水泥助磨剂技术的发展及现状

通讯地址：中国建筑材料科学研究总院，北京100024；收稿日期：2009－01－13；编辑：沈颖近几年来，我国水泥助磨剂的研发与应用蓬勃发展。2007年7月，中国水泥协会水泥助磨剂分会在济南宣告成立，标志着中国水泥助磨剂的研究、开发、生产和使用进入了快速发展阶段。水泥助磨剂分会将指导企业按照国家政策和标准进行规范生产，为业内交流水泥助磨剂技术和生产经验提供平台，以促进助磨剂技术和应用向更快、更健康的方向发展。由于助磨剂企业的真实产销数据不易拿到，而且不少厂家是由个人创办的只能供应一家或几家水泥厂的小作坊，因此关于助磨剂企业数及其产量的统计数很难准确。根据中国水泥协会水泥助磨剂分会的统计，截至2008年底，我国有200家左右的助磨剂厂，其中102家加入水泥助磨剂分会，使用助磨剂生产的水泥已占我国水泥总产量的30％～40％。规模大的助磨剂企业主要来自：水泥集团或原水泥厂干部技术人员创办，如唐山冀东水泥外加剂公司、山东宏义科技；外商独资或中外合资如格雷司中国公司、苏州希普；混凝土外加剂厂如北京红海鑫源、西安得莱克；原来的建材或化工企业（尤其是供应助磨剂原料的厂家），如南京宝佳化工公司、滕州华海建材集团。作者根据18家较大的助磨剂企业2008年的年产量和对小企业的推测，2008年我国颗粒粉状助磨剂产量超过150万吨，液体助磨剂超过25万吨，总产值超过25亿元。从国家知识产权局数据库能检索到约50件水泥助磨剂发明专利（2009年元旦前公开的），其中颗粒状或粉状助磨剂专利21件，液体助磨剂专利27件，固、液体助磨剂专利2件。新中国于1985年正式实施专利法并开始受理专利申请。首件水泥助磨剂专利是1986年国家建材局建材院水泥所申报的。50件水泥助磨剂专利中31件是在2005～2008年4年中申报的，其余19件是在2005年前的20年期间申报的。这充分说明我国水泥助磨剂技术在2005年前后进入快速发展期。大家知道，生产1t水泥熟料约需消耗0．15t标准煤、1．3t石灰石、0．18t黏土；生产1t水泥耗电约100kWh；生产1t水泥熟料约排放粉尘20kg、CO21000kg、SO20．24kg、NOx0．15kg。因此，我国水泥工业节能减排的任务很重，时间也很紧迫。使用水泥助磨剂后令人瞩目的一项效果是节省熟料6％～10％，多用各种废渣弃矿6％～10％，节电10％～20％，环境社会效益显著。助磨剂的使用对水泥工业完成节能减排任务将起到“四两拨千斤”的作用。水泥助磨剂技术的发展与一个国家的政治、经济和社会的发展情况密切相关。英国资本主义经济发展较早，现代硅酸盐水泥的诞生往往提到1824年英国人阿斯普丁（Aspdin）的专利申请。阿斯普丁本人曾经使用了包括水和煤在内的一些天然物质来提高磨机效率，这算是最早使用的助磨剂吧！现代助磨剂的确切出现时间是在上世纪30年代。有人提到1930年英国人高达得（Goddard）以树脂为助磨剂的专利，还有1935年美国人肯尼迪（Kennedy）和马克（Mark）申请的含木质素衍生物和羟基烷基胺的复合助磨剂专利。后两人为杜依阿尔密化工厂的雇员，专利权属公司。仔细阅读肯尼迪和马克的专利说明书，有以下特点：（1）首次明确提出水泥

添加剂（Cementadditionagents）和水

泥助磨剂（Cementgrindingaids）的术语和概念。（2）有别于以前使用的

牛油、树脂和煤助磨剂，该发明所述助磨剂可以克服包球糊磨，即使在包球糊磨的条件下，也能提高粉磨效率，突破“自由粉磨极限”（“limitoffreegrind”），提高选粉机效率，从而

提高产量，降低电耗。牛油、树脂和煤对水泥性能有不利影响，而由该发明的助磨剂生产出的水泥不但早期强度高，而且能克服混凝土浮浆过多和泌水的问题。（3）提出吸附层理论。大

部分水泥助磨剂能被牢固地吸附在水泥颗粒表面，满足被粉磨颗粒对表面和表面能的要求，从而避免水泥颗粒的粘聚。助磨剂也能被吸附在磨机和选粉机的内壁和部件上，使这些设备内部保持光洁。（4）清楚地阐述了

