CN113060971B - 一种复合高效矿渣粉磨助磨剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑材料，更具体地说，它涉及一种复合高效矿渣粉磨助磨剂及其制备方法。复合高效矿渣粉磨助磨剂由以下质量份的原料制成：三异丙醇胺5~10份；木质素磺酸钙4~8份；无机助磨剂10~15份；糖蜜5~10份；多元酸6~9份；硫酸钠3~5份；去离子水60~70份。其制备方法为：取三异丙醇胺、多元酸和去离子水，共混搅拌，得到混合液1；取木质素磺酸钙、无机助磨剂、硫酸钠和去离子水，共混搅拌得到混合液2；将混合液2升温后，搅拌状态下缓慢加入混合液1，混合均匀后加入糖蜜，搅拌分散。本申请的复合高效矿渣粉磨助磨剂可用于矿渣粉的粉磨过程，其具有在不影响矿渣粉活性的前提下，改善矿渣粉的粉磨细度，提高矿渣份的比表面积的优点。

Description

一种复合高效矿渣粉磨助磨剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料，更具体地说，它涉及一种复合高效矿渣粉磨助磨剂及其制备方法。

背景技术

粒化高炉矿渣，是钢铁厂在冶炼钢铁过程中所产生的废渣。矿渣在研磨后，比表面积达到400m²/kg时，具有很高的活性指数，是目前水泥生产厂家提高水泥后期强度改变其物理性能的法宝，也是商砼企业提高产品流动度，降低水化热，提高抗腐蚀性，抗渗透性，降低成本的最佳胶性材料。矿渣粉想要发挥强化作用，必须使其具备较细的产品粒度，而单纯依靠磨机的研磨作用往往难以取得理想的产品细度，添加助磨剂可以改善矿渣研磨效率，降低矿渣研磨能耗，是目前有效手段之一。

但目前常用的助磨剂多是针对矿渣水泥的助磨剂，对于矿渣粉的单独粉磨缺乏系统的研究。且当将用于矿渣水泥的助磨剂直接用于矿渣粉的粉磨时，常常出现影响矿渣粉应用活性的情况。因此，发明人认为目前急需研发一种专用于矿渣粉的助磨剂，在不影响矿渣粉活性的前提下，改善矿渣粉的粉磨细度，提高矿渣粉的比表面积。

发明内容

为了在不影响矿渣粉活性的前提下，改善矿渣粉的粉磨细度，提高矿渣粉的比表面积，本申请提供一种复合高效矿渣粉磨助磨剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，采用如下的技术方案：

一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，由以下质量份的原料制成：

三异丙醇胺5～10份；

木质素磺酸钙4～8份；

无机助磨剂10～15份；

糖蜜5～10份；

多元酸6～9份；

硫酸钠3～5份；

去离子水60～70份。

通过采用上述技术方案，选用三异丙醇胺、木质素磺酸钙以及无机助磨剂三种物质复配形成复合助磨剂，三异丙醇胺与无机助磨剂存在复配作用，两者共同起到提高矿渣粉粉磨效率和降低能耗的作用，其中三异丙醇胺一方面起到了降低粉体细度、改善粉体物化性能的作用，同时还提高了矿渣粉的活性指数；而无机助磨剂与体系中的硫酸钠一起促进了矿渣粉的水化反应，生成水化反应产物，提高了结构密实度，进而提高了材料强度和矿渣粉的活性指数；但当仅有此两类物质作为助磨剂时，无机助磨剂对矿渣粉的前中期助磨效果好，但是中后期不及单一醇胺类助磨剂好，因此向其中复配了木质素磺酸钙，改善了中后期助磨效果不佳的缺点，提高了助磨效果，因此，三类物质协同作用实现了使助磨剂在不影响矿渣粉活性的前提下，改善矿渣粉的粉磨细度，提高矿渣粉的比表面积的目的。

可选的，所述三异丙醇胺、木质素磺酸钙和无机助磨剂的质量比为：(6～8):(5～7):(10～12)。

通过采上述技术方案，三异丙醇胺、木质素磺酸钙和无机助磨剂在此范围配比下所获得的助磨效果最佳，推断原因是本申请中以无机助磨剂为主，复配了三异丙醇胺和木质素磺酸钙，当三异丙醇胺和木质素磺酸钙的用量进一步提高时，当粉磨得到的矿渣粉应用于水泥中时，会对水泥与其他外加剂的混合使用产生影响。

