1.前言

水泥粉磨是水泥生產(chǎn)工藝中最重要的環(huán)節(jié)之一，而粉磨工藝中的電耗約占水泥生產(chǎn)總能耗的 60~70%，其中水泥成品的粉磨電耗占總電耗30~40%[1]。水泥的粉磨工藝過程是水泥物料（如熟料、混合材及石膏等）顆粒由大變小的過程，也是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為水泥粉體表面能的能量轉(zhuǎn)化過程，而能量轉(zhuǎn)化效率直接決定了能量的利用率。如何提高粉磨工藝過程中能量的轉(zhuǎn)化效率就成為提高粉磨效率或是能量利用率的一個(gè)關(guān)鍵訴求。

2.助磨劑在水泥生產(chǎn)中的節(jié)能降耗作用

2.1 提高水泥粉磨效率

助磨劑的分散作用，消除了水泥顆粒在磨機(jī)內(nèi)的團(tuán)聚，磨細(xì)的水泥顆粒被及時(shí)通過篦板輸送出磨，減少了過粉磨現(xiàn)象，提高了磨機(jī)的粉磨效率，助磨劑的分散作用可使磨內(nèi)糊球、糊襯板現(xiàn)象得到很大的改善，從而減少了“糊層”的緩沖作用對(duì)粉磨效率的負(fù)影響，提高了磨機(jī)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械沖擊能的效率；在保持水泥顆粒分布不變的情況下，可使磨機(jī)產(chǎn)量得以提升，水泥粉磨電耗降低。助磨劑的提產(chǎn)效果明顯，且在相同混合材摻量時(shí)，還使水泥的強(qiáng)度有適度的增加。某公司于2010年開始逐步使用液體助磨劑，從小磨試驗(yàn)開始直至大磨生產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)得出使用助磨劑后平均臺(tái)效提高了3~5t/h，且在相同混合材摻加量，水泥強(qiáng)度提高了1~3MPa，粉磨效率提升明顯。

2.2 改善水泥流動(dòng)性減少水泥輸送能耗

由于助磨劑的分散作用，在水泥顆粒表面形成的薄膜削弱了水泥顆粒之間的團(tuán)聚力和對(duì)水泥輸送、儲(chǔ)存設(shè)備的粘附力，水泥的流體力學(xué)性能得以改善。通用水泥在摻加助磨劑以后，其流動(dòng)度有所提高。而隨著水泥流動(dòng)性的改善變好，可帶來諸多優(yōu)勢(shì)：

①水泥流動(dòng)阻力減小不易掛壁、結(jié)塊，增加了水泥庫的庫容，且不用經(jīng)常清庫，節(jié)約清庫成本，提高了水泥庫的使用效率；

②水泥流動(dòng)阻力減小，可縮短水泥的輸送和裝卸時(shí)間，加快了水泥的運(yùn)輸速度，該公司為此專門做過數(shù)理統(tǒng)計(jì)；

③可減少長途運(yùn)輸車輛的水泥掛壁和袋裝水泥的結(jié)塊現(xiàn)象而造成的浪費(fèi)，尤其是袋裝水泥的結(jié)塊現(xiàn)象給用戶會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

2.3 提高水泥比表面積，提升產(chǎn)品質(zhì)量

高效復(fù)合水泥助磨劑可以提高水泥比表面積，加快水泥水化速度。該公司在使用助磨劑之前水泥平均比表面積在330m2/kg 左右，使用助磨劑之后水泥平均比表面積提高到了345m2/kg 左右；復(fù)合助磨劑的增強(qiáng)激發(fā)成分的作用，能夠有效提高水泥強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，在水泥產(chǎn)量不變的情況下，摻用助磨劑的水泥與不摻加助磨劑的水泥相比，其早期和后期強(qiáng)度都有1~3MPa的提高。而隨著水泥強(qiáng)度的提高，可以滿足優(yōu)質(zhì)高標(biāo)號(hào)水泥的生產(chǎn)要求，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭能力。由于助磨劑的增強(qiáng)作用，水泥配料時(shí)就可減少熟料用量，該公司經(jīng)過計(jì)算熟料摻加量可減少3%到5%。這樣：

