三乙醇胺、乙二醇用作水泥助磨剂的实验研究

第23卷第1期昆明冶金高等专科学校学报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剂的实验研究和春梅,马勤〔昆明冶金高等专科学校材料与机械学院,云南昆明650102)摘要∶在水泥粉磨过程中加入助磨剂,是提高水泥粉黁效率的重要途径之一。本实验选用三乙醇胺和乙二醇作为水泥助磨剂,分别以设定掺量加入。实验结果表明:三乙醇胺和乙二醇在水泥粉磨过程中能起到良好的助曆效果,三乙醇胺掺量为0.03%、乙二掺量为0.02%时,0.08mm筛筛余分别下降2.1%和1.9%,比表面积分别提高45m2/kg和43m2/kg,<30μm的微粉颗粒含量分别增加8.4%和7.7%,不但助磨效果较好,而且能提高水泥抗压和抗折强度。关键词:水泥;助磨剂;三乙醇胺;乙二醇中图分类号:TQ172.463文献标识码:A文章编号: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引言水泥工业是支撑国民经济发展的重要基础产业,同时又是耗能大户,2005年全国水泥工业电力消耗约1300亿kW·h,约占全国工业用电5%。为贯彻党中央、国务院提出的建设节约型社会,走可持续发展道路的战略举措,国家发改委等8部委出台的《关于加快水泥工业结构调整的若干意见》提出到2010年,水泥单位产品综合能耗下降25%。国家发改委第50号令《水泥工业产业发展政策》则提出,日产4000t以上大型新型干法水泥生产线,吨水泥综合电耗要小于95kW·h。采取各种措施,努力降低水泥生产电耗是今后水泥工业节能和降耗的一项迫切任务。水泥粉磨是水泥生产过程中耗电最大的环节,约占水泥生产电耗的60%~70%,而现在水泥厂普遍使用管磨杋粉磨效率不高,大约%6%以上的电能变成势能被浪费掉了。在粉磨过程中加入助磨剂是收稿日期:2006-11-02昆明冶金高等专科学校学报2007年1月提高水泥粉磨效率的重要措施之一,发达国家助磨剂使用率大约在98%以上,我国使用率不到5%,而云南省除个别大水泥厂使用外,其它很少使用,因此,进行助磨剂研究对加快其在水泥行业中的推广应用有很强的现实意义1试验材料和试验方法、仪器1.1试验材料1.1.1熟料、石膏和矿渣熟料采用云南国资水泥昆明公司湿法回转窑水泥熟料,石膏用其生产用石膏。矿渣采用昆明钢铁集团公司粒化高炉矿渣。它们的化学成分见表1。表1熟料、石膏和矿渣的化学成分原料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矿渣35.0312.362.2538.019.1799.301.1.2助磨剂常用的水泥助曆剂成份有羟基、胺基、羧基等强吸附、高分散力旳表面活性物质,如多元醇、多元醇胺、磺化脂肪酸,脂肪酰胺等。本试验选用三乙醇胺和乙二醇进行试验,纯度为化学纯。1.2试验方法和仪器按熟料:矿渣:石膏=70:25:5配料,试验量3kg。助磨剂按50%浓度和设定掺量滴加,试验分成3组,A试样不掺助曆剂,B组试样掺入三乙醇胺,C组试样掺入乙二醇。各组物料拌和均匀后入φ500×50试验小磨粉磨25min。出磨水泥用0.08mm标准筛、DBT-127勃氏比表面积仪和KF-9型激光粒度分析仪进行细度测试,并进行水泥胶砂强度性能测试。水泥细度按GBT1345-1991《水泥细度检验方法80μm筛筛析法〕》,水泥比表面积按GBT8074-1987《水泥比表面积测定方法(勃式法)》,水泥胶砂强度按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》。水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性按GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性检验方法》。2试验结果和分析2.1试验结果3组试样试验结果见表2、3表2试样细度对比试样编号助剂号/什表面和,,颗粒分布(体积百分比%)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,马勤:三乙醇胺、乙二醇用作水泥助磨剂的实验研究19表3试样物理性能对比试样编号助剂掺量标准稠度循水量安定性初凝时间终凝时间强度/MPa抗压3d抗折28d抗压28d抗折25.8合格0.02263合格9523.451.327.6格26522.649.12.2分析从试验结果上看,水泥粉磨过程中掺加三乙醇胺和乙二醇确有较好的助磨效果,0.08mm筛筛余明显下降,比表面积显著提高,颗粒级配中<30μm的微粉颗粒明显增多,其中B3和C2样中的效果最好,B3与空白样A相比,0.08mm筛筛余下降2.1%,比表面积提高45m2/kg,<30μm的微粉颗粒含量增加8.4%。C2与空白样A相比,0.08mm筛筛余下降1.9%,比表面积提高43m2/kg,<30μm的微粉颗粒含量增加7.7%。