CN115196904B - 一种水泥生料助磨剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水泥生料助磨剂，其由碳酸钠、木质素磺酸盐、聚羧酸盐、羟烷基氨基磺酸酯、多羟烷基叔胺、聚醚多元醇、水制备得到，本发明的助磨剂能够充分发挥木质素磺酸盐、聚羧酸盐等原料对水泥生料分散效果，对水泥生料中的石灰质原料、黏土质原料、氧化铁质原料均有强的分散性，可大幅降低生料颗粒的细度；可加快熟料烧制过程中生料颗粒的反应速度，提高反应完成的程度，提高熟料的生产速度和质量。且本发明可利用碳酸钠熔点较低的特点，调节生料烧成过程中的液相量，以提高烧成反应的速度，改进熟料质量，降低能量消耗，实现提质节能。

Description

一种水泥生料助磨剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥生产技术领域，尤其涉及一种水泥生料助磨剂及其制备方法。

背景技术

水泥生产是能量利用率低且高耗能的产业，我国水泥产量超过全球产量的一半，降低水泥生产能耗、二氧化碳排放是重要的任务。

水泥生产过程中，“两磨一烧”是生产中的核心工艺，其中的生料粉磨则是两磨之一，其也为水泥工业的主要能耗工艺之一，同时也是“两磨一烧”第一步骤。生料的质量，直接关系到熟料扫成工艺过程的质量和效果，也是减少水泥生产过程中的能耗和碳排放的关键。

生料粉磨过程是矿物材料粉碎的过程，能量消耗的目的是降低材料的颗粒大小，也即增加颗粒的表面能。由于采用球磨工艺对矿物颗粒进行破碎，绝大部分能量都被消耗在磨机内部产生的磨耗和温度的升高，而且，颗粒细度降低导致的颗粒表面能提高，破碎后产生新表面带有相反的电荷，被破碎的颗粒之间具有聚集结团的趋势，进一步降低了粉磨能量的利用效率。

生料助磨剂可以提高粉磨能量的利用效率。生料助磨剂吸附与颗粒表面，降低颗粒的表面能，中和断裂面的电荷，提高颗粒的分散度，降低颗粒的平均粒径和平均质量，缩小颗粒的粒度分布范围。

然而目前的水泥生料助磨剂，由于不能有效的与水泥生料组成原料适应，导致助磨效果满足不了需求。

并且生料粉磨后进入烧成阶段，烧成是由煤粉提供热量的固相高温烧成反应，最高烧成温度约为1450℃到1550℃。生料组份在此温度下部分变为液相，在液相条件下发生反应，生成硅酸盐矿相，降温析出，成为熟料。熟料烧成是水泥能量消耗的主要工艺，也是水泥质量的核心工艺。如何降低烧成能耗，又生成高质量的熟料是关键。

发明内容

因此，基于以上背景，本发明提供一种水泥生料助磨剂及其制备方法，所制备的助磨剂不仅能够提高粉磨质量，并且在生料烧制熟料过程中，可以分解产生氧化钠，促进硅酸盐矿相的反应，提高熟料的质量，降低能量消耗。

本发明提供的技术方案为：

一种水泥生料助磨剂，其由以下原料制备得到：

碳酸钠、木质素磺酸盐、聚羧酸盐、羟烷基氨基磺酸酯、多羟烷基叔胺、聚醚多元醇、水。

其中一种可实现方式，其制备原料重量组成如下：

其中一种可实现方式，其制备原料重量组成如下：

其中一种可实现方式，制备原料重量组成如下：

其中一种可实现方式，其制备方法包括如下步骤：

1)按量称取水分；

2)将碳酸钠加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3)将木质素磺酸盐加入，搅拌，直到完全溶解；

4)将聚羧酸盐加入，搅拌，直到完全溶解；

5)将羟烷基氨基磺酸酯加入，搅拌，直到完全溶解；

6)将多羟烷基叔胺加入，搅拌，直到完全溶解；

7)将聚醚多元醇加入，搅拌，直到完全溶解；

8)搅拌均匀即得。

其中一种可实现方式，所用水的电导率为不大于300μS/cm；PH值不小于6.0。

进一步地，所用水可为自来水或蒸馏水。

其中一种可实现方式，所述羟烷基氨基磺酸酯为二羟乙基氨基磺酸甲酯、二羟乙基氨基磺酸乙酯、二羟异丙基氨基磺酸甲酯、二羟异丙基氨基磺酸乙酯的至少一种。

进一步地，聚醚多元醇为不少于三官能团度。

其中一种可实现方式，所述多羟烷基叔胺为三羟烷基叔胺及其盐。

进一步地，聚羧酸盐为以含不饱和键脂肪醇为起始剂，在碱性催化剂条件下与环氧烷烃反应生成的聚醚作为大单体，与丙烯酸类采用自由基聚合制备而成。

进一步地，木质素磺酸盐包括木质纤维素磺酸钙或钠。

本发明还提供了上述的水泥生料助磨剂在水泥生料粉磨中的应用。

其中一种可实现方式，所述水泥生料包括灰质原料、黏土质原料、氧化铁质原料。

其中一种可实现方式，所述水泥生料助磨剂的掺量为水泥生料的0.05％-0.3％。

本发明助磨剂所用原料①碳酸钠(是一种简单无机碳酸盐，俗称苏打，熔点为851℃)，具有弱碱性，能容于水和有机物，其在生料烧制熟料过程中，可以分解产生氧化钠，熔点为1132℃，在生料烧成温度下提供液相，促进硅酸盐矿相的反应，提高熟料的质量，降低能量消耗。

