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不同助磨剂对水泥颗粒特性的影响

发表时间:2022-04-17 11:48

不同助磨剂对水泥颗粒特性的影响


本文主要研究了不同助磨剂对水泥颗粒特性的影响。选用的助磨剂种类有:乙二醇、三乙醇胺、以及乙二醇和三乙醇胺复合助磨剂。实验结果表明:加入一定量的助磨剂,有利于提高水泥中30μm以下颗粒的量,有利于充分发挥水泥强度,尤其是加入复合助磨剂效果更显著。


关键词:乙二醇,三乙醇胺,复合助磨剂,30μm筛下量


前言


众所周知,水泥工业是一个高能耗、高污染、高排放的行业,被国家列为必须用低碳经济治理的重点。水泥行业要实现宏大的节能降耗战略,其关键或许要取决于很多细微之处。助磨剂是为水泥工业服务的一个新兴辅助行业,其简单、高效的特点已被越来越多的水泥生产企业所认可。


本实验研究几种助磨剂对水泥粒径的影响,并分析其与水泥的适应性,并研究出几种复合助磨剂。


1 实验方案及实验过程


1.1 实验方案


本实验采用乙二醇、三乙醇胺两种助磨剂为研究对象,比较它们对水泥粒径大小的影响,并研究其不同的加入量及乙二醇和三乙醇胺混合后对粉磨过程的影响。


1.2 实验原料


水泥熟料:水泥厂生产的硅酸盐水泥熟料。


乙二醇:液体,分子量62.07,比重1.111g/cm3,在水中溶解度无穷大。


三乙醇胺:液体,分子量149.19,比重1.123 g/cm3,呈碱性,耐高温。


1.3 实验设备


粒度分析仪:NSKC-1型粒度分析仪,配套超声波发生器进行震荡。


变频行星磨:XQM-L型,南京科析实验仪器研究所。设置行星磨的转速为300r/min,研磨时间为30min。球磨机内钢球的配比为:大球(φ15mm,6个),中球(φ10mm,16个),研磨体共重297.53g,料球比为0.336。


1.4 实验方法


(1)称量5份100g水泥熟料,分别加入0.1g、0.2g、0.3g、0.4g和0.5g乙二醇,放入XQM系列变频行星磨粉磨,粉磨后取样,在超声波发生器中震荡后做粒度分析,得出实验数据。


(2)以同样方法测出加入三乙醇胺后水泥熟料研磨后的粒度分布。三乙醇胺的加入量为乙二醇的两倍。


(3)将乙二醇和三乙醇胺混合后,设计该两种助磨剂配比为1:1,其混合后的总量参数仍为0.1g、0.2g、0.3g、0.4g和0.5g,实验步骤不变,测出加入混合助磨剂后水泥熟料的粒度分布。


2 结果与分析


前人研究表明,小于3μm的水泥颗粒加水后迅速水化,除了对水泥初期的强度有一定帮助外,对以后水泥强度的发展没有任何影响,60μm以上的颗粒几乎不水化,3--30μm的颗粒往往是水泥强度的最大贡献者。因此,为研究助磨剂对水泥性能的影响,将研磨后水泥中小于30μm的颗粒含量作比较,并进行理论分析。


2.1 乙二醇影响


将研磨后的粉体做粒度分析,得出不同乙二醇加入量的30μm筛下量。如表1所示。


表1 不同乙二醇加入量与产品中30μm筛下的关系



根据助磨剂作用机理,由于乙二醇的加入,物料的表面能降低,消除静电效应,加快磨内物料的移动速度。因此,随着乙二醇的加入,粉磨效率得到提高,在加入量为0.3%时30μm筛下达到最大。但当乙二醇的进一步加入时,其乙二醇作用不再增大,反而会降低物料的流动性,所以30μm筛下变小。


5种不同乙二醇的加入量,水泥30μm筛下均在90%以上,乙二醇的助磨作用显著。30μm筛下在乙二醇的加入量为0.3%时最大,达到100%。因此,乙二醇的加入量不是越多越好,应该参考实际情况加入。


粉体的颗粒主要分布在3~30μm之间,颗粒分布比较均匀,因此,乙二醇对水泥的强度也有提高。相比较而言,0.2%乙二醇加入量的颗粒在3μm以下的更少,因此,0.2%乙二醇加入量的水泥的性能应该较其它的好些。


2.2 三乙醇胺的影响


将粉磨后的粉体做粒度分析,得出不同三乙醇胺加入量的30μm筛下,如表2。


表2 不同三乙醇胺加入量和产品中30μm筛下量的关系



同乙二醇一样,根据助磨剂作用机理,由于三乙醇胺的加入,物料的表面能降低,消除静电效应,加快磨内物料的移动速度。因此,随着三乙醇胺的加入,粉磨效率得到提高,在加入量为0.4%时30μm筛下达到最大。但当三乙醇胺的进一步加入时,其助磨剂作用不再增大,反而会降低物料的流动性,所以30μm筛下变小。


图3 三乙醇胺加入量对30μm筛下的影响


从图3可以看出5种不同三乙醇胺的加入量做出的30μm筛下也在90%以上,三乙醇胺的助磨作用显著。30μm筛下在三乙醇胺的加入量为0.4%时最大,达到100%。同样,三乙醇胺的加入量应该并不是越多越好,应该参考实际情况加入。


