水泥助磨剂行业深度研究分析报告（二）

  刚刚接触水泥助磨剂的人，总是过低地估计了助磨剂的科技含量。好多人以为买一个配方，就可以生产助磨剂、赚大钱，最后却事与愿违。

  水泥助磨剂技术的科技内涵包括：“水泥助磨剂母液合成技术、水泥助磨剂复配技术，以及水泥助磨剂应用技术（水泥粉磨工艺技术及水泥混凝土制备技术）”。这么多的实用技术天衣无缝地揉合在一起，本身就体现了它的高科技含量所在，加之各具特色的当地资源、水泥品种和生产工艺设备等变化，使助磨剂应用技术的“个性化、高标准、差异化服务”，蒙上了一层神秘的色彩。

  由于水泥助磨剂母液合成技术与水泥助磨剂复配技术涉及到各助磨剂企业的专利技术及商业秘密较多，就不在此详细叙述，下边重点评析水泥助磨剂应用技术中的几个主要问题：

  1.正常生产时的助磨剂试验技术

  水泥企业在应用助磨剂初期，应重点解决现用水泥配比与助磨剂的匹配性，因为助磨剂厂家推荐的掺量只是一个参考数据，对各厂的情况不可能完全适用，这就需要水泥厂进行相关试验，即：在现有水泥配比的前提下，助磨剂掺量为多少比较适宜。在小磨试验和大磨试验中均可设几组不同助磨剂掺量进行对比试验，找出合理掺量。水泥厂质量控制部门也可以通过试验，了解助磨剂少掺和多掺对水泥性能的影响，为助磨剂应用中出现的突发情况的处理提供参考依据。

  2.助磨剂优化掺量试验技术

  水泥助磨剂由于其助磨、激发、增强功能材料的组合不同，对各水泥厂的物料配比、特别是混合材的品种和掺量，具有一定的选择性。因此，如何才能最有效地发挥助磨剂的助磨增强功效和尽可能地降低助磨剂的带入成本，是水泥厂在应用助磨剂过程中时刻关注的问题。这实际上是一个问题的两个方面。一方面是在保持一定的助磨剂掺量的前提下，如何调整水泥配比，利用助磨剂的选择性，在保持水泥质量不变的情况下，采用优选方案，尽量减少水泥熟料的用量，更多地利用混合材降低成本，提高经济效益；另一方面是在保持混合材配比不变的情况下（或混合材掺量不变，改变混合材的品种和比例），保持水泥质量水平，采用优选法，降低助磨剂的掺量，降低助磨剂带入成本，提高经济效益。

  3.掺助磨剂后粉磨系统工艺参数调整的优化技术

  水泥粉磨系统在未使用助磨剂之前，已经调整到“平衡”状态，即：此时粉磨系统的各项工艺参数比较合理，磨机的产量也较高。当加入助磨剂后，由于其对研磨仓的水泥细粉颗粒具有很好的分散作用，使研磨仓的“结团”、吸附现象大为减少，细粉颗粒可以及时排出，物料的流速加快，料球比和循环负荷等发生变化，原有的“平衡”状态被打破。此时，应当在完善各项工艺参数的前提下，加大喂料量，实现粉磨系统在更高水平上的新平衡，提高台时产量。

  在一般情况下，只要磨机运行状况良好，助磨剂就可以达到预期的助磨效果。如果要更充分地发挥助磨剂的作用效果，可以根据系统特点进行适当的调整，调整的原则就是既要控制物料流速，又要使系统在合理的循环负荷下达到最佳产量。在闭路磨机中使用助磨剂主要可以实现以下几方面的效果。首先，在保持磨机产量不变的情况下，可以调节选粉机，使磨机循环负荷恢复或者稍高于原来水平，从而使磨机总的喂料量逐渐稳定，这时产品的筛余细度下降，比表面积增加。其次，在此基础上，不改变选粉运行参数，保持产品细度不变，就可以增加喂料量，提高磨机台时产量。

  水泥助磨剂应用领域

  （一）在通用硅酸盐水泥生产中的应用

  1.助磨剂对粉磨节能高产的作用

  在水泥粉磨工艺中应用助磨剂，水泥助磨剂分子在颗粒上的吸附，降低了颗粒的强度和硬度，同时促进裂纹的扩展，加快了物料的粉磨速度。水泥助磨剂可以提高物料的可流动性，阻止颗粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附以及颗粒之间的团聚，使粉磨效率提高。它不仅可以不产生过粉磨现象、提高粉磨效率，而且有利于提高粉磨产品的质量（比表面积）。因此，粉磨工艺的节能增效，离不开水泥助磨剂的帮助。

  2.助磨剂对提高水泥质量的作用

  在水泥粉磨时掺加助磨剂，不仅能提高球磨机的粉磨效率，而且改善了水泥质量，提高了水泥强度。使用助磨剂提高水泥质量的原因如下：

  （1）在相同条件下，掺加助磨剂后水泥的整体细度降低了，有利于提高水泥的胶凝性。

  （2）在相同条件下，掺加助磨剂后能改善水泥颗粒级配，提高3～32μm颗粒含量，有利于提高水泥后期强度的增进率。

  （3）水泥粉磨时掺加助磨剂，助磨剂分子会吸附到水泥颗粒表面，一直在水泥中存在。当水泥加水后，对水化硬化起到一定的促进作用，如三乙醇胺可以络合C3A和石膏加速钙矾石的形成，带有羟基（OH-）的有机物分子能络合Ca2+，使液相中Ca（OH）2浓度降低，加速了C3S的水化速度。

