火山灰水泥助磨劑的研制

　　一．引言

　　火山灰是由于地質(zhì)地貌的運(yùn)動和變化引起火山爆發(fā)噴出的一種灰粉或由灰粉聚集而形成的火山石，在我國云南、貴州、廣東等地區(qū)有著十分豐富的火山石資源。它可以作為生產(chǎn)水泥用的一種混合材，但是由于其活性較低而決定了它在水泥中的摻量較少。為了更進(jìn)一步提高火山石在水泥中的摻量、降低水泥中熟料的消耗，實現(xiàn)資源的充分利用和水泥工業(yè)節(jié)能減排以及提高水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的目的，長沙保靈建材助劑有限公司與云南盈江允罕水泥有限公司為此進(jìn)行了技術(shù)合作，并成功地研制出了一種高效火山灰水泥助磨劑。

　　二．研制方法

　　1.火山石及其它原料的化學(xué)分析

　　我們?yōu)榱吮阌谘兄苹鹕交宜嘀?，首先對火山石進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)它和粉煤灰有著類似的化學(xué)成分。見表1。

　　表-1 火山石、粉煤灰、熟料的化學(xué)分析

　　2. 水泥助磨劑直接進(jìn)行工業(yè)性試驗的理由

　　人們通常研究水泥助磨劑產(chǎn)品采取的是先小磨、后大磨試驗的方法，認(rèn)為這種方法具有一定的可靠性。然而小磨試驗只是對大磨試驗的一種狀態(tài)模擬，物料在小磨中處于封閉狀態(tài)，而在大磨中是一種流動形態(tài)，因而一般情況下物料在小磨中的“過粉磨”現(xiàn)象比在大磨中嚴(yán)重；小磨內(nèi)的環(huán)境溫度較低，大磨中的環(huán)境溫度則較高，不同助磨劑的成分不盡相同，有的有效成分會在大磨中“揮發(fā)”或參與水化反應(yīng)而損失，有的則能在大磨的氛圍中更充分地發(fā)揮出效果。因此，大磨試驗比小磨試驗?zāi)芨妗⒏鎸嵉胤从吵鏊嘀┑男Ч?。有人?dān)心萬一水泥助磨劑的效果如果差就會造成水泥質(zhì)量事故，但只要助磨劑產(chǎn)品的配方設(shè)計合理并在試用過程中相應(yīng)縮短試驗時間、事先做好水泥進(jìn)庫和出庫的管理工作，即便出現(xiàn)了問題也可以把它解決在萌芽狀態(tài)之中。

　　3.A型水泥助磨劑的試驗

　　依據(jù)火山石的化學(xué)成分與粉煤灰的化學(xué)成分相近的特點，我們先選用A型水泥助磨劑（下文簡稱“A劑” ）直接進(jìn)行了大磨試驗。A劑是由長沙保靈助劑有限公司自主研發(fā)的一種適用于低活性混合材水泥生產(chǎn)的新產(chǎn)品，它是由羥基、胺基和羧基的表面活性物質(zhì)和具有“激發(fā)”作用的無機(jī)鹽復(fù)合而成的。它在較高的環(huán)境溫度下（如大磨內(nèi)），其中有些活性物質(zhì)易揮發(fā)成氣體，能充分地與粉磨物料接觸，并起到“潤濕”和消除“靜電作用”從而提高粉磨效率；而其中的另些活性物質(zhì)則不易揮發(fā)并能有效地改變混合材中Si-O鍵結(jié)構(gòu)，能提高混合材的易磨性和活性，從而起到提高水泥各齡期強(qiáng)度的效果。這種A劑產(chǎn)品已獲得了國家發(fā)明專利申請受理，已廣泛地應(yīng)用于水泥生產(chǎn)中，并深受廣大用戶的歡迎。

　　2010年9月份，我們?nèi)ピ颇嫌屎彼嘤邢薰具M(jìn)行了A劑產(chǎn)品的大磨試驗。加劑試驗是在未加劑的水泥的配比基礎(chǔ)上降5%熟料、增加5%火山石，加劑試驗時間為2小時，并事先相應(yīng)做好了水泥入庫和出庫的管理工作。相關(guān)試驗結(jié)果見表-2、表-3。

