ZM-1型水泥助磨劑

　　執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《水泥助磨劑》 Grinding aids for use in the manufacture of cement JC/T 667-2004
助磨劑 grinding aid
　　[ 粉磨 ] 工藝外加劑 Processing addition
　　在水泥粉磨時(shí)加入的起助磨作用而又不損害水泥性能的外加劑，其加入量應(yīng)不超過(guò)水泥質(zhì)量 1% 。
比對(duì)水泥 reference cement
　　 不摻助磨劑的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、石灰石硅酸鹽水泥以及指定采用本標(biāo)準(zhǔn)的其他品種水泥。

比對(duì)混凝土 reference concrete
　　 JC/T 667-2004
　　 按照本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不摻助磨劑水泥配制的混凝土。
　　 助磨劑對(duì)增加水泥強(qiáng)度、提高水泥產(chǎn)量、改善水泥性能、加快水泥安定性周轉(zhuǎn)、降低熟料用量、加大廢渣等混合材摻加量、節(jié)約資源、降低能耗具有顯著效果。使用該產(chǎn)品，可使水泥生產(chǎn)企業(yè)在不增加設(shè)備投資，不改變生產(chǎn)工藝的情況下，達(dá)到提高產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、增加效益的目的，既符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，也符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和構(gòu)建和諧生態(tài)環(huán)境的總體要求。
一、作用機(jī)理
　　在水泥粉磨過(guò)程中，隨著顆粒被不斷粉碎和顆粒拉裂面的生成，顆粒表面出現(xiàn)不飽和的價(jià)鍵并帶有正或負(fù)電荷的結(jié)構(gòu)單元，使顆粒處于亞穩(wěn)定的高能狀態(tài)。在條件合適時(shí)，斷裂面重新黏合或者顆粒與顆粒再聚合起來(lái)，結(jié)成為大顆粒。因此，粉碎過(guò)程是一種可逆反應(yīng)。摻入適量的助磨劑，則助磨劑吸附在物料顆粒表面上，使斷裂面上的鍵價(jià)飽和，顆粒之間的附聚力得到屏蔽，使其荷電性質(zhì)趨于平衡，從而避免了細(xì)顆粒的再聚合和細(xì)顆粒的黏球、掛壁現(xiàn)象。另外，在水泥粉碎過(guò)程中，助磨劑的分子進(jìn)入到水泥顆粒的裂縫中，靠其表面活性作用幫助裂縫擴(kuò)展，并防止裂縫在外力打擊下重新愈合，從而提高水泥粉磨效果。
二、使用方法：將助磨劑按水泥質(zhì)量的0.8～1.2％比例摻入，混合材的摻加量提高7～15％，按常規(guī)入磨，進(jìn)行粉磨即可。
三、使用效果對(duì)比
　　 1、提高水泥磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量5%～10%。
　　 2、在同樣條件下，未加助磨劑配比為：70%熟料＋30%混合材；加助磨劑配比為：64％熟料＋35％混合材＋1%助磨劑。檢測(cè)結(jié)果如下表：

水泥類(lèi)型 助磨劑 質(zhì)量改進(jìn)劑 砌筑水泥添加劑 硅酸鹽水泥 ■ ■ 混合水泥 ■ ■ 砌筑水泥 ■ ■ 灰漿水泥 ■ ■ 白水泥 ■ ■ 應(yīng)用性能 提高產(chǎn)量 ● ● 減少結(jié)塊 ● 降低需水量 ● 節(jié)省電耗 ● ● 增加水泥強(qiáng)度 ● 含氣率 ● 改善板條壽命/保水性 ● 產(chǎn)生憎水性 ● 控制凝結(jié)時(shí)間 ■＝水泥應(yīng)用 ●＝主要功效 ▲＝次要功效
	《水泥助磨劑》JC/T667-2004 Grinding aid 工藝外加劑 Processing addition 比對(duì)水泥 Reference cement 比對(duì)混凝土 Reference concrete

