CN115028379B - 一种水泥生料助磨剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水泥生料助磨剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥生料助磨剂及其制备方法和应用，涉及建筑材料制备技术领域，其中本发明公开的水泥生料助磨剂，制备原料包括聚合醇胺、聚羧酸母液、木质素磺酸盐、硅酸钠、三聚磷酸钠、腐殖酸钠和糖蜜；聚合醇胺占水泥生料助磨剂的质量百分数为8～17％。本发明提出的水泥生料助磨剂，能够有效提高生料粉磨的效果和效率，达到提产、节能、降耗、改善水泥性能等方面的作用。本发明还提供了上述水泥生料助磨剂的制备方法和应用。

Description

一种水泥生料助磨剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料制备技术领域，尤其是涉及一种水泥生料助磨剂及其制备方法和应用。
背景技术
水泥制备过程中，需将水泥生料粉碎后，将其煅烧形成熟料，再将熟料粉碎。水泥生料是石灰质原料、黏土质原料及少量校正原料按比例配合的物料。在水泥生料或水泥熟料的粉碎过程中，为达到提产、节能、降耗、资源利用、改善水泥性能等方面的作用，研究人员开发了各种助磨剂；至今，助磨剂经历了二十多年的应用推广，现已被广大水泥厂所接受，并作为水泥的一种必备外加剂原材料所使用，在水泥磨发挥着举足轻重的作用。
但是，现在研究较多的助磨剂大多是熟料助磨剂，水泥生料助磨剂还处于研究、开发阶段，现有的水泥生料助磨剂的助磨效果不理想。由于水泥制备过程中的煅烧阶段发生了一系列的物理化学反应，加之需考虑水泥生料助磨剂在煅烧阶段的变化，以及水泥生料助磨剂煅烧产物对水泥性能的影响，因此已经研究成熟的熟料助磨剂并不能直接用于水泥生料的粉碎、粉磨过程。
综上，现有水泥生料助磨剂种类较少，对生料粉磨过程中的助益效果不明显。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种水泥生料助磨剂，能够有效提高生料粉磨的效果和效率，达到提产、节能、降耗、改善水泥性能等方面的作用。
本发明还提供了上述水泥生料助磨剂的制备方法。
本发明还提供了上述水泥生料助磨剂的应用。
根据本发明的第一方面实施例的水泥生料助磨剂，所述水泥生料助磨剂的制备原料包括聚合醇胺、聚羧酸母液、木质素磺酸盐、硅酸钠、三聚磷酸钠、腐殖酸钠和糖蜜；
所述聚合醇胺占所述水泥生料助磨剂的质量百分数为8～17％。
根据本发明实施例的控制方法，至少具有如下有益效果：
(1)水泥生料的主要成分包括石灰石、黏土质原料及少量校正原料。
在石灰石的初期粗颗粒破碎过程，本发明的聚羧酸母液和糖蜜能产生助磨效果，通常聚羧酸母液中聚羧酸的固有属性包括：分子量较大(分子量为几万)、具有一定的粘度，同时具有大量羧基，糖蜜的固有属性包括：具有一定的粘度，同时具有大量羟基，由于两者的粘度，以及羟基、羧基的吸附性能，因此两者可附着在黏附/吸附在石灰石表面，产生优良的助磨效果；
木质素磺酸盐、腐殖酸钠为有机盐，原料易得、价格低廉；在石灰石粉磨中后期，两者参与助磨并兼具分散效果：其中木质素磺酸盐中具有极性较强的磺酸基团，腐殖酸钠中含有醌基，羧酸根等较多的活性基团，有较强的吸附，交换，络合，螯合能力，能够吸附在石灰石颗粒表面，且由于这两种物质兼具表面活性剂的作用，可以降低石灰石表面张力，有利于继续破碎和粉磨过程；
在水泥生料的粉磨过程中，会生产大量的热，进而产生高温；本发明采用的三聚磷酸钠和硅酸钠，在高温下会形成多聚磷酸盐，多聚磷酸盐可以络合钙，有利于后续生料烧结过程的碳酸钙的分解，从而降低生料烧结形成熟料过程中的能耗。
此外，硅酸钠在高温下仍能表现出较强的分散效果，达到除去生料粉末之间静电的作用，提高粉磨效率。硅酸钠还具有活化水泥生料以及其他辅料的作用。三聚磷酸钠的溶解度更高，余其他三聚磷酸盐相比，有利于形成均质的水泥生料助磨剂。
聚合醇胺，在石灰石的粉磨前中后期都具有较强的助磨效果，但其掺量过高后，由于静电吸附效果，生料细度反而会增大，产生有碍作用；为达到预期的粉磨效果，需与聚羧酸母液、糖蜜配合使用。
由此可知，本发明提供的水泥生料助磨剂，可兼顾水泥生料粉磨的前期、中期和后期；作用机理包括助磨和分散两个方面，甚至还可以节约水泥生料烧结成水泥熟料过程中的能耗；原料之间组合后，达到了提产、节能、降耗、改善水泥性能等方面的作用；对最终所得水泥(熟料)的强度以及其他性能没有不利影响。
