الآليات الفيزيائية والكيميائية لمساعدات طحن الأسمنت

تُستخدم مساعدات الطحن بشكل أساسي لتقليل استهلاك الطاقة عن طريق زيادة كفاءة الطحن وإنتاجية المطحنة. يؤدي التشتت الأفضل للمسحوق الجاف للأسمنت المطحون إلى زيادة إنتاجية المطحنة ونعومة الأسمنت لنفس استهلاك الطاقة ، كما يؤدي إلى تحسين التدفق ، مما يؤدي إلى تفريغ أسرع وتحسين حجم تخزين تخزين الأسمنت السائب. بالإضافة إلى زيادة كفاءة المطحنة ، فإن بعض مساعدات الطحن تؤدي أيضًا إلى تأثيرات إيجابية على عجينة الأسمنت النهائية المتعلقة بالريولوجيا وتحسين القوة. مساعدات الطحن التي توفر هذه الخصائص “الإضافية” تسمى محسنات الجودة أو معززات الأداء.

العمليات الكيميائية والفيزيائية

عادة ما يتم هيدروكسيل سطح الكلنكر في عمليات الطحن من الماء المدمج في المواد الخام الرطبة أو من حقن مياه التبريد ، مما يقلل من الطاقة السطحية العالية للكلنكر. يمكن اعتبار الماء أداة مساعدة في الطحن الضعيف ، مما يساهم في تقليل طاقة الطحن. أدوات الطحن لها هيكل هيدروكربوني غير قطبي ومجموعة وظيفية قطبية. يتفاعل الأخير بسهولة مع الكلنكر ، مما يعوض جزئيًا قطبية الكلنكر ، بينما يحميه الهيكل العظمي غير القطبي. يقلل الجزء الهيدروكربوني الأكبر من الطاقة السطحية لجزيئات الأسمنت المغطاة وينتج طحنًا أفضل. الأجزاء الهيدروكربونية من الجلسرين عبارة عن ثنائي إيثيلين جلايكول متوسط ​​و ثنائي إيزوبروبانولامين كبير ، وبالتالي فإن إضافة الأخير كمساعد طحن ينتج عنه انخفاض أكبر في طاقة السطح. من ناحية أخرى ، أظهرت الدراسات أن طاقة الامتزاز لا ترتبط بأداء الطحن. الجلسرين مع طاقة امتصاص أعلى على C₃S من TEA وTIPA لا يعطي أداء طحن أفضل. وبالتالي ، فإن أداء الطحن يعتمد على خصائص أخرى غير طاقة الامتصاص حيث لم يتم تحديد أي ارتباط. علاوة على ذلك ، فإن طاقات التكتل والتصنيفات في حالة ثلاثي الكالسيوم ألومينات (C₃A) مختلفة تمامًا وبالتالي لا تتصرف جميع مراحل الكلنكر بطريقة مماثلة. على غرار قوى التجاذب بين جزيئات الأسمنت ، فإن قوى التجاذب بين جزيئات الأسمنت ووسط الطحن ، والكرات الفولاذية ، والتي بدون استخدام مساعدات الطحن تؤدي إلى التكتل والالتصاق بوسائط الطحن ، تعتمد أيضًا على طاقة السطح.

تعمل مساعدات الطحن عن طريق تقليل الطاقة السطحية للكلنكر. يجب أن يكون لديهم طاقة بينية منخفضة حتى تمتص بقوة كافية على الكلنكر وتشكيل طبقات منفصلة بين الجسيمات. يجب أن يتحملوا ظروف الطحن العادية لتجنب التحلل الذي لا رجعة فيه. قليل من المركبات العضوية تكون مستقرة عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية ، لأنها تتفكك بشكل لا رجعة فيه ، وتشكل مركبات ثانوية متطايرة. تتراوح درجات حرارة الطحن عادة بين 80 درجة مئوية و120 درجة مئوية. تحتوي غالبية مساعدات الطحن التجارية على نقاط غليان ودرجات حرارة تحلل أعلى بكثير من درجة حرارة الطحن. ديثيلين جلايكول ، ثلاثي إيثانول أمين لها درجات حرارة غليان تحوم حول 100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية ، و200 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية على التوالي بينما تحتوي إثيرات البولي بروبلين جليكول وإيثرات البولي كربوكسيل على درجات حرارة غليان منخفضة نسبيًا عند حوالي 100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية و150 درجة مئوية. C على التوالي. ضغط بخارها منخفض ولكنه مرتفع بما يكفي للتشتت عبر آليات نقل الطور الغازي والتلامس السطحي.