　　對(duì)于水泥助磨劑技術(shù)的研究及應(yīng)用，國(guó)外已有 70 多年的歷史。我國(guó)在此方面起步于上世紀(jì) 50 年代后期，當(dāng)時(shí)一些水泥廠(chǎng)曾用煤、紙漿廢液、肥皂廢液作為水泥助磨劑，效果不太明顯。至 70 年代，眾多企業(yè)和研究部門(mén)開(kāi)展了對(duì)助磨劑的研究和應(yīng)用工作，當(dāng)時(shí)采用的多為工業(yè)副產(chǎn)品以及廢液、廢渣、價(jià)格較貴，由于原材料來(lái)源不足或質(zhì)量不穩(wěn)定而無(wú)法推廣應(yīng)用。 1999 年以后，我國(guó)水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法與國(guó)際接軌，大多數(shù)水泥企業(yè)為了提高水泥強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡，在水泥粉磨方面進(jìn)行了研究和改進(jìn)，從而使水泥助磨劑得到了普遍的推廣。近兩年來(lái)，水泥市場(chǎng)需求的急劇上升，加速了助磨劑的生產(chǎn)和應(yīng)用。

水泥助磨劑在水泥生產(chǎn)中的主要作用
　　 (1) 節(jié)能降耗：在系統(tǒng)中加入助磨劑后，由于助磨劑的助磨作用，在生產(chǎn)同等質(zhì)量的水泥時(shí)，其消耗的能源顯著降低，對(duì)節(jié)能降耗大有益處。
　　 (2) 提高產(chǎn)量：由于助磨劑的作用，在同等能耗和同等細(xì)度的情況下，可以提高產(chǎn)量，縮短研磨時(shí)間，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
　　 (3) 提高選粉效率：由于助磨劑的加入，粒子不會(huì)因?yàn)楦骄圩饔枚纬纱执箢w粒，選粉機(jī)會(huì)讓所有符合成品要求的細(xì)小顆粒順利通過(guò)，提高選粉效率；另外在運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)減少筒倉(cāng)的堵塞，減少附加的維修費(fèi)用。
　　 (4) 改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品性能：水泥的主要性能指標(biāo)體現(xiàn)在強(qiáng)度、需水量和凝結(jié)時(shí)間，助磨劑應(yīng)用于水泥后，它就成為水泥中的一個(gè)組分，除了以上作用外，還可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品性能。

助磨劑的作用機(jī)理
(1) 防止顆粒的并合、聚結(jié)以及削弱顆粒強(qiáng)度的機(jī)理
　　 首先，粉碎過(guò)程是一種能量積聚過(guò)程。其次，顆粒的粉碎意味著物質(zhì)化學(xué)鍵的折斷和重新組合，因此粉碎是一種由機(jī)械力誘發(fā)的物理化學(xué)現(xiàn)象，即所謂機(jī)械力化學(xué)現(xiàn)象。提高粉磨效率的有效措施是采取機(jī)械力化學(xué)方法，即在粉碎物料過(guò)程中加入少量的助磨劑。在粉碎過(guò)程中，如果向物料中添加助磨劑，助磨劑吸附在物料顆粒上，使斷裂面上的價(jià)鍵力得到飽和，顆粒之間的附聚力得到屏蔽，可防止聚結(jié)的發(fā)生。這時(shí)使用極性化合物作為助磨劑最為適當(dāng)。助磨劑在物料粉碎過(guò)程中起著平衡顆粒表面的過(guò)剩價(jià)鍵的作用，避免顆粒聚結(jié)，抑制粉碎逆過(guò)程，有助于粉碎過(guò)程的進(jìn)行。根據(jù)近代的材料脆斷破壞觀(guān)點(diǎn)，裂紋的存在和擴(kuò)張導(dǎo)致斷裂，在被粉碎的物料中添加適量的助磨劑，吸附在裂紋上，能使裂紋表面自由能降低，能平衡裂紋表面的剩余價(jià)鍵及電荷，避免裂紋愈合，從而有利于裂紋的擴(kuò)展，提高物料的易碎性。因此，助磨劑也是一種軟化劑。
(2) 助磨劑的減硬原理和反粘附效應(yīng)助磨劑的減硬原理
　　 在固體粉碎過(guò)程中，周?chē)橘|(zhì)使固體硬度降低的作用為減硬作用。這種減硬作用與腐蝕溶解或化學(xué)作用無(wú)關(guān)，其實(shí)質(zhì)是潤(rùn)濕作用和吸附作用。其中，潤(rùn)濕作用的實(shí)質(zhì)是界面性質(zhì)的改變，即從固氣界面變成為固液界面。在潤(rùn)濕過(guò)程中，表面自由能減少，過(guò)程就有自發(fā)傾向，于是液體將容易鋪展并覆蓋整個(gè)固體表面，即將進(jìn)入固體的所有允許進(jìn)入的新細(xì)縫。液體進(jìn)入細(xì)縫，削弱了固體晶粒之間的結(jié)合力，同時(shí)還產(chǎn)生一種擠開(kāi)裂縫的作用，這樣固體的硬度就得到降低。
　　 助磨劑的反粘附效應(yīng)。根據(jù)表面化學(xué)的原理，表面力的存在會(huì)使兩固體表面發(fā)生粘附效應(yīng)。在粉碎過(guò)程中，粒徑越小，則粘附的影響相對(duì)越重要，如水泥熟料和石膏的粉末，當(dāng)平均粒徑降低到 14μm 以下時(shí)，帖附現(xiàn)象所形成的聚集就非常嚴(yán)重。加入少量助磨劑到物料中，可使物料顆粒表面形成單分子薄膜，減少兩固體顆粒的接觸。有機(jī)表面活性劑作為水泥粉碎過(guò)程中的助磨劑，也是基于形成了單分子薄膜，可以在較大的限度內(nèi)防止粘附聚集現(xiàn)象的發(fā)生。

