ИНТЕНСИФИКАТОР ПОМОЛА
GRINDING INTENSIFIER

Изобретение относится к области измельчения материалов, в частности к составам добавок, используемых для интенсификации помола клинкера при производстве цемента, при помоле шамота, боксита, корунда, периклаза, кварцита, угля, глинозема, доломита, руды и рудных концентратов.
Интенсификаторы помола применяются при помоле с целью снижения энергозатрат, повышения производительности мельницы при сохранении физико-механических характеристик измельчаемых материалов.
Результаты процесса помола зависят от многих факторов, таких как технико-технологические параметры и характеристики самой мельницы, аэродинамического, температурно-влажностного режима помола, физико-технологических свойств размалываемых материалов и добавок, применяемых при помоле. Помольные установки должны обеспечивать в первую очередь оптимальные и стабильные физико-механические характеристики измельчённых материалов с учетом энергетической эффективности процесса помола и расчетной производительности мельницы. Таким образом, увеличение производительности мельниц следует рассматривать одновременно с качеством получаемого продукта и энергетическими характеристиками работы помольного агрегата.
Действие интенсификаторов помола можно разделить на две составляющие: изменение параметров помола в мельнице и влияние на свойства готового продукта.
Существуют различные виды интенсифицирующих помол добавок:
триэтаноламин (ТЭА), мылонафт, соапсток, сульфит-спиртовая барда и др.
Наиболее эффективны амины и многоатомные спирты. Они оказывают влияние за счет снижения агломерации, а также предотвращают залечивание образовавшихся в процессе помола микротрещин. Добавляемое количество подобных интенсификаторов составляет всего 0,01- 0,1% от веса клинкера [Тейлор X. Химия цемента. Пер. с англ. - М.: Мир, 1996. -560 с.], однако последующее использование полученных размолотых материалов на стадии производства бетонов, огнеупоров приводит к снижению прочностных характеристик получаемых материалов.
Известна добавка -аналог [Заявка на изобретение № US 2006086291 Amine-containing cement processing additives] . В данном изобретении -аналоге композиция для помола цемента включает диамины, такие как тетрагидроксилэтилэтилен диамина или алколамина, такие как триэтаноламин или тризопропаноламин.
Недостатком аналога является то, что как интенсификатор помола он работает при высоких дозировках, не позволяет существенно повысить производительность мельниц и получить высокие значения прочностных характеристик размолотых материалов.
Наиболее близким аналогом является добавка [FR 2784373, 14.04.2000 Liquid additive for cement comprises tri-isopropanolamine and anti-forming agent]. Добавка содержит (масс.%): триизопропаноламин 15-70, трибутилфосфат 1-13, моноэтиленгликоль 1-70. Добавка может содержать пластификатор сульфонатного типа на основе полинафталинсульфоната.
Недостатком представленного аналога является то, что применение указанной добавки не позволяет существенно повысить производительность мельниц и получить высокие значения удельной поверхности, текучести, а также требуемую тонкость помола (проходную или остаток на сите), а получаемые размолотые материалы не позволяют получать бетон с высокими значениями ранней прочности на сжатие и в 28-суточном возрасте.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание интенсификатора помола, эффективного при помоле различных видов минералов и позволяющего повысить производительность мельниц и улучшить характеристики измельчаемых материалов при снижении энергозатрат.
Поставленная техническая задача решается в изобретении тем, что в интенсификаторе помола, на основе смеси этаноламинов и алкандиолов при следующем соотношении (масс.%): этаноламины - 30-60; алкандиолы - 40-70, в качестве алкандиолов используют смесь этиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля, полиэтиленгликоля. В добавку дополнительно введен пластификатор сульфонатного типа на основе смеси олигомерных продуктов конденсации нафталинсульфокислоты.
Интенсификатор помола получают путем направленного синтеза и дальнейшего смешивания компонентов в виде водного раствора с массовой долей сухих веществ 30%-70% .
Указанный диапазон соотношения компонентов подобран экспериментально и является оптимальным.
Содержание в составе интенсификатора помола менее 30% этаноламинов не позволяет обеспечить требуемый характер помола, т.е высокую производительность мельниц, тонкость помола, текучесть, прочность бетона, полученного на основе помолотого цементного клинкера с применением предлагаемого интенсификатора. Содержание в составе интенсификатора помола более 60% алколаминов приводит к падению удельной поверхности и тонкости помола материалов.
Соответственно, содержание алкандиолов составляет 40-70%. При этом наиболее эффективно применение смеси алкандиолов. Состав смеси зависит от технико-технологических параметров мельницы. Наиболее эффективно применение смеси этиленгликоля, бутиленгликоля, пропиленгликоля и полиэтиленгликоля. Оптимальное сооношение этиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля, являющихся моноэтиленгликолями, и полиэтиленгликоля составляет (5÷10) / 1. При этом соотношении полиэтиленгликоль полностью растворяется в указанных моногликолях. При этом получают цепочки различной длины, что положительным образом влияет на эффективность процесса помола различных видов минералов.
