助磨機(jī)理與民間傳說

　　助磨劑應(yīng)用于水泥工業(yè)已有很長時間的歷史了。對于助磨劑的作用機(jī)理，國內(nèi)外許多專家學(xué)者都進(jìn)行了廣泛的研究，并提出了各種理論和假說。這些研究，主要傾向于助磨劑本身的研究，著重于這些表面活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、鏈長、極性等性質(zhì)的變化。盡管到目前為止，仍有不同的見解和觀點(diǎn)提出，但能被大多數(shù)人認(rèn)同的學(xué)說，主要是列賓捷爾提出的“強(qiáng)度削弱理論”和馬杜里的“顆粒分散理論”。這兩種理論都來自于生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究，先從生產(chǎn)實(shí)踐中得到了啟示和驗證，然后上升到微觀結(jié)構(gòu)上進(jìn)行理論分析和總結(jié)。

　　列賓捷爾認(rèn)為，助磨劑分子吸附在固體物料的顆粒表面，從而降低了顆粒表面的自由能，使界面處的晶格內(nèi)聚力降低；由于物料在開采過程中其表面本身就存在許多裂紋，經(jīng)助磨劑吸附后發(fā)生滲透性的楔劈作用，加速了物料顆粒裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致物料表面的硬度和強(qiáng)度減弱，從而使物料顆粒更容易粉碎和研磨，有利于粉磨速度的提高和能耗的減少。這就是強(qiáng)度削弱理論的核心，我們從中可以清晰地領(lǐng)略到這個理論所描述的物料粉碎過程。據(jù)資料介紹，列賓捷爾提出這個理論的背景，是在礦山鑿巖時，往鉆孔里注入液體而產(chǎn)生的靈感，這不禁讓筆者想起我國的一個古老傳說。

　　“鐵杵磨成針”是我們小時候就聽過的一個民間故事。據(jù)說，是一個老太太在河邊專心致志地磨著一根鐵杵，被李白看到了。李白很是驚訝地問：“老婆婆，您磨鐵杵做什么呢？”老太太回答說：“做針啊。”李白又問：“那要多久才能磨成針呢？”老太太答：“只要功夫深，鐵杵總能磨成針。”在這之前，李白本是不喜歡讀書的，但看到老太太磨鐵杵，聽了這句“只要功夫深，鐵杵總能磨成針”的話以后，李白開始下功夫讀書、做學(xué)問，最后終于成為流芳百世的一代詩仙。

　　在這個民間傳說中，我們看到老太太把工作的地點(diǎn)選擇在小河邊，她用水十分方便。中國唐朝（公元618年～907年），是世界公認(rèn)的中國最強(qiáng)盛的時代之一。從機(jī)械加工角度來說，早在1000多年前，我們的先人就懂得在用石頭磨鐵的時候，應(yīng)該加水，因為水就是一種潤滑劑和助磨劑，它可以提高磨削的速度。這比歐洲人列賓捷爾1931年提出的強(qiáng)度削弱理論，要早好多年。不同之處是，我們的注意力放在“石頭磨鐵”方面，而列賓捷爾的注意力是“鐵磨石頭”。他在用鉆頭開采花崗石、石英石一類硬質(zhì)巖石時，加入了鹽水、堿水、肥皂水等所謂“電解質(zhì)表面活性劑”，從而使鉆削速度提高了20%～60%。

　　強(qiáng)度削弱理論較好地解析了助磨劑在水泥物料普通粉磨過程中的助磨機(jī)理。但是，在高細(xì)粉磨和超細(xì)粉磨過程中產(chǎn)生的“粉磨平衡”現(xiàn)象，使該理論的詮釋受阻。

　　在水泥工業(yè)生產(chǎn)中的高細(xì)粉磨、超細(xì)粉磨工藝環(huán)節(jié)，要求粉磨產(chǎn)品的比表面積較高（如生產(chǎn)高強(qiáng)度等級水泥、早強(qiáng)快硬水泥、礦渣微粉、超細(xì)粉煤灰等），在球磨機(jī)粉磨過程中經(jīng)常會產(chǎn)生“粉磨平衡”現(xiàn)象，粉磨效率和臺時產(chǎn)量會明顯降低，單位產(chǎn)量的電耗成倍增加。目前解決“粉磨平衡”最便捷、最經(jīng)濟(jì)的方法就是在粉磨系統(tǒng)中，摻加適量的水泥助磨劑。它可以消除微細(xì)顆粒的團(tuán)聚，減少磨內(nèi)細(xì)粉糊球、糊襯板等糊磨現(xiàn)象的產(chǎn)生，使粉磨電耗降低，粉磨效率和產(chǎn)品比表面積繼續(xù)提高。

　　美國學(xué)者馬杜里提出的顆粒分散理論，較好地詮釋了助磨劑解決“粉磨平衡”現(xiàn)象的過程。他認(rèn)為，在水泥粉磨過程中，顆粒的化學(xué)鍵主要是-Ca²⁺-O^2-和-Si⁴⁺-O^2-共價鍵被打斷，并產(chǎn)生大量的靜電荷，使鄰近顆粒容易黏附和集聚。而助磨劑則可以吸附在物料表面上，使那些斷開的價鍵得到飽和，顆粒之間的集聚力得到屏蔽，防止團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，起到分散物料的作用，促使粉料在機(jī)械力的作用下，繼續(xù)變細(xì)。極性助磨劑因其結(jié)構(gòu)不對稱，而且存在正或負(fù)電荷核心，因此更加容易吸附在破裂面的活性中心，從而使助磨效果顯著。而水正是大量存在的極性化合物，三乙醇胺也是一種具有極好助磨作用的極性化合物。