CN101921079B

CN101921079B - 一种水泥粉磨工艺

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Publication number: CN101921079B
Application number: CN2010103004383A
Authority: CN
Inventors: 蔡庆民; 张国富; 张钦桃; 蔡彦文
Original assignee: CHIFENG HUAYI CEMENT Co Ltd
Current assignee: CHIFENG HUAYI CEMENT Co Ltd
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: CN101921079A

Abstract

本发明公开了一种新的水泥粉磨工艺，按重量百分比，由水泥熟料35-40％、混合材45-50％、石膏3-5％及助磨物质0.03-0.05％，激发物质3-5％，外加剂0.5-1％等材料共同或分别粉磨而成；混合材中矿渣与粉煤灰或/和煤矸石的重量比为CK值，CK控制在1.4～1.9范围内。应用于水泥生产可以增产15％以上，水泥比表面及提高30m²/kg以上，可比产品三天强度提高3～5mpa，可比产品二十八天强度提高5～8mpa，节电15％以上，综合产品成本降低15元/吨水泥以上。

Description

一种水泥粉磨工艺

所属技术领域

本发明涉及水泥的一种生产方法，具体说是一种水泥的粉磨工艺。

背景技术

在水泥生产过程中，粉磨是一个非常重要的环节，也是一个极具挑战性的巨大耗能环节，占整个水泥生产电耗的2/3以上。以往，我国水泥企业普遍存在着立窑轻磨现象，在提高水泥的产量、质量，降低消耗上只重视窑的状况，忽视了粉磨系统的作用。实际上，水泥是由熟料、混合材、石膏及助磨剂等其他材料共同或分别粉磨而成的具有水硬性的微米级粉体。目前，我国大多数的水泥生产企业使用球磨机等粉磨水泥熟料，由于缺乏科技含量，其能量利用率极低，仅为1～3％，为了降低能耗，提高球磨机的工作效率，人们通常采用了三种主要技术措施：一是加强物料预处理；二是改善球磨机的内部结构，改进工艺流程和粉磨方式，以便更多的机械能通过粉磨介质作用于物料的破碎上，这需要增加大量的设备投资和动力消耗，虽然提高了粉磨物料细度，却会用时导致磨机产量的大幅度下降；三是在粉磨系统中加入少量的化学添加剂去强化物料粉磨，加快物料的粉磨速度，从而达到提高粉磨效率的目的。但是由于助磨剂(或添加剂)的作用单一，生产技术不够成熟，其效能利用率并不尽理想。

随着我国水泥质量检验标准与ISO标准的接轨，选用掺加适当的助磨物质，比较少的投入来提高水泥助磨剂的粉磨效率，并改善水泥的某些物理化学性质，已经引起业内人士的广泛关注。

赤峰华益水泥有限责任公司始建于上个世纪80年代，二十多年来，企业根据其发展的客观需要不断淘汰落后产能；引进、消化、吸收先进的粉磨工艺技术和装备，企业生产工艺和检测水平不断提高，现已形成年产120万吨通用水泥的现代化水泥粉磨生产线。近年来，企业结合当前国内外水泥工业粉磨技术的新的发展趋势，使企业能够高起点的走出一条“科技含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好”，即“节能降耗、绿色环保、优质高产的新型工业化道路”。企业提出用“三新模式”(新工艺、新技术、新材料)改造现有水泥粉磨工艺，以关键技术的研发来提升企业核心竞争力，自2007年初开始，企业就组织技术人员对制约企业生产的粉磨工艺环节进行了专业研究，经过市场调查，汇集相关信息，录用正交设计，相关性分析等科学手段，在上百次反复试验后，通过小试、中试和工业性生产实践、完善，最终自主研发出“多功能高效复合水泥助磨剂”以及相配套的应用技术制造出来的水泥产品经国家质检中心和内蒙古自治区产品质量监督检验所检验，各项指标均达到GB175-2007和JC/T667-2004标准要求。