可选的，所述无机助磨剂为六偏磷酸钠和偏硅酸钠的混合物。

通过采用上述技术方案，六偏磷酸钠和偏硅酸钠对矿渣粉的粉磨过程起到分散作用，能改善矿渣粉的研磨时的“流动性”，两者的复配进一步提高了助磨效果。

可选的，所述六偏磷酸钠和偏硅酸钠的质量比为1:(1～2)。

通过采用上述技术方案，当六偏磷酸钠和偏硅酸钠的质量比为1:(1～2)时，助磨效果最佳，当配比低于此质量比范围时效果不理想。

可选的，所述六偏磷酸钠和偏硅酸钠的质量比为1:1。

通过采上述技术方案，当偏磷酸钠的用量提升时，助磨剂对矿渣粉的助磨效果逐渐提升，当六偏磷酸钠和偏硅酸钠的配比处于1:1和1:2之间时，助磨效果提升不明显，因此两者用量相同时的效果最佳。

可选的，还包括质量份为0.1～0.2份的Z-164D。

通过采用上述技术方案，Z-164D是一种低聚合度羧酸盐，其碳链上有大量的羧基，极易溶于水，增强了矿渣粉的亲水性，形成了较厚的水化吸附层，矿渣粉表面水含量的上升加速了水分子侵入矿渣粉的过程，从而促进了水的物理、化学作用，而Z-164D以以小分子水为溶解介质。首先，水润湿并浸入到铝土矿内部，在缺陷处发生物理、化学作用，使铝土矿缺陷初步增大，比如裂缝、结合面在溶解作用、离子交换作用下的暴露，孔隙、微裂缝在静水压力和劈楔作用下的扩张等，因此宏观上促进了助磨剂的助磨效果。

可选的，所述多元酸为乙二酸、柠檬酸或苹果酸中的一种。

通过采用上述技术方案，多元酸促进了水与矿渣接触时，发生的水化作用，使矿渣内的矿物成分溶解，造成矿渣内的空隙或孔隙不断增大，提高了助磨效果。

可选的，所述助磨剂的掺量为矿渣质量的0.08～0.12％。

通过采用上述技术方案，当助磨剂的用量控制在矿渣质量的0.08～0.12％时，才具备明显的助磨作用，浓度过高或过低，效果不理想。

第二方面，本申请提供一种复合高效矿渣粉磨助磨剂的制备方法，采用如下的技术方案：

一种复合高效矿渣粉磨助磨剂的制备方法，包括以下步骤，

步骤1：取三异丙醇胺、多元酸和去离子水，共混搅拌5～10min，得到混合液1；

步骤2：取木质素磺酸钙、无机助磨剂、硫酸钠和去离子水，共混搅拌5～10min得到混合液2；步骤3：将混合液2升温至40℃后，搅拌状态下缓慢加入混合液1，混合均匀后加入糖蜜，搅拌分散30～40min，得到成品助磨剂母液。

通过采用上述技术方案，以去离子水为溶剂溶解助磨的主要成分，一方面水分子对矿渣具有水化作用，另一方面可以对各个组分起到溶解混合的作用；另外此方法简单易行，所制得的助磨剂稳定性较高，助磨效果较佳。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用三异丙醇胺、木质素磺酸钙以及无机助磨剂三种物质复配形成复合助磨剂，由于减少了醇胺类化合物的使用，同时借助无机助磨剂与硫酸盐配合促进了矿渣的水化作用，获得了降低矿渣粉磨能耗、提高矿渣粉磨效果，增大矿渣粉的比表面积，同时三者的协同作用使得助磨剂在应用过程中可以起到提高矿渣粉活性的效果。

2、本申请中优选采用Z-164D加入助磨剂体系中，由于碳链上有大量的羧基，极易溶于水，增强了矿渣粉的亲水性，形成了较厚的水化吸附层，矿渣粉表面水含量的上升加速了水分子侵入矿渣粉的过程，从而促进了水对矿渣粉的物理、化学作用，宏观上提高了助磨效果。

