| 助磨剂的定义和分类 助磨剂是一种添加剂，适量地加入到被粉磨的物料中，能通过它对颗粒表面的物理化学作用，发挥力学效能，得以提高物料的易碎性和分散性，从而提高粉磨细度和降低粉磨电耗。 按使用时的状态分，助磨剂可以分为；固体、液体和气体助磨剂．固体助磨剂有：硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、胶体石墨、炭黑、粉煤灰、石膏等；液体助蘑剂有：有机硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸盐等；气体助磨剂有：蒸气状的极性物质以及非极性性物质等。按化学结构助磨剂可以分为三类：聚合无机盐、聚合有机盐及复合化合物。 2助磨剂的作用 2.1塑性变形 被粉碎物料颗粒吸附一层单分子膜的助磨剂后，吸附分子与矿物颗粒表面缺陷组织之间的电子转移，使有些离子晶型的物料的显微硬度降低，加快塑性变形，促进粉碎过程。 2.2降低物料的强度 当矿物颗粒表面吸附了助磨剂分子后，表面能大大下降，相应的物料抗张强度也降低。如下表所示： 2.3防止凝聚和粘壁物料的新生表面 由于受范德华力和静电力的作用，很容易凝聚和包球．但是，新生表面一旦吸附助磨剂，其活性顿时下降，从而减小凝聚性、粘壁性，提高丁流动性，有利于粉碎，更有利于分级，这种有效的分散、解聚作用是助磨剂的重要的功能。 2.4缓蚀作用 在湿磨过程中，氧的存在将显著加速球的腐蚀和磨损，磨机中球和衬板局部的电化学腐蚀也是很严重的。研究表明，在铅锌硫化矿磨矿时，通过控制pH值，添加助蘑剂，球的磨损明显降低，主要原因是助磨剂的添加一定程度上排除和抑制了氧的作用，消除了电化学腐蚀反应。 2.5 选择性磨碎作用 在磨矿过程中，原料通常都不是单一的矿物。不同的矿物，在后续的作业中粒度要求不尽相同。有些药剂对不同的矿物具有选择性磨碎作用。试验表明，磁铁矿和石英混合，添加200g／t CaO，矿浆浓度≥75％时，磁铁矿的选择性磨碎效果显著。 2.6 改善产品应用性能 为了提高产品在应用中的分散性和流动性，有些物料粉碎时也要加入助磨剂进行改性。 例如：在粉碎氧化铁系颜料时加入0.5％～1 n硬脂酸助磨剂，不仅增产26％，而且所粉碎的铁红颜料制造油漆的分散时间也缩短了50％。对于一种助磨剂加入到被粉碎物料之中，可能发生上述某一种作用，也可能是几种作用的联合。 3助磨剂的作用机理 关于助磨剂的作用原理主要有两种观点： (1)助磨剂在固体颗粒表面上的吸附，改变了颗粒表面的结构性质，降低了颗粒的强度和硬度，同时阻止了新生裂纹的闭合，加速物料裂纹的扩展。 (2)当物料粉碎磨细到一定细度时，颗粒之间、颗粒与研磨介质间会聚集、粘附形成包壳。助磨剂能迅速地消除或减弱颗粒与颗粒、颗粒与研磨介质间的聚集和粘附，提高粉磨效率。 4 助磨剂的研究与应用现状 国外粉碎作业使用助磨剂已有70多年的历史，自从1930年Goddard以树脂作为助磨剂在英国首先取得专利以来，先后被研究作为助磨剂的物质达50多种，助磨剂的品种以有机化合物为主，其中以醇和醇胺类的化合物为多。德国、法国、美国、日本、前苏联、朝鲜等国对助磨剂的研究和应用较为广泛，据悉目前日本几乎所有的水泥厂都使用水泥助磨剂。我国对助磨剂的研究和应用起步较晚，20世纪50年代后期，一些水泥厂曾利用煤、纸浆废液、肥皂废液等作为水泥助磨剂，效果不甚明显。20世纪70年代，不少水泥企业和研究部门对助磨剂开展广泛的研究和应用工作，原四川水泥研究所、同济大学、华南工学院等研究单位和抚顺、柳州、首都、大连、哈尔滨、松江、唐山、大同、中国、上海、吴淞、光华、四川资中、华新、广州等水泥厂，先后对水泥磨及生料磨使用助磨剂进行了实验室试验、工业性试验和生产上的应用，所采用的助磨剂一般是化工厂的副产品或下脚料以及废液、废渣等，均收到较好的效果，但由于价格较贵、来源不充足或质量不稳定而无法推广应用。