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水泥激发剂应用常见技术问题探讨

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辽 宁 建 材 2009 年 第 7 期

水泥激发剂应用常见技术问题探讨
刘力辉 1,李 迁 2,朱效荣 3 ( 1. 鞍钢房地产开发集团有限公司,辽宁 鞍山 114031;2. 辽宁大学,辽宁 沈阳 110036;3. 北京城建混 凝土有限公司,北京 100049 )
[摘 要] 本文主要介绍了水泥激发剂在使用过程中经常出现的问题,分析了液体助磨剂、粉体助磨剂以及复合型助 磨增强剂使用过程出现问题的真正原因,并提出了解决这些问题的具体办法。 [关键词] 激发剂;助磨;增强 [中图分类号] TQ172.463 [文献标识码] B [ 文章编号 1009-0142 ] (2009 07-0022-03 ) 的共同作用,使原材料更加容易磨细,起到了助磨的作用。 使水泥的比表面积增大,颗粒级配更加合理,水泥水化反应 的接触点增多,大大提高了水泥强度。 () 晶种成长增强机理。 2 激发剂组分的分子晶体结构中存在各种类似于水泥石的 晶种,在水泥水化过程中,由于固相反应生成的固溶胶结构 与晶种相似,它们互相溶解、分散吸收了大量中间产物及自 由水,减少了溶胶颗粒的离散性及自由水蒸发引起的空隙、 孔洞及结构缺陷,使整个水泥石内部更加密实、均匀、连 续,提高了强度。 () 交互作用增强机理。 3 采用熟料、混合材、石膏和激发剂生产水泥,任意两种 材料之间,在水化时都能相互激发,相互反应,形成大量的 柱状钙矾石,层片状 Ca ( ) 2 晶体以及网状、纤维状的水 OH 化 CSH 凝胶.这些产物彼此填充,互相缠绕,将水泥石牢固 地粘结成一个整体,组成一座含有大量凝胶孔的密实大厦, 同时各组分晶格在逐步水化时还能沿不同方向增长,有效的 补偿了不够密实的部位,减少了单一组分水化不能弥补的缺 陷,产生叠加效应,使水泥强度大大提高。 () 减水增强机理。 4 有的水泥激发剂含有减水剂成分,经过粉磨制得的水 泥,在进行胶砂试验时,由于减水和分散作用,使水泥浆体 拌和得更加均匀,超细粉微集料填充效应跟加充分,相同水 胶比条件下制得的试件更加密实,强度提高。

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概述
随着产业结构的调整,部分立窑水泥厂家被改造为水泥

粉磨站,为节约能源,减少环境污染起到了重要的作用。水 渣和粉煤灰作为矿物掺和料在混凝土行业已经大量使用,使 水渣和粉煤灰的价格逐年提高。研制具有助磨、增强功能的 水泥工艺外加剂 ( 本文称之为水泥激发剂 ),节约熟料,降 低水泥生产成本,已经成为水泥行业发展的一个重要课题。 大多数水泥厂已经尝试使用水泥激发剂,但存在的问题仍然 很多。正是在这种条件下,我们对水泥激发剂的应用状况进 行了深入细致的研究,总结水泥激发剂使用过程中经常出现 的问题,并分析其产生原因,提出对应的解决办法。

2
2.1

水泥激发剂的功能
激发剂的成分 水泥激发剂主要具有助磨、增强两种功能。具有助磨功

能的原材*ǎ喊防唷⒋祭唷⒋及防唷⒛局仕鼗撬嵫卫唷 脂肪酸及其盐类、烷基磺酸盐类等。具有增强功能的包括: 卤盐类、硫酸盐类、铝酸盐类、减水剂类等。 2.2 激发剂的功能 使用水泥激发剂,助磨组分可以提高水泥磨机的粉磨效 率 15%左右,降低水泥粉磨电耗;增强组分能有效地激发混 合材的活性、提高混合材在水泥中的掺量 10%~25%,从而 有效地降低水泥的生产成本;混合材的大量掺入同时可以改 善水泥的安定性、降低水泥的水化放热。 2.3 激发剂增强机理 在生产过程中使用水泥激发剂,其增强机理主要有以下 () 助磨增强机理。 1 激发剂是很好的分散剂,在水泥生产过程中,由于原料 颗粒都存在结构缺陷和微裂纹,助磨组分如同楔子一样进入 缺陷和微裂纹部位,在原料内部形成强大的膨胀应力,当磨 机运转时,研磨体撞击和挤压这些原料颗粒,由于内外应力 [收稿日期] 2009-07-10

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水泥激发剂使用过程常见问题
在实际应用过程中,大多数激发剂都没有达到试验室测

几个方面:

