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关于提高液体水泥助磨剂产品质量控制能力的探讨

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发布时间 : 2016-03-14

    引言
    随着水泥行业节能减排工作的开展和深入,我国水泥企业在生产过程中对液体水泥助磨剂(以下简称水泥助磨剂)的应用已经越来越广泛,这就刺激了水泥助磨剂需求的急剧扩大。受这一背景的影响,同时由于水泥助磨剂生产需要的投资少,且生产工艺、设备和过程相对简单,上线生产的经济和技术“门槛”相对不高,我国水泥助磨剂生产企业近年来发展迅速,数量飙升,日前已近千家。由于水泥助磨剂在我国应用时间相对较短,生产还存在较多问题,比如:专业人才相对缺乏,企业规模仍以中小型为主,特别是在产品质量控制能力方面还相对较弱。
    质量的稳定性、均匀性是水泥产品质量的最大问题之一,对水泥生产企业来说,不仅需要水泥助磨剂在大磨试验初期有良好的提产增强效果,而且需要水泥助磨剂能够长期保持其自身的均匀性和稳定性。这就对水泥助磨剂生产企业的产品质量控制能力提出了较高的要求。笔者认为:在原料配方确定以后,水泥助磨剂产品质量控制能力的提高,应着重从原料品质、生产过程和出厂控制三个方面着手,才能达到理想的效果。
    1 原料品质控制
    当前,我国水泥助磨剂生产大多采用复配技术,生产工艺相对简单,原料品质对水泥助磨剂产品质量的影响就更为明显和重要了。原料品质控制主要从两方面实施:
    1.1 进厂原料的纯度控制
    三乙醇胺是水泥助磨剂最重要的原料,按照HG/T3268-2002《工业用三乙醇胺》的要求,三乙醇胺含量应采用气相色谱仪测定。由于气相包谱仪成本较高,日常操作和维护复杂,且需要专业的操作入员,我国目前只有少数水泥助磨剂生产企业采用此法检测三乙醇胺含量,也有部分企业采用化学分析方法检测,但是绝大多数中小型企业对三乙醇胺纯度并不进行验证,而是按照厂家提供的参数直接使用。在不能准确掌握原料纯度的波动、不能及时调整原料配料量的情况下,生产出的水泥助磨剂,其产品质量是难以保证的。因此,水泥助磨剂生产企业建立简便易行的原料纯度测定方法,对于保证进厂原料品质乃至助磨剂产品的的质量具有重要作用。
    目前我国水泥助磨剂生产企业使用的三乙醇胺主要有高纯度的(三乙醇胺含量等级为99%及其以上,简称第一类)和相对较低纯度的(三乙醇胺含量等级为85%及其以下,简称第二类)两种。从三乙醇胺的生产过程、生产企业提供的技术指标(见表l)和检验数据(见表2)可以看出,第一类三乙醇胺的主要成分为三乙醇胺、极少量二乙醇胺、水分和其他成分;第二类三乙醇胺的主要成分为三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺、水分和极少量其他成分[1]。一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺均被称为“活性物质”,可直接用作或合成表面活性剂,用作水泥助磨剂原料时,一乙醇胺和二乙醇胺可以起到分散剂的作用,三乙醇胺不仅对粉碎研磨起助磨作用,对提高水泥早期强度也有较大的贡献[2]。因此,使用第二类三乙醇胺配置水泥助磨剂的生产企业,需要考虑其他成分含量的波动对水泥助磨剂产品有效成分含量的影响以及对助磨剂目标效果的干扰。
