水泥基非活性混合材活性激發(fā)劑的研制及應(yīng)用
發(fā)布時間：2023/2/20 13:41:00
長沙市保靈建材助劑有限公司 王秀貴（410016）
新疆莎車上海建材隆基水泥有限公司 雷輝 侯社平
一． 引言
水泥生產(chǎn)過程中常用的混合材，分為活性混合材和非活性混合材兩大類。一般是用28天強度比表示混合材的活性度，強度比大于70%以上的屬于活性混合材，強度比低于60%的屬于非活性混合材。由于活性混合材在我國大部分地區(qū)的資源有限，且價格相對較高，為降低水泥生產(chǎn)成本，故大部分水泥企業(yè)，尤其是缺少活性混合材資源地區(qū)的企業(yè)，盡量尋找非活性混合材來代替。但是非活性混合材由于其活性較低，為了保證水泥質(zhì)量符合國家水泥標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)要求，因此它在水泥配料中的摻入量不可能太多。而我國非活性混合材的資源比較豐富，如何盡量提高非活性混合材在水泥中的摻入量，降低水泥中熟料的配比，最大限度實現(xiàn)資源綜合利用，實現(xiàn)水泥工業(yè)的節(jié)能減排，提高水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是我國外加劑行業(yè)工作者長期探討的一個研究課題。
近年來，中國水泥協(xié)會外加劑分會副會長單位長沙市保靈建材助劑有限公司，與新疆SC水泥有限公司在這方面進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)合作，成功研制出了一種水泥基非活性混合材活性激發(fā)劑。經(jīng)工業(yè)性試驗證明，這種水泥基非活性混合材活性激發(fā)劑不同于傳統(tǒng)的水泥助磨劑，它的特點是，能夠最大限度的激發(fā)非活性混合材在水泥基中的活性潛力，能夠較大幅度的減少水泥中的熟料消耗，是取代傳統(tǒng)水泥助磨劑的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
二、A型活性激發(fā)劑與B型活性激發(fā)劑的特點。
非活性混合材一般有煤矸石、粉煤灰等不同品種。長沙保靈公司根據(jù)其不同的特性，研制開發(fā)了A型和B型兩種活性激發(fā)劑。
1、A型激發(fā)劑是由羥基、氨基和羧基的表面活性物質(zhì)和具有激發(fā)作用的無機鹽復(fù)合而成的。它在較高的環(huán)境溫度下（如大磨內(nèi)），產(chǎn)生一種易揮發(fā)的活性物質(zhì)氣體，在大磨內(nèi)能充分地與粉磨物料接觸，減少靜電效應(yīng)，提高粉磨效率。另一種活性物質(zhì)則不易揮發(fā)，且能有效地改變混合材中Si-O鍵結(jié)構(gòu)，提高混合材的易磨性和激發(fā)混合材的活性，從而起到提高水泥各齡期強度的效果。
2、B型激發(fā)劑是在A型激發(fā)劑的基本配方中，添加了一種多元成分合成的活化酶，復(fù)合成B型激發(fā)劑。這種活化酶既能更進(jìn)一步消除粉磨過程中產(chǎn)生的靜電作用和抑制硅酸鹽礦物質(zhì)在磨內(nèi)發(fā)生水化反應(yīng)，又能與煤矸石中的活性Al2O3反應(yīng)生成微量的Al(OH)3膠體，這種膠體包裹在活性Al2O3周圍，減緩它與石膏水化反應(yīng)生成硫鋁酸鹽的速度，減輕它對活性激發(fā)劑中活化成分的吸附作用，從而確保B型激發(fā)劑與各種非活性混合材有更好的適應(yīng)性。
三、試驗情況
1. 試驗使用的原材料化學(xué)成分和物理性能
新疆SC公司的混合材主要是當(dāng)?shù)刎S富的煤矸石，本公司生產(chǎn)的熟料。其原材料化學(xué)成分和熟料物理性能見下表一。
表一
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項 目
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LOSS
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SiO2
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Al2O3
|
Fe2O3
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GaO
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MgO
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f-CaO
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SO3
|
Σ
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|
煤矸石
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2.32
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59.11
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15.87
|
1.97
|
4.10
|
2.84
|
—
|
0.24
|
86.33
|
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熟 料
|
0.47
|
21.50
|
5.15
|
3.81
|
64.63
|
2.71
|
0.48
|
0.30
|
99.03
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熟料物理性能
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項目
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熟料
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石膏
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標(biāo)準(zhǔn)稠度
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初凝時間
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終凝時間
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細(xì)度
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比表面積
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指標(biāo)
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95%
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5%
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25.6%
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1:42
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2:00
|
4.9%
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360㎡/kg
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項
目
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1天強度
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3天強度