试时的效果。液体助磨剂小磨试验对比效果特别明显;在工 业化中试生产时,采用微型计量泵计量,可以提高产量 15% 左右,28 d 强度增加 2 MPa 左右。实际生产一段时间后,水 泥厂普遍反映产量没有提高,生产时停用了助磨剂,导致液 体助磨剂大量堆放于库房内。此时又更换其它厂家的产品进 行生产,结果均大同小异。这种现象在我国南方的水泥厂经 常发生,而北方的水泥厂出现这种情况大多在春夏之交。 粉体的助磨剂小磨对比试验效果较好。工业化大磨中试

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◎ 研究与应用
生产时,可以提高产量 15%,节约熟料 5%,28 d 强度增加 3 MPa。实际生产一段时间后,水泥厂普遍反映水泥质量波 动大,水泥质量时好时坏,严重影响水泥的正常使用,迫不 得已在生产时停用了助磨剂。更换不同厂家的产品仍然出现 这种问题,这种现象在全国各*毡榇嬖凇 复合激发剂小磨试验效果很好。在工业化试生产时,试 验不顺利的情况,激发剂加入后磨机房及其周围的环境粉尘 迷漫,采用浮选工艺时水泥比表面积没有变化,选粉机经常 出现堵塞;采用开路工艺时水泥比表面积增大,两小时后由 于斗式提升机故障停止了试验;试验顺利的情况,可以提高 产量 15%,混合材掺量增加 10%~25%,28 d 强度增加 5~7 MPa。但是水泥正常生产过程也会出现质量事故,由于没有 弄明白造成质量事故的原因,在生产时停止了激发剂的使 用,这种现象在国内的水泥厂都普遍存在。 4.1.2 掺量过低

() 液体助磨剂。 1 使用液体助磨剂生产水泥时质量不稳定,主要原因是掺 量太低导致计量误差偏大引起的。在水泥厂生产时按班次将 助磨剂定量储存于原料罐里,采用计量泵根据时间确定配料 量。液体助磨剂粘度受温度的影响较大,当环境温度较高时 粘度较低,流动阻力变小,流速变快,在相同的时间范围 内,由于流速快引起掺量偏高,后期生产的水泥由于助磨剂 用完而没有掺加助磨剂,导致生产的水泥质量不稳定。当环 境温度较低时,液体助磨剂的粘度增大,流动阻力变大,流 速变慢,在相同的时间范围内,由于流速变慢导致助磨剂的 掺量偏低,助磨效果不明显。特别是计量泵出料口周围始终 处于粉尘环境中,由于助磨剂流速较慢,粉尘在出口部位逐 渐粘结聚集,最后堵塞了出料口,阻断了助磨剂的配料,水 泥生产中没有助磨剂,由于操作工人的疏忽好长时间都没有 发现,水泥出现质量事故。这是液体水泥助磨剂在水泥生产 过程中表现质量不稳定的一个重要原因。例如:液体助磨剂 掺量 0.05%,对 20 t/h 的磨机,每小时只需 10 kg,粉体助磨 剂配料控制量 166 g/min,而计量秤的控制误差为 0.5 kg/min, 当计量秤处于正误差时,超过正常掺量 3 倍以上,当计量秤 处于负误差时,助磨剂几乎没有掺加,水泥质量波动特别明 显。综上所述,粘度大以及计量误差大是是液体助磨剂使用 过程中出现的通病,在水泥企业普遍存在,严重影响水泥质 量的稳定。 () 粉体助磨剂。 2 粉体助磨剂使用效果良好和出现问题的原因可以分为两 种情况。一种为含有低沸点挥发成分,其使用效果及问题同 液体助磨剂相同;另一种为含有非挥发性助磨组分,在工业 化生产时,有专用计量秤,在工业化试生产中助磨和增强效 果相当理想。实际生产一段时间后,虽然助磨剂产品质量稳 定,计量和配料系统显示正常,但水泥助磨剂的助磨效果和 增强效果均出现很大的波动。经现场调研、大量研究和分析 可知,当粉体助磨剂掺量较小时,由于含有醇胺等有机组分 的粉体助磨剂比较潮湿,含松香和减水剂等组分的粉体助磨 剂颗粒比较粗,经常出现粉体料粘罐和起拱蓬料的现象,虽 然计量秤显示*均配料比例正常,但粉体助磨剂的实际配料 比例极其不稳定,导致水泥质量剧烈波动;另一方面计量误 差偏大是引起助磨和增强效果波动的另一个重要原因。例 如:对 20 t/h 的磨机,木钙推荐掺量为 0.1%,每小时需要 20 kg,配料控制速度由 333 g/min,而计量秤的误差为 0.5 kg/min,当计量秤处于正误差时,粉体助磨剂对应掺量为正 常控制量的 2.5 倍,当计量秤处于负误差时,助磨剂对应掺 量为 0,计量几乎没有发挥作用。综上所述,粉料潮湿以及 计量误差偏大是粉体助磨剂使用过程中常见的问题,在水泥 企业普遍存在,是粉体助磨剂应用过程中的一个巨大* 4.1.3 工业化生产设备不配套 无论液体、粉体还是复合激发剂,对于小磨试验效果较 好的产品,在不同厂家进行工业化大磨试验时,都出现过掺 加外加剂后磨机房环境粉尘迷漫、选粉机中途堵塞、皮带断 裂以及斗式提升机突然停转等问题。从表面现象看,掺加激

