助磨剂的研究现状与发展前景

  助磨剂是一种添加剂，适量地加入到被粉磨的物料中，能通过它对颗粒表面的物理化学作用，发挥力学效能，得以提高物料的易碎性和分散性，来提升粉磨细度和降低粉磨电耗。按使用时的状态分，助磨剂可大致分为：固体、液体和气体助磨剂。 固体助磨剂有：硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、胶体石墨、炭黑、粉煤灰、石膏等；液体助磨剂有：有机硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸盐等； 气体助磨剂有：蒸气状的极性物质以及非极性物质等。按化学结构助磨剂可大致分为三类：聚合无机盐、聚合有机盐及复合化合物。

  被粉碎物料颗粒吸附一层单分子膜的助磨剂后，吸附分子与矿物颗粒表面缺陷组织之间的电子转移，使有些离子晶型的物料的显微硬度降低，加快塑性变形，促进粉碎过程。

  当矿物颗粒表面吸附了助磨剂分子后，表面能大幅度下降，相应的物料抗张强度也降低。

  由于受范德华力和静电力的作用，很容易凝聚和包球。但是，新生表面一旦吸附助磨剂，其活性顿时下降，从而减小凝聚性、粘壁性、提高了流动性，有利于粉碎，更加有助于分级，这种有效的分散、解聚作用是助磨剂的重要的功能。

  在湿磨过程中氧的存在，将显著加速钢球的腐蚀和磨损，磨机中球和衬板局部的电化学腐蚀也是很严重的。研究表明，在铅锌硫化矿粉磨时，经过控制pH 值，添加助磨剂，球的磨损明显降低，根本原因是助磨剂的添加某些特定的程度上排除和抑制了氧的作用，消除了电化学腐蚀反应。

  在磨矿过程中，原料通常都不是单一的矿物。不同的矿物，在后续的作业中粒度要求不完全一样。有些药剂对不同的矿物具有选择性磨碎作用。试验表明，磁铁矿和石英混合，添加200 g/ t CaO ，矿浆浓度≥75 %时，磁铁矿的选择性磨碎效果显著。

  为了提升产品在应用中的分散性和流动性，有些物料粉碎时也要加入助磨剂进行改性。例如:在粉碎氧化铁系颜料时加入0. 5 %～1 %硬脂酸助剂，不仅增产26 % ，而且所粉碎的铁红颜料制造油漆的分散时间也缩短了50 %。对于一种助磨剂加入到被粉碎物料之中，有几率发生上述某一种作用，也可能是几种作用的联合

  （1） 助磨剂在固体颗粒表面上的吸附，改变了颗粒表面的结构性质，降低了颗粒的强度和硬度，同时阻止了新生裂纹的闭合，加速物料裂纹的扩展。

  （2）当物料粉碎磨细到一定细度时，颗粒之间、颗粒与研磨介质间会聚集、粘附形成包壳。助磨剂能迅速地消除或减弱颗粒与颗粒、颗粒与研磨介质间的聚集和粘附，提高粉磨效率。

  国外粉碎作业使用助磨剂已有70 多年的历史。自从1930 年Goddard 以树脂作为助磨剂在英国首先取得专利以来， 先后被研究作为助磨剂的物质达50 多种.助磨剂的品种以有机物为主， 其中以醇和醇胺类的化合物为多。德国、法国、美国、日本、前苏联、朝鲜等国对助磨剂的研究和应用比较广泛， 据悉目前日本几乎所有的水泥厂都使用水泥助磨剂。

  我国对助磨剂的研究和应用起步较晚， 20 世纪50 年代后期， 一些水泥厂曾利用煤、纸浆废液、肥皂废液等作为水泥助磨剂， 效果不甚明显。20 世纪70 年代， 不少水泥企业和研究部门对助磨剂开展广泛的研究和应用工作。武汉理工大学、同济大学、华南理工大学等研究单位和四川资中、陕西汉中、山东枣庄、广西玉林等水泥厂，先后对水泥磨及生料磨使用助磨剂进行了实验室试验、工业性试验和生产上的应用， 所采用的助磨剂一般是化工厂的副产品或下脚料以及废液、废渣等， 均收到较好的效果， 但由于废料来源不充足或质量不稳定而无法推广应用。近年来， 助磨剂的研究得到有关高等院校、科研院所和科技研发企业的格外的重视， 取得多项成果。

  目前， 国内研究及应用的水泥助磨剂， 有液体助磨剂和固体助磨剂，其基本成分大都属于有机表面活性物质。主要为:胺类、醇类、醇胺类、 木质素磺酸盐类、脂肪酸及其盐类、 烷基磺酸盐类等。具体物质为: 三乙醇胺、 二乙醇胺、乙二醇、木质素磺酸盐、甲酸、硬脂酸、油酸、尿素、十二烷基苯磺酸钠等。实际在水泥生产中选用的主要有两类形式: 一是纯度较高的化工产品； 二是化工厂等的废料。助磨剂产品的种类较多， 除纯化合物产品外， 还研究及开发了多种复合助磨剂。

  1) 国内大多采用工业纯复合有机盐和无机盐为助磨剂的主要成分，成本比较高，技术经济指标一般。

  2)采用经验方式确定配方，配合的原理研究较少，因此所取得的产品一般适应面较窄。特别对于温度比较高的物料还没有合适的产品。即使对于不同生产厂商的同种产品应用于不同厂家，也存在效果差异较大的情况。

