CN101708971A - 一种粉体复合水泥助磨剂及其制备方法 - Google Patents

一种粉体复合水泥助磨剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水泥外加剂，具体为一种粉体复合水泥助磨剂及其制备方法，解决现有水泥助磨剂导致水泥各组分之间的反应出现瓶颈效应及在提高水泥各方面性能的效果差等问题，由液体部分和粉体部分制成，液体部分由三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺、重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂等制成；粉体部分由明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉等制成。能够给水泥各组分之间的反应提供一个中间平台，使水泥中各成分相互产生复合协同、叠加效应，更有效地激发各组分的潜在活性，在粉磨过程中发挥各自的助磨效果，有效消除糊球和过粉磨现象，提高了水泥比表面积及水泥磨机的台时产量，水泥的抗折、抗压强度也大大提高。

Description

一种粉体复合水泥助磨剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥外加剂，具体为一种粉体复合水泥助磨剂及其制备方法。
背景技术
人口膨胀、资源短缺和环境恶化是当今人类社会面临的三大问题，走可持续发展的道路已成为全世界的共识和未来发展的战略目标。我国是一个水泥生产大国，其水泥生产量一直位居世界首位，但是长期以来我们大多数水泥企业还是采用立窑和湿法窑煅烧水泥熟料，这种方法所生产的水泥其能耗高，粉尘大，熟料掺量大，石灰石资源消耗大，废渣利用率低，所生产出来的水泥质量也不高，这种技术完全不适合当今国家节能环保政策的要求，必将走向落后而被淘汰的趋势。同时，随着我国基础工矿业的迅猛发展，工矿业固体排放物逐年增加，而由于其利用率低大多以堆存处置，给堆场周围带来了严重的环境污染。因此，寻求一种能够大大降低水泥中的熟料掺加量，从而减少能源的消耗以及CO2的排放，同时能够极大利用工业废渣的水泥技术越来越为当今水泥发展的需求。
水泥助磨剂可降低水泥生产成本，提高水泥生产效率，增加水泥产量，改进水泥性能和质量等，在世界各国已被广泛应用，我国是世界水泥生产大国，水泥助磨剂的研制发展很快，利用水泥助磨剂等水泥添加剂技术来提高水泥强度，提高水泥产量，降低水泥中熟料掺加量，激发水泥混合材的强度来提高水泥中混合材掺加量等，这种利用水泥添加剂来达到水泥节约熟料、降低能耗、利用废渣的水泥技术已屡见不鲜。但是现有所生产的助磨剂存在功能单一、价格昂贵，普适性差等问题。近几年，多配方、多性能、高效复合助磨剂的研究开发成为该领域的研究热点，由多种有机、无机材料复合而成的水泥助磨剂将多种有效成分配合在一起，在粉磨过程中发挥各自的助磨效果，但是这些水泥助磨剂大多主要依靠对水泥起化学激发的作用在一定程度上提高水泥强度，从而达到降低水泥熟料、提高混合材的目的，往往很容易导致水泥各矿物组分之间的反应出现瓶颈效应(这里指在水泥化学反应中由于化学激发的作用加快了水泥在开始时后的急剧反应而导致化学聚集和堵塞，导致后期无法充分反应使得水泥强度出现倒缩现象)，使水泥早期强度增长快而后期强度增长慢甚至倒缩的现象，在提高水泥各方面性能和质量方面效果较差，同时目前国家水泥标准规定水泥中的氯离子含量不能大于0.06％，且助磨剂的掺量必须小于水泥重量的0.5％，传统以氯化钠为主的粉体增强型助磨剂将停止使用。总之开发高性价比、增强效果好、助磨性能优良、对环境无害的复合助磨剂具有重大的市场应用前景。
发明内容
本发明为了解决现有水泥助磨剂易导致水泥各矿物组分之间的反应出现瓶颈效应而使水泥早期强度增长快而后期强度增长慢以及在提高水泥各方面性能和质量方面效果较差等问题，提供一种粉体复合水泥助磨剂及其制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种粉体复合水泥助磨剂，由按重量比的2～5％的液体部分和95～98％的粉体部分混合而成，其中液体部分由下列重量份数的原料制成，三乙醇胺为200～500公斤，椰油酸二乙醇酰胺100～300公斤，水300～600公斤，重铬酸钾20～30公斤，亚硝酸钠20～50公斤，六偏磷酸钠20～30公斤，SM奈系减水剂10～20公斤，木质磺酸钙10～30公斤，肥皂4～5公斤；其中粉体部分由下列重量份数的原料制成，明矾石粉100～300公斤，醋酸钠50～100公斤，七水硫酸亚铁100～300公斤，硫代硫酸钠50～150公斤，石灰石粉150～250公斤，粉煤灰150～300公斤，芒硝100～400公斤。上述原料均能从市场上购得。