    因为一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺理化指标(见表3)不同,所以,在测定三乙醇胺的纯度时,除使用气相色谱仪、化学分析方法测定外,水泥助磨剂生产企业还可采用以下两种简单易行的方法:一种是通过测定其沸点、熔点、黏度和密度等指标,与标准样品或者经过气相色谱仪测试过的一定含量的样品对照,对每批次进厂的三乙醇胺纯度进行检验验证;另一种是测定三乙醇胺或其水溶液的表面张力,在一定范围内,制定表面张力一浓度对数曲线,与标准的三乙醇胺或其水溶液的表面张力一浓度对数曲线进行对照,通过曲线差异来判定其纯度。
    其他原料应尽可能降低杂质含量。除要求供应商提供每批次原料的合格证外,水泥助磨剂生产企业还需要依据自身使用最,选定抽样频次和抽样量,对每批原料进行抽样验证。
    1.2 原料的储存条件控制
    在我国南方,空气湿度较大,企业需要控制原料储存仓库或生产车间的湿度,预防原料吸水变质或影响生产计量的准确性。液体助磨剂原料中常见吸潮的有:三乙醇胺、氢氧化钠、丙三醇、二甘醇、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、无水硫酸钠、尿素、亚硝酸钠和白砂糖等。其中,三乙醇胺和氢氧化钠暴露在空气中容易吸收CO2。以上因素都可以导致水泥助磨剂成品质量变差。因此,企业在存储生产原料时,要注意密封并与潮湿地面保持距离,不应直接堆放在地面上。
    2 生产过程控制
    2.1 准确的配料及计量
    生产过程中能否严格地控制各种原料计量,对水泥助磨剂成品的质量有着最直接的影响。我国水泥助磨剂配料的计量方法主要有体积计量法和质量计量法。体积计量法是根据各种液体原料的密度计算出相应体积,直接将液体加入搅拌罐,用尺子测量不同的高度。采用这种计量方法的企业,应该采用形状规则、内径较小的搅拌罐来进行生产,因为搅拌罐内径较大时,偏差也会相应较大,从而影响计量的准确性。质量计量法是直接采用磅秤或电子秤称量原料,此方法的准确性受计量秤的准确性影响。建议对黏度较小的液体原料(如水和二甘醇等)采用精度较高的流量计,其他原料可用秤称量,尽可能避免直接采用包装标注的质量进行配料。目前,我国绝大多数水泥助磨剂生产企业是人工计量、加料,这种生产条件下,工人的责任心和监督制度对配料和计量的准确性也有较大影响。
    2.2 科学的配制方法
    水泥助磨剂涉及的原料种类较多,各种液体、粉体之间相互溶解能力不同。在前期进行配方试制时,应掌握各种辅料在主要液体原料中的溶解能力,进而确定添加的先后顺序和搅拌的适宜时间。有两种配制方法:一种是设置附属搅拌罐,先配置母液,将三乙醇胺、三异丙醇胺和水等主要原料先行搅拌均匀后,依次加入各种辅料,最后将溶液混合在一起,搅拌一定时间;因三乙醇胺黏度较大,也可先将固体原料溶解在水中,充分搅拌后,与三乙醇胺和三异两醇胺的水溶液一起搅拌。另一种是按搅拌时间的不同依次加入各种原料,进行搅拌。从生产实践来看,前者更能提高成品的均匀性。
    2.3 完善的均化设施
    我国水泥助磨剂生产企业均采用间歇式生产,配料以一个搅拌罐为基准,目前的搅拌罐规格主要有4t、5t、8t和10t,绝大多数水泥助磨剂成品的搅拌量一次在4~8t,若不设置均化设施,直接入包装桶或罐车出厂,就可能产生不均匀的问题。可设置若干个均化罐,底部相连,将同一批次不同搅拌罐搅拌完的或不同批次的水泥助磨剂由顶部依次加入,出厂时,由底部取货,这样就提高了产品的均匀性。
    2.4 适宜的生产条件
