三乙醇胺、乙二醇用作水泥助磨劑的實(shí)驗研究

第23卷第1期昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報VoL 23 No. 12007年1月Journal of Kunming Metallurgy CollegeJan.2007三乙醇胺、乙二醇用作水泥助磨劑的實(shí)驗研究和春梅,馬勤〔昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)校材料與機械學(xué)院,云南昆明650102)摘要∶在水泥粉磨過(guò)程中加入助磨劑,是提高水泥粉黁效率的重要途徑之一。本實(shí)驗選用三乙醇胺和乙二醇作為水泥助磨劑,分別以設定摻量加入。實(shí)驗結果表明:三乙醇胺和乙二醇在水泥粉磨過(guò)程中能起到良好的助曆效果,三乙醇胺摻量為0.03%、乙二摻量為0.02%時(shí),0.08mm篩篩余分別下降2.1%和1.9%,比表面積分別提高45m2/kg和43m2/kg,<30μm的微粉顆粒含量分別增加8.4%和7.7%,不但助磨效果較好,而且能提高水泥抗壓和抗折強度。關(guān)鍵詞:水泥;助磨劑;三乙醇胺;乙二醇中圖分類(lèi)號:TQ172.463文獻標識碼:A文章編號:1009-0479-(200701-0017-03Research on the Experiment of Using Ethanolamine andGlycol as Cement Auxiliary Grinding AgentHE Chun-mei, Ma oinFaculty of Material and Mechanical Engineering, Kunming Metallurgy College, Kunming 650033, ChinaAbstract: Adding some auxiliary grinding agent in the cement powder grinding process is one of the im-portant approaches to raise the efficiency of cement grinding. In this experiment ethanolamine and glycolare used as the auxiliary grinding agent and are added with certain amount separately. The result showsthat ethanolamine and glycol can help to enhance the good result of grinding. When mixing 0. 03 ethaolamine and 0. 02% glycol the 0. 08 mm griddle remaining descends 2. 1% and 1. 9%s, the ratio ofsurface raises 45 m/kg and 43 m/kg and the content of 30 um tiny powder grain increases 8. 4%0and 7. 7% respectively. The two agents can not only achieve better grinding effect, but also can raise thecement intensity of anti press and anti breakKey words: cement auxiliary grinding agent ethanolamine i glycol0引言水泥工業(yè)是支撐國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎產(chǎn)業(yè),同時(shí)又是耗能大戶(hù),2005年全國水泥工業(yè)電力消耗約1300億kW·h,約占全國工業(yè)用電5%。為貫徹黨中央、國務(wù)院提出的建設節約型社會(huì ),走可持續發(fā)展道路的戰略舉措,國家發(fā)改委等8部委出臺的《關(guān)于加快水泥工業(yè)結構調整的若干意見(jiàn)》提出到2010年,水泥單位產(chǎn)品綜合能耗下降25%。國家發(fā)改委第50號令《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》則提出,日產(chǎn)4000t以上大型新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn),噸水泥綜合電耗要小于95kW·h。采取各種措施,努力降低水泥生產(chǎn)電耗是今后水泥工業(yè)節能和降耗的一項迫切任務(wù)。