制备上述粉体复合水泥助磨剂的方法，包括以下步骤：
(1)先将液体部分中的重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂、木质磺酸钙按比例融入水中，再将三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺按比例加入配好的溶液中，温度控制在30～50℃，恒温搅拌15～25分钟，同时在搅拌的过程中将肥皂切成小片加水并加热溶化后，一起加入配好的溶液中搅拌并配制成液体部分；(2)将上述粉体部分中的明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉、粉煤灰、芒硝按比例加入搅拌机中搅拌10～15分钟，配制成粉体部分；(3)在上述粉体部分搅拌过程中按比例加入步骤(1)中配制好的液体部分，搅拌均匀，即得到本发明所述的水泥助磨剂。上述过程中，在肥皂溶化时的加水量是本领域的普通技术人员很容易控制的，即将一定量的肥皂正好溶化即可。按照本发明所述的液体部分和粉体部分的混合比例，最终制得的复合水泥助磨剂的性状呈粉体状。
本发明经过大量试验及经验总结，优选上述包含无机材料和有机材料的多种原料并采用特定的制备方法制得本发明所述的粉体复合水泥助磨剂，这种助磨剂添加到水泥中，能够给水泥各矿物组分之间的反应提供一种中间平台的作用，使水泥中各成分之间相互产生复合协同、叠加的效应，更有效地激发各原料组分的潜在活性，从而得到充分的反应，在粉磨过程中发挥各自的助磨效果，很大程度上消除了水泥化学反应中的一种瓶颈效应，这种水泥助磨剂因而能大大增加水泥的强度，提高水泥产量，降低水泥细度。
为了进一步证明本发明所述助磨剂的使用效果，申请人还进行了以下对比实验：
实验一：在水泥质量相同的情况下，将由山东宏艺、襄樊统领生产的同类水泥助磨剂产品以及不掺助磨剂的水泥产品与掺入本发明所述助磨剂的水泥产品的对比情况列表如下：
  助磨剂   掺量   混合材   细度   3天   28天   磨机台产   氯离子
  空白   /   30％   3.1   13.6   36.5   18T/H   0.039％
  襄樊统领   0.5％   38％   2.8   12.9   34.9   18.5T/H   0.125％
  山东宏艺   0.5％   38％   2.5   13.1   35.9   18.5T/H   0.092％
  本助磨剂   0.5％   46％   1.5   12.9   35.2   20T/H   0.047％
从表中可以看出，掺入本发明助磨剂的水泥产品，与目前市场上同类水泥助磨剂产品相比，其抗压强度和助磨效果都非常明显，并能在保证水泥相同质量的情况下增加15％以上的混合材掺量，减少了熟料用量，降低了成本，此外氯离子含量较低，符合国家对于水泥助磨剂的标准。
实验二：本发明所述助磨剂在水泥中的应用：
1、按目前水泥厂生产PO42.5水泥工艺配制，熟料掺86％，矿渣为5％，炉渣为2％，粉煤灰3％，石膏为4％，水泥比表面积控制在360m2/Kg左右，细度＜2.0％，其水泥物理性能见下表编号中A；
2、按生产PO42.5水泥工艺配制，熟料掺加量为58％，矿渣为24％，炉渣为5％，粉煤灰为8％，石膏为5％，同时适当采取综合粉磨工艺，将以上58％的熟料，5％的石膏，0.5％本发明所述的助磨剂在同一磨内粉磨，比表面积控制在350m2/Kg左右，将以上24％的矿渣，5％的炉渣，8％的粉煤灰在另一磨内粉磨，比表面积控制在400～450m2/Kg左右，最后按以上综合配比用高效搅拌机搅拌均匀，最终得到所需要的成品水泥，综合细度＜1％，其性能见下表中B，
Figure G2009101752194D0000051
从试验结果可看出，当水泥的矿物组成、颗粒级配、细度等趋于一定合理的情况下，掺加0.5％本发明所述助磨剂可进一步使水泥中各成分之间相互产生复合协同、叠加的效应，可以在保证水泥质量基本相同情况下降低28％以上的熟料。
综上所述，本发明所述的助磨剂能够给水泥各矿物组分之间的反应提供一个中间平台，使水泥中各成分之间相互产生复合协同、叠加的效应，更有效地激发各原料组分的潜在活性，从而得到充分的反应，在粉磨过程中发挥各自的助磨效果，不仅能有效消除糊球和过粉磨现象，提高了水泥比表面积，而且大幅度提高水泥中混合材的掺加量，其混合材掺量甚至能提高到20～30％左右，大大降低了生产成本，同时在不降低熟料用量的情况下，掺入相当于0.5％水泥重量的本发明产品，能够提高水泥3天强度4～8MPa，提高水泥28天强度3～6MPa；使水泥的各项性能和质量方面有了很大的提高，同时提高水泥磨机的台时产量。
