早强型复合功能助磨剂：行业技术发展方向

  水泥助磨剂在国际上已有70多年的使用历史，在国内其简单、高效的特点也已被越来越多的水泥生产企业所认可。一方面，使用水泥助磨剂能够提高水泥磨机的粉磨效率，从而直接降低了粉磨电耗；另一方面，因水泥助磨剂还可以激发水泥熟料和工业废渣的潜在活性、减少水泥中的熟料使用量、大比例提高水泥中工业废渣的利用率，经济效益相当可观。此外，使用水泥助磨剂还可节省因生产水泥熟料而造成的煤电消耗、天然原料的消耗，降低大气污染物的排放，在实现“节能”效果的同时，也达到了“减排”的目的。近20年来，水泥助磨剂在我国得到了快速发展。

  社会的需求是科学技术发展的根本动力，正如恩格斯所总结的：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比10所大学更能把科学推向前进。”在市场经济制度下，市场需求对资源的配置起着决定性的作用。而我国水泥助磨剂技术发展到今天，早强型复合功能助磨剂已成为行业技术发展方向。实践证明，应用早强型水泥助磨剂，在改善水泥颗粒组成、提高水泥强度的同时，可以多掺混合材料、节省水泥熟料、降低生产成本。

  水泥助磨剂发展历史

  我国水泥助磨剂的研发过程，可以划分为4个阶段：发展初期、发展成长期、快速发展期和稳定发展期。

  （一）发展初期（1950年～1970年）

  1950年，我国的水泥年产量只有151万吨，水泥粉磨设备以小型球磨机为主，对水泥助磨剂需求很小，水泥助磨剂研究开发也刚刚起步。1958年前后，有过少数水泥厂使用煤、造纸废液和肥皂废液试验提高磨机产量的报道，但效果不十分理想。

  （二）发展成长期（1971年～1994年）

  上世纪70年代，我国进入经济体制改革初期，从日本等发达国家进口了数套先进的新型干法水泥生产线，水泥粉磨设备也引进了高细磨。在对水泥进行高细粉磨过程中，出现了明显的过粉磨现象，高细水泥粉容易互相黏聚及黏聚在研磨体上，形成物料缓冲垫效应，降低了粉磨效率。要解决这个技术问题，在水泥粉磨时掺加助磨剂，是一个有效的技术措施。水泥高细粉磨设备的应用及推广，对水泥助磨剂产生了技术需求，因而拉动了对水泥助磨剂的研究。

  1971年，原四川水泥研究所对几十种有机表面活性剂进行了助磨效果的小磨试验与大磨试验，尽管试验取得了一定的效果，但由于助磨剂成本较高、经费支持不够等原因，未能得到大面积推广。

  1983年，国家计委下达了《水泥研磨助剂研究》的研究课题，承担单位在3年内，研制成功3个系列10种助磨剂，并在多家大型水泥厂工业性试验成功，为我国助磨剂的研发奠定了良好的基础。

  但由于当时是计划经济时代，水泥属“统配物质”，不存在销路问题。而生产助磨剂的原材料价格较贵，供应不充足或质量不稳定，加上国民经济建设高速发展，水泥产品供不应求，工业用电价格较低，水泥企业对节能增效意识不强、要求不高，致使助磨剂推广应用进程缓慢。

  （三）快速发展期（1995年～2007年）

  1995年，我国已经进入市场经济，而水泥市场由“供不应求”变成了“供大于求”，降低水泥生产成本成为广大水泥企业在竞争中求生存、求发展的头等大事。因此，水泥助磨剂的需求量逐年增加，许多手工作坊式的水泥助磨剂生产厂应运而生。

  这个时期，水泥助磨剂的研究开发进入快速发展。李江等人在2006年汇编的《水泥助磨剂研究及应用论文集》中，收集到1996年~2006年10余年间正式发表的有关论文100多篇。从国家知识产权局数据库能检索到的水泥助磨剂专利约40件，其中颗粒状和粉状助磨剂专利17件，液体助磨剂专利23件。最早的一份水泥助磨剂专利，是1986年申报的。在这40件水泥助磨剂专利中，绝大多数是在2007年之前申报的。这些都说明我国水泥助磨剂技术在2007年以前，已经进入了快速成长期。