根据本发明的一些优选的实施例，所述聚合醇胺占所述水泥生料助磨剂的质量百分数为9～11％。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺和所述聚羧酸母液的重量比为1～3:1。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10～15份，所述聚羧酸母液的用量为5～10份。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺和所述糖蜜的重量比为0.6～1.5:1。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10～15份，所述糖蜜的用量为10～15份。
根据本发明的一些实施例，所述木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠和木质素磺酸钙中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺和所述木质素磺酸盐的重量比为1～3:1。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10～15份，所述木质素磺酸盐的用量为5～10份。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺和所述腐殖酸钠的重量比为2～5:1。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10～15份，所述腐殖酸钠的用量为3～5份。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺和所述硅酸钠的重量比为1.25～3:1。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10～15份，所述硅酸钠的用量为5～8份。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺和所述三聚磷酸钠的重量比为2～5:1。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺的单体包括二乙二醇，丙三醇和三乙醇胺。
根据本发明的一些实施例，所述聚合醇胺的单体中，二乙二醇，丙三醇和三乙醇胺的重量比约为5：3：2。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10～15份，所述三聚磷酸钠的用量为3～5份。
根据本发明的一些实施例，所述水泥生料助磨剂的制备原料还包括水。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10-15份，所述水的用量为45～55份。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述聚合醇胺的用量为10-15份，所述水的用量为50～55份。
根据本发明的一些实施例，所述水泥生料助磨剂的制备原料为水、聚合醇胺、聚羧酸母液、木质素磺酸钠(CAS：8061-51-6)、硅酸钠(CAS：1344-09-8)、三聚磷酸钠(CAS：7758-29-4)、腐殖酸钠(CAS：68131-04-4)和糖蜜。
根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述水泥生料助磨剂的制备原料为：
Figure BDA0003654970660000031
Figure BDA0003654970660000041
传统技术中水泥生料助磨剂的助磨效果提升不明显，并且其制备原料通常需要使用强酸或强碱性物质，以激发石灰石中碳酸钙的分解率、分散石灰石颗粒，以及为水泥生料助磨剂的其他制备原料提供溶解环境。
本发明中，通过各制备原料的选择，以及用量的搭配，可以在没有强酸、强碱的条件下，提升石灰石中碳酸钙颗粒的分解作用。避免了传统技术中强酸或强碱对设备的腐蚀作用，也提升了该水泥生料助磨剂对水泥生料粉磨的效率和质量。
上述重量份数的选择，可以带来以下效果：
聚合醇胺和糖蜜在上述用量范围内，可以有效的节约成本，提升助磨效果；
聚羧酸母液本身显酸性，为了不破坏所述水泥生料助磨剂整体碱性的性质，兼顾整体的助磨效果，需控制其添加量在上述范围内。
为了获取最优的助磨效果，兼顾木质素磺酸盐和腐殖酸钠的溶解度，特选用上述用量范围。
硅酸钠和三磷酸钠可提升所得水泥生料助磨剂的均一性和助磨效果，因此选用其对应的重量份数效果较优。
综上，各制备原料种类和重量份数的搭配，可显著提升本发明所得水泥生料助磨剂的均一性、对生料的助磨效果，并同时尽可能的降低成本。
根据本发明的第二方面实施例的所述的水泥生料助磨剂的制备方法，所述制备方法包括将所述水泥生料助磨剂的制备原料在水中分散。