助磨劑的使用范圍及選擇
　　 助磨劑的使用范圍主要是球磨機(jī)的于法細(xì)磨和超細(xì)磨，目前在振動(dòng)磨或輥磨 ( 立磨 ) 中也有應(yīng)用。粉磨細(xì)度增加，顆粒團(tuán)聚趨勢(shì)增加，助磨劑的效果也增加。在實(shí)際應(yīng)用中，哪種助磨劑最適合國(guó)內(nèi)專(zhuān)家提出選擇助磨劑的原則：助磨劑必須無(wú)毒、無(wú)腐蝕性且無(wú)刺激性氣味，而且要質(zhì)量穩(wěn)定，最好不要受天氣及存放時(shí)間的影響，一次配制后能使用較長(zhǎng)時(shí)間。在不改變現(xiàn)有工廠(chǎng)生產(chǎn)工藝、設(shè)備條件的前提下，在粉磨過(guò)程中添加微量或少量的助磨劑去影響粉碎作業(yè)中的機(jī)械力化學(xué)過(guò)程，即可改善粉磨過(guò)程，對(duì)提高粉磨敦串，降低粉磨電耗，提高水泥粉磨細(xì)度和水泥強(qiáng)度都能發(fā)揮積極作用，現(xiàn)已成為水泥工業(yè)中強(qiáng)化水泥粉磨的一種重要技術(shù)途徑。水泥生產(chǎn)企業(yè)作為一個(gè)耗能大戶(hù)，只有千方百計(jì)地實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，才能緩解我國(guó)資源、能源和環(huán)境的壓力，才能確保經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

[ 應(yīng)用實(shí)例 1]

減水劑對(duì)粘土可塑成型坯料的減水效果

　　碳酸鈉、硅酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉及復(fù)合減水劑對(duì)粘土可塑成型坯料的減水效果的影響。結(jié)果表明：減水劑的添加降低了粘土坯料的塑限含水率，碳酸鈉與焦磷酸鈉復(fù)合的減水劑減水效果最好，單一減水劑中碳酸鈉的減水效果最佳，利用測(cè)試泥坯塑限含水率的方法檢驗(yàn)減水效果可以取得良好的對(duì)比效果。

