CN114890695B - 一种水泥生料助磨剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水泥生料助磨剂及其制备方法，助磨剂包括以下质量份的组分：聚合甘油130‑170份；聚乙二醇十二酰胺70‑90份；聚乙烯吡咯烷酮50‑80份；醋酸钠14‑18份；调节助剂8‑11份；水1000‑1100份。助磨剂的制备方法为：将聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水混合，加热至65‑80℃，搅拌均匀，得到水泥生料助磨剂。本申请的泥生料助磨剂具有提升水泥产品颗粒细度和强度的效果。

Description

一种水泥生料助磨剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及水泥助剂领域，尤其是涉及一种水泥生料助磨剂及其制备方法。

背景技术

水泥生料是由石灰质原料、黏土质原料及少量校正原料(有时还加入矿化剂、晶种等，立窑生产时还要加煤)按比例配合，粉磨到一定细度的物料。水泥助磨剂是一种改善水泥粉磨效果和性能的化学添加剂，其可以吸附在水泥颗粒表面，以物理和化学作用发挥效应，可以在保持粉磨水泥细度和磨机功率不变的情况下提高水泥的台时产量，或在保持水泥产量和磨机功率不变的条件下，增加水泥的比表面积，改善粉磨水泥的粒度级配，从而提高水泥的强度等质量指标；另外其还可以显著降低能耗、改善水泥流动性、提高工业废渣的利用率、减少环境污染，具有较大的经济和社会效益及良好的发展前景。

水泥生料粉磨是生产水泥过程中不可缺少的粉磨作业，水泥生料粉磨细度影响燃烧时熟料的形成速度：生料越细其比表面积越大，在窑内的反应，如碳酸钙分解、固相反应、固液相反应速度就越快，越有利于CaO吸收。为提升水泥生料粉磨的粉磨效率常加入助磨剂进行辅助，目前国内外水泥助磨剂多以醇胺类物质如三乙醇胺及其复配产物为主要成分，这类助磨剂的助磨能力有限，对于改善水泥产品颗粒细度的效果较弱，容易造成水泥产品颗粒跑粗现象，从而影响水泥产品的强度。

针对上述相关技术，发明人认为现有的水泥生料助磨剂存在助磨效果不高的缺陷。

发明内容

为了提升水泥生料助磨剂对水泥产品颗粒细度和强度的促进作用，本申请提供一种水泥生料助磨剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种水泥生料助磨剂，采用如下的技术方案：

一种水泥生料助磨剂，包括以下质量份的组分：

聚合甘油130-170份；

聚乙二醇十二酰胺70-90份；

聚乙烯吡咯烷酮50-80份；

醋酸钠14-18份；

调节助剂8-11份；

水1000-1200份。

优选的，包括以下质量份的组分：

聚合甘油140-160份；

聚乙二醇十二酰胺75-85份；

聚乙烯吡咯烷酮60-70份；

醋酸钠15-17份；

调节助剂9-10份；

水1000份。

通过采用上述技术方案，聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水之间相互配合，协同作用下形成类似于疏水薄膜的物质吸附在粉体颗粒表面，减少了固体颗粒间的直接接触面积，亦减小了各粉体颗粒间的吸引力，从而减少了粉体颗粒之间的团聚，有助于提升粉体颗粒的分散性；粉体颗粒之间无法团聚，进而无法形成垫层来减缓破碎球磨中受到的撞击力，水泥生料颗粒在撞击中可以充分破碎达到更细的状态，增加了细颗粒含量；此外，聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水协同作用下具有良好的润滑性，减少了粉体颗粒之间的摩擦，使粉体容易滑动进而提升了粉体颗粒的流动性，粉体颗粒流动性提升可以增加颗粒在磨机内的捕获率，使得更多的粉料颗粒可以得到充分的破碎球磨，提高了磨机电能转化为机械冲击能的效率，可使磨机产量得以提升。

本申请采用上述制得的生料助磨剂能够使水泥生料颗粒细度、颗粒级配得到改善，水泥颗粒流动性和分散性提升，进而使得水泥水化反应充分且反应速率提升，制得水泥产品的强度性能得到提升。而留存在水泥产品颗粒表面的助磨剂在水泥水化形成胶料的过程中可以提升水泥胶料结构的稳定性，从而减缓水泥的硬化收缩，减缓水泥的开裂，提升水泥产品的抗裂性能。

