CN103693886A - 一种矿渣复合活化助磨剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥生产加工技术领域，提供了一种矿渣复合活化助磨剂及其制备方法，该助磨剂的组份和质量配比为：水玻璃5-10％，碳酸钠5-10％，松香酸钠3-8％，甜菜碱母液12-20％，非离子表面活性剂7-12％，糖蜜2-10％，水溶性聚合物5-10％和余量的水。制备方法为，按照上述质量比，依次将水玻璃、碳酸钠、甜菜碱母液和非离子表面活性剂加入40-65℃的水中，搅拌均匀；然后再加入松香酸钠、糖蜜和水溶性聚合物，搅拌均匀，即得液体状矿渣复合活化助磨剂产品。本发明既降低了生产成本又减少了对环境的危害，且应用性能稳定，在矿渣活化助磨和水泥物理性能改善提高方面都有显著的效果。
Description
技术领域
本发明属于水泥生产加工技术领域，涉及一种用于粉磨矿渣微粉的助磨剂，具体涉及一种同时具有催化活化与助磨作用的矿渣复合活化助磨剂及其制备方法。
背景技术
矿渣是在高炉炼铁过程产生的一种工业废渣，是以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，粉磨后可以用作水泥混合材料或者混凝土掺合料。具体为，矿渣经过粉磨激活后，可等量代替熟料，用作为水泥活性混合材料，提高水泥的综合性能；应用到混凝土中可替代水泥，提高混凝土的综合性能。
矿渣是结晶相和玻璃相的聚合体，前者是惰性组分，后者是活性组分，故玻璃相的成分越多，矿渣的活性就越大，应用到水泥中对水泥性能的提高就越明显。矿渣的活性不但取决于矿渣中玻璃体的含量，还取决于矿渣玻璃体的结构。玻璃体是由连续的富钙相和非连续的富硅相组成，其中富钙相占多数，富硅相分散于富钙相中，富钙相具有较高的热力学不稳定性，是矿渣活性的主要来源之一。
在传统的矿渣粉磨过程中，存在矿渣易磨性差、能耗大、产率低等缺陷。并且由于水分子的弱作用不足以克服富钙相分解活化能，富钙相在水中能够保持其结构的稳定，故矿渣玻璃体在水中近乎是惰性的，造成矿渣活性不能充分激发的问题。这又导致以矿渣为混合材料的水泥往往早期强度较低、凝结时间长，而且在混凝土施工中常常会产生泌水现象影响混凝土性能，从而使矿渣在水泥中的掺入量受到限制，因此造成大量的工业废渣不能得到有效利用。因此，如何提高矿渣的粉磨效率和活性激发，已成为人们所关注的课题，并对我国水泥工业的节能减排及可持续发展具有重大的现实意义。
发明内容
为了解决上述矿渣粉磨生产过程存在的粉末效率低和活性激发不足的问题，本发明提供了一种矿渣复合活化助磨剂及其制备方法，以甜菜碱母液、水溶性聚合物及其它组分作为原料，有效提高了矿渣的粉磨效率和活性，从而提高了矿渣微粉在水泥工业中的应用性能并实现节能降耗的效果。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：
一种矿渣复合活化助磨剂，该助磨剂的组份和质量配比为：水玻璃5-10％，碳酸钠5-10％，松香酸钠3-8％，甜菜碱母液12-20％，非离子表面活性剂7-12％，糖蜜2-10％，水溶性聚合物5-10％和余量的水。
其制备方法：按照上述质量配比，依次将水玻璃、碳酸钠、甜菜碱母液和非离子表面活性剂加入40-65℃的水中，搅拌均匀；然后再加入松香酸钠、糖蜜和水溶性聚合物，搅拌均匀，即得液体状矿渣复合活化助磨剂产品。
所述水玻璃与碳酸钠为复合矿渣活化激发剂，其中水玻璃可使矿渣获得较高胶凝性，使矿渣结构中有害孔的总体积减少，无害孔的总体积增加，对矿渣的活性激发起活化作用；碳酸钠中的C03 2-可加速矿渣中具有潜在活性的硅氧四面体网络结构的解体，有助于矿渣潜在活性的激发及充分释放。
所述甜菜碱母液为化学合成法制备甜菜碱工艺中经分离提纯甜菜碱后的反应液，其中甜菜碱含量约占50％，氯化钠含量约占8.85％。甜菜碱母液的加入量为体系总质量的12-20％。甜菜碱是一种两性表面活性剂，吸附在矿渣表面可降低其表面活化能，有利于矿渣的粉磨与活性激发。
所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯辛基酚醚，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇和失水山梨醇单硬脂酸酯的一种或者多种的任意比例混合物。非离子表面活性剂有助于降低矿渣的表面张力，对矿渣的粉磨起到助磨增强的作用，加入量为体系总质量的7-12％。