  助磨剂开始是以帮助球磨机提高粉磨效率、提高产量、降低粉磨电耗而应用于水泥工业的。进入市场经济激烈竞争机制以后，水泥生产的原材料和煤电能源大幅度涨价，而水泥价格却稳中有降，致使水泥企业经营十分艰难，节约生产成本显得尤其重要。因而，大多数水泥企业用户希望在确保水泥质量的前提下，掺用助磨剂后能够多掺混合材、少用水泥熟料，要求助磨剂必须同时具备能激发活性、提高水泥早期强度等作用。在这种市场需求拉动下，同时具有化学活性激发作用的早强型复合功能水泥助磨剂的研究开发与应用得到了快速发展，水泥企业也越来越多地开始使用具有早强型复合功能的水泥助磨剂。当时，兼有“早强”功能的复合功能助磨剂成为了助磨剂的主流产品类型，这也体现出我国水泥助磨剂技术发展不同于欧美发达国家的一个特点。对于这种现象应该给予支持还是应该给予限制，在水泥行业内也引起了不同看法，至今也没有形成共识。

  应该注意到，为了实现“早强”功能，当时这类助磨剂中大多掺用了氯化钠等氯盐。水泥中掺加过量氯盐，有可能在钢筋水泥混凝土中引起钢筋的锈蚀，混凝土行业和水泥行业管理部门对这种问题也产生了担忧。而且，有部分小企业生产的助磨剂并没有助磨组分，实际上只是将水泥混凝土早强剂以助磨剂的名义掺加到水泥中。在这种情况下，对水泥助磨剂行业进行规范势在必行。

  （四）稳定发展期（2007年之后）

  2007年7月，中国水泥协会助磨剂分会宣告成立，标志着我国助磨剂的研究、开发、生产及应用，进入了一个严格、规范的稳定发展时期。分会的成立，为助磨剂行业管理、技术进步和经验交流提供了支持和帮助。而国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的颁布实施，更严格地限制了水泥助磨剂的用量（≤0.5％），且增加了水泥中氯离子限值（≤0.06％）要求，使助磨剂产品中掺加氯盐这个问题得到有效遏制，促进了我国水泥助磨剂技术的研究、开发与应用，使其向着更健康、更规范的方向发展。在这种政策规范引导下，科技人员通过研究，以采用高分子有机化合物为主要原料进行了重点研究开发。2007年后，先研究开发推广了以三乙醇胺、改性三乙醇胺等为主要成分的早强型复合功能助磨剂，近几年又研究开发出以二乙醇单异丙醇胺等为主要成分类型的早强型复合功能助磨剂。据统计，2014年，水泥助磨剂传统的两大原材料三异丙醇胺、三乙醇胺的使用都有一定幅度下降。其中，三异丙醇胺系列产品从5年前的25%左右的市场占有率下降到10%左右；三乙醇胺从之前的70%左右市场占有率下降至55%左右。而二乙醇单异丙醇胺作为新一代水泥助磨剂原料的应用却异军突起，从之前不到5%的市场占有率，上升到2014年占35%左右的市场份额。

  近年来，因为许多地方水泥产品都出现“量价齐跌”的现象，水泥已经成为一种“利润微薄”的商品，无论淡季还是旺季，激烈的市场竞争迫使水泥企业必须进行内部挖潜，认真控制生产成本。随着水泥助磨剂生产、应用技术水平的逐步提高，助磨剂在水泥企业的应用率逐年上升。

  根据中国水泥协会公布的数据，2014年，我国水泥总产量已达到24.76亿吨，约占世界水泥总产量的56%。而据国内几家大型助磨剂生产厂公布的销售量数据估计，2014年我国水泥企业使用的粉体助磨剂约60万吨、液体助磨剂约90万吨，使用助磨剂的水泥产量16.8亿吨，接近全国水泥总产量的70%。如果以助磨剂类型来统计，则同时具有提产与早强功能的多功能复合助磨剂生产量大约占85%以上的份额，这就是市场对助磨剂类型的需求现状。

  水泥助磨剂发展方向

  2016年2月5日，工信部原材料供应司公布了2015年我国建材供应情况。其中，水泥产量23.5亿吨，同比下降4.9%，是25年来首次负增长，水泥工业利润同比下降58%，水泥年平均价格为270元/吨，是近5年中最低水平，称水泥行业为产能严重过剩行业。

  预测今后水泥助磨剂技术的发展方向，其主要影响因素仍然是市场需求、创新驱动和政府规范三大因素。

  据水泥助磨剂分会统计，水泥企业对助磨剂的需求大致分为4类：

  1.要求提高磨机产量15%～20%，以提产为主要目标的企业大约占10%；

  2.要求增加混合材6%～8%，提产10%左右，以降低成本为主要目标的企业约占70%；

  3.要求提产10%左右，增加混合材2%～4%，水泥性能（需水量、凝结时间）基本不变，以降低成本、同时保证水泥质量为前提的企业约占15%；

  4.其他要求：延长凝结时间、减少坍落度经时损失等，这类企业约占5%。

  这4类需求实际上是对两类助磨剂的需求。提高磨机粉磨效率、提高磨机产量、降低粉磨电耗是各类助磨剂共同的功能，“早强型”或“缓凝型”是不同类型的附加功能。前述4种需求中的第2种和第3种需要的都是“早强型”助磨剂，合计占水泥企业需求的85%，是对助磨剂类型的最主要需求；前述4种需求中的第1种和第4种需要的都是“缓凝型”助磨剂，合计占水泥企业需求的15%，是对助磨剂类型的次要需求。这种市场需求比例结构，对水泥助磨剂今后的技术发展方向，起着决定性的引导作用。