具体实施方式
实施例1：每份为1公斤
一种粉体复合水泥助磨剂，由按重量比的2％的液体部分和98％的粉体部分混合而成，其中液体部分由下列重量份数的原料制成，三乙醇胺为200公斤，椰油酸二乙醇酰胺100公斤，水300公斤，重铬酸钾20公斤，亚硝酸钠20公斤，六偏磷酸钠20公斤，SM奈系减水剂10公斤，木质磺酸钙10公斤，肥皂4公斤；其中粉体部分由下列重量份数的原料制成，明矾石粉100公斤，醋酸钠50公斤，七水硫酸亚铁100公斤，硫代硫酸钠50公斤，石灰石粉150公斤，粉煤灰150公斤，芒硝100公斤。制备方法包括以下步骤：(1)先将液体部分中的重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂、木质磺酸钙按比例融入水中，再将三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺按比例加入配好的溶液中，温度控制在30℃，恒温搅拌15分钟，同时在搅拌的过程中将肥皂切成小片加水并加热溶化后，一起加入配好的溶液中搅拌并配制成液体部分；(2)将上述粉体部分中的明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉、粉煤灰、芒硝按比例加入搅拌机中搅拌10分钟，配制成粉体部分；(3)在上述粉体部分搅拌过程中按比例加入步骤(1)中配制好的液体部分，搅拌均匀，即得到本发明所述的水泥助磨剂。
实施例2：每份为1公斤
一种粉体复合水泥助磨剂，由按重量比的5％的液体部分和95％的粉体部分混合而成，其中液体部分由下列重量份数的原料制成，三乙醇胺为500公斤，椰油酸二乙醇酰胺300公斤，水600公斤，重铬酸钾30公斤，亚硝酸钠50公斤，六偏磷酸钠30公斤，SM奈系减水剂20公斤，木质磺酸钙30公斤，肥皂5公斤；其中粉体部分由下列重量份数的原料制成，明矾石粉300公斤，醋酸钠100公斤，七水硫酸亚铁300公斤，硫代硫酸钠150公斤，石灰石粉250公斤，粉煤灰300公斤，芒硝400公斤。制备方法包括以下步骤：(1)先将液体部分中的重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂、木质磺酸钙按比例融入水中，再将三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺按比例加入配好的溶液中，温度控制在50℃，恒温搅拌25分钟，同时在搅拌的过程中将肥皂切成小片加水并加热溶化后，一起加入配好的溶液中搅拌并配制成液体部分；(2)将上述粉体部分中的明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉、粉煤灰、芒硝按比例加入搅拌机中搅拌15分钟，配制成粉体部分；(3)在上述粉体部分搅拌过程中按比例加入步骤(1)中配制好的液体部分，搅拌均匀，即得到本发明所述的水泥助磨剂。
实施例3：每份为1公斤
一种粉体复合水泥助磨剂，由按重量比的3％的液体部分和97％的粉体部分混合而成，其中液体部分由下列重量份数的原料制成，三乙醇胺为200公斤，椰油酸二乙醇酰胺300公斤，水300公斤，重铬酸钾25公斤，亚硝酸钠50公斤，六偏磷酸钠30公斤，SM奈系减水剂15公斤，木质磺酸钙20公斤，肥皂4公斤；其中粉体部分由下列重量份数的原料制成，明矾石粉150公斤，醋酸钠100公斤，七水硫酸亚铁100公斤，硫代硫酸钠100公斤，石灰石粉200公斤，粉煤灰150公斤，芒硝200公斤。制备方法包括以下步骤：(1)先将液体部分中的重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂、木质磺酸钙按比例融入水中，再将三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺按比例加入配好的溶液中，温度控制在30℃，恒温搅拌15分钟，同时在搅拌的过程中将肥皂切成小片加水并加热溶化后，一起加入配好的溶液中搅拌并配制成液体部分；(2)将上述粉体部分中的明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉、粉煤灰、芒硝按比例加入搅拌机中搅拌15分钟，配制成粉体部分；(3)在上述粉体部分搅拌过程中按比例加入步骤(1)中配制好的液体部分，搅拌均匀，即得到本发明所述的水泥助磨剂。