优选的，所述调节助剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇的一种或多种。

通过采用上述技术方案，脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇三者均具有良好的润滑性，三者单独或者混合使用加入到助磨剂中可以对助磨剂的渗透性和润滑性起到良好的调节效果，进而促进助磨剂对水泥生料颗粒的助磨效果。

优选的，所述调节助剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇按照质量比为(1-1.2)：(0.3-0.5)：(0.8-1)混合制得。

通过采用上述技术方案，脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇在特定的质量比范围内配合使用，能够协同作用，有助于增强助磨剂和水泥生料颗粒之间的相容性，进而有助于实现助磨剂的充分助磨效果。

优选的，所述聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠和调节助剂之间的质量比为15:8:6.5:1.6:1。

通过采用上述技术方案，调节助剂和聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠之间按照特定的质量比复配，使得助磨剂中各组分之间可以充分的配合，进而使得助磨剂的助磨效果最大化，大大提升水泥生料颗粒的细度、流动性和水泥产品的强度性能。

优选的，所述聚合甘油为五聚甘油和十聚甘油按照质量比为(1-1.3)：(1.5-1.7)混合制得。

通过采用上述技术方案，五聚甘油和十聚甘油按照特定范围混合制得的聚合甘油与助磨剂体系中的其他组分之间具有较好的相容性，混合的聚合甘油具有较好的润滑性，能够提升助磨剂对水泥颗粒的助磨效果，促进提升水泥颗粒的流动性和水泥产品的强度性能。

第二方面，本申请提供一种水泥生料助磨剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种水泥生料助磨剂的制备方法，包括以下步骤：

将聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水混合，加热至65-80℃，搅拌均匀，得到水泥生料助磨剂。

优选的，搅拌过程中添加液碱调节PH至9.1-9.5。

通过采用上述技术方案，各组分在温度为65-80℃下能够较好的扩散相容，相互之间可以产生较好的协同作用，进而制得性能较好的助磨剂；液碱对助磨剂的PH调节有助于进一步提升助磨剂与水泥生料颗粒之间结合的稳定性，提升助磨效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请助磨剂中聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水之间相互配合，协同作用下形成类似于疏水薄膜的物质吸附在粉体颗粒表面，减少了各粉体颗粒间的吸引力，从而减少了粉体颗粒之间的团聚，水泥生料颗粒在充分撞击中可以破碎达到更细的状态，有助于增加粉料中细颗粒的含量，改善水泥的颗粒级配。此外，聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水协同作用下具有良好的润滑性，减少了粉体颗粒之间的摩擦，使粉体颗粒的流动性提升，更多的粉料颗粒可以得到充分的破碎球磨，提高了磨机产量；助磨剂对水泥生料颗粒细度、颗粒级配进行改善，促进水泥水化反应，制得水泥产品的强度性能得到提升；留存在水泥产品颗粒表面的助磨剂在水泥水化形成胶料的过程中可以提升水泥胶料结构的稳定性，减缓水泥产品的硬化收缩，提升水泥产品的抗裂性能；

2.调节助剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇按照质量比为(1-1.2)：(0.3-0.5)：(0.8-1)混合制得；脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇三者能够协同作用，有助于增强助磨剂和水泥生料颗粒之间的相容性，进而有助于实现助磨剂的充分助磨的效果；

3.聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠和调节助剂之间按照质量比为15:8:6.5:1.6:1的比例复配，助磨剂中各组分之间可以充分的配合，进而使得助磨剂的助磨效果最大化，大大提升水泥生料颗粒的细度、流动性和水泥产品的强度、抗裂性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例及对比例中所用原料的来源信息详见表1。

表1

实施例

实施例1-5

实施例1公开了一种水泥生料助磨剂，包括以下原料：

聚合甘油130g、聚乙二醇十二酰胺70g、聚乙烯吡咯烷酮50g、醋酸钠14g、调节助剂8g、水1000g。

实施例1还公开了上述水泥生料助磨剂的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备调节助剂：将脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇三者加入高速搅拌锅中混合，在常温下、转速为1200r/min下搅拌3min，得到调节助剂；

S2，将调节助剂、聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠和水加入高速搅拌锅中，在温度为65℃、转速为2500r/min的条件下搅拌5min，添加液碱调节PH至9.1，继续以2500r/min的转速搅拌1min,得到水泥生料助磨剂。

