礦渣粉磨用助磨劑的試驗研究

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(1.中北大學 材料科學與工程學院，山西 太原 030051；2.山西職業(yè)技術學院，山西 太原 030006)

引言

礦渣是一種具有良好潛在活性的材料，能顯著改善水泥和混凝土的性能，因此廣泛用于水泥和混凝土中。有研究表明，當?shù)V渣比表面積>400 m2/kg時，其活性才能充分發(fā)揮[1]。由于礦渣是玻璃體結構，它比熟料難磨，一起粉磨時達不到最佳活性，當熟料的比表面積達到400 m2/kg時，礦渣的比表面積一般≯300 m2/kg，因此需要單獨粉磨。但單獨粉磨礦渣耗電量非常大，是粉磨熟料的2～3倍[2]，導致其難于被磨細。一般可通過兩個途徑來解決此問題：一是改進設備，但用于礦渣粉磨的磨機價格昂貴，因此有其局限性；二是在粉磨過程中使用助磨劑，助磨劑具有提高粉體細度、改善物化性能、使物料顆粒表面自由能降低、平衡因粉碎而產(chǎn)生的不飽和價鍵、防止顆粒再度聚結以及降低粉磨電耗的作用，且價格低，因此考慮在礦渣粉磨過程中加入助磨劑以促進粉磨是較理想的措施[3]。

本試驗嘗試在礦渣單獨粉磨過程的不同時間段加入不同種類及摻量的助磨劑，分析其對礦渣粉細度、強度和粒徑分布的影響，通過對比找出對礦渣粗、細顆粒助磨效果良好的助磨劑，以期為實際生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 原材料與試驗儀器

1.1 原材料

本試驗所用礦渣均由山西智海集團水泥公司提供，密度為2.92 g/cm3。所選助磨劑為：丙三醇、三乙醇胺、硬脂酸鈉、硬脂酸、木質(zhì)素磺酸鈉，其中硬脂酸為化學純，其余均為分析純。

1.2 試驗儀器

本試驗所用儀器為：YX-305型水泥原料易磨性試驗機；FA2104型電子分析天平；FBT-5型全自動比表面積測定儀；FYS-150型水泥細度負壓篩析儀；101-型電熱鼓風干燥箱；BT-1500型粒度分析儀；TZA-300型電液式抗折抗壓試驗機。

2 試驗方法

2.1 助磨劑濃度和摻量的確定

參考文獻[1]，確定試驗所用5種助磨劑的濃度均為30%，各助磨劑的摻量見表1。

表1 礦渣助磨劑摻量 %

2.2 礦渣30 min粉磨試驗

取1 kg礦渣5份，每份均勻地摻入1種助磨劑，然后置于Ф 500 mm×500 mm試驗小磨粉磨30 min，取出后觀察試驗現(xiàn)象，稱量，密封保存。并磨1份等量的不摻加助磨劑的空白樣做對比。

2.3 礦渣70 min粉磨試驗

先將1 kg礦渣置于小磨內(nèi)，粉磨30 min，停磨，加入助磨劑，繼續(xù)粉磨40 min，停磨后取料，觀察試驗現(xiàn)象，稱量，密封保存。每種助磨劑試驗1次。并另取1份礦渣直接磨70 min作為對比空白樣。

3 試驗結果及分析

3.1 篩余百分數(shù)

采用Ф 500 mm×500 mm試驗小磨粉磨的不同礦渣粉的篩余百分數(shù)見表2。

表2 不同礦渣粉的篩余百分數(shù) %

由表2可以看出，粉磨30 min時，所選助磨劑皆使篩余大幅度增加，可見助磨劑在粉磨早期對降低礦渣篩余并無效果。粉磨70 min時，在降低礦渣細顆粒篩余方面，以硬脂酸的效果最好，80 μm篩余降為0，而45 μm篩余由4.4%降至0.8%，硬脂酸對45 μm以上粒徑的顆粒作用效果明顯；而硬脂酸鈉則對80 μm以上粒徑的顆粒有良好的作用效果，三乙醇胺和木質(zhì)素磺酸鈉的作用效果與硬脂酸鈉相似，丙三醇也有良好的降低篩余作用。

