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二乙醇单异丙醇胺对硅酸盐水泥粉磨的研究及性能的影响

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-07-17 09:00:00  属于:产品技术
文章摘要:研究二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)在硅酸盐水泥粉磨中的助磨特性,探讨了其对水泥粉磨过程及粉体综合性能的影响。研究结果表明:DEIPA促进水泥粉磨过程,缩短了水泥粉磨时间;降低了小于5μm的微细颗粒含量,改变了粒度分布。DEIPA使粉磨试样的颗粒均匀度、圆形度提高,颗粒团聚现象改善,降低了水泥粉体的休止角。
自1824年英国工程师阿斯普丁(Aspdin)发明水泥并取得”波特兰”水泥专利权至今,水泥已成为人类社会最主要的、不可替代的三大传统建筑材料之一。2013年我国水泥产量24.1亿t,连续30年居世界首位。但同时,水泥工业年消耗约占4%全国能源总量、约有13亿t石灰石;排放CO210亿t(占总排放量的16%)NOx和SO2约200万t烟尘、粉尘约620万t,造成巨大环境负荷。近年来,水泥助磨剂作为水泥工业节能减排措施之一而广泛应用。按每吨熟料0.98tCO2的碳排放量与70kW·h/t的生产电耗计算,使用水泥助磨剂后每吨水泥可降低12kW·h/t,综合电、58.8kg熟料CO2排放量。水泥助磨剂组分包括醇胺类、醇类、无机盐类等,其中链烷醇胺如三乙醇胺(TEA)、三异丙醇胺(TIPA)因其高性价比、优异增强能力而成为主要组分之一。本文对新型链烷醇二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)在硅酸盐水泥中的助磨特性进行研究,探讨其对粉磨过程及粉体综合性能的影响,为DEIPA在水泥助磨剂中的应用作参考。
二乙醇单异丙醇胺对硅酸盐水泥粉磨的研究及性能的影响
实验方法
将DEIPA、TEA及TIPA均预先用去离子水稀释成10%溶液备用。称取物料4kg(3.88kg熟料,0.12kg二水石膏),掺入DEIPA于500mm×500mm标准实验磨中粉磨,并对粉磨后水泥物料进行各种物性测试。水泥筛余量(45μm)依照GB/T1345—2005测定,Blaine比表面积依照GB/T8074—2008测定。粉体的粒度分布采用MicrotracS3500SI型激光粒度粒形分析仪测定,粉体的微观形貌采用JSM-5900型扫描电子显微镜(SEM)测定。

水泥熟料中的价键主要包括Si—O共价键和Ca—O离子键,Si—O单键键能为443.8kJ/mol,Ca—O为133.98kJ/mol。因此,断裂首先大量发生于Ca—O离子键,产生电子密度差异并产生一系列交错的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。DEIPA等类似结构的三链烷醇胺,其具有极性、结构不对称且存在正负电荷中心。(三链烷醇胺的电荷中心位于中心N原子上),易吸附于粉磨初期破裂面的Ca—O离子键断裂所造成的Ca2+活性位点,饱和断开价键屏蔽颗粒间的聚集力以防止聚集发生,从而表现为粉磨初期的筛余量显著降低,且随DEIPA掺入量的增加而改善。
在粉磨后期,粉末逐渐趋向微细化,微细粉末的团聚及在研磨体表面的黏附成为主导并使粉磨过程趋向平衡;DEIPA、TEA及TIPA等三链烷醇胺通过改变水泥颗粒表面的静电状态而阻止了其团聚过程,并消除了研磨体表面的“垫层”及过粉磨现象,使粉磨重新向持续微细化方向进行,这和小于5μm颗粒含量的减少是一致的。

DEIPA等三链烷醇胺类化学添加剂被作为助磨组分加入水泥粉磨过程中,通过平衡价键而被逐渐吸附于颗粒表面,并在水泥颗粒表面形成吸附膜。粉末颗粒之间吸附薄膜的存在,减小了水泥颗粒间的范德华力与静电引力,同时水泥颗粒间的接触面积也相对减小。这有利于粉体颗粒之间的相对滑动,从而提高粉体的流动性并降低休止角。链烷醇胺是一种极性有机物,其在水泥粉体颗粒表面的吸附是一种液固相界面间的吸附行为,吸附能力的大小与其本身的偶极距有关。

结论:1、DEIPA有效促进了水泥粉磨过程,掺0.015%的DEIPA的水泥粉磨25min即可获得和参照样粉磨35min相近的45μm筛余量。掺入DEIPA的水泥粉磨试样的Blaine比表面积均较参照样降低,这和DEIPA改变了水泥粉体在Blaine法测定介质中的透气性有关。
2、DEIPA在粉磨过程中的助磨特性与TEA及TIPA相似。掺入0.015%的DEIPA、TEA及TIPA均降低了小于5μm区间的微细颗粒含量,改变了水泥粉体的粒度分布,从而消除了研磨体表面的“垫层”及过粉磨现象。
3、掺入0.015%的DEIPA粉磨后粉体的颗粒均匀度、圆形度均明显提高,颗粒整体尺寸降低,团聚现象改善;三链烷醇胺的加入均降低了粉体休止角,其中掺0.015%的DEIPA的粉体休止角从41.5°)降低到36.5°。
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