根据本发明的一些实施例，所述分散，包括将所述三聚磷酸钠、木质素磺酸盐、硅酸钠和腐殖酸钠和水混合分散，再将所得混合物与所述聚合醇胺、聚羧酸母液和糖蜜进行二次分散。
所述分散中，通过调整不同制备原料的加料顺序，可以缩短所述制备方法的耗时，提升所得水泥生料助磨剂的分散均匀度。具体的，由于聚合多元醇胺、聚羧酸母液、糖蜜是高分子，粘度较高，若先将其在水中分散，所得分散液的粘度显著高于水，则三聚磷酸钠、木质素磺酸盐、硅酸钠、腐殖酸钠在上述分散液中的分散速率，较在水中的分散速率会有一定的下降。
根据本发明的一些实施例，所述混合分散的方法为搅拌。
根据本发明的一些实施例，所述混合分散的时长为10～15min。
根据本发明的一些实施例，所述混合分散的温度为20～30℃。
根据本发明的一些实施例，所述混合分散用搅拌的转速为100～300r/min。
根据本发明的一些实施例，所述二次分散的方法为超声震荡。
根据本发明的一些实施例，所述超声震荡的时长为3～5min。
根据本发明的一些实施例，所述超声震荡的频率≥25kHz。
所述制备方法中，制备原料可以同时添加，也可以逐个添加；
例如所述混合分散中，可以同时将三聚磷酸钠、木质素磺酸盐、硅酸钠和腐殖酸钠和水混合，也可以将其中任何一种与水混合均匀后，再添加下一种；
后者所得水泥生料助磨剂的分散效果可能更均匀；
但是所述混合分散中，每种制备原料的先后顺序不做限制，三聚磷酸钠、木质素磺酸盐、硅酸钠和腐殖酸钠的先后顺序可以任意组合。
与所述混合分散相似，所述二次分散中各制备原料的添加顺序也不做限定，但为了提升所得水泥生料助磨剂的分散均匀性，建议逐个添加。
根据本发明的第三方面实施例，本发明提供了一种所述水泥生料助磨剂在水泥生料粉磨中的应用。
由于所述应用中均包括了上述实施例的水泥生料助磨剂的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
根据本发明的一些实施例，所述应用，包括将所述水泥生料助磨剂和水泥生料混合粉磨后煅烧。
根据本发明的一些实施例，所述混合粉磨的方法为立磨。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
若无特殊说明，具体实施方式中所用试剂信息如下：
聚羧酸母液固含量约为55％，粘度8～10Pa·s，其中聚羧酸的数均分子量约为50000，具体为湖南中岩建材科技有限公司生产的，型号为HL-900的聚羧酸母液。
糖蜜的粘度约为5Pa·s，具体购于湖南宝国物资有限公司。
聚合醇胺是二乙二醇，丙三醇和三乙醇胺按照5：3：2的重量比聚合而成。
实施例1
本实施例制备了一种水泥生料助磨剂，具体方法为：
S1.向水中依次添加三聚磷酸钠、木质素磺酸钠、硅酸钠和腐殖酸钠后搅拌12min，温度常温(约25℃)，转速100～300r/min；
其中，每添加一种制备原料，均需混合至肉眼均匀，再添加后一种制备原料，这几种制备原料的添加顺序不影响所得水泥生料助磨剂的效果。
S2.向步骤S1所得混合物中依次添加聚合醇胺、聚羧酸母液和糖蜜后进行超声震荡3-5min，频率为25kHZ；
与步骤S1相同，各制备原料的添加顺序不做限定，每添加一种制备原料需混合至肉眼均匀。
本实施例中，步骤S1中的搅拌和步骤S2中的超声震荡，目的均是为了获取均匀的分散体系，因此搅拌的转速和超声震荡的时间在微小的范围内变化并不会影响最终的效果。
本实施例中，水泥生料助磨剂的制备原料配比如表1所示。
为验证水泥生料助磨剂的制备原料配比对其性能的影响，发明人设计了对比例1～7，具体与实施例1的区别在于，制备原料的配比不同，具体不同如表1所示。
表1实施例1～6以及对比例1～2中水泥生料助磨剂的制备原料配比(重量份)
Figure BDA0003654970660000061
表1中，未填写部分，表示未添加。
试验例
本试验例参照标准文件T/CCAS 021—2021、GB/T-26566-2011、GB/T1345 2005和GB/T17671-1999中的规定，测试了实施例1和对比例1～7所得水泥生料助磨剂的助磨效果、粉磨后水泥生料的易烧性以及所得熟料的性能。
其中，所用水泥生料的组成如表2所示(小磨和大磨试验)。
表2试验例中所用水泥生料原料的组成
材料 石灰石 煤矸石 砂岩 铁渣
占比 4150g 75g 700g 75g
表2中，石灰石的成分如表3所示。
表3表2中石灰石的成分
化学成分 CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 烧失量
质量含量 56.74 8.45 1.22 0.11 0.49 32.99
