我国水泥工业的生产能耗占建材工业能耗的80%,占全国工业生产总能耗的8.7%,水泥行业节能降耗的任务很重。水泥工业告别“高能耗、高资源消耗、高污染”的进程离不开外加剂的帮助。在循环经济的推动下,工业废渣和再生资源的综合利用力度逐年加大,包括水泥助磨剂在内的各种外加剂应用前景十分广阔。目前,国外工业发达国家的水泥助磨剂应用率已经达到90%以上;与之相比,我国水泥助磨剂的应用率才接近30%,这里存在一个广阔的发展空间。
应用效果
近年来水泥助磨剂的应用实践证明:它为水泥工业的节能减排及可持续发展带来的效益,已经远远超过了它本身的价值,助磨剂已经成为水泥工业生产中不可缺少的辅助材料。
1.应用助磨剂的工艺质量效果
在水泥粉磨过程中加入少量的助磨剂,可以消除细粉结团或“糊磨”现象,加快物料的粉磨速度,提高粉磨效率,减少≤3μm 的颗粒含量;虽然有时会出现比表面积减小的表观现象,但3~30μm 的颗粒含量一般可以提高10%~20%,从而使水泥的颗粒组成更加合理,也更有利于后期强度增进率的提高。
从助磨机理来看,助磨剂可以降低物料的表面能,减弱分子引力所产生的集聚作用,帮助外力作功时颗粒裂纹的加速扩展,从而提高粉磨效率,实现球磨机优质、节能、高产的目的;此外,助磨剂还利用化学物质所特有的功能,激发潜在水硬性材料的水化活性,提高水泥早期强度,改善水泥的流动性,缩短凝结时间,减少需水量。
2.应用助磨剂的环境保护效果
水泥生产中需要消耗大量的资源和能源,并对自然环境排放一定数量的大气污染物。在此过程中,不可避免地对生态环境造成直接或间接的影响。众所周知,在水泥生产过程中,不同的生产工艺环节,环境负荷会有较大的差异;其中,“熟料煅烧”和“水泥粉磨”这两个工艺环节的环境负荷最为严重。应用助磨剂最明显的环境保护效果是:少用水泥熟料和节省电耗,这两项对环境保护都有重要贡献。
针对水泥生产过程中的工艺环节,加入不同的水泥助磨剂,可以改进传统的水泥生产工艺,并减少其对环境负荷的影响。比如:在水泥生产过程中采用复合型助磨剂,仅在水泥粉磨过程中,即可减少水泥熟料用量,多掺工业废渣和混合材,降低不可再生资源和能源的消耗量;同时,还可有效控制C O2、S O2、N Ox等有害气体的排放量,使因C O2排放引起的温室效应对环境的负荷降低、使因S O2与N Ox排放而引起的环境酸化负荷和人体健康损害负荷降低、使因N Ox排放而引起的光化学烟雾的环境负荷降低,从而为水泥工业的低环境负荷生产创造了条件。
3.应用助磨剂的技术经济效果
企业的一切生产经营活动,都围绕着“经济效益”这个核心内容而展开。因此,水泥助磨剂的应用效果如何,最后还是要看企业的经济效益是否得到了提高。在竞争激烈的市场经济中,这也是水泥企业最关心的内容之一。
应用助磨剂的效果,最终要体现在水泥企业的综合经济效益中,它主要来自以下几个方面:
(1)水泥单位产量的电耗降低;
(2)熟料与混合材生产成本的差价;
(3)在保证出厂水泥质量的前提下,混合材代替水泥熟料的总量;
(4)水泥企业使用助磨剂提高台时产量,可减少运行时间,可避开高价用电期,可减少设备磨损和修理,可提高单位人员的劳动生产率;
(5)提高粉磨细度可改善水泥性能,多用工业废渣作混合材,还可以享受政府优惠政策。
水泥助磨剂的应用,可以在不增加固定资产投资和不增加运行费用的情况下,给水泥生产企业增加一种节能降耗、改善水泥性能的调控手段。这种手段可以因水泥品种、水泥等级、混合材等因素的改变,由生产企业灵活地加以应用,是水泥生产中的一个不可缺少的重要环节。因此,它的应用效益是多方面的。但是,由于各地区、各企业所处的地理位置不同,原燃材料的价格及能源收费的标准存在差异,市场利润率差距很大,所以水泥企业应用助磨剂所取得的经济效益也各不相同。
技术进展及发展趋势
我国水泥助磨剂的生产工艺技术经历了三个阶段:手工作坊→人工计量机械化生产线→自动控制计量机械化生产线。
目前仍有50%以上的企业停留在第一阶段,40%以上的企业已进入第二阶段,而进入第三阶段的企业不足5%。
助磨剂的进厂原材料有固体和液体之分,粉体助磨剂的生产过程比液体助磨剂相对复杂一些。首先要对进厂的原料进行检选和预处理,块状原料要经破碎、粉磨后达到一定的细度要求;然后,再将不同的细粉原料(或液态原料),按设计的配合比进行计量配料;再后是混合、搅拌与均化;最后,按批次进行取样检验和助磨效果试验。检验合格后,便计量包装或灌装,等待出厂。
水泥助磨剂的品种,目前国内没有统一的规定,各企业基本上都是按自己的企业标准或技术条件及各自的理化指标要求等进行质量控制或检验。而行业标准《水泥助磨剂》(J C /T 667-2004)中只有助磨剂在水泥生产中的使用效果要求。因此,制定强制性的统一管理和规范化生产要求,迫在眉睫。此外,由于助磨剂对水泥企业的原材料性质、生产工艺条件、设备运行状况及工作环境的变化等存在一个适应性的问题,因此,助磨剂企业的售后服务十分重要。这些服务包括对助磨剂生产配比的调整、助磨剂计量给料的调整及现场粉磨工艺参数的调整。
目前,我国生产水泥助磨剂的企业大约有300家。据有关数据统计,2008年全国助磨剂产量大约为120万吨;其中起纯助磨提产作用的助磨剂所占比例极少,而各种多功能复合型助磨剂的生产量大约占85%以上的份额。助磨剂的多功能拓展,已经成为广大水泥企业的迫切需求。因此,深入研究助磨机理、改进助磨剂应用功能、提高助磨剂使用效果的稳定性,已成为助磨剂工艺技术发展研究的焦点。目前,多功能复合型助磨剂已经成为助磨剂市场品种的主流。
1.多功能复合型助磨剂可以加速工业废弃物转化为胶凝材料的物理化学变化过程,可以使工业废弃物更多、更好、更快地转化为再生资源。
2.多功能复合型助磨剂在水泥生产中应用,可节约不可再生资源和能源的消耗,是水泥工业节能减排最经济、最适用的技术途径。
3.多功能复合型助磨剂在水泥生产中的应用,可以减少熟料的使用量,增加工业废弃物的掺加量,从两个方面加大对环境保护的作用。
4.多功能复合型助磨剂可以方便、快捷地进行水泥的改性工作,生产出适合市场需要的专用水泥或特种水泥,扩大水泥的适用范围,提高水泥使用的耐久性。
总之,多功能复合型助磨剂在水泥工业生产中的应用,可以简化生产工艺过程、提高水泥产品质量、降低水泥生产成本;在满足社会对水泥需求的同时,加快工业废弃物的循环再利用、减少水泥生产对不可再生资源和能源的依赖与消耗,同时大幅度减少水泥生产过程中污染物的排放,以更有效地保护生态环境。
【作者】:陈绍龙 宋南京