水剂中水的作用。以水作为载体配制的真溶液、胶体溶液、悬浮液助磨剂中的水同样可以被吸附在水泥颗粒和粉磨设备部件的表面，消除水泥颗

水泥助磨剂技术的发展及现状DevelopmentSituationofCementGrindingAid□□席耀忠

中图分类号：TQ172．639文献标识码：A文章编号：1001－6171（2009）04－0090－02

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粉磨技术粒的集聚粘附现象。由于磨内温度较高，水逐渐被蒸发而使磨温下降。经测定，磨内的蒸汽分压是很低的，水不会影响水泥颗粒对助磨剂的吸附，也不会增加成品水泥的含水量。（5）用水分散的助磨剂，通过机械泵连续地从磨头或选粉机回粉管掺入磨机内物料中，克服了当时掺少量粉状助磨剂不够均匀的难题。（6）助磨剂在大磨的使用效果要较试验小磨好得多。肯尼迪和马克发明的助磨剂到今天仍然被使用，他们对助磨剂的作用机理、水的作用的解释、水剂的使用和添加方法的认识和实践对助磨剂的发展起了极大的推动作用，在助磨剂技术发展史上具有里程碑的意义。由于二次世界大战爆发，助磨剂的生产和使用停顿了。战后才逐渐恢复，到上世纪60年代，在美国、日本、西德和前苏联，出现了多种品牌助磨剂，在水泥厂的使用也逐步扩大。如1969年西德生产的水泥中有10％掺用了助磨剂。美国于1961年制定了ASTMC465－61T《用于制造水硬性水泥的工艺外加剂标准》，1971年制定ASTMC688－71T《用于水硬性水泥的功能外加剂标准》，规定了助磨型水泥助磨剂和功能型水泥助磨剂的品质指标和测试方法。80年代美国液体水泥助磨剂的年产量为1．4～1．8万吨。目前全球使用助磨剂的情况大致如下：北美和西欧国家所生产的水泥中85％以上使用了助磨剂，中欧与亚太地区水泥助磨剂使用率超过30％，中南美洲和非洲超过10％。由于社会经济发展的滞后，我国直到1886年（清光绪12年）才在澳门青洲岛建成了第一座水泥厂。新中国成立后的1950年，全国水泥产量只有151万吨，所以谈不上使用水泥助磨剂的问题。1958年前后少数水泥厂试验过煤、造纸废液、肥皂废液的助磨效果，单用这些物质当然效果不好。原四川水泥研究所从1971年开始，对几十种有机表面活性剂进行了小磨试验，发现大部分非离子型表面活性剂有良好的助磨作用，阳离子和阴离子表面活性剂稍差。他们选择了几种效果好、来源广的助磨剂在资中、柳州和大同等水泥厂进行大磨试验。与此同时同济大学和华南工学院也对助磨剂进行了研究。其他一些大中型水泥厂如哈尔滨、大连、中国、松江、上海、光华、广州、江山、琉璃河等水泥厂也开展了利用化工厂副产品的助磨试验或使用过助磨剂。这些试验研究并没有开花结果，因当时是计划经济，水泥供不应求，对水泥细度要求不高，再加上电价低，助磨化工产品价格较高，水泥厂没有积极性使用助磨剂，只有少数有出口任务的水泥厂如柳州水泥厂，为了达到出口水泥的细度强度指标而使用助磨剂。1978年党的十一届三中全会后，改革开放政策的实施及计划经济向市场经济的转化，给助磨剂的发展带来前所未有的机遇。由于水泥粉磨能耗高，能量利用率不到3％，1983年国家计委下达《水泥研磨助剂研究》项目，由原建筑材料科学研究院水泥所和天津轻工业应用化学研究所承担。通过3年研究，研制出3个系列10个助磨剂，并在昆明、柳州、启新、福金、长兴、耀县、峨嵋等多家水泥厂进行了工业试验。值得一提的是，从1995起开始，我国水泥市场从供不应求进入供大于求的时期，激烈的竞争开始迫使水泥厂千方百计降低成本，对助磨剂的需求逐年增加。1997年我国首次颁布实施了JC／T667《水泥粉磨用工艺外加剂》（等效采用ASTMC465），2004年修订为JC／T667《水泥助磨剂》。1998年前后，相继出现了一些较大规模的助磨剂企业，如以粉剂为主的山东宏艺科技，以水剂为主的洛阳万顺建材等。国外水泥添加剂企业进入中国，对中国水泥助磨剂产业的推动功不可没，尤其是格雷斯公司（W．R．Grace＆Co．）。格雷斯是一家老牌跨国公司，其创始人WilliamRussellGrace曾两度担任美

国纽约市长。拥有多项世界首创并领先的产品，如石油精炼和塑料生产催化剂，生产特种材料的二氧化硅原料，商业及住宅建筑用特种化学品，各种添加剂，以及食品包装用涂料和密封胶。格雷斯于1954年兼并了发明第一种水泥助磨剂的杜依阿尔密公司。早在1986年格雷斯成为首家在华经营业务的外商独资企业。1995年以来，其下属企业格雷斯建材产品公司在中国长期耐心地推广水泥助磨剂。格雷斯研究中心不断研发新产品，至今在华申请的发明专利达225件（2008年8月前公开的），实用新型16件，外观设计3件，其中关于水泥

添加剂的发明专利超过40件，用于助磨、增塑、保坍、促凝、增强、防腐、防火、防水和抑制碱－硅反应等。格雷斯又是在华销售水泥助磨剂最多的外资企业，其他在华销售水泥添加剂的企业还有德国巴斯夫化学公司（BASF）、瑞士西卡公司（SIKA，建筑和工业用特种化学品）、意大利马贝公司（MAPEI，黏结剂和建筑化学品）、英国富斯乐公司（FOSROC，建材特种化学品）、美国希普公司（CPService，属法国拉法基集团,它是北美

最大的水泥助磨剂供应商）和瑞士克虏西（KLC）水泥助磨剂公司。这里的一个问题是，外国公司的技术先进，为什么他们的产品没有占领中国助磨剂市场的大半江山？其中主要原因是我国水泥厂数量大，原料、设备、技术和管理水平相差很大，助磨剂使用有一个适应性问题。此外，外商在销售理念和方法上也不能完全适应中国企业。水泥助磨剂技术是一项复杂的技术。希望助磨剂企业和水泥厂家共同努力，加强对助磨剂技术的交流和学习，让更多的水泥企业长期使用助磨剂，以取得更大的经济、社会和环境效益。笪

粉磨技术912009／4水泥技术