②木质素磺酸盐，具有很强的分散性、粘结性、螯合性，对石灰石质原料有很强的分散性；对黏土质原料也有非常强的分散性，可以与石灰石质原料中的金属离子螯合，达到完全分散的效果。

③聚羧酸盐，是用丙烯酸类或马来酸酐类化合物与含不饱和双键的长链聚醚共聚而生成的一种高分子分散剂，对水泥生料中的石灰石质原料、黏土质原料、氧化铁质原料以及校正原料有很强的分散性，尤其对氧化铁质原料以及校正原料有很强的分散性。

④羟烷基氨基磺酸酯，是一种新型氨基磺酸衍生物，对水泥生料具有很强的分散性。

⑤多羟烷基叔胺中的羟基和氨基均对水泥熟料颗粒有羟的吸附性，可有效分散固体颗粒，对水泥生料具有极强的分散性。

⑥聚醚多元醇对水泥生料具有很强的分散性。

采取上述技术方案，具有的有益效果如下：

1)本发明的助磨剂能够充分发挥木质素磺酸盐、聚羧酸盐、羟烷基氨基磺酸酯、多羟烷基叔胺、聚醚多元醇原料对水泥生料分散效果，对水泥生料中的石灰质原料、黏土质原料、氧化铁质原料均有强的分散性，大幅降低生料颗粒的细度；可加快熟料烧制过程中生料颗粒的反应速度，提高反应完成的程度，提高熟料的生产速度和质量。

且本发明可利用碳酸钠熔点较低的特点，调节生料烧成过程中的液相量，以提高烧成反应的速度，改进熟料质量，降低能量消耗，实现提质节能。

2)本发明的助磨剂制备工艺简便，成品为水溶液，无三废，包装方便容易，运输、储存、应用简单方便。

具体实施方式

现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。

因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：一种水泥生料助磨剂，其制备步骤如下：

1)称取水44.5份；

2)将碳酸钠0.5份加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3)将木质素磺酸盐5份加入，搅拌，直到完全溶解；

4)将聚羧酸盐10份加入，搅拌，直到完全溶解；

6)将羟烷基氨基磺酸酯20份加入，搅拌，直到完全溶解；

7)将多羟烷基叔胺0份加入，搅拌，直到完全溶解；

8)将聚醚多元醇15份加入，搅拌，直到完全溶解；

9)搅拌均匀即得。

实施例2：一种水泥生料助磨剂，其制备步骤如下：

1)称取水63.5份；

2)将碳酸钠0.5份加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3)将木质素磺酸盐30份加入，搅拌，直到完全溶解；

4)将聚羧酸盐0份加入，搅拌，直到完全溶解；

5)将羟烷基氨基磺酸酯1份加入，搅拌，直到完全溶解；

6)将多羟烷基叔胺0份加入，搅拌，直到完全溶解；

7)将聚醚多元醇5份加入，搅拌，直到完全溶解；

8)搅拌均匀即得。

实施例3：一种水泥生料助磨剂，其制备步骤如下：

1)称取水62份；

2)将碳酸钠1份加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3)将木质素磺酸盐10份加入，搅拌，直到完全溶解；

4)将聚羧酸盐10份加入，搅拌，直到完全溶解；

5)将羟烷基氨基磺酸酯10份加入，搅拌，直到完全溶解；

6)将多羟烷基叔胺5份加入，搅拌，直到完全溶解；

7)将聚醚多元醇10份加入，搅拌，直到完全溶解；

8)搅拌均匀即得。

实施例4：一种水泥生料助磨剂，其制备步骤如下：

1)称取水61份；

2)将碳酸钠2份加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3)将木质素磺酸盐10份加入，搅拌，直到完全溶解；

4)将聚羧酸盐5份加入，搅拌，直到完全溶解；

5)将羟烷基氨基磺酸酯5份加入，搅拌，直到完全溶解；

6)将多羟烷基叔胺2份加入，搅拌，直到完全溶解；

7)将聚醚多元醇15份加入，搅拌，直到完全溶解；

8)搅拌均匀即得。

实施例5：一种水泥生料助磨剂，其制备步骤如下：

1)称取水57份；

2)将碳酸钠3份加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3)将木质素磺酸盐10份加入，搅拌，直到完全溶解；