  3)偶极-偶极有机物作为表面助磨剂研究较少，没能充分的发挥该系列新产品改善粉磨物料粘附效果。

  4)对工业废料开发高效表面助磨剂研究较少，且未能将多种有效助磨成分配合在一起，从而发挥最佳粉磨效果。

  系统中添加助磨剂的目的是为了改善物料的易磨性，减轻颗粒之间的粘聚结团作用，消除微细颗粒球糊衬板现象，提高磨机内物料的流动性，以此来实现球磨机节能高产的目标。但化学助磨剂对后续作业及环境的影响是影响助磨剂发展的重要的因素，许多能提高磨矿效率的化合物因对后续作业或生态环境有不良影响而不可以使用，只有影响很小的助磨剂才能够被接受。因此无毒、无害而价格低的助磨剂是今后发展的一个方向。

  由于助磨剂通常为化学药剂，极易挥发损耗。因此能在形式上作一些改变，将助磨剂通过一种特殊的物质作为载体，延缓助磨剂进入粉磨系统后的快速挥发消散，使助磨剂在粉磨的全过程中逐渐缓释出来也是当前助磨剂的研究课题。

  由于各生产厂商原料物质的表面性质存在一定的差异，助磨剂在待磨颗粒表面上吸附的速度也会不同，利用这种差异，能改变组成矿物各自的表面性质、 连接面性质及矿浆的性质来实现粉磨的选择性。因此根据不同物料的表面性质，研究选择性好的助磨剂也是其发展的主要方向。

  助磨剂研究的另一个方向就是多种助磨剂进行复配使用。单一的助磨剂大多存在一些局限性，多种助磨剂进行复配使用则可以克服上述局限性。

  武汉理工大学材料学院水泥所研制的HSX-A高效水泥活化助磨剂、河南某厂液态助磨剂C和国外某厂液态助磨剂G三个品牌的助磨剂做试验研究。研究三类助磨剂对水泥强度、凝结时间、安定性、标准稠度用水量、细度、比表面剂等性能的影响。

  （2）比较三个系列的助磨剂对水泥性能的影响，特别是对水泥强度的提高程度。

  将熟料、石膏和混合材经过颚式破碎机破碎至粒径小于7mm后，按试验方案中配比加入Φ500×L500水泥试验小磨中，每次配料5kg，粉磨时间为25min。混合材都经过烘干。

  表2-1为HSX-A型活化助磨剂对使用矿粉为混合材的水泥性能影响的试验方案。

  （注：方案（一）（二）均采用小磨粉磨的熟料粉和比表面为481m2/kg的矿渣粉按规定配比和HSX－A活化助磨剂混合均匀做试验的，意在试验活化助磨剂的活化激发作用。安定性均合格）

  对方案（一）（二）结果做多元化的分析，能得出HSX-A型水泥活化助磨剂对单掺矿渣水泥的强度、凝结时间、安定性、标准稠度用水量影响如下：

  （1） HSX-A型水泥活化助磨剂可提高水泥1d、3d和28d的强度。其中3d抗压可提高2～3 MPa，28d抗压可提高5～6 MPa。

  （2） 水泥的凝结时间随HSX-A型水泥活化助磨剂、矿渣掺量的不同呈现不同的规律。

  （3） HSX-A型水泥活化助磨剂对标准稠度用水量影响绝对值之差小于1.0。

  表2-2为HSX型活化助磨剂对掺矿渣、煤矸石、磷渣等混合材的水泥性能影响的试验方案。

  对方案（三）结果做多元化的分析得出，在HSX-A型水泥活化助磨剂掺量为1%时对掺不同品种和比例混合材水泥的强度、凝结时间、细度影响如下：

  从试验结果得出如下结论，河南某厂液态助磨剂CD对水泥的强度、凝结时间、细度和比表面的影响如下：

  （1） 对水泥1d、3d和28d的强度提高很小，28d抗压最高可提高2.3 MPa。可缩短水泥初凝和终凝时间，差值小于30min。

  注：Z2、Z3、Z4分别添加液态助磨剂G的三个不一样的牌号的助磨剂，安定性均合格

  从试验结果得出如下结论，国外某厂液态助磨剂G对水泥的强度、凝结时间、细度影响如下：

  （3） 0.08mm水泥筛筛余减少2.5左右。可提高水泥比表面8～16m2/kg。

  （1） HSX-A高效水泥活化助磨剂对掺有磷渣、矿渣、煤矸石、石灰石等混合材的复合硅酸盐水泥的3d、28d抗压强度均可4～6MPa，抗折强度均可提高1.5～2.5MPa。特别对矿渣微粉的具有非常好的活化激发作用。其助磨效果优于河南某厂液态助磨剂CD。和国外某厂液态助磨剂G相比，HSX-A高效水泥活化助磨剂对水泥早期强度提高的幅度更大，但对后期强度提高幅度略差。

  （2） HSX-A高效水泥活化助磨剂对凝结时间的作用与水泥混合材种类、掺量及本身掺量有关。河南某厂液态助磨剂CD和国外某厂液态助磨剂G均可缩短水泥的初凝和终凝时间。