一種新型水泥助磨劑的制備及性能測試
蘇秀霞1，趙鈐妃1，劉崇喜2
【參與寫作單位】
(1. 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，蘇秀霞1，趙鈐妃1，陜西 西安 710021。
(2. 漢中市四星化工有限公司，劉崇喜，陜西漢中 723000。
摘要：以三乙醇胺、乙二醇、尿素、醋酸鈉等為原料，制備了一種高分散性、高早強(qiáng)活化作用的高分子水泥助磨劑，通過在不同礦渣原料、水泥熟料及其不同粉磨條件下進(jìn)行工業(yè)性生產(chǎn)應(yīng)用表明，該助磨劑對水泥粒度分布有優(yōu)化作用，助磨劑摻量為0.04～0.05％時(shí)可提高水泥產(chǎn)量15%~30%.
關(guān)鍵詞：三乙醇胺；乙二醇；醋酸鈉；高分子水泥助磨劑
中圖法分類號：TQ172.4＋63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 引 言
目前，我國水泥生產(chǎn)存在兩大問題：一是產(chǎn)品質(zhì)量普遍比國外低；二是能量利用率低、電耗高．水泥粉磨細(xì)度、顆粒型狀和顆粒組成對于改改善水泥性能以及充分發(fā)揮水泥活性有很大作用，但改善水泥性能、提高水泥細(xì)度又會使磨機(jī)產(chǎn)量下降，電耗增加．近年來隨著世界能源危機(jī)的加深，國家對節(jié)能技術(shù)也更加重視．另外，水泥助磨劑市場龐大、品種繁多，加之我國水泥助磨劑發(fā)展走了很多彎路，存在很多問題，致使大多數(shù)水泥企業(yè)對其望而卻步，形成抵觸情緒，從而不利于水泥助磨劑的推廣和使用．因此提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量及粉磨效率，降低粉磨電耗，是我國水泥工作者極為關(guān)注的問題．傳統(tǒng)水泥助磨劑對于提高粉磨效率［1］、降低粉磨電耗有較為顯著的效果，但對于提高水泥強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)則無明顯效果［2］．因此對水泥助磨劑的深入研究和應(yīng)用勢在必行．
本文進(jìn)行了不同測定方法的對比試驗(yàn)，以此研究助磨劑效果的測定判斷方法，提高實(shí)驗(yàn)室小磨實(shí)驗(yàn)結(jié)果與大磨工業(yè)生產(chǎn)的可模擬性．在現(xiàn)有工藝設(shè)備基礎(chǔ)上，加入微量水泥助磨劑既可以提高粉磨效率，又可提高水泥質(zhì)量，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益．
１ 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑
Φ500mm×500mm實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)磨；KBS-2型自動比表面積測定儀；BT-9300Z型激光粒度分布儀，丹東百特科技有限公司．
水泥熟料，陜西省天柱水泥制造有限責(zé)任公司；石膏，陜西省天柱水泥制造有限責(zé)任公司；三乙醇胺，CP，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；乙二醇，AR，天津市博迪化工有限公司；尿素，陜西華山化工集團(tuán)有限公司；醋酸鈉，AR，青島新永安化學(xué)品有限公司；木質(zhì)素磺酸鈣，鄭州市強(qiáng)源化工有限公司；丙三醇，AR，青島萬盛化工有限公司；消泡劑，西安萬德化工有限公司．
1.2 新型助磨劑(M1)的制備
將40.5mL水加入反應(yīng)器,水溫保持在30曟,加入50g木質(zhì)素磺酸鈣和5g消泡劑均化20min,再加入100g尿素和150g醋酸鈉均化15min,繼續(xù)加入120g乙二醇和120g丙三醇,升溫至35曟均化30min,加入180g三乙醇胺升溫至40曟均化(充分?jǐn)嚢杈?SPAN lang=EN-US>)30min,然后放料包裝,貯存停放24h即得成品.
1.3 提高水泥產(chǎn)量實(shí)驗(yàn)
取3份相同質(zhì)量的生產(chǎn)水泥的喂料,第一份中不加新型水泥助磨劑(M1),第二份、第三份分別加入喂料量的0.04%、0.05%的新型水泥助磨劑(M1),對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行比較.
1.4 對比實(shí)驗(yàn)
進(jìn)行兩組對比實(shí)驗(yàn),其配料比均為水泥熟料暶石膏=95暶5,第一組為研究不同種類及摻量的助磨劑M1、M2、M3對硅酸鹽水泥性能影響的表征方法,摻量分別為M10.04%、M20.05%、M30.5%.第二組是對M1進(jìn)行最佳摻量研究(分別為0.02%、0.04%、0.06%),與M2(摻量為0.04%)進(jìn)行助磨效果比較.