实施例2-5与实施例1的不同之处在于的各原料组分用量不同。实施例1-5中各原料组分用量(单位：g)详见表2。

表2

实施例6-11

一种水泥生料助磨剂的制备方法，与实施例1的不同之处在于：S1中，调节助剂添加的组分及添加量不同，具体详见表3(添加量单位：g)。

表3

实施例12-15

一种水泥生料助磨剂的制备方法，与实施例1的不同之处在于：S2中，聚合甘油添加的组分及添加量不同，具体详见表4(添加量单位：g)。

表4

聚合甘油	实施例12	实施例13	实施例14	实施例15
					五聚甘油	130	/	65	/
十聚甘油	/	130	65	/
					三聚甘油	/	/	/	130

对比例

对比例1-7

一种水泥生料助磨剂的制备方法，与实施例1的不同之处在于：助磨剂总量不变，S2中各组分的添加量不同，具体详见表5(添加量单位：g)。

表5

性能检测试验

实验1

将本申请实施例与对比例制得的助磨剂分别掺入测试水泥生料中，所用水泥生料助磨剂的掺量均为测试水泥生料重量的0.3％；将济南永宸化工有限公司型号为99％的三乙醇胺助磨剂掺入测试水泥生料中，助磨剂的掺量为测试水泥生料重量的0.3％，记为对比应用例；再设置一组空白对照例，空白对照例中的测试水泥生料中不加入助磨剂。

将上述测试水泥生料在5kg试验用球磨机中粉磨30min，然后加入水泥干法窑煅烧得到水泥熟料；进行相关的性能检测，具体检测指标如下：

(1)颗粒细度：按照GB/T 1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》中的方法进行测试；

(2)流动度：按照GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》中的方法进行测试；

(3)抗压强度：按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》中的方法进行测试；

(4)干缩率：按照JC/T 603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》中的方法进行测试。

实验2

选取三分相同的测试水泥生料，将本申请实施例5制得的助磨剂按照测试水泥生料重量的0.3％的掺量加入其中一份测试水泥生料中，记为应用例1；将济南永宸化工有限公司型号为99％的三乙醇胺助磨剂按照测试水泥生料重量的0.3％的掺量加入另一份测试水泥生料中，记为应用例2；剩余一份测试水泥生料中不添加助磨剂，记为标准例。将上述应用例1、2和标准例的测试水泥生料采用立磨磨粉后，放入水泥干法窑中煅烧得到相应的熟料，对磨粉中的台时产量和煅烧熟料的能耗进行记录，并按照GB/T26566-2011《水泥生料易烧性试验方法》中的方法对易烧性进行检测。

实验所用测试水泥生料配比及所用石灰石成分详见表6；实验1、2的性能检测数据详见表7、表8。

表6

表7

表8

根据表7中实施例1-15的性能检测数据可得，实施例1-15中制备得到的助磨剂加入水泥生料中，使得水泥生料更加易磨，相较于空白对照例中不添加助磨剂，实施例1-5粉磨得到的水泥颗粒细度45μm筛余量减少、流动性提升、煅烧得到的水泥熟料的抗压强度提升、干缩率降低，说明采用本申请的技术方案制备的助磨剂具有对水泥生料良好的助磨作用，不仅可以改善水泥颗粒的细度和颗粒级配，使水泥颗粒的分散性和流动性提升，而且有助于提升制得水泥产品的抗压强度和抗裂性能。

通过对表8中应用例1、2和标准例的性能检测数据对比可得，应用例1中加入本申请实施例5制得的水泥生料助磨剂，相较于加入市售三乙醇胺助磨剂的应用例2和不加入助磨剂的标准例，本申请实施例5制得助磨剂能够助益粉磨加工获得更高的产量，减少更多的能耗，本申请制得的助磨剂的经济效益较好。

通过对表7中实施例1和对比例3-7的性能检测数据对比可得，实施例1按照一定范围的配比将聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水复配制得助磨剂，而对比例3-7中分别用等量的水将聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂进行逐一替换，实施例1制得的助磨剂相较于对比例3-7制得的助磨剂加入水泥生料中的助磨效果有明显的提升，对于制得水泥颗粒的细度、流动性，水泥熟料的抗压强度和干缩率都有较好的改善助益。

发明人分析：助磨剂中聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水之间可以相互配合，协同作用下形成类似于疏水薄膜的物质吸附在粉体颗粒表面，减小了各粉体颗粒间的吸引力，从而减少了粉体颗粒之间的团聚，粉体颗粒的分散性提升，水泥生料颗粒在充分撞击中可以破碎达到更细的状态；助磨剂中各组分协同作用下具有良好的润滑性，减少了粉体颗粒之间的摩擦，使粉体颗粒之间的流动性提升，增加粉体颗粒与球磨子的接触率，使得更多的粉料颗粒可以得到充分的破碎球磨，不仅提高了磨机电能转化为机械冲击能的效率，使磨机产量得以提升；还进一步对粉体颗粒细度、颗粒级配进行改善，进而使制得水泥产品的强度性能得到提升。留存在水泥产品颗粒表面的助磨剂在水泥水化形成胶料的过程中还可以提升水泥胶料结构的稳定性，从而减缓水泥的硬化收缩，使得水泥产品的干缩率下降，减缓水泥的干缩开裂。