近年来，助磨剂的研究得到有关高等院校、科研院所和科技开发公司的高度重视，取得多项成果。 5 国内研究及应用的水泥助磨剂 目前，国内研究及应用的水泥助磨剂，有液体助磨剂和固体助磨剂，其基本成分大都属于有机表面活性物质。主要为：胺类、醇类、醇胺类、木质素磺酸盐类、脂肪酸及其盐类、烷基磺酸盐类等。具体物质为：三乙醇胺、二三乙醇胺、乙二醇、木质素磺酸盐、甲酸，硬脂酸、油酸、十二烷基苯磺酸钠等。实际在水泥生产中选用的主要有两类形式：一是纯度较高的化工产品，二是化工厂等的废料。助磨剂产品的种类较多，除纯化合物产品外，还研究及开发了多种复合助磨剂。 6 国内助磨剂研究所存在的问题 国内大多采用工业纯聚合有机盐和无机盐为助磨剂的主要成分，成本较高，技术经济指标不适应实际生产情况。采用经验方式确定配方，配合的原理研究较少，因此所取得的产品一般适应面较窄。特别对于温度较高的物料还没有合适的产品。即使对于不同生产厂家的同种产品应用于不同厂家，也存在效果差异较大的情况。偶极—偶极有机化合物作为表面助磨剂研究较少，没能充分发挥该系列产品改善粉磨物料粘附效果。对工业废料开发高效表面助磨剂研究较少，且未能将多种有效助磨成分配合在一起，从而发挥最佳粉磨效果。 7 助磨剂的研究前景 1)系统中添加助磨剂的目的是为了改善物料的易磨性，减轻颗粒之间的粘聚接团作用，消除微细颗粒球糊衬板现象，提高磨机内物料的流动性，从而实现球磨机节能高产的目标。 但化学助磨剂对后续作业及环境的影响是影响助磨剂发展的主要因素，许多能提高蘑矿效率 的化合物因对后续作业或生态环境有不良影响而不能使用，只有影响很小的助磨剂才能够被接受。因此无毒、无害而价格低廉的助磨剂是今后发展的一个方向。 2)由于助磨剂通常为化学药剂，极易挥发损耗。因此可以在形式上作一些改变，将助磨剂通过一种特殊的物质作为载体，延缓助磨剂进入粉磨系统后的快速挥发消散，使助磨剂在粉磨的全过程中逐渐缓释出来也是当前助磨剂的研究课题。由于各生产厂家原料物质的表面性质存在差异，助磨剂在待磨颗粒表面上吸附的速度也会不同，利用这种差异，可以改变组成矿物各自的表面性质、连接面性质及矿浆的性质来实现磨矿的选择性。因此根据不同物料的表面性质，研究选择性好的助磨剂也是其发展的主要方向。 助磨剂研究的另一个方向就是多种助磨剂进行复配使用．单一的助磨剂大多存在一些局限性，多种助磨剂进行复配使用则可以克服上述局限性。 现列举已经研究出的复合助磨剂： a木质素磺酸盐 木质素磺酸盐包括钙、镁及胺盐。木质素磺酸盐具有芳基核，由丙烷基连结成非极性的长链，链上含有极性的官能团，如磺酸基、甲氧基、羟基及羰基等。这种结构使得它具有偶极性，呈现出表面活性，是一种强的表面活性剂。其作用机理是削弱颗粒的强度和阻止颗粒聚结，两者都牵涉到降低颗粒表面的自由能，因此，助磨剂的功效归根结底必然反映在其吸附活性上。在磨机内的环境中，吸附在水泥熟料颗粒表面上的木质素磺酸盐分子的活性部分(磺酸基等)与颗粒表面接触，憎水基团则伸向大气。由于木质素磺酸盐是分子量高达几百到几百万的物质，在颗粒上的吸附属高分子吸附。由于水泥颗粒表面不可能是光滑表面且具有裂纹，因而木质素聚合度较低时，有利于吸附。木质素磺酸盐在水泥颗粒上的吸附量随着阳离子的价数而变化。当阳离子的价数相同时，吸附能力无大差别。作为助磨剂使用的木质素磺酸盐，镁和钙盐比铵盐好。 