火山灰水泥助磨劑的研制

　　一．引言

　　火山灰是由于地質地貌的運動和變化引起火山爆發(fā)噴出的一種灰粉或由灰粉聚集而形成的火山石，在我國云南、貴州、廣東等地區(qū)有著十分豐富的火山石資源。它可以作為生產(chǎn)水泥用的一種混合材，但是由于其活性較低而決定了它在水泥中的摻量較少。為了更進一步提高火山石在水泥中的摻量、降低水泥中熟料的消耗，實現(xiàn)資源的充分利用和水泥工業(yè)節(jié)能減排以及提高水泥企業(yè)的經(jīng)濟效益的目的，長沙保靈建材助劑有限公司與云南盈江允罕水泥有限公司為此進行了技術合作，并成功地研制出了一種高效火山灰水泥助磨劑。

　　二．研制方法

　　1.火山石及其它原料的化學分析

　　我們?yōu)榱吮阌谘兄苹鹕交宜嘀?，首先對火山石進行化學分析，發(fā)現(xiàn)它和粉煤灰有著類似的化學成分。見表1。

　　表-1 火山石、粉煤灰、熟料的化學分析

　　2. 水泥助磨劑直接進行工業(yè)性試驗的理由

　　人們通常研究水泥助磨劑產(chǎn)品采取的是先小磨、后大磨試驗的方法，認為這種方法具有一定的可靠性。然而小磨試驗只是對大磨試驗的一種狀態(tài)模擬，物料在小磨中處于封閉狀態(tài)，而在大磨中是一種流動形態(tài)，因而一般情況下物料在小磨中的“過粉磨”現(xiàn)象比在大磨中嚴重；小磨內(nèi)的環(huán)境溫度較低，大磨中的環(huán)境溫度則較高，不同助磨劑的成分不盡相同，有的有效成分會在大磨中“揮發(fā)”或參與水化反應而損失，有的則能在大磨的氛圍中更充分地發(fā)揮出效果。因此，大磨試驗比小磨試驗能更全面、更真實地反映出水泥助磨劑的效果。有人擔心萬一水泥助磨劑的效果如果差就會造成水泥質量事故，但只要助磨劑產(chǎn)品的配方設計合理并在試用過程中相應縮短試驗時間、事先做好水泥進庫和出庫的管理工作，即便出現(xiàn)了問題也可以把它解決在萌芽狀態(tài)之中。

　　3.A型水泥助磨劑的試驗

　　依據(jù)火山石的化學成分與粉煤灰的化學成分相近的特點，我們先選用A型水泥助磨劑（下文簡稱“A劑” ）直接進行了大磨試驗。A劑是由長沙保靈助劑有限公司自主研發(fā)的一種適用于低活性混合材水泥生產(chǎn)的新產(chǎn)品，它是由羥基、胺基和羧基的表面活性物質和具有“激發(fā)”作用的無機鹽復合而成的。它在較高的環(huán)境溫度下（如大磨內(nèi)），其中有些活性物質易揮發(fā)成氣體，能充分地與粉磨物料接觸，并起到“潤濕”和消除“靜電作用”從而提高粉磨效率；而其中的另些活性物質則不易揮發(fā)并能有效地改變混合材中Si-O鍵結構，能提高混合材的易磨性和活性，從而起到提高水泥各齡期強度的效果。這種A劑產(chǎn)品已獲得了國家發(fā)明專利申請受理，已廣泛地應用于水泥生產(chǎn)中，并深受廣大用戶的歡迎。

　　2010年9月份，我們?nèi)ピ颇嫌屎彼嘤邢薰具M行了A劑產(chǎn)品的大磨試驗。加劑試驗是在未加劑的水泥的配比基礎上降5%熟料、增加5%火山石，加劑試驗時間為2小時，并事先相應做好了水泥入庫和出庫的管理工作。相關試驗結果見表-2、表-3。