    温度低时,纯度较高的三乙醇胺黏度增大,甚至结晶,不利于搅拌均匀。在没有取暖条件的南方或设备简陋的厂房,要注意加热,可以用水或油作为加热载体进行加热,搅拌温度一般控制在20~90℃之问。
    2.5 严格的检验控制
    水泥助磨剂产品的匀质性可以通过检测其密度、pH值、固含量、表面张力、黏度和色泽等指标来控制。实践表明,对水泥助磨剂匀质性的表征和评价,应以上述项目的标准偏差J、变异系数Cl,、混合均匀度∥工A00%—Cv为准;冈为入对色泽的主观判断存在着差S、变异系数CV、混合均匀度M=100%-Cv为准;因为人对色泽的主观判断存在着差别,外观色泽可作为参考指标。通过对比同一批产品不同取样点、不同批次产品的混合均匀度,可以看出产品匀质性的波动规律。笔者建议:水泥助磨剂生产企业积极总结经验,结合相关规范和市场需求,主动制定各项控制指标(见表4),对生产加以指导,以有效提高产品的匀质性。
    3 出厂控制
    在进行出厂控制时,水泥助磨剂生产企业首先应确保产品的稳定,即制定的匀质性指标均满足要求;其次,要依据我国现行的JC/T667—2004《水泥助磨剂》标准,提供产品合格的证明。根据这一标准,我国水泥助磨剂成品应进行型式检验和出厂检验,前者主要由生产企业依托质检机构或研究院所完成,执行效果较好;而后者多是由生产企业自己完成,存在着较多的漏洞。一方面,助磨剂生产企业使用的小磨与水泥生产企业中使用的大磨存在较大差别,且同一种助磨剂掺入到不同的熟料、混合材中,效果不同;实验条件和实验原料的差别会导致实验数据的差异。另一方面,我国水泥助磨剂生产企业的实验室条件有限;水泥生产企业往往不认同助磨剂生产企业出具的数据;出现数椐差异时,水泥企业多以自己化验室出具的数据为准。这些原因致使很多企业不能严格按照上述标准要求的批次进行出厂检验。
    对于水泥助磨剂生产企业来说,在出厂检验时,可以选择相应客户或某固定水泥企业生产的水泥原料或水泥,做出厂助磨剂的助磨效果和对水泥性能影响的试验,并可以根据试验内容和目标合理选择助磨剂掺入方式,或者采用粉磨时掺入,或者采用成型加水时掺入。此外,水泥助磨剂生产企业为客户供货后,还需要不断跟踪,及时向水泥企业索取水泥熟料和混合材样品,做与助磨剂适应性的试验,及时调整配方或掺量,因为水泥生产使用的原料、燃料和混合材发生变化或窑况有较大变动时,会影响水泥熟料或水泥的易磨性。这样才能保证和改善水泥助磨剂持久、稳定的效果。
    同时,作为助磨剂产品的使用终端,水泥生产企业对助磨剂产品的要求、选择和使用效果的信息反馈,也是生产控制的重要组成部分。对于水泥生产企业来说,有三点需要注意:1)严格选择水泥助磨剂生产企业,优先选择有能力且严格、持续对原材料和助磨剂产品的质量进行检验或控制的生产企业,最基本的是具备独立的化验室和相关技术人员以及稳定及时的供货能力;2)选定助磨剂生产厂家后,应要求其对所供应的每批次产品均提供完整的出厂检验合格证,杜绝使用不进行出厂检验而直接出厂的助磨剂产品;3)根据自身对产品质量控制的需要对助磨剂中氯离子、碱和三氧化硫含置的上限向助磨剂生产企业提出明确要求,预防其对钢筋混凝土的腐蚀和混凝土后期强度的影响,杜绝使用掺入有毒、有害物质的助磨剂产品。
    4 结语
    水泥助磨剂生产企业应该从自身实际出发,依据有关标准和要求,结合市场需求,着重从原料品质、生产过程和出厂控制三方面来提高产品的质量控制能力。这对规范水泥助磨剂生产行业的健康发展以及减少下游产品水泥和混凝土的潜在质量问题具有较大的推动作用。