CN104603081A - 水泥研磨助剂组合物 - Google Patents

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Abstract

一种用于改进水泥研磨效率的研磨助剂组合物。该研磨助剂组合物包括：烷醇胺化合物，其是伯烷醇胺化合物、仲烷醇胺化合物、或它们的混合物；及二醇。

Description

水泥研磨助剂组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年6月25日提交的临时申请序列号为2504/CHE/2012的优先权，所述临时申请以其全文通过引用并入本文。
技术领域
本发明总的涉及用于水泥制造的研磨助剂组合物。
背景技术
生产水泥通常是通过煅烧原料来生成烧结“熟料(clinker)”。然后将石膏与少量的熟料混合，并研磨该混合物至具有相对大表面积的细碎态以形成成品水泥。
熟料的研磨消耗大量能量及时间，因此工业上的常规实践是采用研磨助剂。通过提高研磨过程的效率，研磨助剂降低了研磨所需的能量和时间的量。降低的能量消耗可以显著改进水泥工厂的总的成本效率，例如通过降低该工厂的操作成本，增大水泥产量，和/或减小研磨给定量的水泥所需的研磨设备的尺寸。
由于许多原因，先前已知的研磨助剂存在缺陷，包括它们通常需要多种成分(＞4)，这些成分中的许多并不显著有助于研磨效率的改进。
本发明所解决的问题是提供一种水泥研磨助剂组合物，该水泥研磨助剂组合物在水泥研磨过程中提供改进的效率。
发明概述
我们已经发现可以通过以下方式来改进水泥研磨效率：在其中加入包含伯或仲烷醇胺及二醇化合物的研磨助剂组合物。有利的是，所述研磨助剂组合物最小化水泥颗粒的团聚以及它们对研磨介质(例如，在研磨机中使用的钢球)表面的附着，从而改善了研磨过程的能量和粉碎效率。
由此，在一个方面，本发明提供了一种用于水泥熟料研磨的研磨助剂组合物，所述组合物包括：烷醇胺化合物，其是伯烷醇胺化合物、仲烷醇胺化合物、或其混合物；及二醇。
在另一方面，本发明提供了一种水泥混合物，包括：水泥熟料、石膏、一种或多种填料、及如本文所述的研磨助剂组合物。
在又一方面，本发明提供了一种用于提高研磨效率和/或改进水泥比表面积的方法，该方法包括：共同研磨由水泥熟料、石膏、一种或多种填料及如本文所述的研磨助剂组合物组成的混合物。
具体实施方式
除非另有说明，数值范围，例如在“从2至10”所示，包含所定义范围的数值(例如2和10)。
除非另有说明，比例、百分比、份数等都是以重量计。
如上所述，在一个方面，本发明提供了一种用于水泥熟料研磨的研磨助剂组合物。该组合物有利地改进了水泥研磨过程的效率。可以采用例如印度标准局(Bureau of Indian Standards)的IS 4031(第2部分)：1999年(2004年重订)，″Methods of physical tests for hydraulic cement：Part 2-Determination of fineness byBlaine air permeability method(第二版)″来测量该效率。该测试比较了采用包含本发明的研磨助剂组合物的水泥混合物和不包含所述组合物的水泥混合物在相同的时间量下获得的颗粒细度。由此，正如通过实施例所证实的，在一些实施方案中，获得了至少约2％、或者至少约3％、或至少约4％的细度改进。在一些实施方案中，该改进约7.13％。
采用研磨助剂的益处也可通过研磨助剂组合物对产品性能的影响来衡量，例如当水泥用于建筑用混凝土时的抗压强度和/或相关性能。在一些实施方案中，采用本发明的组合物获得了至少33MPa、或者至少39MPa的28天抗压强度。采用印度标准局的IS 4031(第6部分)：1988年(2005年重订)，″Methods ofphysical tests for hydraulic cement：Part 6-Determination of compressive strength ofhydraulic cement other than masonry cement(第一版)″来测量该抗压强度。
通过采用水泥研磨助剂组合物的改进还可以通过与对照样品比较、在研磨过程中为了在水泥混合物中获得相当细度所降低的能量消耗来衡量。例如，在一些实施方案中，采用本发明在5kg规模的能量消耗可以是0.5kWh/批或更低，或者0.35kWh/批或更低。
本发明的研磨助剂组合物包括：烷醇胺化合物，其是伯烷醇胺化合物、仲烷醇胺化合物、或其混合物；及二醇。
合适的伯烷醇胺化合物包括：例如，包含C2-C8羟基烷基基团、优选C2-C4羟基烷基基团的胺化合物。在一些实施方案中，该伯烷醇胺化合物是单乙醇胺、单异丙醇胺、单丁醇胺(正、异或叔，其中优选单异丁醇胺)、或它们的混合物。优选的伯烷醇胺是单异丙醇胺(MIPA)。
合适的仲烷醇胺化合物包括：例如包含至少一个、优选两个(独立选择的)C2-C8羟基烷基基团的胺化合物。在一些实施方案中，该仲烷醇胺化合物是包含两个独立选择的C2-C4羟基烷基基团的胺。在一些实施方案中，该仲烷醇胺化合物是二乙醇胺、二异丙醇胺、二异丁醇胺或它们的混合物。优选的仲烷醇胺是二乙醇胺(DEA)。
在一些实施方案中，该研磨助剂组合物包含基于该研磨助剂组合物的总重量的至少40wt％、或者至少50wt％、或至少60wt％的烷醇胺(伯烷醇胺和仲烷醇胺二者)。在一些实施方案中，该研磨助剂组合物包含70wt％或更少的烷醇胺。