3.2 比表面積

不同礦渣粉的比表面積見表3。

表3 礦渣粉比表面積 m2/kg

由表3可以看出，粉磨30 min時，除丙三醇之外，其他助磨劑均不同程度地使礦渣粉的比表面積減小。而粉磨70 min時，丙三醇使顆粒的比表面積大幅度增加；硬脂酸鈉則使顆粒的比表面積大幅度降低；三乙醇胺、硬脂酸、木質(zhì)素磺酸鈉對粉體比表面積的影響不大。可見，在這幾種助磨劑中，丙三醇對提高礦渣粉的比表面積效果最佳。

3.3 抗壓強度

分別取粉磨30 min、粉磨70 min的礦渣粉90 g，與100 g普通硅酸鹽水泥和10 g石膏均勻混合配制成礦渣水泥。然后加入70 g水，迅速攪拌2 min，立即裝模，置于標準養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，24 h后脫模，測定水泥3 d和7 d抗壓強度，結果見圖1和圖2。

由圖1和圖2可以看出，粉磨30 min時，對于3 d抗壓強度，摻丙三醇粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥與不摻助磨劑的礦渣水泥強度接近，而摻其他助磨劑粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥強度均有較大幅度的降低；對于7 d抗壓強度，摻三乙醇胺粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥與不摻助磨劑的礦渣水泥強度接近，摻丙三醇粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥強度提高，摻其他助磨劑粉磨的礦渣粉配制的水泥強度則大幅度下降。與空白樣相比，粉磨70 min的礦渣，對于3 d強度，摻丙三醇、三乙醇胺、木質(zhì)素磺酸鈉粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥強度稍有降低，摻硬脂酸、硬脂酸鈉粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥強度降幅較大；對于7 d強度，摻丙三醇粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥強度有較大幅度增長，摻硬脂酸、硬脂酸鈉粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥強度則增幅不大，摻三乙醇胺、木質(zhì)素磺酸鈉粉磨的礦渣粉配制的礦渣水泥強度有所降低，但降幅遠小于同樣摻量下粉磨30 min的礦渣水泥。

3.4 粒徑分布

將摻助磨劑粉磨的礦渣粉粒徑分布與空白樣做對比，得到各樣品粒徑分布相對于空白樣的變化情況，見圖3和圖4。

由圖3和圖4可以看出，粉磨30 min時，5種助磨劑主要使得60～140 μm的顆粒大幅度增加，即提高了大顆粒的含量。粉磨70 min時，硬脂酸、硬脂酸鈉、三乙醇胺均大幅度增加了對強度起主要作用的3～32 μm顆粒，但實際強度并沒有太大變化，且摻三乙醇胺的礦渣強度還有所降低。因此可以認為，硬脂酸、硬脂酸鈉、三乙醇胺對礦渣的粉磨機理僅表現(xiàn)為一種表面活性劑，即吸附于礦渣顆粒表層，使物料之間不再互相粘結；同時也吸附于物料顆粒裂縫間，促進了外力做功時顆粒裂縫的擴展。

圖3 粉磨30 min礦渣粉的粒徑分布變化

圖4 粉磨70 min礦渣粉的粒徑分布變化

4 結論

4.1 所選用的5種助磨劑，在粉磨早期對礦渣顆粒粒徑的改變并無明顯作用，主要以改變顆粒的形態(tài)及表面活性為主，后期則主要對粒度起作用，部分助磨劑大幅度增加了3～32 μm顆粒所占比例。

4.2 綜合比較5種助磨劑對礦渣粉篩余、比表面積、強度和粒度分布的影響，丙三醇對礦渣粗顆粒的助磨效果較好，提高了所配制的礦渣水泥的早期強度；硬脂酸對礦渣細顆粒的助磨效果較好，降低了45 μm和80 μm篩余量，改善了顆粒級配。

參考文獻：

[1] 楊文玲.幾種有機物及其同系物做礦渣助磨劑的試驗研究[D].洛陽：河南科技大學，2010.

[2] 胡東杰，李占平.礦渣助磨劑的研究及應用[J].中國水泥，2007(4)：55-57.

[3] 蔡永太.磨細礦粉改性及其助磨劑試驗研究[J].混凝土，2006(2)：47-48，56.