水泥助磨劑又稱粉磨工藝外加劑,是在水泥粉磨時加入的起到助磨作用而又不損害水泥性能的添加劑,其加入量應不超過水泥質量的1%.水泥助磨劑不是終端產品,是服務于水泥工業的產品。水泥在混凝土生產過程當中占主導地位,而優質的助磨劑能為后期高性能混凝土的應用,打好堅實的基礎。水泥工業告別“高能耗、高資源消耗、高污染”的進程更需要助磨劑的一份貢獻,水泥助磨劑生產企業所承擔的節能減排重任,是這個行業的發展方向決定的。
為節能減排提供優質助磨劑水泥發展的趨勢是以節能化、減量化、資源化、環境保護為中心,實現清潔生產和高集約化生產。國家“十一五”規劃明確指出,積極推進以節能減排為主要目標的設備更新和技術改造,引導企業采用有利于節能環保的新設備、新工藝、新技術,加強資源綜合利用和清潔生產,大力發展循環經濟和節能環保產業。使用水泥助磨劑是水泥企業節能降耗、減排利廢的一項很有效的措施。
據統計,噸水泥產品生產全過程廢氣排放最大量如下表:
根據以上計算,生產噸水泥全過程最大廢氣排放量為13349Nm3,考慮其他因素,生產噸水泥的最大廢氣排放量不超過15000Nm3.以北京紅海鑫源科技有限公司生產的HGA200系列助磨劑為例,從提高產量、增加強度、利廢3個方面,闡述水泥助磨劑在水泥生產節能降耗、減排利廢中發揮的作用,為社會做出的貢獻。本文所說的助磨劑屬棕色液體,無毒無害,非易燃易爆,產品性能符合我國《JC/T667-2004水泥助磨劑》行業標準。摻加這種水泥助磨劑后,對混凝土耐久性沒有影響,抗凍融性和抗碳化能力沒有降低;摻加這種水泥助磨劑后,對泥膠砂的干縮率也沒有影響。這種水泥助磨劑經北京市建筑材料質量監督檢驗站檢測不含氯離子,并在2006年12月通過中國工業協會的技術鑒定,產品被鑒定為綜合性能指標達到“國際先進水平的產品”。
1、提高磨機臺時產量節約的標準煤用量。在水泥工業中,粉磨工序的能量消耗很高。但粉磨中絕大部分能量轉變成熱量,白白地被浪費,只有很少一部分能量真正用于磨細物料,增加物料的比表面積。為了降低能耗,節約能源,提高粉磨效率,就需要在粉磨過程中加入少量助磨劑來改善粉磨系統的研磨效率,即在保持相同細度(或比表面積)時提高水泥磨機臺時產量。助磨劑提高臺時產量的經濟效益,不僅限于生產每噸水泥所用電量的降低和支付電費的減少,它還會在整體研磨系統中體現出來(研磨系統通常包括從熟料庫到水泥庫之間的所有設備)。
按每千瓦時電價0.5元計算,使用水泥助磨劑后,每年節約電費可達261.3萬元,有力地緩解了能源緊張狀況,有利于解決能源短缺和生產用電緊張的突出矛盾。
使用水泥助磨劑在不增加粉磨設備和不改變粉磨時間的情況下,可以提高年度生產量,擴大生產規模,降低噸水泥耗電量,降低生產成本。如上述水泥企業,2號磨機在使用水泥助磨劑后,同樣生產200萬噸水泥,其修理和維護費用可以節約136萬元,節電為612萬千瓦時,即節約了76萬噸標準煤。水泥廠用的燃料煤發熱量為22000kJ/kg時,約含有65%左右的固定碳,碳完全燃燒時,每噸煤產生2.38噸CO2,即少排放180.9萬噸CO2. 2、提高水泥質量節約的標準煤用量。隨著水泥粉磨技術的更新,水泥磨機產量大幅度提高,使用助磨劑提高水泥磨機產能所帶來的經濟效益通常是有限的,使用助磨劑可以顯著促進水泥各齡期強度的提高,水泥質量也能符合國家水泥標準各項要求,且已經廣泛被國內外水泥企業所接受。