水泥助磨剂成分检测.doc

水泥助磨剂成分检测
微谱分析指通过微观谱图（气相色谱、液相色谱、热谱、能谱、核磁共振谱等）对产品所含有的成分进行定性和定量的一种配方分析方法。配方分析在日本，欧美应用比较广泛，而在国内，目前处于起步阶段。该技术甚至是很多国家的成长途径。二战之后的日本，就走的引进技术，分析还原，消化吸收，然后技术创新的道路。韩国等国家也是如此，从欧美获取技术，学习，实践，赶超。
在水泥生产中, 粉磨过程是能耗最高的环节, 能量利用率又极低, 只有很少一部分被用于增加物料的比表面积。在粉磨过程中加入少量的化学添加剂— 助磨剂, 能显著提高粉磨效率, 降低能耗。水泥助磨剂是由一种或几种表面活性物质构成, 大多数水泥助磨剂的应用效果表明: 水泥助磨剂具有降低水泥粒度, 提高比表面积, 改善水泥某些物理化学性能, 降低粉磨电耗等作用。国内外很多工厂和研究机构都在开展有关水泥助磨剂的研究工作, 新型助磨剂产品不断出现, 越来越多的表面活性剂被用于生产水泥助磨剂, 从而为开发高效适用的助磨剂产品提供了新思路。
助磨剂的作用原理
尽管国内外都进行了大量有关助磨剂作用原理的研究,但研究尚不够深入,观点也不同,有的甚至相互矛盾。主要的理论学说有:Rebinder的强度削弱理论和Mardulier的颗粒分散理论,除此之外还有现代学者提出的薄膜理论等。Rebinder首先研究了有、无化学添加剂的2种情况下液体对固体物料断裂的影响,认为:根据近代材料脆裂理论,在被粉碎物料中添加适量的助磨剂,由于助磨剂分子吸附在物料表面的裂纹上,使裂纹的表面自由能降低,平衡裂纹表面的剩余价键和电荷, 避免裂纹的愈合, 从而有利于裂纹的扩展, 提高物料的脆性。因此, 助磨剂在物料粉碎过程中起到了削弱固体强度的作用, 使物料粉碎易于进行, 有利于粉磨细度和粉磨效率的提高。
Mardulier的颗粒分散理论认为,水泥熟料颗粒断裂时,会发生大量的Si-O共价键和Ca-O离子键的断裂,其单键能为:si-O为106kg/mol,Ca-O为32kg/mol,所以固体颗粒的断裂首先发生在Ca-O离子键上。由于离子键的断裂产生了电子密度的差异,断面两侧出现一系列交错的Ca2十和O2-活性点,当这些活性点没有被外来离子或分子屏蔽时,它们彼此吸引,使断裂面重新愈合或使颗粒与颗粒重新聚结成大颗粒;如果向物料中添加有效的助磨剂,助磨剂分子将吸附在物料颗粒表面上,使断裂面上的键力饱和,颗粒之间的附聚力得到屏蔽,从而防止物料颗粒聚结,起到分散物料的作用,使物料易于粉碎。
上述2 种机理的发生还与助磨剂在物料颗粒表面的吸附情况有关。
现代学者提出的薄膜理论认为: 有些助磨剂能在物料颗粒的表面形成包裹薄膜, 使表面达到饱和状态, 不再相互吸引粘结成团块, 进而改善了水泥成品的流动性。
一般认为当水泥颗粒接受外界机械能时, 除颗粒尺寸微细化和比表面积增大外, 还产生了颗粒表面层的无定形化、晶格缺陷、晶格畸变、表面能增大等一系列变化, 使颗粒处于能量较高的亚稳状态, 从而使物料的活性提高, 因此, 粉碎不仅是单纯固体尺寸微细化的物理过程, 也是由机械力诱发的化学过程, 因此在物料粉磨的过程中加入适量的助磨剂, 可降低颗粒表面的自由能、粉碎过程中颗粒表面上的无定形层的厚度以及塑性变形的深度, 从而改善粉磨效果。
还有许多学者深入研究了水泥助磨剂的作用机理,如意大利学者GiozgioGighi认为助磨剂的使用效果取决于物料单个颗粒上能否形成微裂纹的网络;Beke通过深入研究认为,粉磨过程中物料聚集包括形成和发展2个阶段:开始时小颗粒由于表面张力而粘附在大颗粒上或相互粘附,是一种松散的聚集体;第二阶段,在机械应力的进一步作用下,可发生类似金属焊接那样的过程,使结构发生变化,晶格歪扭和变形。助磨剂加入后在第一个阶段就起作用,并使第二个阶段的现象不出现或少出现。这些观点需要进一步的研究和总结,从而建立更为完整、科学的理论。
助磨剂的种类、组成和常见配方