水泥粉磨是水泥生產(chǎn)過(guò)程中耗電最大的環(huán)節,約占水泥生產(chǎn)電耗的60%~70%,而現在水泥廠(chǎng)普遍使用管磨杋粉磨效率不高,大約%6%以上的電能變成勢能被浪費掉了。在粉磨過(guò)程中加入助磨劑是收稿日期:2006-11-02昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報2007年1月提高水泥粉磨效率的重要措施之一,發(fā)達國家助磨劑使用率大約在98%以上,我國使用率不到5%,而云南省除個(gè)別大水泥廠(chǎng)使用外,其它很少使用,因此,進(jìn)行助磨劑研究對加快其在水泥行業(yè)中的推廣應用有很強的現實(shí)意義1試驗材料和試驗方法、儀器1.1試驗材料1.1.1熟料、石膏和礦渣熟料采用云南國資水泥昆明公司濕法回轉窯水泥熟料,石膏用其生產(chǎn)用石膏。礦渣采用昆明鋼鐵集團公司?；郀t礦渣。它們的化學(xué)成分見(jiàn)表1。表1熟料、石膏和礦渣的化學(xué)成分原料Al,O, Fe2 O3O3 f-CaO∑熟料0.213.4466.160.380.220.5198.21石膏16.795.421.630.6233.590.6740.74礦渣35.0312.362.2538.019.1799.301.1.2助磨劑常用的水泥助曆劑成份有羥基、胺基、羧基等強吸附、高分散力旳表面活性物質(zhì),如多元醇、多元醇胺、磺化脂肪酸,脂肪酰胺等。本試驗選用三乙醇胺和乙二醇進(jìn)行試驗,純度為化學(xué)純。1.2試驗方法和儀器按熟料:礦渣:石膏=70:25:5配料,試驗量3kg。助磨劑按50%濃度和設定摻量滴加,試驗分成3組,A試樣不摻助曆劑,B組試樣摻入三乙醇胺,C組試樣摻入乙二醇。各組物料拌和均勻后入φ500×50試驗小磨粉磨25min。出磨水泥用0.08mm標準篩、DBT-127勃氏比表面積儀和KF-9型激光粒度分析儀進(jìn)行細度測試,并進(jìn)行水泥膠砂強度性能測試。水泥細度按GBT1345-1991《水泥細度檢驗方法80μm篩篩析法〕》,水泥比表面積按GBT8074-1987《水泥比表面積測定方法(勃式法)》,水泥膠砂強度按GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO)》。水泥標準稠度用水量、凝結時(shí)間和安定性按GB/T1346-2001《水泥標準稠度用水量、凝結時(shí)間和安定性檢驗方法》。2試驗結果和分析2.1試驗結果3組試樣試驗結果見(jiàn)表2、3表2試樣細度對比試樣編號助劑號/什表面和,,顆粒分布(體積百分比%)28.80.0151.626.50.020.026.10.0455.70.010.59.80.023.70.034118.255,227.80.3.47.654.826.08.2第1期和春梅,馬勤:三乙醇胺、乙二醇用作水泥助磨劑的實(shí)驗研究19表3試樣物理性能對比試樣編號助劑摻量標準稠度循水量安定性初凝時(shí)間終凝時(shí)間強度/MPa抗壓3d抗折28d抗壓28d抗折25.8合格0.02263合格9523.451.327.6格26522.649.12.2分析從試驗結果上看,水泥粉磨過(guò)程中摻加三乙醇胺和乙二醇確有較好的助磨效果,0.08mm篩篩余明顯下降,比表面積顯著(zhù)提高,顆粒級配中<30μm的微粉顆粒明顯增多,其中B3和C2樣中的效果最好,B3與空白樣A相比,0.08mm篩篩余下降2.1%,比表面積提高45m2/kg,<30μm的微粉顆粒含量增加8.4%。C2與空白樣A相比,0.08mm篩篩余下降1.9%,比表面積提高43m2/kg,<30μm的微粉顆粒含量增加7.7%。摻量過(guò)低的A和BⅠ樣效果不是很明顯,摻量在0.04%的B4和C4樣對物料細度有影響,但不是太突出,說(shuō)明過(guò)高摻入沒(méi)有必要。A、B3和α樣的水泥標準稠度用水量按國標規定試驗方法確定,由表3可看出:B3和C2樣的凝結時(shí)間和安定性均符合國家標準,表明試驗所摻加的三乙醇胺和乙二醇助磨劑對該性能無(wú)不利影響。3d,28d的抗壓和抗折強度都有提高,B3樣與A樣相比,3d和28d抗壓強度強度分別增加了1.7MPa和3.5MPa,抗折強度分別增加0.4MPa和0.8MPa;C2樣與A樣相比,3d和28d抗壓強度分別增加了0.9MPa和1.3MPa,抗折強度分別增加0.IMPa和0.4MPa。筆者經(jīng)過(guò)分析認為,造成強度提高原因可能與水泥細度提高和顆粒級配集中有關(guān)。3助磨機理探討國內外專(zhuān)家對水泥助曆機理進(jìn)行了大量研究,目前有兩種代表性的理論。強度削弱理論∶主要依據近代材料科學(xué)的材料脆性破壞理論,材料斷裂主要原因是裂紋的存在和擴展,材料受力時(shí),裂紋末端處局部應力較集中,大于分子引力時(shí),裂紋擴展。