Об интенсификации процессов помола в производстве строительных материалов

Развитие техники помола в промышленности строительных материалов идет главным образом по пути улучшения конструкций мельниц и усовершенствования технологических схем их работы. Меньше внимания уделяется изучению свойств размалываемых материалов и физико-химической стороне процесса помола. В известной мере это является причиной того, что эффективность измельчения, оцениваемая по удельному расходу электроэнергии в существующих типах мельниц, остается почти неизменной. Вместе с тем глубокие теоретические и экспериментальные исследования в области физико-химической механики (труды акад П А. Ребиндера и его школы), применение в качестве добавок поверхностно-активных веществ (В. В Товаров, С. В. Шестоперов, Ю. М. Бутт, Г. В. Куколев, М. И. Хигерович и др.), указывают на широкие возможности интенсификации помола различных строительных материалов.

Настоящая статья посвящена результатам проведенных в НИИЦементе исследований по повышению эффективности работы мельниц путем улучшения физико-химических условий процесса тонкого измельчения.

Изучалась сопротивляемость размолу портландцементиых клинкеров, доменных шлаков, известняков, гипса, кварцевого песка и других материалов в зависимости от их структуры и химико-минералогического состава, условий измельчения, адсорбционно-активных свойств среды

Сопротивляемость размолу определялась на специальной установке по разработанному нами методу который основан на автоматическом и удельной работы, непосредственно расходуемой на образование поверхности измельченного материала.

Характеристика сопротивляемости размолу того или иного материала выражается в виде функциональной зависимости удельной работы от удельной поверхности. При этом величина определится из отношения

Установлено, что сопротивляемость размолу зависит в первую очередь от свойств и степени дисперсности размалываемых материалов. Для однородных мономинеральных материалов (кварцевый песок и гипс) и кислого гранулированного доменного шлака, 90—95/о состава которого находится в стекловидном состоянии, сопротивляемость размолу (при измельчении до удельной поверхности 3000—3500 остается постоянной и составляет для Вольского песка (10—12) • 10-9 квтч/см2, гипса (2—3) 10 квтч/см2, магнитогорского шлака (16—18) -10-9 квтч/см2.


По мере дальнейшего размола, начиная с удельной поверхности 2300— 2700 см2/г, для большей части исследованных клинкеров наступает третья стадия измельчения, характеризуемая отклонением процесса от прямолинейной зависимости Сопротивляемость размолу на этой стадии переменна и увеличивается по мере повышения степени измельчения материала. Прн S=30U(J см2/г она составляет (25—45) - Ю-3 квтч.см2.

Рост сопротивляемости размолу клинкеров является прямым следствием ухудшения условий процесса — налипания частиц материала на мелющие тела и агрегирования их между собой

Степень налипания и агрегирования частиц измельченного материала зависит, как показали Наши исследования от дисперсности, химико-микералопшеского состава и микроструктура клинкерных минералов. В частности, клинкеры, богатые белитом, для которого характерно полисинтетическое двойникование в различных направлениях, обладают более высокой склонностью к наливанию.


Изучение влияния малых добавок органических поверхностно-активных веществ (триэтаноламин, олеиновая кислота, мылонафт, ССБ и др.) на характеристику сопротивляемости размолу (рис. 1, кривая 2) позволило установить, что с их применением на первой стадии измельчения понижается сопротивляемость материала размолу (второй этап начинается при более высоких значениях удельной поверхности). Некоторое понижение сопротивляемости размолу имеет место и на второй стадии измельчения.

Таким образом, основным фактором повышения эффективности процесса измельчения на этих стадиях является адсорбционный эффект понижения твердости материала, так как в силу относительно низких значений его удельной поверхности налипания и агрегирования еще не наблюдается.

На последнем этапе измельчения налипание и агрегирование уменьшаются. Максимум эффективности действия поверхностно-активных веществ (ПАВ) достигается при использовании добавок малых концентрации — 0,02—0,05% к


Снижение эффективности действия добавок с увеличением концентрации их обусловлено, как показали работы П. А. Ребиндера н Г. С. Ходакова уменьшением подвижности материала из-за «слипания» тонких слоев ПАВ, образующихся на поверхности его частиц.

Наибольшее воздействие поверхностиоактнвных добавок наблюдается при определенных механических режимах. Интенсивность измельчения клинкера с добавкой 0,025% ПАВ возрастает с увеличением скорости движения шаров, а в случае постоянной скорости — при нагрузках примерно на 15—20% меньших, чем при помоле без добавок (рис. 4).

С повышением температуры эффективность прогресса измельчения резко снижается, особенно в области тонкого измельчения, что является следствием быстрого налипания и агрегирования частиц материала. При 90—420° налипание несколько уменьшается, по-видимому, это связано с выделением паров остаточной влаги клинкера.

Влияние влаги на процесс измельчения клинкера аналогично действию других поверхностно-активных добавок. Влага в количестве до 0,2—0,5% способствует измельчению. Но с повышением концентрации ее свыше 0,5% процесс измельчения резко замедляется из-за снижения подвижности материала. Особенно это заметно на первой стадии измельчения, когда дисперсность клинкера невысока.

Следует различать явление налипания на мелющие тела и агрегирования, обусловленное, по-видимому, взаимодействием электростатических зарядов на частицы цемента, н явление снижения подвижности цемента при избыточных количествах влаги, вызываемое слипанием гидратных оболочек, образующихся на частицах клинкера. Первое имеет место в области тонкого измельчения, второе — преимущественно в начальной стадии процесса

Исследование влияния температуры и влажности на процесс измельчения клинкера позволило разработать способ подачи распыленной воды в камеру тонкого измельчения цементной мельницы. Как показали испытания, проведенные на заводе «Гигант», добавка 1—1,5% воды по этому способу снижает температуру в мельнице и цемента на выходе из нее примерно на 40—50°, уменьшает налипание материала на мелющие тела.

Установлено, что эффективность действия добавки зависит от характера размалываемого материала н способов введения ее. Наибольший эффект возникает при размоле клинкера. Сопротивляемость размолу и удельный расход электроэнергии в этом случае понижается примерно на 40—50%, при помоле шихты — па 20—30%, шлака — на 3—25%. Более слабое действие добавки ПАВ при размоле шлаков можно объяснить их слабой адсорбционной способностью.

Приближенные расчеты показывают, что, например, отеиновая кислота в количестве 0,1 покрывает моиослоем примерно от поверхности цемента Этого количества вполне достаточно для


Воздух под даилсиием 2—3 ат н поступает из обшей магистрали от компрессоров, а раствор подается центробежным насосом под таким же давлением. На выходе из форсунки, в первой камере образуется веерообразный факел тонко- дисперсной смеси воздуха и раствора.

Опытные работы проводились на заводах «Гигант» и Магнитогорском. В качестве поверхностно-активных добавок были использованы 10%-ные водные растворы: сульфитно-спиртовой барды (ССБ), асидол мылонафта в виде водной эмульсии (содержание сульфонафтеновых кислот — 87%), мылонафт (чистый), триэтаноламнн (технический) и, наконец, композиция триэтаноламнн + ССБ (1 : 1).

Концентрация добавок была принята 0,02—0,025°/о к весу цемента.

Результаты испытаний, приведенные в таблице, показали, что введение поверхностно активных веществ по этому способу позволяет повысить производительность мельницы на 10—25%, либо при той же производительности получить более тонкий материал.