3、本申请的方法，简单易行，所制得的矿渣粉助磨剂稳定性较佳，助磨效果较好。

具体实施方式

原料来源

若无特殊说明，以下原料规格及来源均如下表1所示。

表1原料规格及来源

实施例

实施例1

一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，由以下步骤制得，

步骤1：称取5g三异丙醇胺、8g乙二酸和30g去离子水，将三者混合，混合后置于磁力搅拌器上以600r/min搅拌10min，得到混合液1；

步骤2：称取8g木质素磺酸钙、15g无水碳酸钠和4g硫酸钠，溶于40g去离子水中，随后置于磁力搅拌器上以600r/min搅拌10min，得到混合液2；

步骤3：将混合液2加热升温至40℃后，于不断搅拌的状态下加入混合液1，搅拌5min后得到共混液，随后称取5g糖蜜，加入共混液中，以700r/min搅拌分散30min，得到成品复合助磨剂母液。

实施例2-3

实施例2-3涉及一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，均以实施例1为基础，区别仅在于制备过程中，各原料的用量和多元酸的选择不同，具体见表2。

表2实施例1-3

实施例4-5

实施例4-5涉及一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，均以实施例1为基础，区别仅在于制备过程中，各步骤的工艺条件不同，具体见表3。

表3实施例4-5

实施例	实施例4	实施例5
			步骤1中搅拌时间/min	8	5
步骤2中搅拌时间/min	5	6
			步骤3中分散时间/min	35	40

实施例6-10

实施例6-10涉及一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，均以实施例1为基础，区别仅在于无机助磨剂的选择和各原料的用量不同，具体见表4。

表4实施例6-10

实施例11-13

实施例11-13涉及一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，以实施例10为基础，区别仅在于步骤1中还加入了Z-164D，具体用量见表5。

表5实施例11-13

实施例	实施例11	实施例12	实施例13
				Z-164D/g	0.1	0.15	0.2

对比例

对比例1-14

一种矿渣粉磨助磨剂，以实施例2为基础，区别仅在于三异丙醇胺、木质磺酸钙和无水碳酸钙的用量不同。

表6对比例1-14

对比例15

一种矿渣粉磨助磨剂，以实施例2为基础，区别仅在于选用相同质量的二乙醇单异丙醇胺替代三异丙醇胺。

性能检测试验

检测方法

对实施例1-13和对比例1-15制得的助磨剂进行性能检测，其试验方法如下：

测试矿渣粉选自北京金隅水泥有限公司，其化学成分见表7。

表7试验矿渣粉的化学成分

成分	SiO<sub>2</sub>	CaO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MnO	TiO<sub>2</sub>	SO<sub>3</sub>
									含量/％	38.52	31.02	16.64	8.67	1.09	2.98	0.702	0.378

将矿渣在烘箱内烘干(105～110℃)，使其含水率低于1％，采用实验室标准。使用SMΦ500mm×500mm×500mm磨机进行粉磨，流程如下：

称取5kg矿渣，在不添加助磨剂的条件下粉磨35min，出磨5min，测试矿渣粉的物理性能，作为空白例；

以空白例为基础，区别在于相同条件下加入某市售矿渣水泥助磨剂5g，粉磨35min，出磨5min，测试矿渣粉的物理性能，作为参照例；

以空白例为基础，相同条件下，分别加入5g上述实施例、对比例中制备的助磨剂，粉磨35min，出磨5min，测试各种粉磨条件下矿粉的物理性能。

1、筛余量：选用45μm筛，计算筛余率。

2、比表面积：检验依据GB/T 8074—2008《水泥比表面积测定方法》，所用仪器为勃氏比表面积透气仪。

3、7d、28d活性指数检测：检验依据GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，测定试验样品和对比样品的抗压强度，两种样品同龄期的抗压强度之比即为活性指数，对比样品为符合GB175规定的42.5硅酸盐水泥，试样样品由对比水泥和矿渣粉按质量比1:1组成。按照GB/T17671进行试验，分别测定试验样品7d、28d抗压强度R7(MPa)、R28(MPa)，分别测定对比样品7d、28d抗压强度R07(MPa)、R028(MPa)。