水泥助磨剂的分类
水泥助磨剂的使用量通常低于1%,复合助磨剂的掺入量大多不高于0.05写,根据国内外关于助磨剂的研究状况及专利报导,助磨剂大致可以分为3类:
①极性助磨剂:属于离子型助磨剂,如醋酸胺、乙二醇、丙二醇、三乙醇胺等。
②非极性助磨剂:属于非离子型助磨剂,如焦碳、石墨、煤、松脂、胶态碳等。
③极性一非极性助磨剂。
另外,按物理形态可分为:固体助磨剂、液体助磨剂等。按化学成分可分为:有机助磨剂、无机助磨剂和有机、无机复合的助磨剂。
助磨剂的组成
常被用作水泥助磨剂的表面活性剂主要有以下种类:
①醇类小极性分子,如乙二醇、丙二醇等。
②胺类小极性分子,如三乙醇胺、酞胺等。
③不饱和脂肪酸类,如硬脂酸、油酸等。
④盐类,如六偏磷酸钠、硬脂酸钠等。
⑤矿物类,如滑石粉、粉煤灰、焦碳、煤等。
⑥其他,如苯乙烯类的共聚体、蜜胺甲醛、马来酸配衍生物等。
常见水泥助磨剂的配方
国内外各种专利报道的水泥助磨剂常见的配方为:1滑石或糖蜜。2泥炭、褐煤或风化煤碱化或碱化与磺化。3水玻璃、硫酸钠、氢氧化铁、碳酸盐、三乙醇胺、水。4二乙二醇、乙酸。5乙二醇水溶液、尿素。6烯化乙二醇、醋酸。7聚丙三醇和乙二醇水溶液、经基胺水溶液、木质素磺酸盐、脂肪酸盐。8丁醇、甘醇等多价醇、木质素磺酸盐、三乙醇胺等醇胺类的有机物。9马来酸醉衍生物和甲氧基聚乙烯基乙二醇、苯乙烯类的共聚体。10蜜胺甲醛一亚硫酸钠共聚物与蔡磺酸钠复配构成。11蔡磺酸甲醛缩合物与乙二醇齐聚物、烷醇胺、芳香族乙酸酷。12聚甘油、低脂肪酸和木质素磺酸。13不饱和脂肪酸和胺。14脂肪酸三钙盐和胺。15醇和酞胺。至少含一个乙烯基醚乙二醇和颗粒碳。17马来胺甲醛水溶液缩合物脚。 18滑石粉、粉煤灰. 19纸浆废渣、三乙醇脚、一乙醇胺、乙二醇、多缩乙二醇。 蜜胺甲醛一亚硫酸钠( a ) 和蔡磺酸钠(b ) 构成。
水泥助磨剂研究存在的问题及发展趋势
( l) 国内外, 尤其是国内关于水泥助磨剂的研究主要存在以下问题:
①国内大多数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川。
②目前相关的研究大多集中在新产品的开发及其对水泥. 和混凝土性能影响等方面,而对其作用机理的研究有待进一步加强,对某些助磨剂的研究的结论尚不完整,造成产品大多适应性不够。
③偶极一偶极有机化合物作为助磨剂的研究较少,没能充分发挥该系列产品改善粉磨物料粘附现象的作用。
④利用工业肥料开发高效水泥助磨剂的研究较少,且未能将多种有效助磨剂成分配合使用,使其发挥最佳助磨效果。
⑤在助磨剂的使用过程中,忽视了对粉磨工艺和粉磨物料差异的研究,没有对粉磨系统、磨机结构、研磨体、工艺操作参数等进行针对性的调整。
( 2) 综合考虑成本、作用效果等因素, 助磨剂的发展将有如下趋势:
①构成助磨剂的原料来源充足, 价格低廉。能充分利用工业、农副业废料, 通过对废料的化学改造, 如磺化、碱化等处理, 激发其活性, 此类产品具有很大的经济效益和环境效益.
②优选组成原料, 复配具有较大适应性的助磨剂. 被粉磨物料的化学组成及矿物组成不同, 各表面活性剂的作用机理也有差异, 所以单一组成的助磨剂很难满足粉磨过程中的助磨要求, 因此复合助磨剂是增强其适应性的有效方法.
③降低生产成本, 促进助磨剂的推广应用。
④高效、使用方便、对人体无害的助磨剂的开发应用依然是发展趋势之一。
⑤助磨剂应对水泥及其制品的性能无不良影响, 对设备及钢结构无腐蚀作用。
结语
总之, 助磨剂对水泥粉磨具有明显的助磨作用已成为不争的事实, 影响其助磨效果的因素也是复杂多样的, 如:助磨剂本身的性质、用量、被粉磨物料的性质、粉磨设备的工艺条件等, 随着水泥助磨剂研究的继续深入, 新型、高效、价廉的助磨剂会不断出现, 助磨剂在水泥粉磨中的使用将具有广阔的空间。
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