据文献资料记载，我国研制开发的助磨剂多以乙醇胺类表面活性物质为原料，配以化工厂的下脚料制作而成。一般都有不同程度的助磨效果，但由于来源短缺，加之昂贵，质量不够稳定而受到水泥企业的质疑，且多数助磨剂生产厂家的产品功效较低，作用有限，加工产品品种单一，氯离子含量严重超标，使其在生产应用上有很大的局限性。现代混凝土在生产工艺中对水泥的颗粒分布情况、碱和氯离子的含量、石膏品种及状态、熟料矿物质组成等问题十分敏感，关乎其工作特性和耐久特性。

发明内容

通过表面活性物质的助磨机理，钠-钙-硫混合激发原理，强度优势互补性原理三种技能的交叉融合，用高效表面活性物质强力助磨，钠-钙-硫激发和硫酸盐激发，强度优势互补使强度最大化，从而达到提高粉磨效率，降低粉磨电耗，提高水泥的物理化学性能，降低熟料掺加量，降低水泥生产成本，满足GB175-2007和JC/T667-2004要求，提高企业经济效益的目的。

本发明提供一种新的水泥粉磨工艺，按重量百分比，由水泥熟料35-40％、混合材45-50％、石膏3-5％及助磨物质0.03-0.05％，激发物质3-5％，外加剂0.5-1％等材料共同或分别粉磨而成；混合材中矿渣与粉煤灰或/和煤矸石的重量比为CK值，CK控制在1.4～1.9范围内.

助磨物质为下列物质中的一种、多种或全部：二乙二醇、二乙醇胺、丙二醇、六偏磷酸钠、乙酸钠、冰乙酸。

激发物质为下列物质中的一种、多种或全部：硫酸钙、六明粉、硅酸钙、亚硫酸钙、硼砂、有机硅、氢氟酸。

外加剂包括早强剂、减水剂、发泡剂。

本发明的优点是：

(一)增产15％以上

(二)水泥比表面及提高30m²/kg以上

(三)可比产品三天强度提高3～5mpa

(四)可比产品二十八天强度提高5～8mpa

(五)节电15％以上

(六)综合产品成本降低15元/吨水泥以上

研究内容

(1)通过各种途径，选择多种高分子化合物进行合成反应，制备出高效表面活性物质，以此作为“多功能高效复合水泥助磨剂”的助磨组分，再依据表面活性物质的分散、吸附性能，有针对性地选择一种或几种进行单项或复配比对试验，从中优选出较好的几种基本配制方案。

(2)激发剂的选择与配方的确定

依据碱激发和硫酸盐激发理论，有选择性的寻求有机或无机的含钠-钙-硫物质作为母料，并将少量早强剂、减水剂、发泡剂等按不同质量分数与母料进行复配，同时有针对性地进行试验磨试验，再按不同的磨机规格、型号、结构，不同熟料成分质量、不同混合材种类、不同产品等级要求等进行试验，随时调整比例，从中优选出适应性强的几种较好的配制方案。

(3)CK值选择

依据强度优势互补理论，在一定的碱环境下，将煤矸石、粉煤灰、矿渣按合适的比例进行优化，按强度增长最大化原则，确定最佳CK值数学操作模型，找出多因素变化时的可控CK值模型。

(4)三种技术复合形成关键技术研究体系

将高效表面活性物质优化方案，激发优化方案，超叠CK值优化模型方案，三者巧妙交叉融合，即将诸再进行正交设计，相关分析，找出不同工艺状态下的复合操作方案，应用于生产实践，形成系列化“多功能高效复合水泥助磨剂关键技术”。

工艺设计与应用

此关键技术的生产工艺分两段进行，一是将高分子化合物、钠-钙-硫物质、少量化学添加剂，分别制备、计量混合搅拌，加工成“多功能高效复合水泥助磨剂”，加工工艺流程见(工艺流程图)。二是在水泥粉磨过程将CK值数学模型技术与助磨剂巧妙结合，形成“多功能高效复合水泥助磨剂关键技术”。