  水泥助磨剂分会通过市场调查统计的数据表明，应用助磨剂技术后能够实现：多消纳工业废渣5％～10％，从而在水泥生产总量不变的情况下，降低水泥熟料用量5％～10％，同时还可降低水泥粉磨电耗5％～10%。

  按我国水泥工业生产现状，降低水泥熟料用量后，环保、经济效益评估可按下列基本数据推算：

  1. 每吨水泥的熟料用量按65%计，为0.65吨；

  2.每生产1吨熟料，窑头、窑尾的废气排放总量按3000Nm³计；

  3. 现行环保标准大气污染物排放限值为：（1）颗粒物：30mg/Nm³；（2）NOX：400mg/Nm³；（3）SO₂：200mg/Nm³；

  4. 每生产1吨熟料消耗：石灰石1.3吨、黏土0.18吨，排放CO₂气体1吨；

  5. 能耗为：熟料标准煤耗110公斤标煤/吨熟料，熟料烧成电耗60度/吨熟料，水泥粉磨电耗35度/吨水泥。

  2015年我国水泥产量为23.5亿吨，如果今后几年水泥年产量稳定在23亿吨左右，按水泥助磨剂应用率70%计算，掺用助磨剂后工业废渣混合材多掺，取代硅酸盐水泥熟料7%，每年将节省水泥熟料1.13亿吨，其节能减排效果十分可观：

  （1）节煤124.3万吨标准煤；

  （2）节电128.6亿度（含粉磨节电）；

  （3）减少石灰石消耗1.46亿吨；

  （4）减少黏土消耗0.20亿吨；

  （5）多用工业废渣1.13亿吨；

  （6）熟料烧成减排废气量3390亿立方米；

  （7）减排CO₂气体1.13亿吨；

  （8）减排SO₂气体2.2万吨；

  （9）减排NOX气体4.4万吨。

  由此可见，发展早强型复合功能助磨剂，可以在通用硅酸盐系列水泥生产中，收到明显的消纳利用大量工业固体废渣、降低天然原料消耗、降低水泥生产能耗、降低水泥生产废气排放量的综合效果，符合科学发展观和可持续发展战略的要求，符合加大资源循环利用的指导方针。今后我国水泥助磨剂技术的发展，还将是以发展新型早强型助磨剂为主。

  同时，水泥助磨剂的研究人员、生产企业领导和水泥企业领导，也必须重视健康规范发展的重要性。国家标准关于水泥助磨剂定义中规定，助磨剂掺加到水泥中后应该“不损害人体健康和水泥混凝土性能”。这是水泥助磨剂研究开发和应用中的政策监管底线，也是科研人员和企业家的道德底线。在今后助磨剂技术的研究开发和应用中，应该引起高度重视。

  现在有些出厂水泥含有明显的氨气味，用这种水泥建设的室内建筑，其氨气味消散前需要较长的时间，其氨气味对人体健康有一定损害，这在有关的建筑施工规范中也有限制性规定。出厂水泥有明显的氨气味，往往与其掺加的助磨剂中含有尿素原料有关，水泥助磨剂生产中应该限制使用尿素为原料。

  此外，现在很多干粉助磨剂中，往往含有一定量的氯盐，这种助磨剂掺加到水泥中后，如果水泥中氯离子含量超过0.06%，就超过了通用水泥国家标准中对氯离子的限制数值，也超过了有关规范对预应力钢筋混凝土原料中氯离子含量的限制数值，使用氯离子含量超值的水泥制造预应力钢筋混凝土制品，就有可能导致制品中钢筋锈蚀，这是很危险的。水泥助磨剂企业在助磨剂的生产中，应该自觉严格控制氯盐的掺加量；水泥生产企业应该经常检查所生产的水泥中氯离子的含量，控制其不超过国家标准规定数值；预应力钢筋混凝土制品生产企业更应该对采购的水泥等原料进行氯离子含量的测定，以确保所生产的预应力钢筋混凝土制品的长期耐久性和安全性。