实施例4：每份为1公斤
一种粉体复合水泥助磨剂，由按重量比的4％的液体部分和96％的粉体部分混合而成，其中液体部分由下列重量份数的原料制成，三乙醇胺为350公斤，椰油酸二乙醇酰胺250公斤，水450公斤，重铬酸钾28公斤，亚硝酸钠40公斤，六偏磷酸钠25公斤，SM奈系减水剂15公斤，木质磺酸钙20公斤，肥皂4.5公斤；其中粉体部分由下列重量份数的原料制成，明矾石粉250公斤，醋酸钠80公斤，七水硫酸亚铁200公斤，硫代硫酸钠125公斤，石灰石粉200公斤，粉煤灰250公斤，芒硝300公斤。制备方法包括以下步骤：(1)先将液体部分中的重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂、木质磺酸钙按比例融入水中，再将三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺按比例加入配好的溶液中，温度控制在45℃，恒温搅拌20分钟，同时在搅拌的过程中将肥皂切成小片加水并加热溶化后，一起加入配好的溶液中搅拌并配制成液体部分；(2)将上述粉体部分中的明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉、粉煤灰、芒硝按比例加入搅拌机中搅拌12分钟，配制成粉体部分；(3)在上述粉体部分搅拌过程中按比例加入步骤(1)中配制好的液体部分，搅拌均匀，即得到本发明所述的水泥助磨剂。
实施例5：每份为1公斤
一种粉体复合水泥助磨剂，由按重量比的3％的液体部分和97％的粉体部分混合而成，其中液体部分由下列重量份数的原料制成，三乙醇胺为450公斤，椰油酸二乙醇酰胺200公斤，水500公斤，重铬酸钾22公斤，亚硝酸钠35公斤，六偏磷酸钠20公斤，SM奈系减水剂10公斤，木质磺酸钙15公斤，肥皂4公斤；其中粉体部分由下列重量份数的原料制成，明矾石粉200公斤，醋酸钠95公斤，七水硫酸亚铁150公斤，硫代硫酸钠100公斤，石灰石粉180公斤，粉煤灰220公斤，芒硝150公斤。制备方法包括以下步骤：(1)先将液体部分中的重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂、木质磺酸钙按比例融入水中，再将三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺按比例加入配好的溶液中，温度控制在32℃，恒温搅拌15分钟，同时在搅拌的过程中将肥皂切成小片加水并加热溶化后，一起加入配好的溶液中搅拌并配制成液体部分；(2)将上述粉体部分中的明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉、粉煤灰、芒硝按比例加入搅拌机中搅拌13分钟，配制成粉体部分；(3)在上述粉体部分搅拌过程中按比例加入步骤(1)中配制好的液体部分，搅拌均匀，即得到本发明所述的水泥助磨剂。

Claims (2)

1.一种粉体复合水泥助磨剂，其特征是由按重量比的2～5％的液体部分和95～98％的粉体部分混合而成，其中液体部分由下列重量份数的原料制成，三乙醇胺为200～500公斤，椰油酸二乙醇酰胺100～300公斤，水300～600公斤，重铬酸钾20～30公斤，亚硝酸钠20～50公斤，六偏磷酸钠20～30公斤，SM奈系减水剂10～20公斤，木质磺酸钙10～30公斤，肥皂4～5公斤；其中粉体部分由下列重量份数的原料制成，明矾石粉100～300公斤，醋酸钠50～100公斤，七水硫酸亚铁100～300公斤，硫代硫酸钠50～150公斤，石灰石粉150～250公斤，粉煤灰150～300公斤，芒硝100～400公斤。
2.制备如权利要求1所述的一种粉体复合水泥助磨剂的方法，其特征是包括以下步骤：
(1)先将液体部分中的重铬酸钾、亚硝酸钠、六偏磷酸钠、SM奈系减水剂、木质磺酸钙按比例融入水中，再将三乙醇胺、椰油酸二乙醇酰胺按比例加入配好的溶液中，温度控制在30～50℃，恒温搅拌15～25分钟，同时在搅拌的过程中将肥皂切成小片加水并加热溶化后，一起加入配好的溶液中搅拌并配制成液体部分；
(2)将上述粉体部分中的明矾石粉、醋酸钠、七水硫酸亚铁、硫代硫酸钠、石灰石粉、粉煤灰、芒硝按比例加入搅拌机中搅拌10～15分钟，配制成粉体部分；
(3)在上述粉体部分搅拌过程中按比例加入步骤(1)中配制好的液体部分，搅拌均匀，即得到本发明所述的水泥助磨剂。
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