研究方法与结果分析

研究方法

(1)所有关键技术均采用试验磨比对优选法

(2)研究注意事项

①加强对影响“多功能高效复合水泥助磨剂”应用效果的各因素进行跟踪分析，特别要研究分析高效助磨剂的各种性质与要求，研究分析粉磨设备的工艺条件和内部结构。

②完善“多功能高效复合水泥助磨剂”使用效果评价体系，要有全面、清晰的各种原始数据记录资料和先进实用的检测手段。比如对筛余值、比表面积值、颗粒尺寸分布值及分布状态、磨内糊球段情况、粉磨物料的流动性、节电、降低熟料数值、增产数值等进行准确测试与归纳总结。

③认真分析“多功能高效复合水泥助磨剂”对粉磨产品的物理和化学性能的影响，对产品力学强度好坏的影响，对混凝土性能的影响等，趋利避害，发挥有利因素，消除不利影响。

④对“多功能高效复合水泥助磨剂关键技术”的使用效果做出客观准确、实事求是的评价。

(3)所有研究都有计划、按步骤地实施

材料选择与配方确定

(1)高分子表面活性物质材料的功能验证与材料选择

1)验证方法

①方法与材料

在∮500×500mm标准试验磨中加入不同品种的表面活性剂，在相同的粉磨时间内，测定被粉磨物料的45um筛筛系，比表面积值确定表面活性剂对粉磨工况的影响。为便于比较，首先确定每一种表面活性物质的最佳掺量，所有比较均以20min粉磨时间的优化掺量值为基础。各表面活性剂的掺量在0.03％～0.1％范围，工作介质为干法回转窑熟料。

②单一材料助磨效果试验验证

本验证以干法回转窑熟料为工作介质，在试验磨中选择相同的装料量和不同的表面活性剂掺加比例。在同等条件下(装料量相同、粉磨时间相同)与不加活性剂的工作介质相比较求出变化率，将测定结果进行分析。为减少误差，此验证试验对相同的工作介质进行多次试验，所取得的数据进行平均处理。

---A剂

该活性物质具有很高的助磨效果，同时比表面积也稳定增长。

---B剂

该表面活性物质对比表面积的贡献较大，最终比表面积的增加几乎与筛余的减少一致，这与其他的活性剂是不同的。

---C剂

该活性物质与其他活性物质具有不同的作用规律，对于细度，早期的助磨效果并不明显，但后期效果良好，其最终的效率提高50％以上，而比表面积的贡献很低。

---D剂

该活性物质对解决高温条件下的助磨问题具有一定的帮助，早期具有明显的助磨效果，20min后效果开始下降。

2)高分子表面活性物质材料复配方案选择

从以上验证结果来看，进行优选复合，可得到功能较好的表面活性物质。

(2)激发物质功能验证与材料选择

1)验证方法

①方法和材料

在∮500×500mm标准试验磨中加入不同配合比的单一和复合的激发物质7种，单一和复合材料与不加激发剂的空白物料样品在相同的粉磨时间内(20min)，制备成各自样品，测定各样品需水量、安定性，样品的3d、28d力学强度，进行对比，考察钠-钙-硫混合激发物质对水泥物理、力学性能的影响。工作介质采用干法回转窑熟制，凌源矿渣、元宝山粉煤灰、平煤集团煤矸石、宁城磷石膏。

注：激发物质中掺入少量早强剂，减水剂等化学添加剂

②混合激发剂对水泥物理及化学性能的影响统计见下表：

2)结果分析

以上的验证试验结果看出：(X+Z)与(X+Y+Z)两种混合激发剂的效果较好，将X与Z组合为钠-钙-硫混合激发剂较为切实可行。

(3)超叠效应比例关系数学模型CK值的选择确定。

1)验证方法

①方法与材料

在∮500×500mm标准试验磨中，固定熟料掺量，固定〔矿渣+粉煤灰 (或煤矸石)〕的掺量；调整(或设定)矿渣与粉煤灰(或煤矸石)的质量比例。分别按矿∶粉＝CK＝1.1；1.2；1.3；1.4；1.5；1.6；1.7；1.8；1.9；2.0的比例，粉磨20min，制备成样品，做物理力学强度试验，本着强度增长最大化原则，优选出CK值范围，建立CK系数学操作模型。