所述水溶性聚合物为异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酰胺与甲基丙烯磺酸钠或者甲基丙烯酸聚乙二醇酯的一种或者两种的任意比例混合物作聚合单体，以过硫酸钾作引发剂，90-95℃下溶液聚合的产物。
所述水溶性聚合物的制备中，以质量比计，异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)的用量为9-15％，丙烯酰胺的用量为5-8％，甲基丙烯磺酸钠或者甲基丙烯酸聚乙二醇酯或者甲基丙烯磺酸钠和甲基丙烯酸聚乙二醇酯的混合物的用量为10-18％，过硫酸钾的用量为1-1.5％，余量为水，反应温度为90-95℃。
所述水溶性聚合物为高分子水溶性表面活性剂，耐高温，溶解性好，且聚合物中带有的醚键、氨基和磺酸基使其具有良好的表面活性作用，可扩大矿渣复合活化助磨剂的使用范围并增强其活化助磨作用，加入量为体系总质量的5-10％。
通过水玻璃、碳酸钠、甜菜碱母液、水溶性聚合物、非离子表面活性剂的协同作用，增强了矿渣表面激发效果，激发了矿渣的表面活性，提高了矿渣的粉磨效率。
本发明矿渣复合活化助磨剂的原料-糖蜜、甜菜碱母液分别为制糖和化学合成法制备甜菜碱的废料，既降低了生产成本又实现了工业废物再利用，避免了对环境的污染，也提高了水泥的性能。
本发明产品的有效掺量低，一般可控制在0.1％以内，应用性能稳定，并且在矿渣活化助磨和水泥物理性能改善提高方面都有显著的效果。经试验验证，掺加0.03％该发明活化助磨剂的矿渣粉相对空白矿渣微粉，比表面积增大23.8％，台时产量提高31.2％，7d活性指数提高16.3％，28d活性指数提高17.0％。掺加该活化矿渣微粉的水泥，3d抗压强度增大3-5.5MPa，28d抗压强度增大4.5-6MPa，45μm筛余减少18.7％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细、清楚、完整的说明，以说明本发明完全符合专利法要求的新颖性、创造性和实用性。应当注意，实施例描述的只是本发明的一部分实施方式，不能用于限制本发明的保护范围。
实例1
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃5％，碳酸钠5％，松香酸钠5％，甜菜碱母液20％，聚乙二醇12％，糖蜜2％，水溶性聚合物10％和余量的水。
实例2
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃8％，碳酸钠8％，松香酸钠3％，甜菜碱母液18％，聚氧乙烯辛基酚醚12％，糖蜜2％，水溶性聚合物8％和余量的水。
实例3
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃10％，碳酸钠10％，松香酸钠7％，甜菜碱母液12％，失水山梨醇单硬脂酸酯7％，糖蜜2％，水溶性聚合物8％和余量的水。
实例4
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃10％，碳酸钠8％，松香酸钠6％，甜菜碱母液15％，聚乙烯吡咯烷酮12％，糖蜜5％，水溶性聚合物6％和余量的水。
实例5
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃7％，碳酸钠10％，松香酸钠8％，甜菜碱母液18％，聚乙二醇7％，糖蜜3％，水溶性聚合物10％和余量的水。
实例6
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃10％，碳酸钠10％，松香酸钠5％，甜菜碱母液20％，聚氧乙烯辛基酚醚7％，糖蜜8％，水溶性聚合物5％和余量的水。
实施例7
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃5％，碳酸钠5％，松香酸钠3％，甜菜碱母液12％，聚乙烯吡咯烷酮7％，糖蜜10％，水溶性聚合物5％和余量的水。
实施例8
矿渣复合活化助磨剂的组分和质量配比为水玻璃10％，碳酸钠7％，松香酸钠3％，甜菜碱母液15％，失水山梨醇单硬脂酸酯12％，糖蜜10％，水溶性聚合物10％和余量的水。
上述实施例的实施效果如下所述：
实施效果检验选用济钢产矿渣(K≥1.4)和符合GB/T175规定的强度等级为PO42.5普通硅酸盐水泥，采用Φ500mm×500mm试验磨，每磨加入矿渣5kg，实施例助磨剂的掺量为矿渣质量的0.03％，粉磨60分钟，粉磨后与PO42.5普通硅酸盐水泥按质量配比1∶1搅拌均匀。测定助磨剂对矿渣粉磨效果和矿渣水泥物理性能的影响，结果见表1、表2。