用于本发明的合适的二醇包括：例如，聚亚烷基二醇，例如如下结构式的化合物：HO-(CH2CH(R)-O)n-H，其中R是H或甲基，n是从1至10、优选从1至5的整数。在一些实施方案中，二醇化合物是单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、单丙二醇、二丙二醇、三丙二醇或它们的混合物。优选的二醇化合物包含单乙二醇(MEG)、丙二醇(PG)或它们的混合物。
在一些实施方案中，该研磨助剂组合物包含基于该研磨助剂组合物的总重量的至少25wt％、或者至少35wt％、或至少40wt％的二醇。在一些实施方案中，该研磨助剂组合物包含50wt％或更少的二醇。
在一些实施方案中，在该组合物中，所有烷醇胺与二醇的重量比例是从3∶1至1∶1。在优选的实施方案中，该重量比例是1∶1。
在优选的实施方案中，该研磨助剂组合物包含二乙醇胺和二醇化合物，该二醇化合物是单乙二醇、丙二醇或它们的混合物。在进一步优选的实施方案中，该研磨助剂组合物包含二乙醇胺和二醇化合物，该二醇化合物是单乙二醇、丙二醇或它们的混合物，且二乙醇胺和二醇的重量比例为从3∶1至1∶1，优选为1∶1。
在一些实施方案中，本发明的研磨助剂组合物可包含水作为其它添加剂。当存在水时，基于该研磨助剂组合物的总重量，水可以占大于0wt％，或者至少15wt％、或至少30wt％。在一些实施方案中，该研磨助剂组合物包含55wt％或更少的水。
本发明的研磨助剂组合物可掺入多种类型的水泥混合物中，包括水硬性水泥，例如波特兰水泥或Pozzolona波特兰水泥。一种依据本发明的水泥混合物包括：如上所述的研磨助剂组合物、水泥熟料、石膏和任选的一种或多种填料，例如粉煤灰、蔗渣灰、气相二氧化硅、石灰石、建筑碎料等。
在一些实施方式中，基于水泥混合物的总重量，在水泥混合物中的研磨助剂组合物(包括任选的组分，例如填料和水)的量是至少0.01wt％、或者至少0.05wt％。在一些实施方式中，在水泥混合物中的研磨助剂组合物的量是0.1wt％或更少。
本发明的一个优点是：其向水泥混合物提供了提高的水泥研磨效率，而无需其它更复杂或更昂贵的研磨助剂。由此，在一些实施方式中，该水泥混合物基本上不含一种或多种如下研磨助剂材料：叔烷醇胺、木质素、甘油类、羟胺(除了本发明所采纳的伯烷醇胺和仲烷醇胺外)、二胺、颗粒碳、木素磺酸，或脂族酸的盐。上述“基本上不含”是指以水泥混合物的总重量计，水泥混合物包含0.1wt％或更少、或者0.05wt％或更少、或0.01wt％或更少、或0％的每种组分。
该水泥熟料、石膏和任选的填料(例如粉煤灰)是本领域公知的水泥混合物的典型成分。例如，波特兰水泥熟料是水硬性材料，该水硬性材料包括通过在窑炉中煅烧石灰石和粘土所生产的硅酸钙和铝酸钙/铁铝酸钙。因此，该熟料可以包含，例如，钙、硅、铝和铁(III)的氧化物。在一些实施方案中，该水泥熟料包括氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化铝(Al2O3)、亚硫酸盐(SO3-)和游离石灰。在一些实施方案中，熟料中上述每种组分的量如下：61-67wt％的CaO、19-23wt％的SiO2、0-6wt％的Fe2O3、2.5-6wt％的Al2O3、0.5-4.5wt％的SO3-、及0.5-1.5wt％的游离石灰。可选地，这可以根据熟料中的矿物相组合物表示如下：55-65wt％的C3S(A-水泥石(alite)、硅酸三钙)，10-20wt％C2S(B-水泥石(belite)、硅酸二钙)，5-15wt％的C3A(铝酸三钙)，5-15wt％的C4AF(铁铝酸四钙)和0-10wt％的其它相(例如方镁石、石英)。
工业规模研磨通常包括将熟料和石膏的预筛分过的(粉碎)进料(粉煤灰的混合顺序可改变，预混合或后混合)进入具有由筛网分隔的多个内部部分的连续球磨机(分选)。该研磨助剂可以被喷入球磨机内部或通过连续供给回路刚好喷在球磨机前。该球磨机的出口流进入旋风分离器，在该旋风分离器处，回收符合规格的产品，并且可以将不符合规格的产品再循环到该磨机。可以基于出口流的性质来控制该进料/循环速率及停留时间。
本发明的一些实施方案将在以下实施例中详细描述。
实施例
在实验室级别的球磨机中，采用包含水泥熟料、石膏(相当于1.9-2.3％SO3含量)及粉煤灰(25％含量)以生产Pozzolona波特兰水泥(PPC)样品的进料，及研磨介质(钢球)，以6∶1的进料比率来进行研磨试验。在5kg总进料的研磨批量大小下，进行这些试验：(i)不含有任何添加剂(对照样品，无CGA)和(ii)具有基于以200ppm计量加入的烷醇胺-二醇-水混合物的不同制剂。根据印度标准局的IS 4031(第2部分)：1999年(2004年重订)，″Methods of physical tests forhydraulic cement：Part 2-Determination of fineness by Blaine air permeability method(第二版)″分析该PPC产品样品的比表面积。
首先建立在对照样品中获得3500cm2/g(Blaine值)的产品细度所需的研磨时间(52分钟)，并且对于具有不同制剂的研磨试验进行相同时间。分析所获得的产品样品的Blaine细度，并且评价所述制剂的研磨效率相对于对照样品的改进。
下表显示了所评价的一些代表性制剂实施例的组成和研磨性能：
上述制剂显示出与这些组分中只含烷醇胺以及只含二醇类型的混合物相比较的改进的性能，如下所示：
此外，在这些试验中，三乙醇胺(TEA)和三异丙醇胺(TIPA)(其是两种在现有技术中最广泛报道的作为水泥研磨助剂的化学品)的混合制剂(27∶73)给出了3625cm2/g的Blaine值(相对于对照样品的改进为3.01％)，即，在这些试验中评价的所有新的烷醇胺-二醇混合制剂都提供了比参比制剂更好的性能。