②超叠效应CK值数学模型确定见下表

2)结果分析及选择

由上述验证试验结果可看出，CK值控制在1.4～1.9范围内，矿渣与粉煤灰(或煤矸石)具有较好的强的优势互补性能；尤其是CK值为1.5时，强度增长幅度最大，效果最好。

2、“多功能高效复合水泥助磨剂”综合功能验证。

(1)复混配制及优化

将(A+B+C)复合表面活性剂；(X+Z)钠-钙-硫混合激发剂；CK优化值；使用L₉(3⁴)正交设计表安排复合配置方案。依据磨机规格、型号、结构、熟料质量与性质、混合材种类等优化复合出四种多功能技术配方；即：XY-I关键技术，XY-II关键技术，XY-III关键技术，XY-IV关键技术。将四种关键技术产品与空白样品进行比对。优化出不同的关键技术对水泥粉磨产品物理力学性能的影响。XY-I、XY-II、XY-III、XY-IV掺量均为万分之四(0.04％)。

(2)复合技术与空白样品比对试验结果

1)配料方案

编号	熟料	矿渣	粉煤灰	石灰石等	磷石膏	助磨剂
								％	％	％	％	％	％
S10	41	30	20	5	4	0
							S11	41	30	20	5	4	XY-I
S12	41	30	20	5	4	XY-II
							S13	41	30	20	5	4	XY-III
S20	36	33	22	5	4	0
							S21	36	33	22	5	4	XY-I
S22	36	33	22	5	4	XY-II
							S23	36	33	22	5	4	XY-III

2)物理化学性能

3)粉磨水泥力学强度结果

(3)结论分析与讨论

以上验证可以看出，多功能高效复合水泥助磨剂与空白样品比对。45um 筛余比空白样品平均降低2％以上。比表面积比空白样品平均提高30m²/kg。三天抗压强度提高3～5mpa，二十八天抗压强度提高7～10mpa。生产P.C32.5水泥熟料掺加量可控制在42％以下。具备实际生产条件。

3、多功能高效复合水泥助磨剂关键技术的中试及工业化实际生产应用

(1)中间试验

根据以上研究成果，我们在本公司实验厂进行了中间试验，其试验结果如下：(∮2.2×7M圈流试验磨)。

(2)工业性生产试验及应用

根据中间试验的研究成果，在120万吨水泥粉磨生产线上进行了工业性生产实际应用，实际生产结果如下：

1)多功能高效复合水泥助磨剂使用前后磨耗对照表

使用项目	空白数据	使用数据	使用效果
				粉末系统功率(KW)	10600	10600	............
单机产能(t/h)	144.8	182.4	提高25.97％
				耗电量(kwh/t)	62.2	49.4	降低20.58％
磨机运转时间(h)	7200	7200	------
				总产量(万t)	104.26	131.32	27.04万t
总耗电量(万kwh)	6484.97	6487.2	比较节电1334.61

2)多功能高效复合水泥助磨剂使用前后物理力学性能对照表

项目内容	空白数据	使用数据	使用效果
				使用时间	07年8月以前	07年9月-08年12月	------
XY掺加量(％)	0	400g/t	------
				45um筛筛余(％)	平均6.2	平均3.9	降低2.3
比表面积(m²/kg)	平均449	平均480	增加31
				3d抗折(mpa)	平均3.1	平均4.3	提高1.2
28d抗折(mpa)	平均7.2	平均8.1	提高0.9
				3d抗压(mpa)	平均17.2	平均23.6	提高6.4
28d抗压(mpa)	平均38.7	平均44.8	提高6.1

(3)多功能高效复合水泥助磨剂研究与国内同类技术比较

1)产品功耗比对

2)物理力学性能对比

3)国内同类技术与多功能高效复合水泥助磨剂在水泥产品中所占成本比较

(4)小结

不论从中间试验还是工业型生产实验亦或是与国内同类技术相比较； “多功能高效复合水泥助磨剂研究与应用”，在技术上是成熟的，在功能上是优越的，它是成本最低，效果最好的应用技术。

