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水泥助磨剂的作用和市场发展

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2017-12-12 09:53:39  属于:产品技术
文章摘要:有人戏称当今世界是一个钢筋混凝土的时代。撇开这句话的原本含义,它从另一个角度反映的事实是当今世界对混凝土需求量十分之大。不难想象作为混凝土主要原材料之一的水泥也必定是消耗量巨大。中国水泥协会常务副会长曾学敏在《中国水泥标准委员会2011年年会暨标准委员会》上的报告称:截止2011年10月,中国已生产水泥17.04亿t,同比增长18%;预计2011年全年产量可达21亿t;其中熟料产量为10.68亿t,同比增长17.83%;保守预测,若水泥年均产量增长3%~4%,到2015年国内需求量约为23亿t,水泥市场容量可达24亿t。

有人戏称当今世界是一个钢筋混凝土的时代。撇开这句话的原本含义,它从另一个角度反映的事实是当今世界对混凝土需求量十分之大。不难想象作为混凝土主要原材料之一的水泥也必定是消耗量巨大。中国水泥协会常务副会长曾学敏在《中国水泥标准委员会2011年年会暨标准委员会》上的报告称:截止2011年10月,中国已生产水泥17.04亿t,同比增长18%;预计2011年全年产量可达21亿t;其中熟料产量为10.68亿t,同比增长17.83%;保守预测,若水泥年均产量增长3%~4%,到2015年国内需求量约为23亿t,水泥市场容量可达24亿t。然而,如此可观的数据背后却潜藏着一系列危机,如水泥生产能耗高,水泥后续产品易产生大量工业废料等。因此,要想实现水泥行业的持续健康发展,必须解决这些问题。

水泥助磨剂在水泥粉磨中的重要作用

 

