阿曼卓力·沙山别克
富蕴天山水泥有限责任公司,新疆 836100
摘要：本文结合近些年水泥外加剂的研究应用进展情况，分析总结了助磨剂、六价铬还原剂、脱硫脱硝剂、矿化剂的研究现状和未来发展趋势，为实现水泥企业绿色发展提供研究方向和技术指引。
关键词：外加剂；研究现状；发展趋势
1水泥助磨剂
1.1分类
（1）早期助磨剂：起于20世纪30年代，以惰性矿物作载体，用HCl、CaCl2和CaO等复配动物油和石油裂化残渣等疏水物质制成的粉末状混合物，主要成分为无机物。早期应用在水泥粉磨过程中的目的是提高水泥早期力学性能和抗水性等。
（2）发展期助磨剂：随着无机助磨剂的使用升级，发展期的助磨剂主要成分逐渐转变为极性有机物，比如20世纪30年代初期发明的羟基烷基胺和木质素衍生物的复合助磨剂。20世纪80年代后期美国研究人员明确提出要在水泥粉磨过程中通过外加剂改善水泥的粉磨特性，至此水泥助磨剂的应用开始逐渐广泛化。
1.2研究现状及应用案例
1.2.1助磨性能
助磨特性来源于两方面，一是对水泥的吸附性，二是对水泥的分散性。有研究表明，醇胺类助磨剂主要是其羟基吸附在水泥颗粒表面增加了双电子层斥力而改变了水泥的流变性，羟基数量不同，吸附作用不同。相比于单羟基醇类有机物，多元醇系列的助磨剂对水泥的助磨效果最佳，有研究表明低分子量的二元醇能够提高水泥流动性，其组成中的脂肪烃基起到主要作用。从助磨效果上分析，发现包含两个或多个极性基团是有机物具备良好助磨特性的前提条件，掺量为0.05%时，极性基团数量越多，助磨剂的助磨效果越好，其中对比极性基团种类与有机物助磨特性之间的关系中发现，带有羧基的有机物助磨效果最差，带有羟基与氨基这类型的基团有机物助磨效果较好，以羟基为极性基团的有机物助磨性能最佳。
1.2.2发展方向
长期以来，多功能型助磨剂和专用助磨剂的研究开发也是助磨剂发展的主要方向。助磨剂的多功能化包括：减少物料团聚，降低粉磨能耗，提高磨机产量；提高选粉机效率；降低出磨水泥温度；在保持水泥强度不变的前提下增加混合材的掺加量；改善水泥颗粒级配，优化水泥性能；改善水泥颗粒分散性，减少运输包装过程中的粘附。专用助磨剂包括：（1）与水泥物料匹配的助磨剂；（2）合成型助磨剂；（3）立磨专用助磨剂。
2六价铬还原剂
2.1分类
目前应用较为广泛的六价铬还原剂有亚铁盐、亚锡盐、二价锰盐、硫化物、醛类和矿渣等。
2.1.1硫酸亚铁
其中，硫酸亚铁因价格低廉、还原效果显著，是目前应用最为广泛的六价铬还原剂，但存在一定缺陷，比如易氧化、化学稳定性差、添加量大、具有一定刺激性和毒性等缺点。由于硫酸亚铁价格低廉，目前仍具有较强的实用性，但随着工业生产绿色发展趋势的不断推进，硫酸亚铁类还原剂的使用将不能满足要求。
2.1.2硫酸亚锡（或氯化亚锡）
与硫酸亚铁相比，硫酸亚锡（或氯化亚锡）具有添加量小、使用简单、化学稳定性高等优点，但由于成本较高，限制其应用。
2.1.3硫酸锰（二价锰盐）
硫酸锰（二价锰盐）中的Mn2+具有较强还原性且化学性质稳定，使用其作为还原剂具有良好的氧化性、价格低廉等优势，但硫酸锰溶于水或者以液体形式应用时，会丧失75%的还原能力，且本身对人体具有刺激性，容易引起慢性锰中毒，限制了其作为还原剂的应用。
2.1.4其它还原剂
硫化物还原剂包括硫化钠、硫化氢、亚硫酸钠、硫化亚铁和多硫化合物等类型，但由于毒性相关的安全问题及实验条件方面的影响，硫化物的使用理论可行，但实际效果不尽人意。醛类还原剂包括甲醛、乙醛、多聚甲醛、甘油醛等有机物类型，但由于其本身还原速度慢、应用条件苛刻等原因，在实际生产中很难满足要求。
对于矿渣类还原剂，有研究表明其对水泥六价铬具有固化和还原双重效果，且随掺量增加，效果越显著。然而，由于矿渣掺量较高时对水泥水化硬化性能会产生负面影响，因此在实践中一般是结合其它还原剂配合使用。
2.2研究现状