b 三乙醇胺 由山东省济南市建筑材料设计研究院研制的AP水泥复合助磨剂，是由三乙醇胺(JA)和氧化剂还原后的无机盐类工业废液(9)等复合而成。它的特点在于既是助磨剂又是活性激发剂。助磨效果较好，使水泥磨产量提高12％以上，且可以激发矿渣活性，提高矿渣水泥中矿渣的掺量，井能提高水泥的早期强度，使后期强度得到改善。其助磨效果与复合成分的含量有关，在复合成分中丌占50K一60K，JA占40％~50％时效果最好，且影响助磨效果的决定因素是JA(三乙醇胺)的添加量，JF等只是起辅助作用。使用AF复合助磨剂能基本保证水泥的质量，还能提高水泥中矿渣的掺量，使水泥中可以掺加50％的矿渣，AF复合助磨剂不仅能对矿渣水泥同样起到助磨效果，而且还改善了水泥的后期强度，避免了单独使用三乙醇胺而导致后期强度的下降，因此说AF助磨剂更适合于生产矿渣水泥。 c 木质素 华南理工大学卢迪芬、魏诗榴研究了一种木质素型复合水泥助磨剂。该助磨剂由三种工业废料及副产品复合而成，其主要成分是木质素磺酸盐，另配以少量有机化工产品TW及GL。TW及GL都是非离子型表面活性剂，木质素磺酸盐是阴离子型表面活性剂。西南工学院苏光兰、张天石、徐彬等研究应用工业废料开发了复合工业助磨剂新品种，该工业废料基复合助磨剂，其有效助磨成分是木质素磺酸盐．许日昌等研究了代号为C四的复合助磨剂．该复合助唐剂主要由椰子油系列和木质素磺酸钙及少量的外加剂复合而成，其中，椰子油系列是有机化工产品，是一种强的非离子表面活性剂，在粉磨中其助磨效果较为显著。此类复合水泥助磨剂均将多种有效助磨成分配合在一起，在粉磨过程中发挥各自的助磨功效，因此，能显著降低筛余细度，增加水泥比表面积：提高了物料的流动性，减少颗粒间粘附力和团聚作用，防止颗粒再度聚结，从而抑制粉磨逆过程的进行：同时能更有效地激发物料各组分中的潜在活性，获得较高的水泥强度。木质素型复合水泥助蘑剂的主要成分木质素磺酸盐来自纸浆废液，价格低廉，是一种具有经济效益和社会效益的助磨剂。 d 多配方、多性能、高效复合水泥助磨剂 近几年，国内有研究单位己将重点放在了多配方、多性能、高效复合助磨剂的研究开发上，从情报资料及水泥厂的生产应用数据来看，取得了较好的研究成果．如中国建筑材料科学研究院研究的水泥复合助磨剂、林哲山申请的水泥分散剂、合肥水泥研究设计院研究开发的HH-99水泥分散剂、洛阳万顺建材有限公司生产的CD-88系列水泥助磨剂等．此类水泥助磨剂的研究不仅将多种有效助磨成分配合在一起，还在充分研究磨机的型号、规格和结构，熟料成分，混合材种类，成品水泥的各种物理及化学性能等的情况下，配入其它有效成分．因此，此类助磨剂不仅能发挥最佳助磨效果，而且能显著改善水泥的物理和化学性能，另外，还具有适应性强的特点。合肥水泥设计研究院研究开发的HH-99系列水泥分散剂是采用新型合成方法制成的界面活性剂，其原料主要为多种有效助磨物质，还包括少量的早强剂、防冻剂、减水剂、起泡剂等，具体配制以提高粉磨效率、改善产品的物理化学性能和用户的特殊要求为指导原则。 该分散剂主要性能特点为： (1)产品呈棕色，无毒无味；常温下，比重为1.125～1.130kg／cm3；阻燃防腐，对设备钢筋等无任何腐蚀作用；对环境无污染，对人体无危害。 (2)提高粉磨细度(即降低筛余、提高比表面积)，提高水泥早期强度3~5MPa，后期强度也有不同程度的提高。 (3)提高水泥磨机台时产量15％~25％，节约电耗。 (4)提高水泥的耐冻性1.5倍，提高水泥的防水性。 (5)水泥的分散性及流动性好，可延长储存期，且可以减少装卸时。 (6)减少机械设备维修，降低研磨体消耗，降低设备磨损等。还具有适应性强、性能稳定、助磨剂用量少(用量为100～120g／t水泥)等显著特点。 |