具体方法为：按照水泥生料助磨剂的质量，与水泥生料助磨剂和水泥生料质量和之比为0.15％的比例，将实施例1和对比例1～7所得水泥生料助磨剂和水泥生料混合，并在水泥生料立磨磨机中，将上述混合物进行立磨粉磨(约6h)，然后将粉磨后产物传输至水泥干法窑，煅烧(参考GB/T-26566-2011中第8小节的步骤进行，控制最高恒温温度为1350℃)得到相应的熟料。
立磨粉磨的台时产量及所制备的熟料性能结果见表4。
表4实施例1和对比例1～7所得水泥生料助磨剂的性能。
Figure BDA0003654970660000071
表4中，熟料抗压强度，表示的是生料烧结后所得熟料硬化实体所能承受外力破坏的能力。
生料易烧性为水泥生料在一定温度下，经一定时间锻烧后，用游离石灰质量含量表示石灰化合成熟料矿物的难易程度。
80μm助磨效果，表示粉磨后，80μm筛孔筛上物重量占所有粉磨产物的重量百分比。
结合表1和表4的信息可知：
从空白、实施例1和对比例1对比可知，聚合醇胺的用量高于10-15份比例之后(用量占水泥生料助磨剂的重量百分数不在8～16％范围内)，助磨效果反而降低，因此说明过多的聚合醇胺效果对生料的助磨效果还有限制，在抗压强度增长上也没有明显差别。
从实施例1、对比例2～3可知，对于木质素磺酸钠和腐殖酸钠，这类表面活性剂可降低石灰石表面张力，有利于继续破碎和粉磨过程，能够降低生料粉磨细度，提高产量。
而从实施例1、对比例4～5可知，对于硅酸钠、三聚磷酸钠在高温立磨下，可以络合生料中的钙质成分，有利于生料烧成过程的分解，从而降低水泥窑燃煤用量。
在实施例1、对比例6～7的结果中看出，在聚合醇胺等有机物、单一有机盐和单一无机盐的搭配下，其产生的效果是差于本发明中的适量有机物，搭配二元有机盐(木质素磺酸钠、腐殖酸钠)、二元无机盐(三聚磷酸钠、硅酸钠)的效果。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (14)

1.一种水泥生料助磨剂，其特征在于，所述水泥生料助磨剂的制备原料由聚合醇胺、聚羧酸母液、木质素磺酸盐、硅酸钠、三聚磷酸钠、腐殖酸钠、糖蜜和水组成；
所述聚合醇胺占所述水泥生料助磨剂的质量百分数为8~17%；
按重量份计，所述水泥生料助磨剂的制备原料为：所述聚合醇胺的用量为10～15份，所述木质素磺酸盐的用量为5～10份，所述腐殖酸钠的用量为3～5份；所述聚羧酸母液的用量为5～10份；所述硅酸钠的用量为5～8份；所述三聚磷酸钠的用量为3～5份；所述糖蜜得用量为10~15份；所述水的用量为45~55份。
2.根据权利要求1所述的水泥生料助磨剂，其特征在于，所述聚合醇胺和所述聚羧酸母液的重量比为1~3:1。
3.根据权利要求1所述的水泥生料助磨剂，其特征在于，所述聚合醇胺和所述糖蜜的重量比为0.6~1.5:1。
4.根据权利要求1所述的水泥生料助磨剂，其特征在于，所述聚合醇胺和所述木质素磺酸盐的重量比为1~3:1。
5.根据权利要求1所述的水泥生料助磨剂，其特征在于，所述聚合醇胺和所述腐殖酸钠的重量比为2~5:1。
6.根据权利要求1所述的水泥生料助磨剂，其特征在于，所述聚合醇胺和所述硅酸钠的重量比为1.25~3:1。
7.根据权利要求1所述的水泥生料助磨剂，其特征在于，所述聚合醇胺和所述三聚磷酸钠的重量比为2~5:1。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的水泥生料助磨剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将所述水泥生料助磨剂的制备原料在水中分散。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述分散，包括将所述三聚磷酸钠、所述木质素磺酸盐、所述硅酸钠和所述腐殖酸钠和水混合分散，再将所得混合物与所述聚合醇胺、所述聚羧酸母液和所述糖蜜进行二次分散。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述混合分散的方法为搅拌。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述混合分散的时长为10~15min。
12.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，所述二次分散的方法为超声震荡。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述超声震荡的时长为3~5min。
14.一种如权利要求1~7任一项所述水泥生料助磨剂在水泥生料粉磨中的应用。
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