1 前言
　　 粘土礦物是陶瓷、建筑材料等生產(chǎn)中重要的可塑性原料，粘土的加入有利于坯料成型的同時(shí)，往往伴隨著含水量升高，干燥成本增加，干燥收縮大，是可塑成型中引起產(chǎn)品開(kāi)裂變形的主要原因之—。
　　 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程巾，為了使坯料能適合成型及以后各工序的要求，常向坯料加入減水劑，其主要作用有：改善泥漿的流動(dòng)性，使其在低水分下粘度適當(dāng)便于澆注；助磨作用，縮短研磨時(shí)間，提高泥漿產(chǎn)量等。文獻(xiàn)大多研究添加劑的對(duì)漿料的減水、稀釋效果，而對(duì)粘土可塑成型坯料的影響研究較少，可塑成型坯料含水量減少，不僅有利于成型、減少用水、降低干燥能耗．還能減少干燥收縮，降低產(chǎn)品開(kāi)裂變形缺陷，進(jìn)而提高成品率，增加效益．對(duì)可塑成型的實(shí)際生產(chǎn)有重要的意義。本文通過(guò)向粘土中添加碳酸鈉、硅酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉及復(fù)合減水劑，測(cè)試了各種減水劑對(duì)粘土坯料的減水效果。確定了復(fù)合減水劑的最佳配方，同時(shí)證明利用測(cè)試泥坯塑限含水率的方法可以有效表征減水效果，且方法簡(jiǎn)單，用料少，研究結(jié)果對(duì)粘土可塑成型的實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

2 實(shí)驗(yàn)
2 ． 1 實(shí)驗(yàn)材料
　　 實(shí)驗(yàn)原料：粘土，來(lái)自廣東某地，主要化學(xué)成分 ( ％ ) ： A1 2 O 3 ， 26.36 ； SiO 2 ， 58.68 ； Fe 2 O 3 ， 0.12 ； CaO ， 0.44 ； MgO ， 0.09 ； K 2 O 、 Na 2 O ， 8.41 ；灼減， 6.42 。
　　 實(shí)驗(yàn)藥品： Na 2 CO 3 ； Na 2 SiO 3 (Na 2 O19.3 ％～ 22.8 ％ ) ； (NaPO 3 ) 6 ； Na 4 P 2 O 7 · 10H 2 O 。

2 ． 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
　　 將粘土球磨 24h ，烘干，過(guò)篩備用。稱(chēng)取一定量的粘土于燒杯中，加入水至微微流動(dòng)，逐滴加入配制好的減水劑溶液，根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，減水劑的加入量按干粘土比重的 0.3 ％添加，放入烘箱烘至泥團(tuán)狀，捏練至不粘手，陳腐 24h 。用手搓法測(cè)泥坯塑限的方法測(cè)試泥團(tuán)塑限含水量，用來(lái)表征減水效果。單一減水劑對(duì)粘土塑限含水率的影響結(jié)果見(jiàn)表 1 。復(fù)合減水劑的組成及減水效果見(jiàn)表 2 。

3 結(jié)果與討論
3 ． 1 減水劑的作用機(jī)理
　　 無(wú)機(jī)酸的鈉鹽和粘土泥漿中的絮凝離子 Ca 2+ 、 Mg 2+ 進(jìn)行交換，生成不溶性或溶解度極小的鹽類(lèi)，將 Ca 2+ 、 Mg 2+ 原來(lái)吸附的水膜釋放出成自由水；水化度大的 Na + 使擴(kuò)散增大、水化膜加厚，使外加水減少。此外，加入這類(lèi)電解質(zhì)會(huì)使泥漿變成堿性，使顆粒帶負(fù)電荷，除中和正電荷外，剩余負(fù)電荷使顆粒間相互斥力加大， Zeta 電位增高，促進(jìn)泥漿稀釋。

表 1 單一減水劑對(duì)粘土塑限含水率的影響

表 2 減水劑復(fù)配對(duì)粘土塑限含水率的影響

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)字為表 1 中單一減水劑的序號(hào)

　　若粘土中含有機(jī)物質(zhì)，采用 Na 2 CO 3 、 Na 2 SiO 3 ，均可使它解凝，但二者的作用不盡相同。 Na 2 CO 3 主要使有機(jī)物質(zhì)膠體離解，離解后的 Na + 和 COO — 均能使泥漿解凝。