4
4.1

常见问题产生原因及解决办法
问题产生的原因 助磨组分挥发

4.1.1

针对液体助磨剂、粉体助磨剂、复合激发剂在工业化生 产时出现的问题,我们进行了详细调察和深入研究,发现在 小磨试验时由于熟料、矿渣、石膏和粉煤灰等在掺加激发剂 后形成一个封闭的空间,助磨组分均匀地分散到原料颗粒表 面,像木块端头放了一个楔子,在钢球钢锻的作用下,快速 扩散,改变了颗粒表面的结构性质,降低了原料颗粒的强度 和硬度,同时加速了新裂纹的产生以及物料自身裂缝的扩 展,使水泥原材料更容易粉磨,且成品颗粒级配更加合理。 提高了水泥的台时产量,扩大了水泥颗粒的比表面积,水泥 强度增加。 在工业化试生产时,熟料、矿渣、石膏、粉煤灰和助磨 剂处于常温状态。中试生产时加入助磨剂,由于配备了小型 计量泵,计量准确,助磨剂能够充分发挥作用,助磨和增强 效果明显。生产一段时间后,虽然助磨剂产品质量稳定,计 量和配料也显示为正常,常温熟料已经用完,经常出现高温 的熟料刚从篦式冷却机出来,就被直接送到磨机进行粉磨。 易挥发的助磨组分由于接触高温的熟料而快速蒸发,这些蒸 汽在选粉机的抽力作用下,没有被原材料吸附到固体颗粒表 面而直接进入大气中,没有起到助磨作用,水泥的产量没有 增加。因此在水泥生产时停用了助磨剂,导致助磨剂大量堆 放于库房内,这是目前水泥助磨剂使用过程中最常见问题产 生的真正原因。无论液体、粉体还是复合激发剂,只要含有 挥发性的助磨组分,在大批量的工业化生产过程中均存在这 一问题。南方地区水泥原材料的温度普遍偏高,特别是水泥 熟料温度降不下来,进行工业化大磨试验后短时间内就出现 这种情况;北方地区由于四季温度变化大,秋冬季节进行工 业化大磨试验时由于熟料和其他原材料温度较低,助磨组分 的挥发不明显,到了春夏之交气温升高时,由于熟料温度没 有降低就开始使用,助磨组分的挥发非常快,最终出现上述 问题。虽然外加剂厂生产的激发剂质量确实没有发生变化, 由于助磨组分的挥发,水泥厂使用激发剂后没有达到提高产 量的目的。