分別稱取5kg按上述比例配好的試樣,然后加入相應(yīng)量的助磨劑,用實(shí)驗(yàn)室小磨粉磨40min,粉磨完畢,分別進(jìn)行流動性、篩余、比表面積、抗壓強(qiáng)度以及顆粒級配測定,然后進(jìn)行水泥凈漿強(qiáng)度(水灰比為0.3)和砂漿強(qiáng)度(水灰比為0.5)的測定.
2 結(jié)果與討論
2.1 提高水泥產(chǎn)量
第二份喂料生產(chǎn)所得水泥比第一份質(zhì)量增加了15%,第三份喂料生產(chǎn)所得水泥比第一份質(zhì)量增加了30%,說明新型助磨劑M1摻量為0.04%~0.05%時(shí)可提高水泥產(chǎn)量15%~30%.
2.2 助磨效果表征
對第一組水泥的一些粉體特性進(jìn)行測定,測定結(jié)果見表1.
表1第一組水泥的粉體性能測定結(jié)果
|
編號 |
助磨劑 |
休止角
/(°) |
篩余/% |
比表面積
/(m2/kg)
|
抗壓強(qiáng)度/MPa |
|
種類 摻量/% |
45㎛ 80㎛ |
3d 28d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z1 |
|
0 |
46.3 |
9.5 |
3.5 |
324.5 |
17.2 |
45.8 |
|
Z2 |
M1 |
0.04 |
39.9 |
2.7 |
2.2 |
335.2 |
23.1 |
49.2 |
|
Z3 |
M2 |
0.05 |
42.0 |
4.6 |
2.5 |
342.2 |
24.6 |
50.9 |
|
Z4 |
M3 |
0.5 |
42.4 |
6.1 |
2.7 |
350.1 |
25.9 |
51.8 |
2.2.1 休止角
從表1可以看出,與不加助磨劑的水泥相比,加入助磨劑后水泥休止角分別減小為M1:6.4°,M2:4.3°,M3:3.9°.由此可見,使用水泥助磨劑使水泥的流動性提高,新型助磨劑M1的效果最顯著.這主要是由于助磨劑是一種表面活性劑,能夠起到平滑劑的作用[3],可改變粉體顆粒之間的接觸角和摩擦阻力.流動性增加有利于生產(chǎn)過程中的輸送,避免造成水泥結(jié)塊.
2.2.2 篩余
從表l可以看出,助磨劑的加入使45㎛和80㎛ 篩篩余均減少,且45㎛ 篩篩余變化明顯,80㎛篩篩余變化區(qū)分度不大,因此,篩子尺寸越小,篩余降低幅度越大,效果越明顯.
2.2.3 比表面積
從表l可以看出,與未摻加助磨劑的水泥相比,加入助磨劑后比表面積分別增加M1:10.7m2/kg,M2:17.7m2/kg,M3:25.6m2/kg.由此可見,助磨劑的使用可增大水泥的比表面積.
2.2.4 抗壓強(qiáng)度
加入助磨劑后水泥的強(qiáng)度均有不同程度的提高,3d抗壓強(qiáng)度分別提高M1:5.9MPa,M2:7.4MPa,
M3:8.7MPa;28d抗壓強(qiáng)度分別提高M1:3.4MPa,M2:5.1MPa,M3:4.1MPa.參照水泥行業(yè)經(jīng)驗(yàn),水泥中多增加1%的混合材,水泥3d抗壓強(qiáng)度降低0.4MPa左右,28d抗壓強(qiáng)度降低近0.6MPa,照此折算,在提產(chǎn)基礎(chǔ)上還能夠節(jié)省15%左右的熟料.在整個實(shí)驗(yàn)中,磨機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)保持良好,從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,新型助磨劑M1在水泥粉磨過程中的助磨效果明顯.
2.2.5水泥顆粒粒度組成與分布
用同一批熟料在同一個毜500mm暳500mm 的磨機(jī)上進(jìn)行摻與不摻新型助磨劑M1的對比實(shí)驗(yàn).實(shí)
驗(yàn)在不改變比表面積而僅提高磨機(jī)產(chǎn)量的條件下進(jìn)行[4],采用激光粒度測試儀測定粒度分布,結(jié)果見表2
和表3.
