产品技术

高效复合水泥助磨剂的研发与工业运用

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-11-07 09:00:00  属于:产品技术
文章摘要:在对市场上现有水泥助磨剂进行分析研究的基础上,通过对水泥颗粒粉碎原理的研讨,调整水泥助磨剂的研发思路,采用“活化”、“催化”、“掩蔽”等组合技术对水泥助磨剂进行改性。试验结果表明,新型助磨剂用于水泥生产,完全符合《通用硅酸盐水泥》标准,不仅具有良好的助磨效果,而且兼有显著的增强作用。在提高混合材掺量12%的情况下,水泥强度未降低,同时还提高水泥磨机台时产量10%。新型助磨剂的广泛应用,对于水泥工业节能减排具有重大的推动作用。
在现代化迅速发展的今天,人类正大量消耗着有限的不可再生的资源和能源,人类自身赖以生存的环境遭到日益严重的破坏。随着我国国民经济的不断发展,对水泥的需求量也愈来愈大。水泥工业在发展的过程中不仅造成了石灰石、粘土等不可再生资源和煤电能源的大量消耗,而且还排放出对生态环境造成危害的大量“废气”(CO2、SO2、NOx)和粉尘。2007年我国生产水泥13.6亿t,超过世界水泥产量的一半,消耗了石灰石12.4亿t,粘土1.7亿t,标准煤1.33亿t,耗电超过1000亿kWh,排放CO2约9.5亿t。其中耗电量和煤炭消耗量均超过了全国工业总消耗量的5.0%;同时排放粉尘680万t、SO2171万t、NOx105万t,其中粉尘和CO2的排放量均超过了全国工业总排放量的20%。我国的吨水泥综合能耗比国际先进水平高出35%。由此可见,传统的水泥工业能耗高、资源消耗多、污染严重,不利于实现可持续发展,必须向“生态化”转型,发展循环经济,进而实现资源、环境、经济和社会的全面协调发展。长期以来,我国政府一直高度重视环境保护工作,国务院又制订了“十一五”节能减排的目标计划。作为节能减排重点行业的水泥工业,任重而道远,发展循环经济,建设资源节约型、环境友好型产业,是我国水泥工业走向新型工业化的必由之路。而高效复合水泥助磨剂技术,是我国水泥工业节能减排、转变生产模式、发展循环经济的重要支撑技术之一。

1我国水泥助磨剂技术现状

  我国目前粉体水泥助磨剂主要有两种类型,一种是以NaCl为主要成分的助磨剂,成本较低,助磨效果不理想,但对水泥(特别是矿渣水泥)的早期强度增长有较明显作用;另一种是以NaCl为主要成分,掺入三乙醇胺的复合助磨剂,成本较高,其不仅具有一定的助磨作用,而且对水泥(特别是矿渣水泥)的强度增长有一定促进作用。但粉体助磨剂都存在共同的缺点,掺量较大,一般占水泥总量的0.8%~1.0%;Cl-含量较高,带入水泥中Cl->0.10%,易使混凝土结构内钢筋发生“锈蚀”反应,严重影响混凝土的耐久性,不符合GB175-2007通用硅酸盐水泥标准。且对粉煤灰水泥、火山灰水泥的增强效果不甚理想。
我国目前液体水泥助磨剂主要是以醇胺类极性有机物为主体,掺入不同类形的有机物和无机物进行复合,掺量为水泥重量的0.02%~0.15%,其中0.10%使用较为普遍。液体助磨剂一般都有较好的助磨作用和一定的增强效果,但由于近年来醇胺原料的价格不断攀升,导致产品的成本增加,如果产品中的有效成分醇胺物质含量偏低,其助磨作用和增强效果会同时受到很大影响,另外,液体助磨剂掺入水泥中后,普遍存在水泥需水量增加的现象,且对粉煤灰水泥和火山灰水泥的增强效果不佳。

