降铬型水泥助磨剂的开发.docx

1降铬型水泥助磨剂的开发

开发降铬型水泥助磨剂的难点在于还原剂的选择，要求还原剂在具有良好降低水溶性铬（Ⅵ）效果的基础上，还需要在醇胺溶液形成的碱性环境下（pH=10~12）有较高的溶解度和溶解稳定性。目前市场上最常用的还原剂有：低价态的金属还原剂包括七水硫酸亚铁、一水硫酸亚铁、三氧化二锑、三硫化二锑、硫酸亚锡、氯化亚锡等，低价态含硫还原剂硫代硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、3-巯基丙酸，低价态含磷还原剂次磷酸钠等物质。由于水泥助磨剂的主要成分三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、一乙醇二异丙醇胺等醇胺类物质的水溶液都呈碱性，pH值通常在10~12，碱性较大，为了使醇胺类物质与还原剂充分混合而不发生酸碱中和反应而产生沉淀，降铬型水泥助磨剂应选择碱性条件下稳定的还原剂。

本次试验所选用的材料：七水硫酸亚铁（分析纯）、三氧化二锑为（分析纯）、硫代硫酸钠（工业级，含量99%）、三乙醇胺（工业级，含量85%，含水量14.5%）、三异丙醇胺（工业级，含量85%，含水量14.5%）、二乙醇单异丙醇胺（工业级，含量85%，含水量14.5%）。

1.1还原剂在水溶液中的溶解性试验

经过前期大量试验，发现目前应用较多的、效果较好的降铬还原剂为七水硫酸亚铁、三氧化二锑、硫代硫酸钠等三种原料，将以上三种还原剂在水中溶解，观察其溶解度，以确定其在降铬型水泥助磨剂中的最大掺量。还原剂在不同温度条件下溶解度见表1。

表1还原剂在不同温度条件下溶解度g

从表1可以看出，除三氧化二锑不溶于水外，七水硫酸亚铁和硫代硫酸钠都有良好的溶解度，产品溶解度随温度的上升而增加。

1.2不同还原剂与醇胺类物质的稳定性试验

首先配制15%的醇胺溶液，其中三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺各5g，水60g，将以上四种物质充分搅拌混合静置1h，检测pH=10.8。

在以上75g醇胺溶液中加入25g还原剂，充分搅拌混合，静置24h后观察其溶解度和溶解稳定性，结果见表2。

表2还原剂在醇胺溶液中的溶解稳定性

从表2的结果来看，硫代硫酸钠在醇胺溶液中具有良好的溶解度，七水硫酸亚铁虽然可以溶于醇胺溶液，但在较短的时间里（3h之内）生成大量的沉淀，三氧化二锑溶解度较差，未能充分溶解于醇胺溶液。

由于七水硫酸亚铁作为粉体降铬材料直接使用时具有较高的性价比优势，是目前应用最为广泛的降铬剂材料，但因硫酸亚铁本身是酸性物质，在醇胺溶液这种碱性体系下，易发生酸碱中和反应生产沉淀，因此考虑在醇胺溶液中加入氨基磺酸、柠檬酸等物质调节醇胺溶液pH值至2以下，使醇胺溶液变成酸性体系来增加七水硫酸亚铁溶液的稳定性，从而配制以硫酸亚铁为主要还原物质的降铬型水泥助磨剂。酸性条件下硫酸亚铁的溶解稳定性见表3。

表3酸性条件下硫酸亚铁的溶解稳定性

表3的结果显示，在醇胺溶液中加入酸性物质降低其pH的方法，仅短暂延长了其出现沉淀的时间，其溶解稳定性能并未得到根本改善。因此硫酸亚铁不宜作为液体降铬剂的原料使用。而硫代硫酸钠作为一种常用的还原剂，广泛用于土壤含铬（Ⅵ）污染土的处理、皮革的水溶性铬（Ⅵ）消减处理等，是性价比较高的一种还原剂材料，而且其溶解度高，溶解稳定性好，是一种良好的液体降铬剂和降铬型水泥助磨剂的还原性材料。

1.3优选降铬型水泥助磨剂配方

根据表2的试验结果，确定降铬型水泥助磨剂原始配方，见表4。

稳定剂为EDTA二钠，用于螯合水中的钙镁离子，减少沉淀的产生。

表4降铬型水泥助磨剂的原始配方%

2降铬型水泥助磨剂性能测试

2.1试验物料

熟料、石膏（唐山某电厂副产脱硫石膏）化学分析结果见表5~表7。

表5熟料化学全分析%

表6熟料矿物组成及率值

表7石膏化学全分析%

2.2试验方案

2.2.1基准试验熟料和石膏的制备

采用颚式破碎机将熟料破碎，筛除0.9mm以上部分，筛下部分放入小磨内粉磨（不加入石膏），控制熟料粉的比表面积为（350±10）m2/kg，将晒干的石膏单独进行粉磨，粉磨时间与熟料时间相同（石膏单独粉磨的原因在于防止小磨温度高于40℃时，造成石膏脱水影响试验结果）。

2.2.2加入降铬型助磨剂熟料的制备

将不同掺量的降铬型水泥助磨剂加入到熟料中，放入小磨内进行粉磨（不加入石膏），控制比表面积为（350±10）m2/kg。

2.2.3时间对降铬型水泥助磨剂长期效果的影响

研究长期储存条件下水泥中水溶性铬（Ⅵ）离子的浓度变化情况。水泥中降铬型水泥助磨剂掺量分别为0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%，分别测试当天、1个月后、2个月后、3个月后及6个月后水泥中水溶性铬（Ⅵ）离子的含量。

2.2.4温度对降铬型水泥助磨剂效果的影响

将破碎好的熟料和降铬型水泥助磨剂放置在烘箱中按照（30℃、60℃、90℃、120℃、1