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)在未改變水泥比表面積、只提高磨機(jī)產(chǎn)量的情況下,摻新型助磨劑M1顯著提高了
小于33.78㎛ 顆粒的含量,從74.36%提高到了83.26%;(2)大于60㎛ 的顆粒組成從6.28%降低到了
1.23%;(3)10㎛以下的顆粒組成變化不大;(4)小于3.27毺m 的顆粒組成從18.58%增加到了24.68%,
說明摻入新型助磨劑M1后不但能提高磨機(jī)的產(chǎn)量,還可改善和優(yōu)化水泥顆粒粒徑的分布,對水泥強(qiáng)度起
主要作用的組份顯著增加,過粗顆粒減少,其中在水泥中起早強(qiáng)作用的3㎛ 以下的顆粒有所增加.在增
加細(xì)顆粒的同時(shí),還能保持對水泥需水量起主要作用的10㎛ 以下的顆粒組成基本不變,保持水泥有較
高的流動性和較低的需水量.
表2 未摻新型助磨劑M1粉磨后的物料粒徑分布
|
粒徑
/㎛ |
微分分布
/% |
累積分布
/% |
粒徑
/㎛ |
微分分布
/% |
累積分布
/% |
粒徑
/㎛ |
微分分布
/% |
累積分布
/% |
|
0.51 |
— |
— |
4.43 |
1.40 |
77.78 |
39.4 |
6.28 |
19.03 |
|
0.57 |
0.77 |
99.21 |
5.20 |
1.16 |
76.62 |
45.1 |
4.71 |
14.32 |
|
0.69 |
1.36 |
97.85 |
6.06 |
1.37 |
75.25 |
53.8 |
6.05 |
8.27 |
|
0.79 |
1.43 |
96.42 |
7.08 |
1.99 |
73.26 |
63.1 |
4.18 |
4.09 |
|
0.94 |
1.16 |
95.26 |
8.30 |
2.99 |
70.27 |
73.6 |
2.61 |
1.48 |
|
1.08 |
1.00 |
94.26 |
9.70 |
3.61 |
66.65 |
80.1 |
0.78 |
0.70 |
|
1.29 |
1.54 |
92.72 |
11.32 |
3.82 |
62.83 |
100.6 |
0.61 |
0.09 |
|
1.49 |
1.78 |
90.94 |
13.25 |
3.76 |
59.07 |
117.7 |
0.05 |
0.04 |
|
1.74 |
1.88 |
89.06 |
15.47 |
4.06 |
55.01 |
137.4 |
0.04 |
0.00 |
|
2.03 |
2.11 |
86.95 |
18.10 |
4.77 |
50.24 |
160.8 |
0.00 |
0.00 |
|
2.39 |
2.11 |
84.84 |
21.13 |
5.37 |
44.87 |
187.8 |
0.00 |
0.00 |
|
2.76 |
2.29 |
82.55 |
24.73 |
6.14 |
38.73 |
219.7 |
0.00 |
0.00 |
|
3.27 |
1.13 |
81.42 |
28.88 |
6.48 |
32.25 |
256.6 |
0.00 |
0.00 |
|
3.81 |
1.82 |
79.60 |
33.78 |
6.61 |
25.64 |
300.0 |
0.00 |
0.00 |
表3 摻新型助磨劑M1粉磨后的物料粒徑分布
|
粒徑
/㎛ |
微分分布
/% |
累積分布
/% |
粒徑
/㎛ |
微分分布
/% |
累積分布
/% |
粒徑
/㎛ |
微分分布
/% |
累積分布
/% |
|
0.51 |
— |
— |
4.43 |
1.52 |
71.71 |
39.4 |
6.28 |
10.46 |
|
0.57 |
1.17 |
98.85 |
5.20 |
1.23 |
70.48 |
45.1 |
4.29 |
6.17 |
|
0.69 |
2.04 |
96.81 |
6.06 |
1.41 |
69.07 |
53.8 |
3.36 |
2.81 |
|
0.79 |
2.02 |
94.79 |
7.08 |
2.19 |
66.88 |
63.1 |
1.80 |
1.01 |
|
0.94 |
1.82 |
92.97 |
8.30 |
3.25 |
63.63 |
73.6 |
0.59 |
0.42 |
|
1.08 |
1.59 |
91.38 |
9.70 |
3.91 |
59.72 |
80.1 |
0.38 |
0.04 |
|
1.29 |
1.90 |
89.48 |
11.32 |
4.27 |
55.45 |
100.6 |
0.04 |
0.00 |
|
|
1.49 |
1.79 |
87.69 |
13.25 |
4.46 |
50.99 |
117.7 |
0.00 |
0.00 |
|
1.74 |
1.87 |
85.82 |
15.47 |
5.00 |
45.99 |
137.4 |
0.00 |
0.00 |
|
2.03 |
2.40 |
83.42 |
18.10 |
5.61 |
40.38 |
160.8 |
0.00 |
0.00 |
|