结论与建议

该项目主要研究了两个方面的技术领域

(1)将高分子化合物采用特殊的合成方法制得含多种有效助磨物质的高效表面活性剂；将钠-钙-硫的碱激发和硫酸盐激发物质与少量早强剂、减水剂、发泡剂等复掺复配制成混合激发剂；再将高效表面活性剂与混合激发剂综合复配；研制成高效复合水泥助磨剂。

(2)将两种或两种以上适宜的混合材按比例搭配，利用混合材料性能上的差异，相互弥补各自的不足，建立数学模型，从而最大可能的发挥各自优势。并将其优势互补效应分为易磨性互补、需水性互补、强度性互补三个研究点，找出最佳配方。使产品的力学强度及物理性能更趋于理想化。

(3)再将两方面交叉融合，形成集助磨、激活、强度优势互补于一身的“多功能高效复合水泥助磨剂关键技术”；小试、中试、工业化生产实践和国内同类技术比较等，也充分说明了这一问题。

2、项目研究的主要发明和技术创新点

赤峰市西拉沐沦(集团)华益水泥有限公司研究的“多功能高效复合水泥助磨剂”，是一种以全新的技术构思和特殊的工艺，经过两年多的优化筛选、实验试验、工业化实验和生产性应用而生产出来的一种全新概念的水泥助磨剂。其研究的关键技术在于它将高分子化合物合成为高效表面活性剂物质的助磨分散原理、钠-钙-硫的碱激发和硫酸盐激发混合激发原理与起叠效应的强度优势互补原理有机的结合起来，从而达到提高磨机粉磨效率，改善粉磨产品的物理力学和化学性质，降低水泥生产成本的三重功效，并能够根据不同的需求，实现多组合、多功能的独特材料工艺配置组合。从根本上解决了水泥企业粉磨工艺落后的关键问题。为水泥粉磨企业实现节能降耗、绿色环保、优质高产提供了技术职撑。在国内和内蒙古自治区同类技术中属于创新性研究技术。

创新点一：“多功能高效复合水泥助磨剂研究与应用”首次将超叠效应原理引入到水泥助磨剂的研究、加工和应用之中，建立了科学的数学模型，摒弃了国内助磨剂研究的单一性，突出了助磨剂的助磨与激发的互补性。从而最大可能的发挥各自的优势，并将优势互补效应充分的体现在易磨性互补、需水性互补、强变性互补，是产品的物理力学及化学性能更趋理想化。

创新点二：“多功能高效复合水泥助磨剂”与助磨物质的固体粉碎过程中，能够充分发挥其表面活性剂的活性功效，很快的定向排到了固体颗粒的表面上，是固体颗粒的表面(或界面)张力明显降低，颗粒不易粘附、聚集、表面光滑易于滚动，还可自动渗透到颗粒微细裂缝中去，并向深处扩展，从而极大地提高研磨功效，有效的降低水泥生产成本。

创新点三：“多功能高效复合水泥助磨剂”能使助磨物质形成大量的钙矾石等高强元素，水泥产品水化后早强物质更多。而且，产品的低氯性满足了通用水泥国家标准的要求，环保程度较高。

创新点四：“多功能高效复合水泥助磨剂”具有多组合、多功能和巧妙配置的材料工艺组合的特点，可根据熟料质量及性能，混合材品种及性能，磨机规格及工艺及产品品种的不同要求，灵活调整技术方案，达到规定的要求。

3、应用前景

科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少，是所有水泥生产企业追求的目标，也是实现水泥工业“新型工业化”战略目标。“多功能高效复合水泥助磨剂”研究与应用为实现这一目标提供了技术上的支撑和实现的可能。“多功能高效复合水泥助磨剂”是以独特的化工工艺和巧妙的技术设计与配置而形成的集助磨、增产、改善性能、节能降耗、降低成本、符合环保为一体的功能、工艺型综合高科技产物。该科技产品的应用可有效增产20％以上，节电15％以上，PC32.5水泥熟料掺加量可降至40％以上。