但隨著(zhù)新斷面的產(chǎn)生,使表面自由能增加,有愈合裂紋的趨勢,當外力產(chǎn)生的彈性變形能大于表面自由能時(shí),裂紋就會(huì )進(jìn)一步擴展,最終產(chǎn)生材料斷裂。助磨劑吸附在粉磨物質(zhì)表面,能降低顆粒物料裂紋的表面自由能,平衡裂紋面的剩余價(jià)鍵和電荷,阻礙裂紋愈合,有利于裂紋的擴展,從而提高粉曆物料易碎性和易磨性。顆粒分散理論∶物料在粉磨過(guò)程中,顆粒旳化學(xué)鍵被破壞,同時(shí)在斷面產(chǎn)生大量的不飽和靜電電荷,主要是Si-O共價(jià)鍵和αa-0離子鍵,造成鄰近顆粒間重新黏附和集聚,細粉粘附硏磨體、襯板和隔倉板,助磨劑引入的外來(lái)離子或分子,可以中和斷面上的價(jià)鍵,在顆粒表面形成靜電荷屏蔽層,降低顆粒之間靜電吸引,將顆粒分散開(kāi)來(lái),避免顆粒黏附和集聚,并能減少磨內粘球、糊襯板,從而有利于粉磨。兩種理論從不同方面解釋了助磨劑的作用原理,但兩者觀(guān)點(diǎn)有所不同,強度理論認為,助磨劑作為促使物料顆粒破裂的一種誘導因素,而顆粒分散理論則認為,助曆劑只是減少顆粒之間重新粘合的分散介質(zhì)。試驗研究表明,助曆劑摻加有一個(gè)最適宜摻加量,對提高粉曆細度而言,摻加少了不起作用或效果不明顯,過(guò)多摻入不僅成本增加,而且也沒(méi)有效果,對這一現象的解釋,筆者認為:高表面活性化學(xué)物質(zhì)旳助曆作用原理應是兩種機理綜合作用的結果,既可削弱顆粒強度,誘導顆粒破碎,又可分散顆粒防止顆粒集聚。當助曆劑吸附裂紋面基本飽和后,過(guò)多摻入助磨劑對物料強度的削弱作用減少,而對物料顆粒的分散作用增大。當助磨劑摻量過(guò)多時(shí),會(huì )增加包裹物料顆粒形成的吸附層的厚度,外部施加到物料顆粒旳破碎力將被吸附層緩沖,且顆粒越小,吸附層的″保護″作用越大,更難于被磨碎。另外摻加助磨劑后,物料顆粒被吸附層包裏,分散性增強,便于流動(dòng)和旋轉,容易形成球形顆粒。下轉第39頁(yè)第1期呂金明,彭澎,曾輝藩:Po/ MECHANICA環(huán)境下的管道支架優(yōu)化設計從表1中可以看出:經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后,支架的質(zhì)量減輕了0.00526(Tome),減重率達12.6%;最大應力和位移比原始值略有增大,但前提是滿(mǎn)足所有的約束條件對模型影響不大。圖14為優(yōu)化過(guò)程的歷史結果曲線(xiàn),圖15為最后確定的優(yōu)化管道支架模型2結語(yǔ)利用Pmo/ ENGINEER強大參數化功能的優(yōu)點(diǎn),Po/ MECHANICA能對模型進(jìn)行靈敏度分析和優(yōu)化設計,這是Po/ MECHANICA區別于其他有限元軟件最顯著(zhù)的特征。通過(guò)對管道支架的優(yōu)化設計,使管道支架尺寸更合理、科學(xué),在滿(mǎn)足支架強度條件下,減輕了支架的質(zhì)量,減重效果明顯;同時(shí)更重要的是通過(guò)靈敏度分析得出了重要設計參數,提高了優(yōu)化設計的效率。因此,利用Pro/ MECHANICA環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設計不失為一種很有效的設計方法,對實(shí)際生產(chǎn)有很重要的指導意義參考文獻[1]方建軍劉仕良機械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析—Pmo/ ENGINEER Wildfire工程應M]北京機械工業(yè)出版社2004[2]張繼春狳斌林波.P/ ENGINEER Wildfire結構分杌M]北京機械工業(yè)出版社20043]韓林山.機械最優(yōu)化設計M]鄭州黃河水利出版社2002[4]范文沖尹志宏殷增振.基于 ANSYS的模擬刀杄優(yōu)化設訌J]機械2005(2):3-17[責任編輯孟麗濤]上接第19頁(yè))結論1)水泥粉曆過(guò)程中摻加三乙醇胺和乙二醇確有較好的助磨效果,可以顯著(zhù)提高水泥中細粉顆粒含量減少粗粉顆粒含量2)用三乙醇胺作助磨劑以摻0.03%為宜乙二醇則以0.02%為宜而且對提高水泥抗壓和抗折強度有益。3)當助磨劑摻量過(guò)多時(shí)會(huì )增加包裹物料顆粒形成的吸附層的厚度緩沖和減弱外力的作用對細顆粒的粉磨不利。4)本實(shí)驗按熟料:礦渣:石膏=70:25:5配料用φ500×500小磨試驗對礦渣水泥生產(chǎn)有指導意義,但還需進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)性實(shí)驗。參考文獻[1]趙洪義全國水泥及混凝土外加劑應用技術(shù)論文集C]北京中國建材工業(yè)出版社2004[2]JC/TGG7-1997水泥粉度用工藝外加劑標準S][責任編輯孟麗濤]