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发剂后生产既没有提高产量又没有提高产品的比表面积,设 备故障是工业化中试停止的原因。经过认真研究,我们认为 中试设备的不匹配是造成这一问题出现的关键。工业化中试 生产开始时,由于激发剂的加入,原材料得到了充分的粉 磨,水泥比表面积增大,形成大量的悬浮物漂流到空气中, 使磨机房及周围的环境粉尘飞扬;采用选粉工艺时,达到一 定颗粒级配的水泥粉料均被选出,由于选粉机的抽力是固定 的,选出的水泥比表面积没有增大或者增加很少,但由于助 磨效果明显,选粉机选出的水泥产量快速增加,超过选粉机 设计能力,导致选粉机被堵塞;在此期间,斗式提升机的提 升能力也没有调整,导致电机过载停机或皮带超负荷断裂, 迫使工业化中试停止。在工业化中试的过程中,生产设备能 力的欠缺是使用激发剂生产水泥过程出现故障的重要原因。 4.2 解决办法 4.2.1 助磨组分挥发问题的解决 助磨组分在高温下容易挥发问题的解决,建议在液体助 磨剂、粉体助磨剂以及复合激发剂的配制过程中多选用沸点 较高的助磨剂成分、避免选择易挥发组分。在选材方面充分 利用原材料的高沸点性能,实现较高温度的水泥熟料与助磨 剂混合后能相互吸附,不产生挥发的现象,在水泥生产中充 分发挥助磨剂的作用。 4.2.2 掺量过低问题的解决 () 液体助磨剂。 1 关于液体助磨剂粘结堵塞计量泵出料口导致水泥生产质 量剧烈波动问题的解决,建议采用粘度受温度影响较小的低 粘度助磨组分配制液体助磨剂;如果选用粘度较大的材料, 建议采用较大量的溶剂将液体助磨剂稀释,有效降低液体助 磨剂的粘度。 针对计量误差较大引起的水泥质量波动问题,为了实现 准确计量,连续稳定地将液体助磨剂掺入水泥磨机,建议用 成倍的水或者其他溶剂将液体助磨剂稀释,增加掺量。由于 掺量成倍增加,使液体助磨剂的配料量更好控制,实现计量 误差最小,确保水泥质量的稳定。例如:对 20 t/h 的磨机, 如果将前边例子中三乙醇胺稀释到二十倍,掺量变为 1%, 掺量变为 200 kg/h,配料控制量变为 3.33 kg/min,而计量秤 的误差仍为 0.5 kg/min,当计量处于正误差时,对应掺量变 为正常掺量的 115%,当计量处于负误差时,对应掺量为正 常掺量的 85%。通过稀释浓度、扩大掺量的方法,就可以把 液体助磨剂掺量过低引起的计量误差降到最小,实现水泥质 量的稳定。 掺量增大的同时提高了液体助磨剂总的使用量,这时储 存罐里激发剂量的变化很容易被值班人员观察到,在生产管 理过程中可以通过直观的检查,有效预防由于液体助磨剂堵 塞出料口产生的质量事故。 () 粉体助磨剂。 2 关于粉体激发剂潮湿引起的粘罐和起拱蓬料导致的配料 不均匀,建议选用水份含量低、颗粒较小、成分均匀的组分 配制粉体助磨剂。助磨组分尽量选用吸水率的原料,载体尽 量选择干燥的粉煤灰、沸石粉以及过火煤矸石粉等,确保成 品干燥、均匀,在料罐中便于流淌。 为了解决低掺量引起的计量误差偏大问题,建议通过增 加载体降低粉体助磨剂的百分比浓度,增大掺量。由于掺量 成倍增加,确保了配料的连续性和均匀性,使计量误差成倍 缩小,预防了水泥质量的剧烈波动,实现了水泥质量控制水 *的提高。例如:对 20 t/h 的磨机,如果将前边例子中木钙 用 9 倍粉煤灰混合均匀,掺量变为 1%,掺量变为 200 kg, 配料控制量变为 3.33 kg/min,而计量秤的误差仍为 0.5 kg/ min,当计量处于正误差时,对应掺量为正常掺量的 115%, 当计量处于负误差时,对应掺量为正常掺量的 85%。综上所 述,通过增加载体,降低浓度、扩大掺量的方法,把粉体助 磨剂掺量过低引起的计量误差降低到最小,有效地控制了水 泥质量的波动。 粉体助磨剂掺量增大的同时提高了助磨剂总的用量,干 燥载体的增加降低了粉体助磨剂的潮湿程度,这时储存罐里 粉体助磨剂配料量的变化很容易被工作人员观察到,当出现 断料时,操作人员可以及时处理,有效预防由于粉体助磨剂 粘罐和起拱蓬料引起的质量事故。 4.2.3 工业化生产设备不配套 关于掺加激发剂后磨机房及周边环境扬尘的问题,建议 在使用激发剂之前对磨机以及水泥的输送系统进行密封检查 并做修缮处理,以预防超细粉尘的溢出和飞扬。针对选粉机 被堵塞的问题,建议在使用激发剂之前对选粉机进行改造, 以适应提高产量后的选粉能力。针对斗式提升机,建议检修 斗式提升机,确保皮带具备正常运输的能力,重新核实电机 的负载功率,以适应提高产量后斗式提升机的输送能力,预 防电机过载停机或皮带过热疲劳断裂。综上所述,通过生产 对设备的调整,使用激发剂进行工业化生产出现的问题就可 以基本解决。

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结论
经过对液体助磨剂、粉体助磨剂以及复合激发剂在水泥

生产过程中经常出现的问题细致深入的探讨,我们提出通过 以下措施,以便实现水泥激发剂的科学应用,改善水泥产品 的质量,降低水泥的生产成本。 () 选用高沸点材料作为助磨剂,确保较高温度下助磨 1 剂不挥发。 () 稀释粘度较大液体助磨剂的浓度,提高掺量改善配 2 料的均匀性和连续性以及计量的准确性,预防粘度过大堵塞 出料口; () 增加载体降低粉体助磨剂百分比浓度,降低粉料的 3 潮湿程度,有效降低计量误差,防止粘罐和起拱蓬料引起的 断料现象; () 配备与水泥产量相匹配的选粉和输送设备,实现生 4 产过程的顺利进行。▲

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