①可以增加混合材料的摻量，有利于使用更多的低品位工業(yè)廢渣，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本，增產(chǎn)增效并能獲得很好的環(huán)境效益；

②隨著熟料用量的減少，在水泥總產(chǎn)量不變的情況下，可減少生產(chǎn)熟料所需的原料資源和煤炭、電力能源的消耗，減少CO₂和粉塵的排放，具有很好的環(huán)境效益、能源效益和社會(huì)效益；

③熟料用量的減少，能夠降低水泥水化熱，改善產(chǎn)品的使用性能，實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能降耗。

3.水泥助磨劑對(duì)水泥粉體性質(zhì)及水化性能的影響

3.1 水泥助磨劑對(duì)水泥粉體性質(zhì)的影響

在粉磨過程中加入水泥助磨劑后，不僅對(duì)水泥粉體本身性質(zhì)如顆粒分布、流動(dòng)性等產(chǎn)生影響，同時(shí)改變水泥水化進(jìn)程、漿體性質(zhì)及硬化后水泥石的各項(xiàng)性能。助磨劑的化學(xué)基團(tuán)及結(jié)構(gòu)的差異決定了其對(duì)粉末的顆粒級(jí)配、顆粒形貌、比表面積及休止角的改善差異，從而間接影響粉末流動(dòng)性。研究者研究了醇胺類及醇類助磨組分對(duì)水泥熟料粉磨的單位能量消耗的影響，認(rèn)為在Ec小于20kW·h/t時(shí)水泥細(xì)度增加呈線性的增加，粉磨過程符合Rittinger定律；而 Ec超過20kW·h/t 時(shí)，由于水泥結(jié)塊發(fā)生而出現(xiàn)能量損失。在采用助磨劑的情況下，比表面積測(cè)試比篩余量測(cè)試更適合精確評(píng)估細(xì)度變化，特別是較高的研磨能量；受助磨劑種類及Ec的影響，助磨劑的加入可提升磨機(jī)生產(chǎn)率 16~72%

3.2 水泥助磨劑對(duì)水泥水化過程及水泥性能的影響

助磨劑的使用除了導(dǎo)致水泥粉體性質(zhì)的物理改性外，還間接影響了水泥顆粒的水化性能及水化產(chǎn)物的性質(zhì)，主要集中于水泥顆粒分布變化而導(dǎo)致的水化進(jìn)程的變化和化學(xué)組分在粉末顆粒的表面吸附所導(dǎo)致的顆粒表面與水接觸反應(yīng)過程的變化兩方面，進(jìn)而導(dǎo)致水泥水化過程及產(chǎn)物變化及最終水泥硬化漿體性能的變化。水泥顆粒在與水拌合后，其顆粒表面各種熟料礦物立即開始溶解并與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成水化物；作為表面活性劑的助磨劑在顆粒表面吸附后，改善了拌合水在顆粒表面的潤濕與吸附過程，從而加速了各礦相在水中的溶解與水化進(jìn)程。

另外，水泥助磨劑中的各類化學(xué)組分參與水泥水化過程（如C3A、C3S等的水化）而導(dǎo)致了水泥漿體和水泥石性能的變化。能夠促進(jìn)AFt向AFm的轉(zhuǎn)化，優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)和降低孔隙率。此外，部分助磨劑化學(xué)組分因改變了漿體中的離子環(huán)境或酸堿度而激發(fā)混合材的潛在活性，發(fā)生二次水化反應(yīng)，從而改變了水泥石物理性能。不同助磨劑的引入改善了礦渣的水化活性，同時(shí)提高了水化體系中鈣、硅離子的溶出量。

4.結(jié)語

助磨劑能夠顯著提高粉磨效率、降低單位產(chǎn)品能耗，是實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑。適量使用合適的助磨劑，可有效改善物料的易磨性，從而能夠達(dá)到提高粉磨效率、改善水泥顆粒組成，繼而能提升水泥品質(zhì)，提高水泥的使用性能。隨著水泥助磨劑研究的不斷深入，很多新型、節(jié)能、高效、廉價(jià)的助磨劑將為水泥粉磨提供更加顯著的助磨效果，為水泥工業(yè)的節(jié)能減排發(fā)揮更加重要的作用。

來源：《山西中條山新型建材有限公司》

作者：李逸

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