥年生产总量到达24亿t，已成为世界第一水泥生产大国。水泥行业是一个高能耗和高排放的行业，在水泥生产过程的总电耗中，用于生料制备和水泥粉磨的电耗约占70%，而以球磨机为代表的传统粉磨系统粉磨效率极低，通常仅有3%的能量真正用于增加物料新表面上，绝大部分的能量则以热能形式无效耗散[1]。

在磨机中掺入助磨剂，可以显著改善粉磨进程，提高磨机的台时产量，降低粉磨能耗。水泥助磨剂还可以激发工业废渣的活性，提高工业废渣的利用效率，降低水泥熟料的使用量，从而节省了因生产水泥熟料而造成的煤炭及电能的消耗，并降低了大气污染物的排放。因此，水泥助磨剂的应用对我国实现节能减排具有重大的现实意义[2]。

1 技术原理及技术路线

1.1 技术原理

活化水泥助磨剂是由表面活性剂、离子催化剂、激发剂等组成，通过精细化工催化活化技术而成，产品使用方法简单，对颗粒表面起物理化学作用，发挥力学效能，提高物料的易碎性和分散性，解决水泥粉磨工艺存在的问题，提高产量、增加细度、提高质量标号，降低能耗。在水泥粉磨时加入起助磨和增强作用而又不损害水泥性能的外加剂。它可以改善水泥磨机工况，避免粉磨时的“包球、糊球”，增加水泥流动度，提高磨机的台时产量，改善水泥的颗粒级配，解决水泥生产过程中能耗大、产量低、质量（强度）差的问题。

助磨剂的物质组成必须是偶极矩大的极性物质或强力的表面活性剂，极性物质屏蔽效应强，各种不同的吸附剂在颗粒表面上具有不同的吸附机理，将多种表面活性剂分别通过试验，有条件地组合在一起，能够增强在颗粒表面的吸附作用，改善助磨效果，且通过高效活化助磨剂组分配料解决了与各类砼外加剂的相容性。

由于高效助磨剂对水泥颗粒有分散作用，使得细小的颗粒不会形成大颗粒被带回到回粉中，更多细粉作为成品排出，选粉效率提高10%～20%，循环负荷降低50%～100%。高效活化助磨剂含有能直接激发混合材活性的助剂，从而提高水泥强度；可以激发矿渣活性，在矿粉粉磨站也有很大的潜在市场。

在生产水泥时，由于其中各种成分在磨内所要求的助磨机理各不相同，因此要找出各自的作用机理，确定最佳组合，在磨内要求几种物质结合在一起复配成多功能复合助磨剂，以增强其对水泥的适应性。

1.2 技术路线

“水泥高效活化助磨剂研制及推广应用”项目建立一条年产万吨的水泥高效活化助磨剂自动化生产线。技术路线如图1所示。

本项目技术路线的重点在于推广“一厂一配方”的营销模式，注重推广个性化的产品。根据客户条件不同，基于公司自主发明专利“一种水泥高效活化助磨剂”为核心技术，开发个性化的配方，满足客户的不同需求。对于每一个厂家，针对其不同的工序、不同的生产原材料、不同的生产设备，采取不同的配方策略，通过取样、试验、试用、改进等方式，开发与每一个厂家相对应的产品，不断完善配方，确保产品的适应性。

2 主要技术参数

水泥高效活化助磨剂的主要技术参数如下。

2.1 技术指标

（1）45μm筛筛余减少值≥2%。

（2）增加水泥的早期强度2.8～5 MPa，后期强度3～5 MPa。

（3）成品水泥标准稠度用水量绝对值增加≤1.0%。

（4）凝结时间绝对值差≤30 min，沸煮安定性合格。

（5）水泥胶砂流动度相对值≥95%。

（6）水泥胶砂抗压强度所有龄期相对值≥95%。

（7）胶砂干缩率绝对值之差≤0.025%。

（8）氯离子含量<0.06%。

2.2 能耗及其他指标

（1）吨水泥电耗降低3 kW·h。

（2）提高水泥产量≥10%。

（3）混合材参量增加≥4%。

3 技术创新点及效果

3.1 技术创新点

本项目“水泥高效活化助磨剂研制及推广应用”是以公司自主发明专利“一种高效活化水泥助磨剂”（专利号：ZL201210008768.4）[3]为核心技术，其技术创新点如下。

（1）高效活化水泥助磨剂，包括三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇或丙二醇、碳酸钠和水。

（2）高效活化水泥助磨剂，还包括甲苯、硅灰、造纸黑液和糖厂废液。各组分用量重量百分比如下：三乙醇胺为15%～20%、三异丙醇胺为5%～10%、乙二醇或丙二醇为3%～8%、碳酸钠为5%～10%、水为25%～40%、甲苯为3%～8%、硅灰為1%～3%、造纸黑液为10%～20%、糖厂废液为5%～10%。