掺量过低的A和BⅠ样效果不是很明显,掺量在0.04%的B4和C4样对物料细度有影响,但不是太突出,说明过高掺入没有必要。A、B3和α样的水泥标准稠度用水量按国标规定试验方法确定,由表3可看出:B3和C2样的凝结时间和安定性均符合国家标准,表明试验所掺加的三乙醇胺和乙二醇助磨剂对该性能无不利影响。3d,28d的抗压和抗折强度都有提高,B3样与A样相比,3d和28d抗压强度强度分别增加了1.7MPa和3.5MPa,抗折强度分别增加0.4MPa和0.8MPa;C2样与A样相比,3d和28d抗压强度分别增加了0.9MPa和1.3MPa,抗折强度分别增加0.IMPa和0.4MPa。笔者经过分析认为,造成强度提高原因可能与水泥细度提高和颗粒级配集中有关。3助磨机理探讨国内外专家对水泥助曆机理进行了大量研究,目前有两种代表性的理论。强度削弱理论∶主要依据近代材料科学的材料脆性破坏理论,材料断裂主要原因是裂纹的存在和扩展,材料受力时,裂纹末端处局部应力较集中,大于分子引力时,裂纹扩展。但随着新断面的产生,使表面自由能增加,有愈合裂纹的趋势,当外力产生的弹性变形能大于表面自由能时,裂纹就会进一步扩展,最终产生材料断裂。助磨剂吸附在粉磨物质表面,能降低颗粒物料裂纹的表面自由能,平衡裂纹面的剩余价键和电荷,阻碍裂纹愈合,有利于裂纹的扩展,从而提高粉曆物料易碎性和易磨性。颗粒分散理论∶物料在粉磨过程中,颗粒旳化学键被破坏,同时在断面产生大量的不饱和静电电荷,主要是Si-O共价键和αa-0离子键,造成邻近颗粒间重新黏附和集聚,细粉粘附硏磨体、衬板和隔仓板,助磨剂引入的外来离子或分子,可以中和断面上的价键,在颗粒表面形成静电荷屏蔽层,降低颗粒之间静电吸引,将颗粒分散开来,避免颗粒黏附和集聚,并能减少磨内粘球、糊衬板,从而有利于粉磨。两种理论从不同方面解释了助磨剂的作用原理,但两者观点有所不同,强度理论认为,助磨剂作为促使物料颗粒破裂的一种诱导因素,而颗粒分散理论则认为,助曆剂只是减少颗粒之间重新粘合的分散介质。试验研究表明,助曆剂掺加有一个最适宜掺加量,对提高粉曆细度而言,掺加少了不起作用或效果不明显,过多掺入不仅成本增加,而且也没有效果,对这一现象的解释,笔者认为:高表面活性化学物质旳助曆作用原理应是两种机理综合作用的结果,既可削弱颗粒强度,诱导颗粒破碎,又可分散颗粒防止颗粒集聚。当助曆剂吸附裂纹面基本饱和后,过多掺入助磨剂对物料强度的削弱作用减少,而对物料颗粒的分散作用增大。当助磨剂掺量过多时,会增加包裹物料颗粒形成的吸附层的厚度,外部施加到物料颗粒旳破碎力将被吸附层缓冲,且颗粒越小,吸附层的″保护″作用越大,更难于被磨碎。另外掺加助磨剂后,物料颗粒被吸附层包裏,分散性增强,便于流动和旋转,容易形成球形颗粒。下转第39页第1期吕金明,彭澎,曾辉藩:Po/ MECHANICA环境下的管道支架优化设计从表1中可以看出:经过优化之后,支架的质量减轻了0.00526(Tome),减重率达12.6%;最大应力和位移比原始值略有增大,但前提是满足所有的约束条件对模型影响不大。图14为优化过程的历史结果曲线,图15为最后确定的优化管道支架模型2结语利用Pmo/ ENGINEER强大参数化功能的优点,Po/ MECHANICA能对模型进行灵敏度分析和优化设计,这是Po/ MECHANICA区别于其他有限元软件最显著的特征。通过对管道支架的优化设计,使管道支架尺寸更合理、科学,在满足支架强度条件下,减轻了支架的质量,减重效果明显;同时更重要的是通过灵敏度分析得出了重要设计参数,提高了优化设计的效率。因此,利用Pro/ MECHANICA环境进行优化设计不失为一种很有效的设计方法,对实际生产有很重要的指导意义参考文献[1]方建军刘仕良机械动态仿真与工程分析—Pmo/ ENGINEER Wildfire工程应M]北京机械工业出版社2004[2]张继春狳斌林波.P/ ENGINEER Wildfire结构分杌M]北京机械工业出版社20043]韩林山.机械最优化设计M]郑州黄河水利出版社2002[4]范文冲尹志宏殷增振.基于 ANSYS的模拟刀杄优化设讧J]机械2005(2):3-17[责任编辑孟丽涛]上接第19页)结论1)水泥粉曆过程中掺加三乙醇胺和乙二醇确有较好的助磨效果,可以显著提高水泥中细粉颗粒含量减少粗粉颗粒含量2)用三乙醇胺作助磨剂以掺0.03%为宜乙二醇则以0.02%为宜而且对提高水泥抗压和抗折强度有益。3)当助磨剂掺量过多时会增加包裹物料颗粒形成的吸附层的厚度缓冲和减弱外力的作用对细颗粒的粉磨不利。4)本实验按熟料:矿渣:石膏=70:25:5配料用φ500×500小磨试验对矿渣水泥生产有指导意义,但还需进一步进行工业性实验。参考文献[1]赵洪义全国水泥及混凝土外加剂应用技术论文集C]北京中国建材工业出版社2004[2]JC/TGG7-1997水泥粉度用工艺外加剂标准S][责任编辑孟丽涛]