1使用助磨剂的经济效益
1.1提高粉磨效率的迫切需要
传统的典型水泥生产工艺可概括为两磨一烧,具体来说包括生料的制备、熟料的煅烧、水泥的粉磨与包装等。在水泥生产过程中,粉磨是一个非常重要的环节,但也是能耗最高的环节。球磨机的能量转换率较低,大约有97%的电能转变为无效的热能、噪声能等其他形式的能量而白白损失掉了,只有很少一部分电能转化成物料的表面能,增加了物料的比表面积。因此,水泥节能的实现必须从改善熟料的粉磨工艺条件入手。
通过改善工艺条件提高能量利用率的方法有两种:一是改变原来的生产工艺流程,如用闭路粉磨系统代替开路粉磨系统、优先采用配高效选粉机的圈流球磨工艺等;二是在不改变生产工艺流程及设备的条件下,通过向物料中加入少量的对水泥及其后续制品性能无影响的某种化学物质来提高粉磨效率,这种能够改善粉磨过程、显著提高粉磨效率、降低能耗的化学物质被称为水泥助磨剂。与改变生产工艺流程相比,应用水泥助磨剂几乎不需要增加任何的固定资产投资,直接掺入后,经济效益相当可观。
1.2添加助磨剂的目的
实际工业生产中常常会在熟料粉磨环节出现“越磨越粗”的情况(随时间的延长颗粒细度减小速度越来越慢,甚至变大)。此时,粉磨过程中出现了一种可逆现象:粗颗粒在机械力的作用下被粉磨、细化;而微细粉在“范德华力”的作用下重新团聚成粗颗粒。这种情况的出现主要是由以下两方面原因造成的。一方面,物料在被破碎的过程中化学键会被打断,由于化学键的断裂产生了电子密度的变化,断面两侧出现一系列交错的带异电荷的活性点,在没有外来离子或分子将这些活性点屏蔽时,它们便会彼此吸引,使已断裂的界面趋向愈合。带电颗粒也会吸附在研磨体和衬板表面形成一层包覆层,包覆层在研磨体之间或研磨体与衬板之间作用时产生缓冲作用,降低粉磨效率[。另一方面,当物料达到一定细度后,比表面很大,表面能很高,微细颗粒处于亚稳状态,为了降低表面能,达到稳定状态,细颗粒之间就会相互吸附,这也会导致“越磨越粗”的现象。添加助磨剂的目的就是为了改善物料的易磨性,减轻颗粒之间的粘聚结团作用,消除微细颗粒糊球糊衬板现象,提高磨机内物料的流动性,从而实现球磨机节能高产的目标。使用助磨剂的初衷是为了改善粉磨时出现的粉磨平衡效应,提高能量利用率。但实践发现使用助磨剂还能减少CO2等温室气体的排放、增加混合材(如钢渣)在水泥中的掺量、提高水泥的强度、改善散装水泥运输中的结团问题,既节能又减排。
2 助磨剂的作用机理
目前,助磨剂的作用机理尚不十分明确,各国学者在这方面做了许多研究,提出了各种观点,归纳起来主要有强度削弱理论、颗粒分散理论和薄膜理论等。
2.1 强度削弱理论
强度削弱理论又称吸附降低硬度学说。强度削弱理论是以列宾捷尔为代表的一派学者提出的,该理论认为助磨剂随物料加入后,首先吸附在被磨固体物料的表面,降低其表面能。助磨剂分子吸附在固体物料的裂纹内壁上,进一步进入到裂纹的表面,随着裂纹的形成和不断扩展,起到“楔子”作用,不仅阻止裂纹闭合,而且促使裂纹扩大,加速断裂过程,在粉磨的中后期,助磨剂主要起分散作用,延缓或减轻细物料的凝聚。
2.2 颗粒分散理论
颗粒分散理论是以马杜里为代表的一些学者提出的。该理论认为助磨剂的主要作用是提高细粒物料的分散度,而在没有这些助磨剂时细粒物料往往趋于粘附在粗颗粒表面或彼此粘聚在一起。加入少量的助磨剂到物料中,可使物料颗粒表面形成单分子薄膜,减少固体颗粒之间的接触,防止聚集。
4 助磨剂的发展及现状
最早使用助磨剂的是19世纪的一家美国水泥厂,当时他们在水泥粉磨时总是出现包球现象,导致粉磨效率不高,能量利用率低,并且容易跑粗,最后他们向其中加入羊油,发现可以改善这种状况,这就是助磨剂的早期雏形。20世纪30年代Goddard以树脂作为助磨剂在英国首次取得专利。20世纪40年代开发了“石油烃乳化剂”,专利中相继介绍了以矿物油和皂化物及谷物油作为水化乳化剂用于喷雾、分散及润滑[18]。之后助磨剂行业开始兴起。我国对助磨剂的研究和应用起步较晚。20世纪50年代后期,一些水泥厂曾利用煤、纸浆废液、肥皂废液等作为水泥助磨剂,效果不甚明显。20世纪70年代,水泥企业和研究部门对助磨剂开展了广泛的研究和应用工作[19,20]。2006年全国使用助磨剂的水泥厂家只有不到30%。2007年国家颁布了《GB175-2007通用硅酸盐水泥标准》,新标准对水泥提出了更高的要求,如混合材料总掺加量由“应大于15%,但不超过50%”改为“大于20%且不超过50%”。这就要求水泥生产商在保证水泥强度不变的情况下多掺加5%的混合材。为了达到这一新标准,同时又不降低效益,越来越多的厂家开始选择使用助磨剂,这对水泥助磨剂行业的发展起到了很大的推动作用。据统计,2008年全球有60%的水泥厂使用助磨剂[21],而到2010年年底,我国已有60%~70%的普通水泥企业使用水泥助磨剂,但是特种水泥企业几乎都没有使用水泥助磨剂。
目前,全球使用助磨剂的情况大致如下:北美和西欧国家所生产的水泥中80%以上使用了助磨剂,中欧与亚太地区所生产的水泥中30%以上使用了助磨剂,中南美洲和非洲所生产的水泥中助磨剂的使用比例超过10%。
进驻中国市场的外国助磨剂企业有美国的格雷斯公司、希普公司,瑞士的西卡公司、克鲁西公司,意大利的马贝公司等。他们用于助磨剂的原料是脱糖木质酸钙、炭黑、磷酸三钙、醋酸胺、乙二醇、丙三醇等;而我国主要使用三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、二乙二醇胺等。国内知名的助磨剂公司有山东宏艺、湖北统领、襄樊安格尔公司、山东众森建材科技有限公司等。助磨剂的品种以有机化合物为主,其中以醇和醇胺类的化合物较多。
5 展望
如今,水泥行业仍是黄金时期,助磨剂行业也将获得更大发展空间。水泥助磨剂的节能量占总节能量比重的9.06%,仅次于企业结构调整的66.28%和余热发电的11.22%,排名第三位,应用前景十分广阔。
尽管助磨剂行业具有广阔的前景,但针对助磨剂企业的优胜劣汰也不可避免。经过市场的洗礼,会有一部分助磨剂企业被淘汰或兼并,从而涌现出一批新的更具规模、更有发展潜力的助磨剂企业,进一步推动助磨剂行业的发展壮大。助磨剂企业只有通过技术创新,拥有自己的核心技术,降低成本、提高质量,才能立于不败之地。

 

 


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