4)将聚羧酸盐10份加入，搅拌，直到完全溶解；

5)将羟烷基氨基磺酸酯5份加入，搅拌，直到完全溶解；

6)将多羟烷基叔胺0份加入，搅拌，直到完全溶解；

7)将聚醚多元醇15份加入，搅拌，直到完全溶解；

8)搅拌均匀即得。

实施例6：一种水泥生料助磨剂，其制备步骤如下：

1)称取水56份；

2)将碳酸钠2份加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3)将木质素磺酸盐15份加入，搅拌，直到完全溶解；

4)将聚羧酸盐5份加入，搅拌，直到完全溶解；

5)将羟烷基氨基磺酸酯10份加入，搅拌，直到完全溶解；

6)将多羟烷基叔胺2份加入，搅拌，直到完全溶解；

7)将聚醚多元醇10份加入，搅拌，直到完全溶解；

8)搅拌均匀即得。

实施例1至实施例6所用水为自来水或蒸馏水，水的电导率为不大于300μS/cm；PH值不小于6.0。

木质素磺酸钙为来自造纸工业，为工业品。

聚醚多元醇为不少于三官能团。

羟烷基氨基磺酸酯为二羟乙基氨基磺酸甲酯、二羟乙基氨基磺酸乙酯、二羟异丙基氨基磺酸甲酯、二羟异丙基氨基磺酸乙酯，其制备参考专利CN202111674651.5，《N,N-二取代基氨基磺酸化合物的制备方法及其应用》。

多羟烷基叔胺为三羟烷基叔胺及其盐。

聚羧酸盐为以含不饱和键脂肪醇为起始剂，在碱性催化剂条件下与环氧烷烃反应生成的聚醚作为大单体，与丙烯酸类采用自由基聚合制备而成。

试验方法：按照同样的生料组成比例，分别称取石灰质原料、黏土质原料、氧化铁质原料，每次配样5公斤；将5公斤原料投入标准试验小磨，设定粉磨时间，然后开启磨机，磨机停止后即得生料；

按照生料的组成比例和生料助磨剂掺量，分别称取石灰质原料、黏土质原料、氧化铁质原料以及校正原料、生料助磨剂，将生料助磨剂均匀的加入生料中；将加入了生料助磨剂的原料加入标准试验小磨，设定粉磨时间，然后开启磨机，磨机停止后即得生料。试验结果见表1至表4。

表1：相同掺量相同粉磨时间生料助磨剂粉磨试验结果

从表1中可以看出，本发明的助磨剂具有很好的助磨作用，可显著地提高生料的比表面积，降低筛余。实施例4中的45微米筛余和80微米筛余量均最少，效果最优。

表2：相同生料助磨剂不同掺量粉磨试验结果

从表2中可以看出，本发明的助磨剂具有很好的助磨作用。当助磨剂掺量增加时，80微米筛余量减少，对45微米筛余影响不大，即助磨剂掺量增加更有利于45微米以上的粉末细度的增加。

表3：不同粉磨时间生料粉磨结果

从表3中可以看出，本发明的助磨剂在不同粉磨时间和不同掺量条件下均具有很好的助磨作用。

表4：生料粉磨工业生产试验结果

备注：所用生料助磨剂为实施例3助磨剂

由表4可以明显看出，实施例3生料助磨剂在生料粉磨工业生产中，台时产量增加幅度达到19.8％和18.3％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (6)

1.一种水泥生料助磨剂，其特征在于，其制备原料重量组成如下：

碳酸钠 0.5-5.5份；

木质素磺酸盐 15-35份；

聚羧酸盐 0-20份；

羟烷基氨基磺酸酯 1-15份；

多羟烷基叔胺 0-15份；

聚醚多元醇 5-25份；

水 20-65份；

所述多羟烷基叔胺为三羟烷基叔胺及其盐的至少其中一种；

所述羟烷基氨基磺酸酯为二羟乙基氨基磺酸甲酯、二羟乙基氨基磺酸乙酯、二羟异丙基氨基磺酸甲酯、二羟异丙基氨基磺酸乙酯的至少其中一种。

2.根据权利要求1所述一种水泥生料助磨剂，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：

1）按量称取水分；

2）将碳酸钠加入水中，搅拌，直到完全溶解；

3）将木质素磺酸盐加入，搅拌，直到完全溶解；

4）将聚羧酸盐加入，搅拌，直到完全溶解；

5）将羟烷基氨基磺酸酯加入，搅拌，直到完全溶解；

6）将多羟烷基叔胺加入，搅拌，直到完全溶解；

7）将聚醚多元醇加入，搅拌，直到完全溶解；

8）搅拌均匀即得。

3.根据权利要求1或2任一项所述一种水泥生料助磨剂，其特征在于，所用水的电导率为不大于300μS/ cm；pH值不小于6.0。

4.权利要求1至3任一项所述的水泥生料助磨剂的应用，其特征在于，其在水泥生料粉磨中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述水泥生料包括灰质原料、黏土质原料、氧化铁质原料。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述水泥生料助磨剂的掺量为水泥生料的0.05%-0.3%。