2R — COOH( 有機(jī)腐殖質(zhì) )+Na 2 CO 3 →
2 R － COONa+H 2 O+CO 2 ↑
R － COON a → RCO O － +N a ＋
　　 Na 2 SO 3 除提供 Na + 進(jìn)行陽(yáng)離子交換，聚合的 SiO 還能和有機(jī)陰離子一樣．部分與粘土吸附 Ca 2+ 、 Mg 2+ 形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，部分吸附在粘土顆粒斷裂的界面上，加強(qiáng)膠粒的凈電荷。
　　 在粘土中加入六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等磷酸鹽電解質(zhì)后，均會(huì)電解出一定量的 Na+ 和聚合陰離子， Na + 和粘土表面的 Ca 2+ 發(fā)生離子交換，由于水化鈉離子的介入，增加了擴(kuò)散層的厚度，提高了粘土顆粒的 Zeta 電位，同時(shí)聚合陰離子可以部分的被帶正電荷的粘土顆粒端面所吸附，使粘土端面電荷改性，打破了粘土顆粒間的由于邊—面結(jié)合形成的“卡片結(jié)構(gòu)”，釋放出部分自由水，從而起到減水作用。

3 ． 2 單一減水劑對(duì)粘土的減水效果研究
　　 從表 1 可以看出：各減水劑的加入均可以起到減水效果，原因是 Na ＋ 和粘土中的 Ca 2+ 、 Mg 2+ 離子進(jìn)行交換，生成不溶性或溶解度極小的鹽類(lèi)．將 Ca2 + 、 Mg 2+ 原來(lái)吸附的水膜釋放出成自由水，起到減水效果?！　追N減水劑減水效果對(duì)比來(lái)看． Na 2 CO 3 對(duì)粘土的減水效果要優(yōu)于其他幾種鈉鹽，主要由于減水劑中陰離子除了有結(jié)合 Ca 2+ 、 Mg 2+ 離子能力外，能吸附在粘土粒子的表面，陰離子的吸附能力和置換順序?yàn)椋?BR>　　 OH ＞ CO ＞ P 2 O ＞ PO ＞ I － ＞ B r － ＞ Cl － ＞ NO ＞ F － ＞ SO
　　 由上述順序可以看出， CO 置換和吸附能力強(qiáng)于其他陰離子，更易置換出有機(jī)質(zhì)的陰離子，解離出來(lái)的有機(jī)離子更易吸附于粘土粒子表面，形成憎水基團(tuán)，起到減水的作用。因此，各減水劑的減水效果不盡相同，減水效果順序基本和上述陰離子置換能力順序一致。

3 ． 3 復(fù)合減水劑對(duì)粘土含水量的影響
　　 由表 2 復(fù)合減水劑的加入對(duì)粘土的塑限含水率的影響可以看出，復(fù)合減水劑的減水效果總體效果要優(yōu)于單一減水劑，兩種減水劑復(fù)合的效果來(lái)看， 8 號(hào)碳酸鈉與焦磷酸鈉的減水效果最顯著，三種以上的減水劑復(fù)配作用不突出，普遍的規(guī)律是含有碳酸鈉的復(fù)合減水劑的減水效果要好，這與粘土中陰離子的作用有關(guān)。
　　 復(fù)配減水劑對(duì)粘土的作用較復(fù)雜，減水劑中大量聚合陰離子在粘土顆粒的邊上發(fā)生吸附和健合。中和粘土顆粒的正電荷或增大負(fù)電性，使其與減水劑中水化能力較強(qiáng)的 Na + 構(gòu)成擴(kuò)大雙電層，從而有效地增加了膠體的穩(wěn)定性，降低了泥漿粘度，同時(shí)粘土“卡片結(jié)構(gòu)”被破壞，顆粒充分分散。粘土顆粒外圍吸附水化膜增厚，多余的水分釋放出來(lái)，減少了加水量。

4 結(jié)論
　　 復(fù)合減水劑對(duì)粘土的減水效果整體上優(yōu)于單一減水劑，最佳的復(fù)配為碳酸鈉與焦磷酸鈉，減水可達(dá) 2.5 ％；單一減水劑中， Na 2 CO 3 的效果最好。在陽(yáng)離子相同的情況下，減水劑中陰離子的作用是減水效果存在差異的主要原因。利用測(cè)試塑限含水率的方法表征減水效果可以起到良好的對(duì)比效果。