（3）制备方法如下：按配比称取各原料备用；将硅灰加入甲苯中，搅拌使其溶解待用；将三异丙醇胺加入到水中，加热至50℃使其快速溶解；按配比依次边搅拌边加入碳酸钠、溶有硅灰的甲苯、造纸黑液、糖厂废液、乙二醇（或丙二醇）、三乙醇胺，搅拌均匀，即得成品。

本项目高效活化水泥助磨剂的原料，在常用的助磨剂原料的基础上添加硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，具有明显提高水泥强度的作用。同时，添加适量的硅灰还可以提高水泥强度等级。而甲苯作为有机溶剂，可防止硅灰直接与水接触，造成硅灰激发作用失效。

造纸黑液富含甲钙酸，在水泥粉磨过程中能提高磨内物料的流动速度，可做早强剂使用，同时造纸黑液作为高污染物，被综合利用可降低产品成本。糖厂废液具有较强的极性，吸附作用好，可调节水泥凝结时间和中、后期的强度，同时糖厂废液资源丰富，被综合利用可节省生产成本。通过添加三乙醇胺还可以增加糖厂废液、碳酸钠的溶解度。通过各原料的有效复合，达到助磨，提高水泥早、后期强度和稳定性的特点。在综合利用造纸厂废液、糖厂废液、三乙醇胺的基础上，合理选择了少量离子催化剂，有助于促进产品本身后期效果的稳定发挥，且对于改善水泥的使用性能、节约水泥制造成本有很大的作用。

利用造纸黑液、糖厂废液，是由于2种原料中的木质素、纤维素、纯碱、糖蜜素共同反应，会对消除水泥磨内静电、改善磨内级配环境有很大的帮助，且该原料添加量可达到30%，从而减少了三乙醇胺的加入量，有效地节约了助磨剂的成本。

3.2 技术创新效果

（1）將造纸厂黑液、糖厂废液复配综合回收再利用，大大降低了产品的生产成本。

（2）增加硅灰和甲苯，可增强水泥熟料的活性和激活掺材中的潜在活性组分，更加均匀地将磨料中的有效成分混合，从而有效地提高产品的胶凝强度和稳定性。

（3）高效活化水泥助磨剂制备方法简单，无需增加设备投资及人力成本，且产品储存周期长，可达半年。

（4）高效活化水泥助磨剂产品亦可用于矿粉的制成磨中，可明显提高磨机台时产量，提高矿粉比表面积，增加水泥活性。

高效活化水泥助磨剂能提高水泥粉磨效率、改善水泥产品性能、提高磨机台时产量、降低水泥粉磨电耗。它不仅能节约水泥生产成本、增加企业经济效益，而且有利于工业废弃物的综合利用。该高效活化水泥助磨剂原料易得、成本低、掺加量少，不仅可提高磨机产量，还可提高水泥的抗压强度。

4 结语

“水泥高效活化助磨剂研制及推广应用”项目列入2015年广西壮族自治区科学技术厅创新资金项目（合同编号：桂科转15247001-69）。

本项目具有以下几个特点。

（1）高效活化助磨剂采用精细化工催化活化技术加速硅、铝、铁、钙等水化活化反应，增强水泥熟料的活性和激活掺材中的潜在活性组分，更加均匀地将磨料中的有效成分混合，从而有效地提高产品的胶凝强度和稳定性，大大提高了水泥行业粉末的效率和产品的强度。

（2）综合利用造纸厂废液、糖厂废液，合理选择的少量离子催化剂有助于促进后期强度的稳定发挥、减少体积收缩、增加体积稳定性。改性剂有利于调整泌水性和黏滞性等，改善粉末的使用性能。同时，造纸厂废液和糖厂废液为工业废料，直接排放严重污染环境，本项目运用以上2种工业废料，变废为宝，有较高的经济效益和环境效益。

（3）在水泥厂使用高效活化助磨剂后，加速了水泥的流动性，提高磨机台产10%～20%，同时可以提高水泥强度，3 d强度增幅为3.5～5 MPa，28 d强度增幅为4～5 MPa。

（4）水泥高效活化助磨剂性能与技术参数高于同行，处于广西区内领先水平。并且，该产品使用方法简单，无需增加设备投资及人力成本，且产品储存周期长，可达半年。

（5）本项目已在广西30多家水泥企业进行了推广应用，据公司现有客户使用反馈数据，公司主推的华越牌GHZ系列水泥助磨剂还可以同时使吨水泥钢球成本节约1.8元，综合电耗降低了22%；在水泥强度不变的条件下，降低熟料用量4%～6%，很大程度上增加了工业废渣在水泥生产中的应用，可以为水泥企业带来5～12元/t水泥的经济效益。

本项目成果适用面广，实用性强，推广应用前景广阔。

参 考 文 献

[1]陶昊，黄建国，施剑林.水泥助磨剂的研究进展[J].材料导报，2013，27（9）.

[2]张晓平，黄从运.我国水泥助磨剂的研究进展与发展趋势[J].水泥，2014（9）.

[3]黄煌，阮长泰，陈威.一种高效活化水泥助磨剂[P].中国专利：ZL201210008768.4，2012-01-12.

[责任编辑：陈泽琦]