  3.助磨剂对提高混凝土耐久性的作用

  国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）中规定的品质指标，也代表了通用硅酸盐水泥最基本的物理化学性能。对于建筑工程来说，水泥毕竟是一个半成品，在水泥混凝土的制备中，水泥虽然只占很小的一部分，但它的胶凝性却起到了至关重要的作用。

  掺助磨剂的水泥消除了微细颗粒的集聚现象，增加了颗粒间的分散性，改善了水泥的流动性；带激发组分的多功能复合助磨剂的应用，还会使低活性的混合材料（工业废渣）拓展适用范围，作为混凝土的细掺和料，有利于提高混凝土的密实性，使混凝土强度增加，其使用性能也随之发生一系列变化，尤其是水泥混凝土的耐久性得到较大改善。

  （二）在粉磨矿渣微粉中的应用

  1.生产中的节能减排

  矿渣是钢铁厂的废渣，可以制成优质的再造资源。但它属于难磨物料，易磨性功指数大于熟料30%多，粉磨能源消耗大、效率低。研究表明，矿渣的颗粒大小只有在比表面积400m2/kg以上时，才能较好地发挥其胶凝性能，而矿渣与熟料共同粉磨时，不能达到各自最佳的颗粒组成，因此，只有单独粉磨矿渣，产品才容易达到理想的细度要求。

  在矿渣粉磨过程中掺入少量的复合助磨剂，一方面能有效改善粉磨过程，即：在磨机功率消耗相同的条件下，增加产量，并在磨机功率消耗相同的条件下，增大产品的比表面积；同时，通过助磨剂吸附于矿渣颗粒表面的微裂纹上，或与颗粒发生物理化学反应，以激发矿渣活性、提高早期强度。目前国内的助磨剂研究，不仅针对水泥熟料的粉磨工艺，而且研究矿渣的高细粉磨，但局限于单一助磨作用，对多功能型复合助磨剂的研究才逐渐展开。

  2.矿渣活性的激发技术

  矿渣是一种具有“潜在水硬性”的材料，即：其单独存在时，基本无水硬性。但受到某些激发作用后，就呈现出水硬性。

  常用的激发方式有两大类，物理激发和化学激发。然而，这两种方式都离不开多功能复合助磨剂的帮助。助磨剂既能够帮助物理激发实现高细粉磨，又能够在矿渣微粉参与水化反应时，起到化学激发剂的作用。

  物理激发主要是采用高细粉磨和超细粉磨的方法，对矿渣施加机械力作用后，使其内部晶体结构发生不规则化和产生多相晶型转变，导致晶格缺陷发生、比表面积增大、表面能增加等，随之物料的热力学性质、结晶学性质、物理化学性质等都会发生规律性变化。

  化学激发是采用对混凝土耐久性无害的化学物质，激发矿渣的水化活性，更好地发挥其胶凝性能。化学激发的方式，又可分为碱激发、硫酸盐激发等多种激发形式。

  （三）其他工业废渣的综合利用

  生产力的发展，代表着社会的进步，而社会的进步绝不能以破坏生态环境作为代价。我国工业部门每年产出的废渣多达十几亿吨，数量可观。它们的产出，耗费了大量的资源和人力，它们的排放还要占用大量的土地，有的还污染水源、大气环境，给经济建设和人民生活带来重大危害。“变废为宝、化害为益，消除污染、保护环境”，是循环经济赋予我们义不容辞的责任。

  根据国家环保局对20个行业近万家企业调查统计的结果表明：各种工业废弃物的产生量为6.17亿吨，回收利用量为2.48亿吨，占40%；其中建材工业各种工业废弃物的产生量为0.1104亿吨，回收利用量为0.0824亿吨，占75%；建材工业不仅不是污染大户，反倒是一个变废为宝的主力军。以水泥工业为例：生产过程中必不可少的原料、燃料、混合材料，可以吃掉大量的工业废弃物，这其中多功能复合助磨剂的作用是不可低估的。助磨剂为实现绿色建材、保护生态平衡的美好前景，做出了重大贡献。

  （四）助磨剂在合成特种水泥中的应用

  硅酸盐类通用水泥因历史悠久、性能可靠和价格低廉而得到广泛应用，已成为当今最重要的建筑材料之一。我国水泥产量中95%以上是通用水泥，但这类通用水泥不适用或不完全适用于某些特种工程，如核电防护工程、海水侵蚀防护工程、水利电力工程、油气田固井工程、耐高温工程、装饰工程以及耐酸、碱工程等。为此，世界各国都在致力于研究开发具有特殊性能和特种功能的新品种水泥，即：特种水泥。目前发达工业国家特种水泥产量一般占水泥总产量的5%～10%，我国约占2%～3%，还有待于增进。

  利用合成的方法生产特种水泥是水泥生产方法的一次革命，属于国际领先的高新技术。它突破了用化学成分配料煅烧生产特种水泥的生产模式，改而代之以根据实际工程项目所需的特殊水泥性能，采用“基本熟料+活化混合材料+多功能复合助磨剂”的方法加以合成，不仅使特种水泥的生产能耗和资源消耗大为降低，而且生产工艺变得经济、快捷，可以实现批量生产，满足市场的需求。同时，可以大量利用工业废渣，减少CO2、SO2、NOX等有害气体的排放以及汞、铬等重金属污染，加快实现水泥工业生产的绿色、低碳进程。（未完待续）

  主要撰写人：陈绍龙