通过对表7中实施例1-5和对比例1-2的性能检测数据对比可得，实施例2-5在实施例1的基础上对助磨剂各组分之间的配比进行进一步调整，实施例5中当聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂之间的配比为15:8:6.5:1.6:1时，实施例5制得水泥颗粒的性能检测数据最好、性能最佳。而对比例1-2中聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂之间的配比不在实施例1-5的组分配比限定范围内，对比例1-2制得的助磨剂对于水泥生料的助磨效果较差。

发明人分析：聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠和调节助剂之间按照特定的质量比复配，助磨剂中各组分之间可以充分的配合，进而使得助磨剂的助磨效果最大化。

通过对表7中实施例1-5和实施例6-11的性能检测数据对比可得，实施例6-11中分别采用脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇三者中的一种或多种混合制备助磨剂用调节助剂，实施例6-11的性能数据说明了，在单独或者混合使用三者作为调节助剂后，制得助磨剂的助磨效果相近，有助于提升水泥颗粒的细度、流动性以及水泥产品的抗压强度和干缩率；当实施例1-5中，三者之间按照质量比为(1-1.2)：(0.3-0.5)：(0.8-1)复配时，实施例1-5制得的调节助剂加入助磨剂中相较于实施例6-11制得的调节助剂加入助磨剂中助磨效果获得明显提升，对水泥的性能改善效果更好。

发明人分析：脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇按照特定范围的质量比配合，能够协同作用，有助于增强助磨剂和水泥生料颗粒之间的相容性，使得助磨剂形成的疏水薄膜物质更好的吸附在粉体颗粒表面，且对粉体颗粒的包覆更加充分，进而有助于使助磨剂充分发挥助磨效果。此外，调节助剂可以对助磨剂体系中各组分的分散融合进行调节，进而使得助磨剂性能稳定，使得助磨剂在后续水泥水化等过程中提升水泥胶砂的稳定性，提升水泥胶砂的强度和抗裂性。

通过对表7中实施例1-5和实施例12-15的性能检测数据对比可得，实施例12-14中聚合甘油分别选用了五聚甘油和十聚甘油中的一种或两种，而实施例1-5中将五聚甘油和十聚甘油两者按照质量比为(1-1.3)：(1.5-1.7)混合使用，实施例1-5和实施例12-14的性能检测数据对比下反映了：当聚合甘油选择五聚甘油和十聚甘油按照质量比为(1-1.3)：(1.5-1.7)混合使用时，制得的助磨剂对水泥生料的助磨效果更好。

实施例15中聚合甘油选用了三聚甘油，实施例15制得助磨剂的助磨效果不如实施例12-14中选用五聚甘油和十聚甘油制得助磨剂的助磨效果。

发明人分析：五聚甘油和十聚甘油按照特定范围混合制得的聚合甘油与助磨剂体系中的其他组分之间具有较好的相容性，能够促进聚合甘油与其他组份之间的协同效果，提升助磨剂对水泥颗粒的助磨效果，提升水泥颗粒的流动性和强度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水泥生料助磨剂，其特征在于：包括以下质量份的组分：

聚合甘油130-170份；

聚乙二醇十二酰胺70-90份；

聚乙烯吡咯烷酮50-80份；

醋酸钠14-18份；

调节助剂8-11份；

水1000-1100份；

所述聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠和调节助剂之间的质量比为15:8:6.5:1.6:1；

所述调节助剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、聚四氟乙烯乳液和聚乙二醇按照质量比为（1-1.2）：（0.3-0.5）：（0.8-1）混合制得；

所述聚合甘油为五聚甘油和十聚甘油按照质量比为（1-1.3）：（1.5-1.7）混合制得。

2.一种如权利要求1所述的水泥生料助磨剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将聚合甘油、聚乙二醇十二酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸钠、调节助剂和水混合，加热至65-80℃，搅拌均匀，得到水泥生料助磨剂。

3.根据权利要求2所述的一种水泥生料助磨剂的制备方法，其特征在于：搅拌过程中添加液碱调节PH至9.1-9.5。