2.39 |
2.68 |
80.84 |
21.13 |
5.48 |
34.90 |
187.8 |
0.00 |
0.00 |
|
2.76 |
2.95 |
77.89 |
24.73 |
5.53 |
29.37 |
219.7 |
0.00 |
0.00 |
|
3.27 |
2.57 |
75.32 |
28.88 |
5.99 |
23.38 |
256.6 |
0.00 |
0.00 |
|
3.81 |
2.09 |
73.23 |
33.78 |
6.64 |
16.74 |
300.0 |
0.00 |
0.00 |
|
2.2.6 凈漿強(qiáng)度和砂漿強(qiáng)度
對Z1、Z2、Z3、Z4， 4種水泥樣進(jìn)行凈漿強(qiáng)度和砂漿強(qiáng)度的測定，其抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果如表４所示．
表4 助磨劑對水泥抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度比的影響
|
編號 |
凈漿強(qiáng)度/MPa |
砂漿強(qiáng)度/MPa |
|
3d |
28d |
3d |
28d |
|
Z1 |
55.1/100 |
77.2/100 |
29.6/100 |
52.8/100 |
|
Z2 |
75.4/139 |
114.7/151 |
38.8/135 |
57.8/112 |
|
Z3 |
67.8/126 |
90.1/119 |
39.5/136 |
57.3/110 |
|
Z4 |
67.4/124 |
82.7/109 |
35.2/121 |
57.7/112 |
由表4可以看出,幾種助磨劑都不同程度的提高了水泥的早、后期抗壓強(qiáng)度[5].無論是從凈漿強(qiáng)度還
是砂漿強(qiáng)度來說,摻入新型助磨劑M1的水泥各齡期強(qiáng)度提高最明顯,其對水泥強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最好.由
此可以得出,M1助磨劑在提高水泥細(xì)度和強(qiáng)度上效果都是最好的.
3暋結(jié)暋論
(1)新型助磨劑M1摻量為0.04%~0.05%時(shí)可提高水泥產(chǎn)量15%~30%.
(2)加入新型助磨劑M1后水泥休止角減小最顯著,說明使用水泥助磨劑可以提高水泥的流動性.
(3)加入新型助磨劑M1后篩子尺寸越小,篩余降低幅度越大,效果越明顯.
(4)加入新型助磨劑M1可增大水泥的比表面積,提高水泥耐壓強(qiáng)度,同時(shí)還可改善和優(yōu)化水泥顆粒粒徑的分布,使對水泥強(qiáng)度起主要作用的組份顯著增加,過粗顆粒減少,其中在水泥中起早強(qiáng)作用的3㎛以下的顆粒有所增加.在增加細(xì)顆粒的同時(shí),還能保持對水泥需水量起主要作用的10㎛ 以下的顆粒組成基本不變,保持水泥有較高的流動性和較低的需水量.
參考文獻(xiàn)
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PREPARATIONANDPROPERTYTESTINGOF
THENOVELGRINDINGAIDSOFCEMENT
SUXiu-xia1,ZHAOQian-fei1,LIUChong-xi2
(1.KeyLaboratoryofAuxiliaryChemistry & TechnologyforChemicalIndustry,MinistryofEducation,
SchoolofChemistryandChemicalEngineering,ShaanxiUniversityofScience& Technology,Xi,an710021,
China;2.HanzhongSixingChemicalCo.,Ltd.,Hanzhong 723000,China)
Abstract:Thegrindingaidsofcementweresynthesizedfromtriethanolamine,glycol,urea,
sodiumacetateandsoon.Thegrindingaidsofcementwereonekindhighdispersion,high
intensityandactivationcopolymer.Throughthedifferentslagmaterials,cementclinkerand
grindingundertheconditionsofdifferentindustrial manufacturingapplicationsthatthe
grindingaidsareoptimizedforthesizedistributionofcement.Whenthegrindingaidsdosage
is0.04%~0.05%,thecementproductioncanbeincreased15%~30%. KeyWords:triethanolamine;glycol;sodiumacetate;polymergrindingaidsofcement