实施例1-13和对比例1-15的检测结果见表8。

表8性能检测结果

比较实施例1-13和空白例并结合表8可以看出，本申请制备的复合矿渣粉助磨剂在应用于矿渣粉的粉磨过程中时，所得矿渣粉的45μm筛余量均≤5.6％，比表面积均≥396m²/kg，7d活性指数均≥88％，28d活性指数均≥96％。充分说明了本申请制得的复合矿渣粉助磨剂在应用过程中，不仅使得矿渣粉获得了较大的比表面积，不影响矿渣粉在加强水泥强度时的活性，同时具有提高矿渣粉活性的效果。

比较实施例1-13和参照例并结合表8可知，相较于市售用于矿渣水泥的助磨剂而言，本申请中的复合助磨剂不仅避免了影响矿渣粉活性的情况，同时还提高了矿渣粉的活性。

比较实施例1-5并结合表8可知，效果最好的是实施例1，效果较差的是实施例2。

比较实施例1和实施例6-8可知，当三异丙醇胺、木质素磺酸钙和无机助磨剂的质量比为(6～8):(5～7):(10～12)时，所得复合助磨剂的助磨效果更佳，说明三者在此质量比范围内时，具有较优的协同效果，推测原因可能是无机助磨剂与硫酸钠共同促进了矿渣粉表面的水化反应，生成水化反应产物，提高了结构密实度，进而提高了材料强度和矿渣粉的活性指数，但是过多的无机助磨剂会降低复合助磨剂整体的中后期粉磨性，因此需要添加适量的木质素磺酸钙改善此种情况。

同时结合实施例9-10可以看出，当无机助磨剂选择六偏磷酸钠和偏硅酸钠以1:(1～2)质量比复配使用时，效果优于其他无机助磨剂，其中效果最好的为实施例10。

比较实施例11-13和实施例10并结合表8可知，当复合助磨剂中加入适量Z-164D后，所得复合助磨剂的助磨效果更好，同时对矿渣粉的活性提高程度也更好。推测原因是因为Z-164D是一种低聚合度羧酸盐，其碳链上有大量的羧基，极易溶于水，增强了矿渣粉的亲水性，形成了较厚的水化吸附层，矿渣粉表面水含量的上升加速了水分子侵入矿渣粉的过程，从而促进了水的物理、化学作用，宏观上提高了复合助磨剂的使用效果。

比较对比例1-14和实施例2并结合表8可知，当三异丙醇胺、木质素磺酸钙和无机助磨剂三者中只选择其中一种或两种作为矿渣粉的助磨剂使用时，助磨效果相较于实施例中效果最差的实施例2依然产生了大幅下降，且当三者的复配比例不在本申请的范围内时，效果也有所下降，由此可知，三异丙醇胺、木质素磺酸钙和无机助磨剂在此范围内具有协同配合作用。

比较对比例15和实施例2并结合表8可知，当将三异丙醇胺替换为二乙醇单异丙醇胺时，助磨效果变差。

最佳实施例为：实施例13。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，其特征在于，由以下质量份的原料制成：

三异丙醇胺5~10份；

木质素磺酸钙4~8份；

无机助磨剂10~15份；

糖蜜5~10份；

多元酸6~9份；

硫酸钠3~5份；

去离子水60~70份；

所述三异丙醇胺、木质素磺酸钙和无机助磨剂的质量比为：(6~8):(5~7):(10~12);

所述无机助磨剂为六偏磷酸钠和偏硅酸钠的混合物;

所述六偏磷酸钠和偏硅酸钠的质量比为1:(1~2);

所述多元酸为乙二酸、柠檬酸或苹果酸中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，其特征在于：所述六偏磷酸钠和偏硅酸钠的质量比为1:1。

3.根据权利要求1所述的一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，其特征在于：还包括质量份为0.1~0.2份的Z-164D。

4.根据权利要求1所述的一种复合高效矿渣粉磨助磨剂，其特征在于：所述助磨剂的掺量为矿渣质量的0.08~0.12%。

5.权利要求1-4任一项所述的一种复合高效矿渣粉磨助磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：取三异丙醇胺、多元酸和去离子水，共混搅拌5~10min，得到混合液1；

步骤2：取木质素磺酸钙、无机助磨剂、硫酸钠和去离子水，共混搅拌5~10min得到混合液2；

步骤3：将混合液2升温至40℃后，搅拌状态下缓慢加入混合液1，混合均匀后加入糖蜜，搅拌分散30~40min，得到成品助磨剂。