大量研究表明，在一定条件下，亚铁盐的降铬效果比较理想，其中七水化合物是还原六价铬的最佳形式，且本身溶解性较好，可较为稳定地将六价铬充分还原成三价铬。但硫酸亚铁热稳定性不佳，较高温度下还原效果容易损失，且长期稳定性不足，使用海藻酸钠包裹硫酸亚铁可以防止其与空气中的氧气还原，且对水泥物理性能的发展也具有积极影响。此外，受包裹的七水硫酸亚铁也显示出了很好的热稳定性，并使其具有了较好的长期稳定性。
2.3发展方向
（1）从化学热力学和动力学研究亚锡盐复合还原剂六价铬抑制机理及效果。
（2）研究亚锡盐复合还原剂中辅加物对Sn2+稳定性的影响及规律，抑制亚锡盐的水解，提高还原剂的稳定性。
（3）研究亚锡盐复合还原剂与常用水泥外加剂的相容性，确定还原剂对水泥其它外加剂的影响。
3脱硫脱硝剂
3.1分类
3.1.1脱硫剂
脱硫剂主要包括钙基脱硫剂、胺类脱硫剂、氨基脱硫剂、活性炭脱硫剂、钠基脱硫剂，镁基脱硫剂、铁基脱硫剂、铜基脱硫剂、锌基脱硫剂和锰基脱硫剂以及其它碱性物质等。其中，钙基脱硫剂主要以石灰、石灰石和熟石灰为主，资源较为丰富，且开采方便，价格低廉。氨基脱硫剂一般是采用氨或液氨形式的脱硫吸收剂，活性较好，用量小。不过氨的价格较高，且来源有限，同时存在氨泄漏等问题。活性炭脱硫剂具有优良的孔结构、较大的比表面和较好的吸附脱附性能，且物理化学性质稳定。但也存在一定缺陷，如脱硫速率慢、再生频繁、损耗大、成本高和二次污染等问题。
3.1.2脱硝剂
脱硝技术主要有选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性催化还原（SCR）技术及臭氧氧化脱硝技术，主要使用的脱硝剂为氨水（气）、尿素和臭氧等。其中，在水泥厂中应用较多的是SNCR脱硝技术。与氨水相比，尿素结构较为复杂、反应效率较低、氨逃逸率较高，且成本比氨水贵，故水泥厂通常采用氨水作为SNCR的脱硝还原剂。氨气还原剂通常用在SCR脱硝技术中，其可直接来源于液氨汽化，也可以通过氨水蒸发或尿素分解间接制备。臭氧氧化技术因对环境的负面作用大，现已禁止采用。
3.2研究现状
国内外关于脱硫剂的研究面较广，钙基脱硫剂的使用已然较为传统且成熟，所以大部分研究学者逐渐针对其它氧化物类的脱硫剂展开研究，比如钙铁复合金属氧化物、铜基氧化物和锰基脱硫剂等等。研究结果表明，这些氧化物形式的脱硫剂均具有较好的脱硫效果，其中钙铁复合金属氧化物具有较好的再生性能，铜基氧化物比表面积较大、耐磨和耐高温性能俱佳，锰系脱硫剂需要在较高温度下再生，因此在低温和常温条件下使用较少。关于脱硝的研究则更多集中在使用氨水作为脱硝剂的SNCR技术方面，有研究表明，SNCR脱硝技术在水泥生产中氨水的脱硝效率≥88%，综合来看，氨水的脱硝效果显著。
3.3发展方向
关于脱硫剂，应朝着高效、廉价、易得的方向去寻找。利用工业废渣就是一个很好的研究思路，复合钙基、钠基脱硫剂制备成混合型脱硫剂，在低成本的条件下可进一步提升脱硫效率。关于脱硝技术，可综合采取多种脱硝方式结合的方法提高脱硝效率，老水泥厂可以采用空气分级、燃料分级和SNCR（或SCR）相结合的方式来提高脱硝效率，新建水泥厂可考虑采用高固气比技术和SNCR（或SCR）相结合的方法，以达到减少氮氧化物排放的目的。
5结束语
本文综述了水泥外加剂，包括在熟料煅烧过程中使用的矿化剂和脱硫、脱硝剂及在水泥粉磨过程中加入的助磨剂及六价铬还原剂的国内外研究现状，系统阐述了水泥外加剂的种类、组成与研究进展，提出了水泥外加剂的发展方向，分析了水泥外加剂的作用效果，以期对建材行业尤其是水泥企业的绿色发展提供技术支撑。
参考文献：
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[2]王剑锋.水泥助磨剂构效关系研究与分子结构设计[D].中国矿业大学（北京），2013.
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