2 HY-IV系列高效复合水泥助磨剂研究思路

  水泥颗粒必须粉磨到一定的颗粒粒径,才能顺利地完成水化、硬化反应过程,体现出胶凝性能。
水泥在粉碎的进程中,物料颗粒受到外力作用时,颗粒被逐步粉碎,颗粒粒径逐渐变小,随着颗粒被不断粉碎和颗粒断裂面的生成,范德华力、价键力等短程力逐渐由附属地位转变为支配地位,一方面碎粒表面的自由能不断增高,阻碍颗粒被进一步细碎,另一方面碎粒的表面上出现不饱和的价健点带有正电荷或负电荷的结构单元,使颗粒处于亚稳定的高能状态,在适当的条件下,断裂面又会重新粘合或者碎粒与碎粒再相互吸引聚合起来结合成大颗粒,回到稳定状态。粉碎过程属可逆过程。
水泥助磨剂是一种具有较高表面活性的化学物质,它能迅速吸附在颗粒表面,使新生断面上不饱和的价键得到饱和,颗粒之间的聚合作用受到屏蔽,即屏蔽了水泥颗粒的一些带电活性点,使其荷电性质趋于平衡,从而避免了细颗粒的聚合和细粉的粘球、挂壁现象。在水泥粉碎过程中,助磨剂分子渗透到颗粒表面和颗粒的裂缝中,其表面活性作用能有效增进裂缝的扩展,并防止碎粒断裂面在外力的打击下重新愈合,从而进一步提高水泥的粉碎效果。其反应过程为:
据以上分析,我们确定了以下的研发思路:
(1)采用具有亲水基团“○”和憎水基团“-”两种结构的高能新材料链状聚合物。水泥颗粒在粉磨过程中,助磨剂中的“活化分子”能迅速地吸附并有序排列在水泥固体颗粒表面,使其表面张力明显下降,物质的化学键易破坏,形成众多断裂面,并使断裂面上不饱和价键趋于饱和;助磨剂的“活化分子”还可自动地渗入到微细裂缝中,并向深处扩展,如同打入裂缝中的“楔子”,起到劈裂作用,颗粒在外力作用下加大裂缝间隙或分裂成更小的颗粒;多余的助磨剂“活化分子”又迅速地吸附在新产生的细小颗粒表面,使细小颗粒进一步细化,由于助磨剂“活化分子”链状结构的特殊构造,能有效防止新裂缝的愈合或细小颗粒相互间粘聚,从而提高研磨效率。
(2)助磨剂分子在水泥颗粒粉磨较高的温度环境下,更易释放出大量的“活化分子”,加快了它们与水泥颗粒发生碰撞反应的几率,提高了对水泥颗粒表面的附着率,大大地提高了粉磨效率。
(3)采用催化技术,提高助磨剂“活化分子”与水泥颗粒间发生碰撞反应的几率。
(4)根据矿渣和粉煤灰混合材各自不同的化学成分和晶型结构特点,助磨剂分子中“微量元素”能促使晶型表面造成缺陷或晶型结构发生改变,从而提高它们参与水泥水化反应能力,利于水泥各龄期强度的增长。
(5)根据水泥水化反应和硬化反应原理,采用“掩蔽剂”延缓C3A水化速度,有效阻止C3A迅速水化,防止产生大量热量,减少对助磨剂有效成分吸咐,降低水泥的需水量;同时在助磨剂产品中掺入特殊的“介质”,加快C3S和C2S水化反应速度,弥补C3A水化被延缓后造成的水泥早强偏低,并大幅提升水泥的各龄期强度

3HY-IV高效复合水泥助磨剂工业性试验分析
3.1HY-IVAS助磨剂对水泥中增加矿渣掺量的工业性试验

  HY-IVAS型粉体高效复合水泥助磨剂在浙江SS水泥集团对水泥中增加矿渣掺量的工业性试验有关技术数据统计情况见表1、2。
试验情况表明:
(1)在水泥中掺入0.3%粉体HY-IVAS型高效复合水泥助磨剂,在不增加混合材料掺量的情况下能使P·S32.5水泥达到P·S42.5水泥强度等级,并能提高磨机台时产量15%。
(2)在混合材掺量增加13%的情况下,水泥和各龄期强度与原来相比没有下降,同时提高水泥磨台时产量11%。