يتم تحويل الجزء الأكبر من الطاقة المستهلكة أثناء عملية طحن الأسمنت إلى حرارة ، ولكن يتم الاحتفاظ بجزء صغير (≤ 0.5٪) في الأسمنت كطاقة سطحية. تمتلك جزيئات الأسمنت شحنة موجبة وسالبة عند طحنها إلى جزيئات أصغر ، مما يؤدي إلى تكتل جزيئات الأسمنت والالتصاق بسطح مطحنة الكرة. عند طحن الكلنكر ، تتكتل جزيئات الأرض. يعتمد تراكم جزيئات الأسمنت على تكوين الكلنكر ، والبنية البلورية لمراحل الأسمنت ، وتشتت الأسمنت ، ونوع المطحنة ، وظروف المطحنة وعوامل أخرى. تضاف مساعدات الطحن بنطاقات تركيز من 0.02 إلى 0.1٪ من وزن الأسمنت المصنّع. وفقًا لهيكلها ، تُصنف مساعدات الطحن على أنها أمينات أليفاتية أو مواد مساعدة للطحن قائمة على الجليكول أو الفينول ، مع ، في بعض الحالات ، مركبات أكثر تعقيدًا ، مثل هيدروكسيل إيثيل ثنائي إيثيلين ثلاثي أمين ، يستخدم بنسب أصغر. بسبب قطبيتها العالية ، تمتص مركبات الإضافات الأسمنتية هذه على أسطح الكلنكر التي تقاوم الترابط في المطاحن الكروية وتكتل الجسيمات. يقترح القانونان الأول والثاني للديناميكا الحرارية أن الأنظمة تميل نحو أدنى حالة للطاقة. يؤدي وجود مساعد الطحن إلى حالات طاقة دنيا مختلفة. تمثل وسائط الطحن (الكرات) المطلية بجزيئات الأرض حالة الحد الأدنى من الطاقة لنظام بدون أدوات طحن بينما تمثل وسائط الطحن النظيفة حالة الحد الأدنى من الطاقة لنظام مزود بمساعدات طحن. تساعد أدوات الطحن في الحفاظ على وسائط الطحن (الكرات) نظيفة وزيادة الإنتاجية.

تشتمل مساعدات الطحن ومحسنات أداء الأسمنت المقدمة على مجموعة من المركبات العضوية وغير العضوية. تساعد أدوات الطحن التقليدية في تقليل قطبية أسطح الكلنكر. بالتوازي مع تقليل القطبية ، فإنها تساهم من خلال تقليل الطاقة السطحية. والأهم من ذلك أنها تقلل التكتل عن طريق تقليل قوى الجذب بين الأسطح. على عكس مساعدات الطحن التقليدية ، تحتوي PCEs على مجموعات إيثر قطبية ضعيفة ومجموعات حمض قطبي قوي ولا توجد مجموعات كيميائية ذات قطبية معتدلة مثل مجموعات الكحول. ويرجع أدائها كمساعدات طحن إلى التأثيرات الفراغية. يمنع التفرع في التركيب الجزيئي ، أو تداخل سلاسل البوليمر الطويلة جدًا ، امتصاص جزيئات الكربوكسيل بأكملها ، مما يخلق مسافات بين أسطح الكلنكر أعرض مرتين من استخدام الجلسرين. بالإضافة إلى ذلك ، تقلل جزيئات polycarboxylate إلى حد كبير من التكتل حيث تقل سهولة إزاحتها عن جزيئات مساعدات الطحن التقليدية. تختلف آلية وتأثير البولي كربوكسيلات على الأسمنت الجاف تمامًا عن تأثيرها على عجينة الخرسانة في الخرسانة الرطبة.

مساعدات الطحن لها تأثير على حركية ترطيب الأسمنت ، وتشكل هيدرات الأسمنت ، والخصائص العيانية مثل الطلب على المياه ، والخصائص الريولوجية ، وتطوير القوة. يعتبر التريثانولامين مساعد طحن شائع. تعتمد آثاره على خصائص الأسمنت على نوع الأسمنت والجرعة. إضافة 0.025٪ من ثلاثي إيثانول أمين إلى الأسمنت البورتلاندي ، يعمل كمسرّع ثابت ، عند 0.25٪ كمثبط معتدل ، 0.5٪ كمثبط شديد وبنسبة 1٪ كمسرّع قوي. إلى جانب توزيع حجم الجسيمات ، قد تغير مساعدات الطحن المضافة إلى الأسمنت حركية ترطيب الأسمنت ، عن طريق تسريع الانحلال الأولي للأيونات والترطيب المبكر لـ C₃ وC₄AF ، وأخيراً تعزيز القوة المبكرة وحتى قوة 28 يومًا إلى حد مرئي.

تعتمد قابلية طحن الكلنكر على تكوين الكلنكر. C₃S هو أسهل طحن ، C₃A هو متوسط ​​و C₂S وC₄AF هم الأصعب. نظرًا لأن طاقات التكتل لـ C₃A الجافة والهيدروكسيلية تكاد تكون ضعف تلك المقاسة لـ C₃S ، فإن تأثير مساعدات الطحن على C₃A يكون أكثر أهمية من C₃S. وبالتالي ، فإن مساعدات الطحن تقلل من تفاوتات الطحن لمختلف أنواع الكلنكر. تعتمد فعالية مساعدات الطحن على علم المعادن ، أي النسب المئوية لمختلف الأطوار. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل أدوات الطحن لا يكون لها دائمًا نفس التأثير ، اعتمادًا على خصائص الأسمنت.

تعتمد فعالية مساعدات الطحن أيضًا على معدل الجرعة ، مع الوصول إلى الجرعة المثلى عندما تقع طبقة أحادية من المادة غير العضوية بين أسطح الكلنكر. في معدلات الجرعات العالية جدًا ، قد تفضل القوى الشعرية التكتل وبالتالي تقلل الفعالية.

تتمتع هولدركيم بخبرة طويلة في أدوات الطحن ، والتي تمكنها من تصميم وتقديم منتجات مخصصة تؤدي إلى أداء أفضل في التشغيل والمنتجات .. بالتنسيق الوثيق مع عملائها ، فهي قادرة على تحسين عملية الطحن وخصائص الأسمنت من خلال المحاكاة المعملية للإضافات المخصصة الجمع بين مركبات من مجموعات وظيفية وأنواع وأوزان جزيئية مختلفة وبمعدلات جرعات متفاوتة. يسعى إلى مساعدة العملاء على تحديد المركبات التي تقدم حل وسط جيد بين متطلباتهم المختلفة.