赤峰华益水泥有限责任公司地属于赤峰市元宝山区，作为国家的煤电能源区，三种工业废渣(煤矸石、粉煤灰、矿渣)适应相当地环境的主要污染源，也是当地的主要环境问题。“多功能高效复合水泥助磨剂”的研究与应用为合理有效地解决环境问题提供了技术上的保证。煤矸石、粉煤灰、矿渣通过运用“多功能高效复合水泥助磨剂”活化可获得煤矸石其功能性复合材，粉煤灰其功能性复合材，复合型复合材，这些复合材中工业废渣的含量高达80％以上，每一种复合材在水泥中的掺加量均大于50％。经过两年多的生产性应用，大大提高了粉煤灰、煤矸石及其他工业废弃物的利用率，其活化填充料可取代水泥熟料60-80％，大量的节约了水泥熟料，其经济效益和环保效益非常可观。据统计，两年来我公司共生产PC32.5、PC42.5水泥230万吨，消化掉煤矸石、粉煤灰分别为40万吨和52万吨，降低企业生产成本3450万元，企业增效2950万元，为当地的节能减排做出了一定的贡献。

内蒙古自治区是一个煤电生产的大省区之一，其中煤矸石、粉煤灰排放量占有相当的比例，可利用的前景也是相当的广阔，因此“多功能高效复合水泥助磨剂”对消化这些工业废弃物将会发挥其巨大的作用，不仅可以获取丰厚的经济效益，而且还会获得环境保护的巨大社会效益，并将会大大推进水泥生产用原材料向零成本的发展进程，实现水泥工业对环境的零污染。由此可以看出：“多功能高效复合水泥助磨剂”应用前景十分广阔。

4、问题与建议

(1)问题

“多功能高效复合水泥助磨剂研究与应用”项目，在使用过程中比面积提幅不大的问题，调整表面活性剂合成温度后，得到解决。

附图说明

图1为多功能高效复合水泥助磨剂配料加工工艺流程框图；

图2单一材料A剂助磨效果曲线图；

图3单一材料B剂助磨效果曲线图；

图4单一材料C剂助磨效果曲线图；

图5单一材料D剂助磨效果曲线图。

具体实施方式

实施例1，水泥粉磨工艺，按重量百分比，由水泥熟料35％、混合材45％、石膏3％及助磨物质0.03％，激发物质3％，外加剂0.5％等材料共同或分别粉磨而成；混合材中矿渣与粉煤灰或/和煤矸石的重量比为CK值，CK控制在1.4范围内.

助磨物质为下列物质：二乙二醇、二乙醇胺、六偏磷酸钠按1∶1∶1重量比添加。

激发物质为下列物质：硫酸钙、六明粉、硅酸钙按1∶1∶0.5添加。

外加剂为无机盐类早强剂、木质素磺酸盐类减水剂。

实施例2，水泥粉磨工艺，按重量百分比，由水泥熟料40％、混合材45％、石膏5％及助磨物质0.05％，激发物质5％，外加剂1％等材料共同或分别粉磨而成；混合材中矿渣与粉煤灰或/和煤矸石的重量比为CK值，CK控制在1.9范围内.

总量0.05％的助磨物质为：二乙二醇25-30％、二乙醇胺15-25％、丙二醇10-20％、六偏磷酸钠5-15％、乙酸钠3-5％、冰乙酸1-5％。

总量5％的激发物质为：六明粉75-90.5％、硼砂5-10％、有机硅0-4％、氢氟酸0.5-4％。

总量1％的外加剂包括早强剂、减水剂、发泡剂。

Claims

1.一种水泥粉磨工艺，其特征是：按重量百分比，由水泥熟料40%、混合材50%、石膏3-5%及助磨物质0.03-0.05%，激发物质3-5%，外加剂0.5-1%材料共同或分别粉磨而成，上述组分重量百分比之和100%；混合材中矿渣与粉煤灰或/和煤矸石的重量比为CK值，CK控制在1.4～1.9范围内；

助磨物质为下列物质中的一种或多种：二乙二醇、二乙醇胺、丙二醇、六偏磷酸钠、乙酸钠、冰乙酸；

激发物质为下列物质中的一种或多种：硫酸钙、硅酸钙、亚硫酸钙、硼砂、有机硅、氢氟酸。