CN105753359A - 用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，原料各组分质量百分含量为：改性聚合多元醇20%～30%，改性二乙醇单异丙醇胺5%～15%，糖蜜10%～20%，硫氰酸钠5%～10%，偏铝酸钠5%～10%，氟硅酸钠5%～10%，余量为水。本发明提供的助磨剂解决了由水渣、生石灰、水玻璃等组成的混合材料在粉磨过程中易糊球、难磨细的问题，能显著改善胶凝材料流动性，提高球磨机的研磨效率，提高磨机的台时产量，可以显著提高胶凝材料的早期强度，并适当提高后期强度。
Description
技术领域
本发明属于属粉体制备技术领域，具体涉及一种助磨剂，尤其是涉及一种以水渣、生石灰等混合料粉磨制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂。
背景技术
随着现代科技和工业生产的高速发展，矿产需求量迅速增加，金属矿产资源的开发利用引发的地表破坏和尾砂排放，带来资源、环境和安全等诸多问题。通过利用全尾砂对采空区进行有效充填，可以从根本上解决矿产资源开采带来的环境和安全问题，同时还能充分地回收矿产资源，对促进采矿工业与资源、环境、安全和经济的协调发展有着重要的意义。但是全尾矿中细粒级颗粒含量高，含泥量高，传统的胶凝材料水泥已经无法满足胶结充填的需要，存在充填成本高、抗压强度低的问题，严重影响了全尾矿充填技术的推广和应用。为解决上述问题，经研究发现碱激活矿渣微粉具有独特的性能，作为矿山充填、干堆用的胶凝材料可以满足各种技术和经济要求。碱激活矿渣微粉的生产主要是将矿渣与生石灰、水玻璃等一些碱性物质按一定比例混合后进行粉磨，即得相应产品，其生产过程与水泥相似。
胶凝材料在细磨过程中，颗粒逐步细化，比表面积增大，其表面因断键而产生电荷，粒子相互吸附并出现团聚，使粉碎效率下降，同时，由于胶凝材料含多种化学原料以及控制成本的原因，水分与粒径难以控制，各种物料的易磨性不同，特别是水分对胶凝材料生产有严重影响，含水物料的韧性比干物料的大，不易粉磨，细粉易粘附在衬板表面，形成“缓冲垫”，降低球磨机的粉磨能力。含水细粉还易堵隔仓板篦缝，阻碍物料通过，导致球磨机产量下降，甚至引起饱磨。助磨剂是一种提高磨机粉磨效率、改善胶凝性能的化学外加剂，它吸附在物料颗粒表面和裂纹上，由于具有极性分子结构特征，它所提供的外来离子一方面中和了物料在粉磨过程摩擦产生的静电，减小了微粒聚集的能力，使物料颗粒与粉磨介质分离，减少或防止了粘球、糊磨现象，另一方面，助磨剂在物料粉磨过程中起平衡颗粒表面过剩价键的作用，使表面能降低，消除或减弱裂纹重新愈合、颗粒再次聚集的趋势。
目前市场上胶凝材料的助磨剂产品主要是针对水泥、矿渣微粉和钢渣微粉，专门针对此类胶凝材料生产的助磨剂还未见到使用和报道。中国专利申请201410435076.7公布了一种高效水泥液体助磨剂，是用自来水、硫酸钠、无水醋酸钠、三乙醇胺、乙二醇、磺化三聚氰胺树脂、糖蜜、甲酸钙进行配料制造液体助磨剂，该助磨剂在添加到水泥粉磨工艺使用时，能够提高粉磨效率，但用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料时效果不明显。
助磨剂吸附于胶凝材料颗粒表面，吸附的化合物改变颗粒的表面特性，其对颗粒有以下四种作用：一是作为表面活性剂吸附在颗粒表面,屏蔽因为价键断裂而产生的静电荷，从而防止团聚的发生，在这种情况下使用极性化合物作为助磨剂最为合适；二是通过润湿和吸附作用使固体颗粒表面硬度降低，利于颗粒的进一步破碎；三是在球磨机里，粉磨速度与料和球之间相互作用的频率及效率成正比，助磨剂的加入使物料的流动性增加，从而增加料球之间相互作用的频率，提高了粉磨速度；四在机械粉磨过程中添加助磨剂有利于颗粒的粉碎,降低矿物质聚合度，提高其活性，增加比表面积，其中对胶凝材料强度贡献主要来自于助磨剂对颗粒产生的形态优化效应，另一方面也不可忽略助磨剂化学激发对水泥强度发展的作用。本发明正是基于以上原理的分析，针对胶凝材料粉磨生产过程中存在的问题，研发一种高效、复合型胶凝材料助磨剂，解决胶凝材料粉磨生产过程中存在的包球、糊磨等问题。
发明内容
本发明的目的就是针对由水渣、生石灰、水玻璃等组成的混合材料在粉磨过程中易糊球、难磨细的问题，而提供一种用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，能显著改善胶凝材料流动性，提高球磨机的研磨效率，提高磨机的台时产量，可以显著提高胶凝材料的早期强度，并适当提高后期强度。
为实现本发明的上述目的，本发明用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂采用以下技术方案：