图4 不同三乙醇胺加入量水泥0--80μm的粒度分布


从图4可以看出粉体的颗粒比较理想,大多分布在3~30μm之间,颗粒分布比较均匀,因此,三乙醇胺对水泥的强度也有提高。其中0.1%、0.2%三乙醇胺加入量的颗粒在3~30μm部分分布更多,因此,0.1%、0.2%三乙醇胺加入量的水泥强度应该较其它的好些。


2.3乙二醇、三乙醇胺复合助磨剂的影响


将研磨后的粉体做粒度分析,得出不同乙二醇和三乙醇胺复合助磨剂加入量的30μm筛下如表3:



同加入一种助磨剂一样,由于乙二醇和三乙醇胺的加入,物料的表面能降低,消除静电效应,加快磨内物料的移动速度。因为乙二醇和三乙醇胺的复合作用,加入量为0.1时30μm筛已经基本达到上限。但当乙二醇和三乙醇胺的进一步加入时,其助磨剂作用不再增大,因此30μm筛下基本不变。(由于助磨剂的加入量都比较偏大,因此实验数据变化空间不大,因实验误差,可以认为30μm筛下基本不变)


图5 复合助磨剂加入量对30μm筛下的影响


图5中可以看出5种不同复合助磨剂的加入量做出的30μm筛下都在95%以上,复合助磨剂的助磨作用显著。在复合助磨剂的加入量为0.1%时30μm筛下在已经达到100%。考虑到实验误差,0.1~0.5%的复合助磨剂对水泥的30μm筛下影响相差不大。应当着重对水泥性能的影响做比较。


图6 不同复合助磨剂加入量水泥0--80μm的粒度分布


从图6可以看出粉体的颗粒非常细,小于3μm的部分达40%,因此,复合助磨剂对水泥的强度影响很大。相对0.3%复合助磨剂加入量的颗粒在3~30μm分布更多,因此,0.3%复合助磨剂加入量的水泥的强度应该较其它的好些。


3 结论

组合助磨剂对石英粉磨效果的影响


粉体技术网



  助磨剂可以提高物料的磨矿效率,降低磨矿能耗。为了进一步提高助磨剂的作用效果,近年来,组合助磨剂的应用及研究引起了研究者的广泛关注。



  毛勇等选择六偏磷酸钠和硅酸钠为单一助磨剂,并按质量比为1:1形成组合助磨剂,研究三种助磨剂及用量对石英磨矿效果的影响,结果表明:

  (1)单一助磨剂硅酸钠和六偏磷酸钠在最佳用量0.5%和0.3%时,使石英磨矿产品中-0.043mm粒级的含量分别提高了6.56个百分点、7.57个百分点;组合助磨剂在最佳的添加量0.5%时,与不添加助磨剂和添加单一助磨剂硅酸钠及六偏磷酸钠相比,-0.043mm粒级的含量分别提高了9.90个百分点、3.34个百分点和2.23个百分点,明显提高石英的磨矿效率。

  (2)矿浆黏度检测发现,组合助磨剂明显降低了矿浆的黏度,能促进矿浆的分散性与流动性;红外光谱、溶液化学计算及XPS表面元素分析可知,磨矿矿浆pH值为9.89时,磨矿用水中的钙离子吸附在石英表面,在石英表面产生Si-O-Ca+活性位点,组合助磨剂以HPO42-和HSiO3-为主要活性物,基团负电性比单一助磨剂强,在被Ca2+活化的石英表面会产生较强的化学吸附;吸附能计算表明,组合助磨剂在活化石英表面的吸附作用比两种单一助磨剂强,其会通过吸附作用降低石英表面硬度及抗拉强度,能明显提高石英的粉磨效率。

  (3)硅酸钠与六偏磷酸钠在石英粉过程中可能存在协同效应,硅酸钠能明显降低矿浆的黏度,而六偏磷钠在石英表面的吸附作用比硅酸钠强,因此其会明显降低石英的比表面能,而组合助磨剂兼具二者优点,因此助磨效果最好。

  资料来源:《毛勇,王泽红,田鹏程,高伟.组合助磨剂对石英粉磨的影响及其作用机理研究[J].中国矿业,2021,30(08):117-124》,由【粉体技术网】编辑整理,转载请注明出处!加入助磨剂后水泥的30μm筛下均在90%以上,特别是复合助磨剂(在加入量为0.1%时已达100%),助磨效果显著。乙二醇的加入量为0.3%时,30μm筛下达到最大;三乙醇胺的加入量为0.4%时,30μm筛下也达到最大。因此,这两种助磨剂的加入量应参考实际需要,不宜过量。复合助磨剂0.1%--0.5%的加入量对30μm筛下的差异也较小。因此,这两种助磨剂的加入量应该主要考虑到对水泥性能的影响。


以上助磨剂除了复合助磨剂,3--30μm的分布都较大。因此,对水泥的强度都有提高。总的来讲,随着助磨剂加入量的增大一定量时,粉磨效果基本不变,甚至还会出现粉磨质量下降。因此,助磨剂的加入量应控制在一定范围。另外,有些助磨剂对水泥的性能有不利影响。所以,选择助磨剂及助磨剂的加入量时应考虑到不影响水泥的其它性能。


与水泥工业中其他节能减排的途径相比,应用水泥助磨剂几乎不需要增加任何固定资产投资,直接掺入后,经济效益相当可观。毋庸置疑,借助低碳经济的春风,水泥助磨剂行业转型,发展为多功能、低碳水泥助磨剂的日子,已经为期不远。


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