另外,還可以在富裕標號多、符合國標的前提下節約水泥熟料用量。此時帶來的經濟效益則非常顯著,多數增強型水泥助磨劑,既可以節約熟料用量又可獲得提高水泥磨機產量、改善水泥粉磨工藝環境、提高水泥質量的效果。同時還可增加工業廢棄物的利用量。大量工業性實驗和水泥企業長期使用的結果表明,能提高磨機臺時產量10%~25%,水泥3天強度能提高2~4MPa,28天強度能夠提高4~11MPa.根據水泥行業經驗,水泥中多增加1%的混合材摻加量,水泥3天強度降低0.4MPa左右,28天強度降低近0.6MPa,加入該助磨劑后可以多摻加8%的混合材用量。
節約水泥熟料產生的經濟效益按下式計算:
V=(S-W)×K×D V:水泥的經濟效益(元)
S:熟料價格(元/噸)
W:混合材價格(元/噸)
K:節省熟料百分數(%)
D:水泥年產量(噸)
假如一個年產200萬噸的水泥企業,每年就可以多消納工業廢渣8萬噸,以熟料價格180元/噸、烘干后混合材價格50元/噸計算,可節省水泥熟料8%,則經濟效益為:
V=(S-W)×K×D=(180-50)×8%×200萬噸=2048萬元。
如保持水泥強度不變,減少熟料的摻加比例,可節約用煤量:假如仍以年生產能力為200萬噸水泥企業為例,噸水泥節約熟料按8%、噸熟料煤耗130千克標準煤計算,則每年減少煤炭用量為200×8%×0.13=20800噸標準煤,每年又可以節約大筆燃煤運輸費用。
據有關資料統計,每生產1噸水泥熟料,需排放粉塵20千克、CO21000千克、SO20.24千克、NOx0.15千克。
一個年產熟料為200萬噸的水泥廠,如果節約8%的熟料量,就可以少排放粉塵40噸、CO2200萬噸、SO2480噸、NOx300噸。
水泥工業中粉塵、CO2和SO2的排放量分別為全國工業生產總排放量的27.10%、21.8%、4.85%.CO2、SO2和NOx是形成地球溫室效應和酸雨的有害氣體。使用水泥助磨劑在水泥生產粉磨過程中既節煤、節電,同時又減少了有害氣體的排放量,改善了水泥企業附近的生態環境,提高了當地居民的生活質量,也減少了社會的治污成本。
3、變廢為寶。有關部門專家統計資料顯示,2004年全國工業固體廢物產生量約12億噸,其利用率僅為56.1%,其他都作為工業垃圾拋棄了。而使用本公司的助磨劑,可使一部分爐渣、石灰石、煤矸石等變廢為寶。我們按年產2萬噸水泥助磨劑、生產水泥時助磨劑加入量為0.3‰(即300克/噸水泥)、噸水泥節約熟料量8%計算,則每年利廢為533萬噸(20000÷0.3‰×8%=533萬噸)。
為混凝土耐久與安全提供保證水泥助磨劑除了要與各種混凝土外加劑相適應,還要保證添加助磨劑的水泥拌和混凝土長期質量的穩定性。
水泥只是一個中間產品,其質量的優劣,最終都要以水泥混凝土及其制品來評價。因此,助磨劑產品質量的“底線”應該是能夠保證混凝土質量性能,尤其是耐久性與安全性。具體地說,助磨劑不僅要對水泥生產過程中的節能高產做貢獻,而且要對水泥應用后的混凝土性能負責,對建筑工程質量的百年大計負責。