　　表-2   A劑工業(yè)性試驗水泥的物理性能

表-4   B劑工業(yè)性試驗水泥的物理性能

表-3  A劑對水泥水化熱的影響                                      表-5  B劑對水泥水化熱的影響

　　試驗數(shù)據(jù)表明：(1) 在粉磨32.5水泥時，加入A劑的水泥比表面積反而比空白試驗的水泥比表面積稍小，這是由于火山石一方面具有許多小孔，吸附水的能力較強，該水泥廠入磨火山石的水分通常為3.5%左右；另一方面火山石的硬度并不大，但它卻較綿軟，不利于粉磨。隨著火山石摻量的增加，粉磨效率相應會降低。(2) 加入A劑粉磨32.5水泥的凝結時間比空白試驗稍縮短，水泥3d的水化熱值和強度均有提高，但水泥28d的水化熱值和強度卻稍有下降，這是由于水泥中由火山石提供的Al2O3具有較高的活性，它能和石膏迅速發(fā)生水化反應，生成硫鋁酸鹽并吸附了A劑中部分活性物質，這種硫鋁酸鹽具有較高的早期強度，但后期強度較低。(3) 粉磨42.5水泥時，加入A劑的水泥比表面積比空白的大，凝結時間也縮短了，并且水泥的各齡期水化熱值和強度均提高了，這是因為42.5水泥中火山石的摻量比32.5水泥的少，物料中含水量也就小些，有利于物料在磨內(nèi)粉磨；水泥中由火山石提供的活性Al2O3含量也相應減小，A劑中的活性物質被Al2O3吸附的數(shù)量減小，水泥在水化過程中生成硫鋁酸鹽的量也會相應減少。(4) A劑對42.5水泥適應性較理想，但對32.5水泥的適應性稍顯不足。

　　4. B型水泥助磨劑的試驗

　　根據(jù)A型水泥助磨劑的試驗情況，我們又在A型水泥助磨劑中添加一種由多元成分合成的活化酶，復合成B型水泥助磨劑（下文簡稱“B劑” ）。從理論上分析，這種活化酶既能更進一步消除粉磨過程中產(chǎn)生的“靜電作用”和暫時抑制硅酸鹽礦物質在磨內(nèi)與水發(fā)生水化反應，它又能與火山石中的活性Al2O3反應生成微量的Al(OH)3膠體，這種膠體并包裹在Al2O3周圍，減緩它與石膏水化反應生成硫鋁酸鹽的速度，并減輕它對水泥助磨劑活化成分的吸附作用，從而確保B劑與火山灰水泥有更好的適應性。

　　2010年11月份，云南盈江允罕水泥有限公司又對B劑進行了工業(yè)性試驗，其試驗方法與A劑相同。試驗結果見表-4、表-5。

　　試驗數(shù)據(jù)表明：1. B型水泥助磨劑分別在粉磨32.5、42.5水泥過程中與各自未摻助磨劑的空白試驗相比，其水泥比表面積增加、凝結時間也相應縮短了，各齡期水化熱值及強度均有所提高；2. 從而證實B劑中活化酶所起的作用與理論上的分析相吻合。3. B劑比A劑的效果更理想，它與火山灰水泥有著更好的適應性。

　　三 結論

　　1. B型水泥助磨劑與火山灰水泥有很好的適應性，它對水泥的助磨效果和增強作用顯著。

　　2. B型水泥助磨劑試驗時，在水泥配比中降5%的熟料（增5%火山石）的情況下，水泥3d、28d抗壓強度均還能提高1MPa以上，這說明使用B型水泥助磨劑生產(chǎn)水泥時，能降低水泥配比中6%以上的熟料消耗（增加6%以上的火山石摻量）。

　　3. 通過“性價比”分析，云南盈江允罕水泥有限公司使用B型水泥助磨劑后，每噸水泥比原來使用某廠助磨劑多提高經(jīng)濟效益3.0元。

　　4. 如果水泥廠能采取有效措施，進一步降低火山石的水分和減小入磨水泥熟料的粒度，那么將會更好地發(fā)揮出水泥助磨劑的效果，有望降低水泥配比中8%以上的熟料消耗，能為每噸水泥帶來8.0元的利潤。

　　5. B型火山灰水泥助磨劑的成功研制為我國水泥企業(yè)利用火山灰資源、降低熟料的消耗提供了有利條件。