助磨机理与民间传说

水泥 2010-06-23

　　助磨剂应用于水泥工业已有很长时间的历史了。对于助磨剂的作用机理，国内外许多专家学者都进行了广泛的研究，并提出了各种理论和假说。这些研究，主要倾向于助磨剂本身的研究，着重于这些表面活性物质的结构、链长、极性等性质的变化。尽管到目前为止，仍有不同的见解和观点提出，但能被大多数人认同的学说，主要是列宾捷尔提出的“强度削弱理论”和马杜里的“颗粒分散理论”。这两种理论都来自于生产实践和科学研究，先从生产实践中得到了启示和验证，然后上升到微观结构上进行理论分析和总结。

　　列宾捷尔认为，助磨剂分子吸附在固体物料的颗粒表面，从而降低了颗粒表面的自由能，使界面处的晶格内聚力降低；由于物料在开采过程中其表面本身就存在许多裂纹，经助磨剂吸附后发生渗透性的楔劈作用，加速了物料颗粒裂纹的扩展，导致物料表面的硬度和强度减弱，从而使物料颗粒更容易粉碎和研磨，有利于粉磨速度的提高和能耗的减少。这就是强度削弱理论的核心，我们从中可以清晰地领略到这个理论所描述的物料粉碎过程。据资料介绍，列宾捷尔提出这个理论的背景，是在矿山凿岩时，往钻孔里注入液体而产生的灵感，这不禁让笔者想起我国的一个古老传说。

　　“铁杵磨成针”是我们小时候就听过的一个民间故事。据说，是一个老太太在河边专心致志地磨着一根铁杵，被李白看到了。李白很是惊讶地问：“老婆婆，您磨铁杵做什么呢？”老太太回答说：“做针啊。”李白又问：“那要多久才能磨成针呢？”老太太答：“只要功夫深，铁杵总能磨成针。”在这之前，李白本是不喜欢读书的，但看到老太太磨铁杵，听了这句“只要功夫深，铁杵总能磨成针”的话以后，李白开始下功夫读书、做学问，最后终于成为流芳百世的一代诗仙。

　　在这个民间传说中，我们看到老太太把工作的地点选择在小河边，她用水十分方便。中国唐朝（公元618年～907年），是世界公认的中国最强盛的时代之一。从机械加工角度来说，早在1000多年前，我们的先人就懂得在用石头磨铁的时候，应该加水，因为水就是一种润滑剂和助磨剂，它可以提高磨削的速度。这比欧洲人列宾捷尔1931年提出的强度削弱理论，要早好多年。不同之处是，我们的注意力放在“石头磨铁”方面，而列宾捷尔的注意力是“铁磨石头”。他在用钻头开采花岗石、石英石一类硬质岩石时，加入了盐水、碱水、肥皂水等所谓“电解质表面活性剂”，从而使钻削速度提高了20%～60%。

　　强度削弱理论较好地解析了助磨剂在水泥物料普通粉磨过程中的助磨机理。但是，在高细粉磨和超细粉磨过程中产生的“粉磨平衡”现象，使该理论的诠释受阻。

　　在水泥工业生产中的高细粉磨、超细粉磨工艺环节，要求粉磨产品的比表面积较高（如生产高强度等级水泥、早强快硬水泥、矿渣微粉、超细粉煤灰等），在球磨机粉磨过程中经常会产生“粉磨平衡”现象，粉磨效率和台时产量会明显降低，单位产量的电耗成倍增加。目前解决“粉磨平衡”最便捷、最经济的方法就是在粉磨系统中，掺加适量的水泥助磨剂。它可以消除微细颗粒的团聚，减少磨内细粉糊球、糊衬板等糊磨现象的产生，使粉磨电耗降低，粉磨效率和产品比表面积继续提高。

　　美国学者马杜里提出的颗粒分散理论，较好地诠释了助磨剂解决“粉磨平衡”现象的过程。他认为，在水泥粉磨过程中，颗粒的化学键主要是-Ca²⁺-O^2-和-Si⁴⁺-O^2-共价键被打断，并产生大量的静电荷，使邻近颗粒容易黏附和集聚。而助磨剂则可以吸附在物料表面上，使那些断开的价键得到饱和，颗粒之间的集聚力得到屏蔽，防止团聚现象的发生，起到分散物料的作用，促使粉料在机械力的作用下，继续变细。极性助磨剂因其结构不对称，而且存在正或负电荷核心，因此更加容易吸附在破裂面的活性中心，从而使助磨效果显著。而水正是大量存在的极性化合物，三乙醇胺也是一种具有极好助磨作用的极性化合物。

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