本发明用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂是由以下组分、配比混合制备而成，原料各组分按质量百分含量配比如下：
（1）改性聚合多元醇20%～30%
（2）改性二乙醇单异丙醇胺5%～15%
（3）糖蜜10%～20%
（4）硫氰酸钠5%～10%
（5）偏铝酸钠5%～10%
（6）氟硅酸钠5%～10%
（7）余量为水。
所述的改性聚合多元醇是多元醇、聚合多元醇、聚合醇胺经甲基丙烯酸改性得到相应酯类、醇类及缩聚物的混合物。改性聚合多元醇分子有较大的脂肪烃基（脂族基），具有疏水性，可以促进微粉颗粒的分散，解决了由于含水导致团聚的问题，并赋予粉体优异的流动性能，从而提高矿渣粉磨效率。
所述的聚合多元醇的主要成分包括：二乙二醇、丙三醇、二聚丙三醇、三聚丙三醇、脂肪酸钠和水，其含量占多元醇、聚合多元醇、聚合醇胺总量的12%～18%。
所述的聚合醇胺是由含氨基、羟基和羧基的有机物经接枝聚合而成的长链大分子化合物，其含量占多元醇、聚合多元醇、聚合醇胺总量的23%～26%。
当然，所述的改性聚合多元醇也可以是由多元醇、聚合多元醇等多种醇经甲基丙烯酸改性得到相应酯类、醇类及缩聚物的混合物。
所述的改性二乙醇单异丙醇胺为N,N-双（2－羟基乙基）－2－丙醇胺，其含量占原料总组分质量含量的8%～12%。N,N-双（2－羟基乙基）－2－丙醇胺是较好的络合剂，能促使水化放热加快，加速铝酸钙与石膏的作用，尽快形成钙矾石而产生增强效果，同时与Fe3+和Al3+等离子形成比较稳定的络离子，这种络离子与微粉水化反应生成溶解度很小的络盐，不改变水泥的水化生成物，仅促进胶凝剂中各组份之间反应，最终生成钙矾石。
所述的糖蜜是甘蔗汁制成糖后所剩下的浓稠液体，其含量占原料总组分质量含量的12%～16%。糖蜜能吸附在矿渣微粉颗粒表面，形成同种电荷的亲水膜，使胶凝材料颗粒相互排斥，减少团聚，增加了流动性，能促进水与胶凝材料颗粒的结合，从而促进水化反应的进行。
所述的硫氰酸钠为含量97%～99%的腈纶工业副产品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%。硫氰酸钠对水化反应有促进作用，并与偏铝酸钠有协同作用，提高早强性。
所述的偏铝酸钠为含量97%～99%的工业品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%。偏铝酸钠与水发生如下反应：
NaAlO2+2H2O→Al(OH)3+NaOH
2NaAlO2+3CaO+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH
反应生成的氢氧化钠具有激活矿渣微粉的作用，促进C3A的水化反应，氢氧化铝与硫酸盐共同作用，使C3A迅速水化生成钙矾石而加速凝结硬化，促进C3A生成，钙矾石的生成进一步的降低了液相中氢氧化钙浓度，又促进了C3S水化，生成水化硅酸钙凝胶，由此而产生了强度。
所述的氟硅酸钠为含量97%～99%的工业品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%。氟硅酸钠溶于水后，会产生氟化钠和硅胶，氟离子对微粉颗粒表面有很强的破坏能力，促使硅氧键断裂，从而有助于激活矿渣微粉。
本发明用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂采用以上技术方案后，解决了由水渣、生石灰、水玻璃等组成的混合材料在粉磨过程中易糊球、难磨细的问题，能显著改善胶凝材料流动性，提高球磨机的研磨效率，提高磨机的台时产量，可以显著提高胶凝材料的早期强度，并明显提高后期强度。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合实施例，对本发明用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂做详细说明。但本发明并不局限于实施例。
实施例1用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其组成如下：
甲基丙烯酸改性聚合多元醇25%
改性二乙醇单异丙醇胺10%
糖蜜15%
硫氰酸钠7%
偏铝酸钠7%
氟硅酸钠7%
余量为水，总量为100%。
其中甲基丙烯酸改性聚合多元醇的制备方法如下：在反应釜中，加入甲基丙烯酸1.3份、聚合多元醇1份，搅拌均匀，70—80℃反应1.5小时，即得甲基丙烯酸改性聚合多元醇。
本发明的制备方法如下：将硫氰酸钠、偏铝酸钠和氟硅酸钠按照配方比例加入到水中，搅拌溶解后，配方比例边搅拌边加入蔗糖糖蜜、N,N-双（2－羟基乙基）－2－丙醇胺和甲基丙烯酸改性聚合多元醇，搅拌15min，经200目不锈钢筛网过滤，即得实施例1的产品。