混凝土在環境和介質的長期作用下,強度、形體和內部結構等都會發生某些變化,但不至于使其開裂、變形和損壞,這樣的混凝土就被認為具有耐久性。混凝土除要求具有一定的強度安全承受載荷外,還應具有耐久性,如抗滲、抗凍、耐磨、耐熱、耐風化等。混凝土耐久性是一個綜合性的技術指標,根據其使用條件及所處環境,著重對其中某方面的缺陷作出評價,并找到解決的辦法,是保證建筑工程質量百年大計的重要環節。
1.后期強度下降或增進率低。水泥助磨劑中含鹽和堿,能夠激發水泥的早期強度,卻對水泥的后期強度幫助不大,甚至使28天以后的強度下降或增進率低,影響工程質量。水泥中含堿外加劑及環境中提供的堿(Na2O、K2O)含量較多,集料中含有堿活性組分,是造成堿集料反應的必要條件。
2.鋼筋銹蝕。氯離子是導致混凝土鋼筋銹蝕的必要條件。氯離子一般來自助磨劑、防凍劑、早強劑CaCl2及海水或含氯離子集料。
3.急凝、緩凝。急凝主要是水泥熟料中C3A含量高,水泥中石膏摻加量不足,或以溶解速度較慢的硬石膏代替溶解速度較快的二水石膏,與減水劑不相溶而引起的。另外,熟料或水泥中堿含量高或游離鈣過高、水泥過細等都應該加大石膏摻量,以有效地防止混凝土急凝。
4.起砂與脫皮。在水泥生產中使用以堿或鹽為主要成分的帶激發性質的助磨劑后,降低了水泥中熟料成分。在水泥水化時其液相中Ca(OH)2的濃度比硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥低,其配制的混凝土和砂漿表面層的Ca(OH)2濃度甚至低到在堿性激發作用后,還不能使表面硬化。混凝土制品內部硬化后,引起構件表面起砂,嚴重時還會導致表面脫皮。
因此,使用優質的助磨劑非常必要,它會為以上問題的解決提供幫助。
對環境保護和人類健康負責當前我國的民用建筑、醫療衛生、公共設施建筑因為使用不合格的油漆、涂料等化工產品和混凝土胺釋放所導致的危害人類身體健康、空氣和環境污染的問題時有發生,已經受到我國專業協會和標準化委員會的高度重視。
在水泥助磨劑的生產中,所選生產原料必須質量穩定,對人體無毒無害,對環境無污染,這是保證產品質量安全性的前提;即使從降低生產成本的角度考慮,也不能采用有問題的化工廠下腳料和工業、農副業廢料,以及鹽、堿、尿素、鉻物質、亞硝酸鈉等有害物質作為生產原料,否則會導致部分助磨劑產品含有對人體或水泥性能有害的物質成分(如:Na2CO3、NaOH、NaCl)。另外,在水泥粉磨的過程中,應避免落后的人工加入助磨劑,并在助磨劑的存放、搬運和使用中還需制定相應的安全防范措施,以創造清潔安全的工作環境。
助磨劑產品應無毒無害,不能因為助磨劑的使用導致對人體有害物質的出現,如不慎將產品濺到面部或眼睛,用清水沖洗即可。在水泥與混凝土的生產施工過程中不會傷害近距離接觸人員的皮膚,產品弱堿性,沒有刺激性氣味,在生產和使用中采用精確方便的液體計量設備。
最“綠”的能源是節省下來的能源,在科技高速發展的今天,人類為了營造高品質的生活和環境,做出了不懈的努力,水泥助磨劑能夠節能減排、利廢增效,讓這樣的高科技產品轉化為生產力,為社會服務。中國水泥協會及時成立了水泥助磨劑分會,這必將進一步規范助磨劑行業市場,推動行業整體積極健康發展,使一個對節能減排真正有益的助磨劑產品正確發揮作用。水泥產品多用于令世人矚目的基礎設施建設中,我們要留給子孫后代的是什么?這是需要認真思考的問題。水泥助磨劑的發展要本著對人類社會、對水泥性能安全負責的精神、對企業自身負責的態度,這是我們的歷史責任。