3.2 HY-IVAF助磨剂对水泥中增加粉煤灰掺量的工业性试验

  HY-IVAF型粉体高效复合水泥助磨剂在浙江SS水泥集团对水泥中增加粉煤灰掺量的工业性试验有关技术数据统计情况见表3、4。
试验情况表明:在水泥中掺入0.3%HY-IVAF型粉体高效复合水泥助磨剂,在混合材掺量增加11%的情况下,水泥的各龄期强度没有大的波动,同时水泥磨的台时产量提高了18%。

3.3HY-IVBS助磨剂对水泥中增加矿渣掺量的工业性试验

  HY-IVBS型液体高效复合水泥助磨剂在福建HX水泥集团对水泥中增加矿渣掺量的工业性试验相关技术数据统计见表5、6。
试验情况表明:在水泥中掺入0.1%HY-IVBS型液体高效复合水泥助磨剂,在提高混合材料掺量12%的情况下,水泥的各龄期强度与原来相比没有下降,同时提高水泥磨的台时产量13%。

3.4HY-IVBF助磨剂对水泥中增加粉煤灰掺量的工业性试验

  HY-IVBF型液体高效复合水泥助磨剂在福建HX水泥集团对水泥中增加粉煤灰掺量的工业性试验相关数据统计见表7、8。试验情况表明:在水泥中掺入0.1%HY-IVBF型液体高效复合水泥助磨剂,在增加混合材掺量12%的情况下,水泥的各龄期强度与原来相比没有下降,并且水泥磨的台时产量提高了14%。

4高效复合水泥助磨剂对水泥工业节能减排的意义

  每吨HY-Ⅳ系列粉体高效复合水泥助磨剂可供333t水泥生产使用,可节约熟料40t,节约电4000kWh、节约标准煤5.6t,减少石灰石消耗52.0t、粘土消耗7.2t,利用工业废渣40t,减少粉尘排放量160㎏,减排CO240t、SO272㎏、NOX44㎏,可为水泥企业带来3330元的效益。
每吨YH-Ⅳ系列液体高效复合水泥助磨剂可供1000t水泥生产使用,可节约熟料120t,节约电12000kWh、节约标准煤16.8t,减少石灰石消耗156t、粘土消耗21.6t,利用工业废渣120t,减少粉尘排放量540㎏,减排CO2120t、SO2216㎏、NOX132㎏,可为水泥企业增加10000元的效益。
利用高效复合水泥助磨剂技术,水泥企业生产1t水泥可以节约熟料12%,提高水泥磨机台时产量10%以上,每吨水泥增加经济效益10元以上。
利用高效复合水泥助磨剂,不仅可以降低水泥生产对石灰石、粘土等不可再生资源和煤炭、电力能源的消耗,而且还能综合利用废渣、减排CO2等废气和粉尘。按全国水泥年产量14.0亿t计,如果50%的水泥企业使用HY-IV型高效复合水泥助磨剂,全年可节约熟料8400万t,综合利用工业废渣8400万t;减少石灰石消耗量10920万t,减少粘土消耗量1510万t;节约标准煤1180万t,节约用电73.5亿kWh;减少CO2排放量8400万t,减少水泥工业粉尘排放量33.6万t,减少SO2排放15.1万t,减少NOX排放量9.2万t;全年可为水泥企业新增70亿元的经济效益。

5结束语

  (1)HY-IV系列高效复合水泥助磨剂是一种无毒、无腐蚀性、安全无害的产品,用于水泥中不会对混凝土的工作性和耐久性产生不良影响。
(2)HY-IV系列高效复合水泥助磨剂产品不仅具有良好的助磨效果,而且兼有显著的增强作用。在多增加混合材掺量12%的情况下,确保水泥的各龄期强度不下降,同时还能提高水泥磨的台时产量10%以上。
(3)HY-IV系列高效复合水泥助磨剂用于水泥生产,水泥的各项品质指标完全符合GB175-2007(通用硅酸盐水泥)标准。
(4)HY-IV系列高效复合水泥的助磨剂产品它不仅能为水泥企业带来可观的经济效益,而且对我国水泥工业实现节能减排、改变生产模式、发展循环经济、走新型工业化道路具有十分重要的意义。


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