　　表-2   A劑工業(yè)性試驗水泥的物理性能

表-4   B劑工業(yè)性試驗水泥的物理性能

表-3  A劑對水泥水化熱的影響                                      表-5  B劑對水泥水化熱的影響

　　試驗數(shù)據(jù)表明：(1) 在粉磨32.5水泥時，加入A劑的水泥比表面積反而比空白試驗的水泥比表面積稍小，這是由于火山石一方面具有許多小孔，吸附水的能力較強(qiáng)，該水泥廠入磨火山石的水分通常為3.5%左右；另一方面火山石的硬度并不大，但它卻較綿軟，不利于粉磨。隨著火山石摻量的增加，粉磨效率相應(yīng)會降低。(2) 加入A劑粉磨32.5水泥的凝結(jié)時間比空白試驗稍縮短，水泥3d的水化熱值和強(qiáng)度均有提高，但水泥28d的水化熱值和強(qiáng)度卻稍有下降，這是由于水泥中由火山石提供的Al2O3具有較高的活性，它能和石膏迅速發(fā)生水化反應(yīng)，生成硫鋁酸鹽并吸附了A劑中部分活性物質(zhì)，這種硫鋁酸鹽具有較高的早期強(qiáng)度，但后期強(qiáng)度較低。(3) 粉磨42.5水泥時，加入A劑的水泥比表面積比空白的大，凝結(jié)時間也縮短了，并且水泥的各齡期水化熱值和強(qiáng)度均提高了，這是因為42.5水泥中火山石的摻量比32.5水泥的少，物料中含水量也就小些，有利于物料在磨內(nèi)粉磨；水泥中由火山石提供的活性Al2O3含量也相應(yīng)減小，A劑中的活性物質(zhì)被Al2O3吸附的數(shù)量減小，水泥在水化過程中生成硫鋁酸鹽的量也會相應(yīng)減少。(4) A劑對42.5水泥適應(yīng)性較理想，但對32.5水泥的適應(yīng)性稍顯不足。

　　4. B型水泥助磨劑的試驗

　　根據(jù)A型水泥助磨劑的試驗情況，我們又在A型水泥助磨劑中添加一種由多元成分合成的活化酶，復(fù)合成B型水泥助磨劑（下文簡稱“B劑” ）。從理論上分析，這種活化酶既能更進(jìn)一步消除粉磨過程中產(chǎn)生的“靜電作用”和暫時抑制硅酸鹽礦物質(zhì)在磨內(nèi)與水發(fā)生水化反應(yīng)，它又能與火山石中的活性Al2O3反應(yīng)生成微量的Al(OH)3膠體，這種膠體并包裹在Al2O3周圍，減緩它與石膏水化反應(yīng)生成硫鋁酸鹽的速度，并減輕它對水泥助磨劑活化成分的吸附作用，從而確保B劑與火山灰水泥有更好的適應(yīng)性。

　　2010年11月份，云南盈江允罕水泥有限公司又對B劑進(jìn)行了工業(yè)性試驗，其試驗方法與A劑相同。試驗結(jié)果見表-4、表-5。

　　試驗數(shù)據(jù)表明：1. B型水泥助磨劑分別在粉磨32.5、42.5水泥過程中與各自未摻助磨劑的空白試驗相比，其水泥比表面積增加、凝結(jié)時間也相應(yīng)縮短了，各齡期水化熱值及強(qiáng)度均有所提高；2. 從而證實B劑中活化酶所起的作用與理論上的分析相吻合。3. B劑比A劑的效果更理想，它與火山灰水泥有著更好的適應(yīng)性。

　　三 結(jié)論

　　1. B型水泥助磨劑與火山灰水泥有很好的適應(yīng)性，它對水泥的助磨效果和增強(qiáng)作用顯著。

　　2. B型水泥助磨劑試驗時，在水泥配比中降5%的熟料（增5%火山石）的情況下，水泥3d、28d抗壓強(qiáng)度均還能提高1MPa以上，這說明使用B型水泥助磨劑生產(chǎn)水泥時，能降低水泥配比中6%以上的熟料消耗（增加6%以上的火山石摻量）。

　　3. 通過“性價比”分析，云南盈江允罕水泥有限公司使用B型水泥助磨劑后，每噸水泥比原來使用某廠助磨劑多提高經(jīng)濟(jì)效益3.0元。

　　4. 如果水泥廠能采取有效措施，進(jìn)一步降低火山石的水分和減小入磨水泥熟料的粒度，那么將會更好地發(fā)揮出水泥助磨劑的效果，有望降低水泥配比中8%以上的熟料消耗，能為每噸水泥帶來8.0元的利潤。

　　5. B型火山灰水泥助磨劑的成功研制為我國水泥企業(yè)利用火山灰資源、降低熟料的消耗提供了有利條件。