水泥激发剂应用常见技术问题探讨

1概述

随着产业结构的调整，部分立窑水泥厂家被改造为水泥粉磨站，为节约能源，减少环境污染起到了重要的作用。水渣和粉煤灰作为矿物掺和料在混凝土行业已经大量使用，使水渣和粉煤灰的价格逐年提高。研制具有助磨、增强功能的水泥工艺外加剂（本文称之为水泥激发剂），节约熟料，降低水泥生产成本，已经成为水泥行业发展的一个重要课题。大多数水泥厂已经尝试使用水泥激发剂，但存在的问题仍然很多。正是在这种条件下，我们对水泥激发剂的应用状况进行了深入细致的研究，总结水泥激发剂使用过程中经常出现的问题，并分析其产生原因，提出对应的解决办法。

2水泥激发剂的功能

2.1激发剂的成分

水泥激发剂主要具有助磨、增强两种功能。具有助磨功能的原材料包括：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。具有增强功能的包括：卤盐类、硫酸盐类、铝酸盐类、减水剂类等。

2.2激发剂的功能

使用水泥激发剂，助磨组分可以提高水泥磨机的粉磨效率15%左右，降低水泥粉磨电耗；增强组分能有效地激发混合材的活性、提高混合材在水泥中的掺量10—25%，从而有效地降低水泥的生产成本；混合材的大量掺入同时可以改善水泥的安定性、降低水泥的水化放热。

2.3激发剂增强机理

在生产过程中使用水泥激发剂，其增强机理主要有以下几个方面：

(1)助磨增强机理

激发剂是很好的分散剂，在水泥生产过程中，由于原料颗粒都存在结构缺陷和微裂纹，助磨组分如同楔子一样进入缺陷和微裂纹部位，在原料内部形成强大的膨胀应力，当磨机运转时，研磨体撞击和挤压这些原料颗粒，由于内外应力的共同作用，使原材料更加容易磨细，起到了助磨的作用。使水泥的比表面积增大，颗粒级配更加合理，水泥水化反应的接触点增多，大大提高了水泥强度。

(2)晶种成长增强机理

激发剂组分的分子晶体结构中存在各种类似于水泥石的晶种，在水泥水化过程中，由于固相反应生成的固溶胶结构与晶种相似，它们互相溶解、分散吸收了大量中间产物及自由水，减少了溶胶颗粒的离散性及自由水蒸发引起的空隙、孔洞及结构缺陷，使整个水泥石内部更加密实、均匀、连续，提高了强度。

(3)交互作用增强机理

采用熟料、混合材、石膏和激发剂生产水泥，任意两种材料之间，在水化时都能相互激发，相互反应，形成大量的柱状钙矾石，层片状Ca(OH)2晶体以及网状、纤维状的水化CSH 凝胶.这些产物彼此填充，互相缠绕，将水泥石牢固地粘结成一个整体，组成一座含有大量凝胶孔的密实大厦，同时各组分晶格在逐步水化时还能沿不同方向增长，有效的补偿了不够密实的部位，减少了单一组分水化不能弥补的缺陷，产生叠加效应，使水泥强度大大提高。

（4）减水增强机理

有的水泥激发剂含有减水剂成分，经过粉磨制得的水泥，在进行胶砂试验时，由于减水和分散作用，使水泥浆体拌和得更加均匀，超细粉微集料填充效应跟加充分，相同水胶比条件下制得的试件更加密实，强度提高。

3水泥激发剂使用过程常见问题

在实际应用过程中，大多数激发剂都没有达到试验室测试时的效果。液体助磨剂小磨试验对比效果特别明显；在工业化中试生产时，采用微型计量泵计量，可以提高产量15%左右，28天强度增加2MPa左右。实际生产一段时间后，水泥厂普遍反映产量没有提高，生产时停用了助磨剂，导致液体助磨剂大量堆放于库房内。此时又更换其它厂家的产品进行生产，结果均大同小异。这种现象在我国南方的水泥厂经常发生，而北方的水泥厂出现这种情况大多在春夏之交。

粉体的助磨剂小磨对比试验效果较好。工业化大磨中试生产时，可以提高产量15%，节约熟料5%，28天强度增加3MPa。实际生产一段时间后，水泥厂普遍反映水泥质量波动大，水泥质量时好时坏，严重影响水泥的正常使用，迫不得已在生产时停用了助磨剂。更换不同厂家的产品仍然出现这种问题，这种现象在全国各地普遍存在。

复合激发剂小磨试验效果很好。在工业化试生产时，试验不顺利的情况，激发剂加入后磨机房及其周围的环境粉尘迷漫，采用浮选工艺时水泥比表面积没有变化，选粉机经常出现堵塞；采用开路工艺时水泥比表面积增大，两小时后由于斗式提升机故障停止了试验；试验顺利的情况，可以提高产量15%，混合材掺量增加10—25%，28天强度增加5—7MPa。但是水泥正常生产过程也会出现质量事故，由于没有弄明白造成质量事故的原因，在生产时停止了激发剂的使用，这种现象在国内的水泥厂都普遍存在。