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28天強度
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抗折
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抗壓
|
抗折
|
抗壓
|
抗折
|
抗壓
|
|
|
指標(biāo)
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4.6
|
20.7
|
6.2
|
37.3
|
8.5
|
54.5
|
|
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|
|
|
|
|
|
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2. 直接進(jìn)行工業(yè)性試驗（大磨試驗）
常規(guī)的試驗一般采取先小磨，后大磨試驗的程序。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，產(chǎn)品有效成分會在大磨中“揮發(fā)”出來參與水化反應(yīng)，因此在大磨氛圍中，更能夠充分全面的體現(xiàn)出產(chǎn)品效果。因此，決定直接在該公司水泥磨上進(jìn)行工業(yè)性試驗。
3. A型活性激發(fā)劑的試驗情況
2021年9月份，我們首先在新疆SC公司￠3.8米水泥磨（帶輥壓機）進(jìn)行了A劑產(chǎn)品的大磨試驗。試驗是在未加劑的水泥配比基礎(chǔ)上，加入萬分之五的A型激發(fā)劑，同時直接減少8%的熟料，增加8%煤矸石，試驗時間為6小時。同時做好了水泥入庫和出庫的管理工作。相關(guān)試驗數(shù)據(jù)見表-2、表-3、表-4。
表-2 A劑試驗水泥的物理性能
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水泥品種
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A劑摻量 (%)
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水泥配比 （%）
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比表面積
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凝結(jié)時間(min)
|
抗折強度（MPa）
|
抗壓強度（MPa）
|
|
熟料
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煤矸石
|
石膏
|
初凝
|
終凝
|
3d
|
28d
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
85
|
10
|
5
|
350
|
102
|
150
|
5.2
|
8.0
|
27.3
|
45.5
|
|
0.05
|
77
|
18
|
5
|
365
|
122
|
162
|
5.5
|
8.1
|
27.9
|
46.5
|
表-3 A劑對水泥水化熱的影響 表-4 A劑對臺時產(chǎn)量的影響
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水泥品種
|
A劑摻量%
|
水化熱值kj/kg
|
|
水泥品種
|
A劑摻量%
|
臺時產(chǎn)量
|
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
262
|
384
|
|
42.5
|
空白
|
98噸/時
|
|
0.05
|
270
|
393
|
0.05
|
110噸/時
|
試驗數(shù)據(jù)表明：使用A型激發(fā)劑時，水泥比表面積有所提高，凝結(jié)時間有所延長，水泥的水化熱值有所增加。磨機的臺時產(chǎn)量提高了12%以上。盡管減少了8個點的熟料配比，水泥的3天、28天抗折和抗壓強度均還有所提高。
4.B型活性激發(fā)劑的試驗情況
2021年11月份，我們又在SC公司進(jìn)行了B型劑的工業(yè)性試驗，其試驗方法與A劑相同。試驗結(jié)果見表-5、表-6、表-7。
表-5 B劑工業(yè)性試驗水泥的物理性能
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水泥品種
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B劑摻量 (%)
|
水泥配比 （%）
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比表面積㎡/kg
|
凝結(jié)時間(min)
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抗折強度（MPa）
|
抗壓強度（MPa）
|
|
熟料
|
煤矸石
|
石膏
|
初凝
|
終凝
|
3d
|
28d
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
84
|
11.5
|
5.5
|
348
|
106
|
157
|
5.1
|
8.1
|
25.9
|
46.1
|
|
0.05
|
75
|
19.5
|
5.5
|
351
|
120
|
157
|
5.3
|
8.2
|
26.2
|
48.1
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表-6 B劑對水泥水化熱的影響 表-7 B劑對臺時產(chǎn)量的影響
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水泥品 種
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A劑摻量%
|
水化熱值kj/kg
|
|
水泥品 種
|
A劑摻量%
|
臺時產(chǎn)量
|
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
267
|
387
|
|
42.5
|
空白
|
98噸/時
|
|
0.05
|
272
|
396
|
0.05
|
113噸/時
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試驗數(shù)據(jù)表明：使用B型激發(fā)劑與A型激發(fā)劑相比，其水泥比表面積、凝結(jié)時間、水化熱變化不大。磨機的臺時產(chǎn)量提高15%以上。盡管減少了9個點的熟料配比，但28天抗壓強度還提高了2個MP。說明B劑比A劑的效果更加理想，它對煤矸石、粉煤灰等非活性混合材有著更好的適應(yīng)性，證明B劑中的多元活化酶在水泥粉磨中所起的作用更大。
四、結(jié)論
1、B型激發(fā)劑對煤矸石、粉煤灰類等非活性混合材有很好的激發(fā)性，對水泥助磨效果和增強作用更加顯著。
2.、使用B型激發(fā)劑，能夠在水泥配比中將大幅度減少熟料用量，增加煤矸石或者其他類似非活性混合材摻量，在保證水泥質(zhì)量的前提下，大幅度的降低水泥生產(chǎn)成本，這是傳統(tǒng)助磨劑無法到達(dá)的效果。
3.、如果能采取有效措施，進(jìn)一步降低入磨煤矸石的水分和減小入磨水泥熟料的粒度，將更能發(fā)揮出活性激發(fā)劑的助磨和增強效果，有望降低水泥配比中10—12%的熟料消耗。
4、 B型非活性混合材激發(fā)劑的成功研制，標(biāo)志著我國傳統(tǒng)水泥助磨劑產(chǎn)業(yè)，迎來技術(shù)升級、產(chǎn)品更新?lián)Q代的新時代。將為我國水泥企業(yè)充分利用豐富的煤矸石、粉煤灰、石灰石等非活性混合材資源，減少熟料使用量，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本開拓了廣泛地前景，具有較大的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會環(huán)保效益。
目前產(chǎn)品已經(jīng)在西藏GZ水泥公司和內(nèi)蒙古MX水泥公司等單位正常使用。