Введение пластификатора при помоле увеличивает скорость набора удельной поверхности цемента за счет эффекта Ребиндера, заключающегося в адсорбционном понижении прочности твердых тел.
Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами, которые не исчерпывают все возможные варианты интенсификатора помола, но помогают нагляднее продемонстрировать его свойства.
Интенсификатор помола цементного клинкера приготовлен путем смешивания компонентов в определенной последовательности в виде водного раствора.
Пример 1
Состав образца (масс. %): триэтаноламин - 30; этиленгликоль - 35;
бутиленгликоль -15, пропиленгликоль - 10, полиэтиленгликоль - 10, пластификатор сульфонатного типа - 10.(содержится сверх 100%).
Пример 2
Состав образца (масс.%): триэтаноламин - 40; этиленгликоль - 35;
бутиленгликоль -5, пропиленгликоль - 10, полиэтиленгликоль - 10.
Пример 3
Состав образца (масс.%): триэтаноламин - 60; этиленгликоль - 25;
бутиленгликоль -5, пропиленгликоль -5, полиэтиленгликоль - 5;
пластификатор сульфонатного типа - 10%( содержится сверх 100%).
Представленные результаты испытаний помола цементного клинкера и бетона, полученного при применении интенсификаторов помола, можно интерполировать на другие виды материалов, так как закономерности, полученные при помоле цементного клинкера, характерны и для остальных рассматриваемых материалов.
Эффективность действия интенсификаторов оценивали, сравнивая параметры работы мельницы и характеристики цементов и бетонов при использовании предлагаемого по изобретению интенсификатора и прототипа. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование показателей
Цемент без интенси-фикатора
Цемент с интенсификатором
прототип
по изобретению
пример 1
пример 2
пример 3
Средняя производительность, т/ч
41,1
45
46,5
47,1
46,8
Средний расход эл. энергии, кВт/т цемента
39,6
38
36,5
36,3
36,7
Удельная поверхность, см<sup>2</sup>/г
4155
4378
4418
4507
4479
Тонкость помола цемента, % (остаток на сите № 008)
6,8
5,2
4,4
4,2
4,4
Текучесть цемента по ASTM, % (проход через сито 05)
47
65
70
71
70
Предел прочности при сжатии в возрасте, МПа, по ГОСТ 311082, суток
26,5
27
27,2
27,3
27,2
28 суток
48,6
49,5
50,2
50,5
50,3
Интенсификатор готовили в виде 40-50% водных растворов. Дозировка интенсификатора 0,02%.
В ходе испытаний производительность работы мельницы фиксировалась по показаниям весовых дозаторов. Оценка влияния интенсификаторов проводилась по тонкости помола (остатку на сите № 008), удельной поверхности, прочности при сжатии в 2- и 28-суточном возрасте, определенным по ГОСТ 310.4-81. Также оценивалась текучесть цемента. Она оценивалась количественно по методике ASTM 1565-04. Суть методики заключается в просеивании навески цемента через сито №05 на встряхивающем столике Хагерманна. Цемент обладает высокой текучестью, если при встряхивании сквозь сито проходит более 50% материала.
Остаток на сите № 008 находился в пределах 4,9-6,8 масс. %. Вначале в течение 4 ч мельница выводилась на стабильный режим работы с интенсификатором, далее фиксировались параметры работы мельницы и отбирались пробы для проведения физико-механических испытаний цементов.
Использование интенсификатора помола по изобретению по сравнению с прототипом позволяет на 3-5 % увеличить производительность промышленных мельниц при сохранении качества выпускаемого цемента. При этом энергозатраты сокращаются на 3,5-4,4%.
Оптимальная дозировка интенсификатора помола по изобретению колеблется в интервале 0,020-0,030 масс. % по сухому веществу. В этом интервале его значений наблюдается максимальное увеличение производительности мельницы и возрастание прочностных характеристик цемента.
Использование интенсификатора помола по изобретению по сравнению с прототипом позволяет получить цемент с большей текучестью. Так применение интенсификатора по изобретению (например, пример 2) позволяет повысить этот показатель на 4% по сравнению с применением интенсификатора-прототипа.
Результаты сопоставительных испытаний бетонов на основе цементов, полученных с применением предлагаемого в изобретении интенсификатора помола и с применением интенсификатора-прототипа, показали улучшение прочностных характеристик в случае цемента, полученного с применением интенсификтора помола по изобретению. Так в возрасте 28 суток бетоны на основе цемента, произведенного с применением интенсификаторов по изобретению, обладают прочностью на сжатие на 1,4-2% выше по сравнению с бетоном на основе цемента, произведенного с применением интенсификатора-прототипа. Наблюдается также незначительное увеличение ранней прочности бетона. В возрасте 2 суток прочность бетона на цементе, полученном с применением интенсификатором помола по изобретению, на 0,4-1% выше, чем при использовании добавки-прототипа.
Таким образом, предлагаемый интенсификатор помола эффективен при помоле различных видов материалов и позволяет повысить производительность мельниц и улучшить характеристики измельчаемых материалов при снижении энергозатрат.