4常见问题产生原因及解决办法

4.1问题产生的原因

4.1.1 助磨组分挥发

针对液体助磨剂、粉体助磨剂、复合激发剂在工业化生产时出现的问题，我们进行了详细调察和深入研究，发现在小磨试验时由于熟料、矿渣、石膏和粉煤灰等在掺加激发剂后形成一个封闭的空间，助磨组分均匀地分散到原料颗粒表面，像木块端头放了一个楔子，在钢球钢锻的作用下，快速扩散，改变了颗粒表面的结构性质，降低了原料颗粒的强度和硬度，同时加速了新裂纹的产生以及物料自身裂缝的扩展，使水泥原材料更容易粉磨，且成品颗粒级配更加合理。提高了水泥的台时产量，扩大了水泥颗粒的比表面积，水泥强度增加。

在工业化试生产时，熟料、矿渣、石膏、粉煤灰和助磨剂处于常温状态。中试生产时加入助磨剂，由于配备了小型计量泵，计量准确，助磨剂能够充分发挥作用，助磨和增强效果明显。生产一段时间后，虽然助磨剂产品质量稳定，计量和配料也显示为正常，常温熟料已经用完，经常出现高温的熟料刚从篦式冷却机出来，就被直接送到磨机进行粉磨。易挥发的助磨组分由于接触高温的熟料而快速蒸发，这些蒸汽在选粉机的抽力作用下，没有被原材料

吸附到固体颗粒表面而直接进入大气中，没有起到助磨作用，水泥的产量没有增加。因此在水泥生产时停用了助磨剂，导致助磨剂大量堆放于库房内，这是目前水泥助磨剂使用过程中最常见问题产生的真正原因。无论液体、粉体还是复合激发剂，只要含有挥发性的助磨组分，在大批量的工业化生产过程中均存在这一问题。南方地区水泥原材料的温度普遍偏高，特别是水泥熟料温度降不下来，进行工业化大磨试验后短时间内就出现这种情况；北方地区由于四季温度变化大，秋冬季节进行工业化大磨试验时由于熟料和其他原材料温度较低，助磨组分的挥发不明显，到了春夏之交气温升高时，由于熟料温度没有降低就开始使用，助磨组分的挥发非常快，最终出现上述问题。虽然外加剂厂生产的激发剂质量确实没有发生变化，由于助磨组分的挥发，水泥厂使用激发剂后没有达到提高产量的目的。

4.1.2 掺量过低

（1）液体助磨剂

使用液体助磨剂生产水泥时质量不稳定，主要原因是掺量太低导致计量误差偏大引起的。在水泥厂生产时按班次将助磨剂定量储存于原料罐里，采用计量泵根据时间确定配料量。液体助磨剂粘度受温度的影响较大，当环境温度较高时粘度较低，流动阻力变小，流速变快，在相同的时间范围内，由于流速快引起掺量偏高，后期生产的水泥由于助磨剂用完而没有掺加助磨剂，导致生产的水泥质量不稳定。当环境温度较低时，液体助磨剂的粘度增大，流动阻力变大，流速变慢，在相同的时间范围内，由于流速变慢导致助磨剂的掺量偏低，助磨效果不明显。特别是计量泵出料口周围始终处于粉尘环境中，由于助磨剂流速较慢，粉尘在出口部位逐渐粘结聚集，最后堵塞了出料口，阻断了助磨剂的配料，水泥生产中没有助磨剂，由于操作工人的疏忽好长时间都没有发现，水泥出现质量事故。这是液体水泥助磨剂在水泥生产过程中表现质量不稳定的一个重要原因。例如：液体助磨剂掺量0.05%，对20t/h的磨机，每小时只需10kg，粉体助磨剂配料控制量166g/min,而计量秤的控制误差为0.5kg/min，当计量秤处于正误差时，超过正常掺量3倍以上，当计量秤处于负误差时，助磨剂几乎没有掺加，水泥质量波动特别明显。综上所述，粘度大以及计量误差大是是液体助磨剂使用过程中出现的通病，在水泥企业普遍存在，严重影响水泥质量的稳定。

（2）粉体助磨剂

粉体助磨剂使用效果良好和出现问题的原因可以分为两种情况。一种为含有低沸点挥发成分，其使用效果及问题同液体助磨剂相同；另一种为含有非挥发性助磨组分，在工业化生产时，有专用计量秤，在工业化试生产中助磨和增强效果相当理想。实际生产一段时间后，虽然助磨剂产品质量稳定，计量和配料系统显示正常，但水泥助磨剂的助磨效果和增强效果均出现很大的波动。经现场调研、大量研究和分析可知，当粉体助磨剂掺量较小时，由于含有醇胺等有机组分的粉体助磨剂比较潮湿，含松香和减水剂等组分的粉体助磨剂颗粒比较粗，经常出现粉体料粘罐和起拱蓬料的现象，虽然计量秤显示平均配料比例正常，但粉体助磨剂的实际配料比例极其不稳定，导致水泥质量剧烈波动；另一方面计量误差偏大是引起助磨和增强效果波动的另一个重要原因。例如：对20t/h的磨机，木钙推荐掺量为0.1%，每小时需要20kg，配料控制速度由333g/min，而计量秤的误差为0.5kg/min，当计量秤处于正误差时，粉体助磨剂对应掺量为正常控制量的2.5倍，当计量秤处于负误差时，助磨剂对