Claims (14)

1.一种用于水泥熟料研磨的研磨助剂组合物，所述组合物包括：烷醇胺化合物，其是伯烷醇胺化合物、仲烷醇胺化合物、或它们的混合物；及二醇。
2.如权利要求1所述的研磨助剂组合物，其中所述伯烷醇胺化合物包括一个C2-C8羟基烷基基团。
3.如权利要求1-2任一项所述的研磨助剂组合物，其中所述伯烷醇胺化合物选自单乙醇胺、单异丙醇胺、单丁醇胺、或它们的混合物。
4.如权利要求1-3任一项所述的研磨助剂组合物，其中所述仲烷醇胺化合物包括至少一个C2-C8羟基烷基基团。
5.如权利要求1-4任一项所述的研磨助剂组合物，其中所述仲烷醇胺化合物选自二乙醇胺、二异丙醇胺、二异丁醇胺或它们的混合物。
6.如权利要求1-5任一项所述的研磨助剂组合物，其中所述二醇包括聚亚烷基二醇，例如单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、单丙二醇、二丙二醇、三丙二醇或它们的混合物。
7.如权利要求1-6任一项所述的研磨助剂组合物，其进一步包括水。
8.如权利要求1-7任一项所述的研磨助剂组合物，其包括：基于所述研磨助剂组合物的总重量，每种以重量计为40％-70％的烷醇胺化合物、25％-50％的二醇、0％-55％的水。
9.一种水泥混合物，其包括：水泥熟料、石膏和如权利要求1-8任一项所述的研磨助剂组合物。
10.如权利要求9所述的水泥混合物，其包括：基于该水泥混合物的总重量，每种以重量计为60％-90％的所述水泥熟料、3.0％-10.0％的所述石膏、0％-36％的一种或多种填料，和0.01％-0.1％的所述研磨助剂组合物。
11.如权利要求9-10任一项所述的水泥混合物，其中所述水泥熟料包括61-67wt％的CaO、19-23wt％的SiO2、0-6wt％的Fe2O3、2.5-6wt％的Al2O3、0.5-4.5wt％的SO3-、及0.5-1.5wt％的游离石灰。
12.如权利要求9-10任一项所述的水泥混合物，其中所述水泥熟料包括：55-65wt％的C3S(A-水泥石、硅酸三钙)，10-20wt％的C2S(B-水泥石、硅酸二钙)，5-15wt％的C3A(铝酸三钙)，5-15wt％的C4AF(铁铝酸四钙)和0-10wt％的其它相。
13.如权利要求9-12任一项所述的水泥混合物，其具有至少33MPa的28天抗压强度。
14.一种用于提高研磨效率和改进水泥比表面积的方法，该方法包括：共同研磨水泥熟料、石膏、一种或多种填料、及如权利要求1-8任一项所述的研磨助剂组合物的混合物。
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