本发明涉及的国家标准如下：
活化矿渣粉的比表面积的测定执行GB／T8074《水泥比表面积测定方法》，活化矿渣粉的活性指数及流动比的测定执行GB／T18046《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，水泥胶沙强度的测定执行GB／T17671《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，水泥细度测定方法执行GB／T1345《水泥细度检验方法》，水泥凝结时间的测定执行GB／T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。
表1助磨剂对矿渣粉磨效果的影响
表2助磨剂对矿渣水泥物理性能的影响
上述实施例及实验效果表面，本发明提供的矿渣活化助磨剂对矿渣具有明显的活化助磨效果，对水泥性能也具有明显的增强效果。掺加0.03％该发明活化助磨剂的矿渣粉相对空白矿渣微粉，比表面积增大23.8％，台时产量提高31.2％，7d活性指数提高16.3％，28d活性指数提高17.0％。掺该活化矿渣微粉的水泥相对掺空白矿渣粉的水泥，3d抗压强度增大3-5.5MPa，28d抗压强度增大4.5-6MPa，45μm筛余减少18.7％。掺加本发明产品水泥的凝结时间均符合GB175-2007规定。
综上，本发明提供的矿渣复合活化助磨剂的应用性能稳定，在矿渣活化助磨和水泥物理性能改善提高方面都有显著的效果。
Claims (9)
1.一种矿渣复合活化助磨剂，其特征在于，所述助磨剂的组份和质量配比为：水玻璃5-10％，碳酸钠5-10％，松香酸钠3-8％，甜菜碱母液12-20％，非离子表面活性剂7-12％，糖蜜2-10％，水溶性聚合物5-10％和余量的水。
2.根据权利要求1所述的矿渣复合活化助磨剂，其特征在于，所述甜菜碱母液为化学合成法制备甜菜碱工艺中经分离提纯甜菜碱后的反应液。
3.根据权利要求1所述的矿渣复合活化助磨剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯辛基酚醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或者失水山梨醇单硬脂酸酯的一种。
4.根据权利要求1所述的矿渣复合活化助磨剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯辛基酚醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和失水山梨醇单硬脂酸酯中至少两种的任意比例混合物。
5.根据权利要求1所述的矿渣复合活化助磨剂，其特征在于，所述水溶性聚合物为异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酰胺与甲基丙烯磺酸钠或者甲基丙烯酸聚乙二醇酯的一种作聚合单体，以过硫酸钾作引发剂，90-95℃下溶液聚合的产物。
6.根据权利要求1所述的矿渣复合活化助磨剂，其特征在于，所述水溶性聚合物为异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酰胺与甲基丙烯磺酸钠和甲基丙烯酸聚乙二醇酯的任意比例混合物作聚合单体，以过硫酸钾作引发剂，90-95℃下溶液聚合的产物。
7.根据权利要求5或者6所述的矿渣复合活化助磨剂，其特征在于，所述水溶性聚合物的制备中，以质量比计，异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)的用量为9-15％，丙烯酰胺的用量为5-8％，甲基丙烯磺酸钠或者甲基丙烯酸聚乙二醇酯或者甲基丙烯磺酸钠和甲基丙烯酸聚乙二醇酯的混合物的用量为10-18％，过硫酸钾的用量为1-1.5％，余量为水，反应温度为90-95℃。
8.根据权利要求1-6任一项所述的矿渣复合活化助磨剂的制备方法，其特征在于，按照所述的质量配比，依次将水玻璃、碳酸钠、甜菜碱母液和非离子表面活性剂加入40-65℃的水中，搅拌均匀；然后再加入松香酸钠、糖蜜和水溶性聚合物，搅拌均匀，即得液体状矿渣复合活化助磨剂产品。
9.根据权利要求1所述的矿渣复合活化助磨剂的应用，其特征在于，所述助磨剂在矿渣中的掺量不大于矿渣质量的0.1％。
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