浅谈助磨剂在水泥中的应用

□ 张凤娟
    目前，我国水泥总产量已经突破13亿吨，约占世界水泥总产量的50%。水泥这种产品，使用助磨剂后吨水泥生产成本只要降几元钱，年经济效益就是数十万元甚至数千万元。在西方国家的水泥生产中，有超过90％的水泥生产线在使用助磨剂。但在我国，助磨剂还远远没有得到广泛应用。其原因是多方面的：有对助磨剂的认识问题，有工艺和设备的适应性问题，有水泥混合材的多样性问题，当然也有助磨剂本身的质量问题。
    一、助磨剂的作用原理
    在磨矿时，磨矿区内的矿粒通常受到不同种类应力的作用，导致形成裂纹并扩展，然后被粉碎。因此，物料的力学性质，如在拉应力、压应力或剪切应力作用下的强度性质将决定对物料施加的力的效果。显然，物料的强度越低、硬度越小，粉碎所需的能量也就越少。通过助磨剂的使用，助磨剂分子在物料新生表面的吸附可以减小裂纹扩展所需的外应力，防止新生裂纹的重新闭合，促进裂纹的扩展。另外，助磨剂可以改善干粉或矿浆的可流动性，明显提高了物料连续通过磨机的速度；物料流动性的提高改善了研磨介质的磨矿作用；助磨剂通过保持颗粒的分散，阻止颗粒之间的聚结或团聚。因此，从这个意义上说，助磨剂是能够降低矿浆黏度并提高矿浆流动性的物质，从而提高磨机台时产量。
    二、助磨剂在不同混合材水泥中的应用
    水泥混合材及其分类在磨制水泥时，为改善水泥性能、调节水泥强度等级、增加水泥产量等而掺入的人工或天然的矿物材料，称为水泥混合材。目前，水泥企业所用的混合材中，大部分是工业废渣。混合材按其性能不同，通常分为活性混合材和非活性混合材两大类，其中活性混合材用量最大。由于混合材的掺入，混合材易磨性的不同，这就导致了在水泥粉磨过程中水泥粒径的匹配不一致，进而影响水泥细度，而水泥细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。而通过助磨剂的使用，可以解决不同材质的易磨性问题，优化水泥颗粒级的匹配。
    复合型助磨剂是一种既可以起助磨作用又能够提高水泥强度的双重功效型助磨剂。从水泥制造的工艺角度考虑，由于复合型助磨剂在水泥中的掺量很小，它在水泥制品中的分散均匀度就会受到影响。为减小这种影响，只有从水泥粉磨系统中加入是最佳选择。这是因为：一方面，水泥颗粒在比表面积增大过程中也发生了一定的物理化学变化，这些变化有利于化学激发物质与其表面发生活化反应，激发出水泥颗粒潜在的水化活性。在粉磨过程中，磨内温度高达上百摄氏度，因此，在相同的热力活化机制、相同的粉磨时间条件下，采用“先混后磨”的粉磨方式优于“先磨后混”。另一方面，助磨剂在水泥粉磨过程中有利于均匀分散在水泥成品中，这些都比在混凝土搅拌中加入激发物质要好。
    复合型助磨剂能有效提高选粉机产量，而成品水泥细度是其直接的质量指标之一。对闭路系统，如果出磨水泥细度太粗，势必会导致循环负荷率过大，增大选粉机的压力。此外，选粉机的临界分离粒径是以80μm界定的，它不可能改变小于此粒径的各粒度级别的含量。如果入磨物料的含水率与温度过高，极易使水泥粉磨出现包球、糊磨现象，磨细的物料黏附在大颗粒料上，选粉机无法充分分离细物料，造成过粉磨。这种情况在高细粉磨和超细粉磨中经常出现，而采用复合型助磨剂是解决以上问题的最佳办法。
    熟料与易磨性好的混合材共同粉磨，易造成过粉磨。相关研究提示：在42.5等级水泥中每掺1％石灰石，比表面积应增加50m2/kg，当掺量达5％时，会虚增250m2/kg；实际上，要达到P·Ⅱ42.5标准，水泥的比表面积应达415m2/kg。共同粉磨，因石灰石易磨性好，先于熟料磨细，其细粒包糊在熟料细粒表面，阻碍熟料粉磨。为了补偿掺加混合材造成的水泥强度损失，传统工艺只得采用过粉磨的办法，而采用复合型助磨剂则是解决该问题的最经济实惠的办法。
    当前，很多水泥企业所用的助磨剂主要起增产作用，但随着水泥行业混合材使用量的增大及现已执行的国家通用水泥新标准中取消普通硅酸盐32.5等级水泥之后，水泥厂的生产成本上升。因此，在不改变现有工艺条件的情况下，一种既能提高磨机产量又能提高混合材掺量或水泥强度的助磨剂，对水泥制造企业来说非常急需。而复合型助磨剂在提高台时产量、改善水泥颗粒级配、激发混合材活性、提高水泥强度等方面，都具有独到功效，正是水泥制造企业所急需的高科技产品。特别要说明的是，只有根据不同的熟料及不同的混合材成分、配比，及时调整助磨剂的配方，才能发挥助磨剂的最佳效果，使水泥生产企业获得最大的经济效益。