实施例2至实施例6：
按下表1中指定的各组分含量按制备实施例1的方法，制备实施例2至实施例6的产品，分别得到矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂产品2至产品6。
将实施例1至实施例6所制得的助磨剂产品，按胶凝材料质量0.03%掺入到混合材中，进行球磨生产，所得6种胶凝材料。将胶凝剂按灰砂比1:8与浓度68%全尾矿搅拌混合，即为矿山充填的料浆，料浆放入70.7×70.7×70.7的试模中，在温度20℃、湿度90%的养护箱中养护，24小时后脱模，并继续在此条件下的恒温恒湿箱中养护，检测不同育龄期的抗压强度。将用水泥助磨剂生产的产品作为对比产品，实验结果如表2所示：
表2胶凝材料对比结果
可以看出，本发明提供和制备出来的胶凝材料助磨剂，可以彻底解决胶凝剂生产过程中包球、糊磨等问题，提高磨机的粉磨效率，增加胶凝材料球磨台时产量10～20%；可以提高胶凝材料的早期强度以及后期强度。
Claims (8)
1.一种用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于是由以下组分、配比混合制备而成，原料各组分按质量百分含量配比如下：
（1）改性聚合多元醇20%～30%
（2）改性二乙醇单异丙醇胺5%～15%
（3）糖蜜10%～20%
（4）硫氰酸钠5%～10%
（5）偏铝酸钠5%～10%
（6）氟硅酸钠5%～10%
（7）余量为水。
2.如权利要求1所述的用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于：所述的改性聚合多元醇是多元醇、聚合多元醇、聚合醇胺经甲基丙烯酸改性得到相应酯类、醇类及缩聚物的混合物。
3.如权利要求2所述的用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于：所述的聚合多元醇的主要成分包括：二乙二醇、丙三醇、二聚丙三醇、三聚丙三醇、脂肪酸钠和水，其含量占多元醇、聚合多元醇、聚合醇胺总量的12%～18%。
4.如权利要求2或3所述的用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于：所述的聚合醇胺是由含氨基、羟基和羧基的有机物经接枝聚合而成的长链大分子化合物，其含量占多元醇、聚合多元醇、聚合醇胺总量的23%～26%。
5.如权利要求1所述的用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于：所述的改性聚合多元醇主要是由多元醇、聚合多元醇经甲基丙烯酸改性得到相应酯类、醇类及缩聚物的混合物。
6.如权利要求1、2、3或5所述的用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于：所述的改性二乙醇单异丙醇胺为N,N-双（2－羟基乙基）－2－丙醇胺，其含量占原料总组分质量含量的8%～12%。
7.如权利要求1、2、3或5所述的用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于：所述的糖蜜是甘蔗汁制成糖后所剩下的浓稠液体，其含量占原料总组分质量含量的12%～16%；所述的硫氰酸钠为含量97%～99%的腈纶工业副产品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%；所述的偏铝酸钠为含量97%～99%的工业品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%；所述的氟硅酸钠为含量97%～99%的工业品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%。
8.如权利要求4所述的用于制备矿山充填、干堆用胶凝材料的助磨剂，其特征在于：所述的糖蜜是甘蔗汁制成糖后所剩下的浓稠液体，其含量占原料总组分质量含量的12%～16%；所述的硫氰酸钠为含量97%～99%的腈纶工业副产品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%；所述的偏铝酸钠为含量97%～99%的工业品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%；所述的氟硅酸钠为含量97%～99%的工业品，其含量占原料总组分质量含量的6%～8%；所述的改性二乙醇单异丙醇胺为N,N-双（2－羟基乙基）－2－丙醇胺，其含量占原料总组分质量含量的8%～12%。
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