用于矿渣的含硅助磨剂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于矿渣和矿渣／熟料混合物的新助磨剂。该助磨剂是任何含硅的液体或其混合物。在研磨过程中该组合物因降低能量消耗而提高矿渣或矿渣／熟料混合物的研磨效率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于矿渣、矿渣/熟料混合物的新助磨剂、以及由此制备的水泥制品。通常，将包括碳酸钙(例如石灰石)、硅酸铝(例如粘土或页岩)、二氧化硅(例如砂子)和各种铁氧化物在内的各种组分的混合物烧结制备成水硬性水泥。通常待烧结的混合物含有高达80％的矿渣组分。在烧结过程中，这些组分失去它们本身特性，而发生化学转化。在烧结过程中，发生化学反应，其中形成固化的不规则球粒，通常叫做熟料。粒状高炉矿渣是一种用铁高炉矿渣组成的胶结材料。它是钢铁工业的非金属副产品，含有硅酸钙和硅铝酸钙，以及在大约2700°F的高炉中在熔融条件下与铁同时形成的其它底料。熟料冷却之后，在细磨机中与少量的石膏(硫酸钙)一起磨成粉状，提供一种细小的、均匀的粉状产品。在某些情况下，其它材料可以与熟料一起磨碎或与熟料一起混合，提供一种特殊类型的水硬性水泥。经常加入的组分是代替一部分昂贵的熟料材料的粒状高炉矿渣、火山灰。此矿渣的应用不同于它用作上述烧结成的熟料中任选组分的应用。可以加入到熟料中的另一种组分是粉煤灰。该矿渣和熟料可以放在一起磨，或分别磨碎然后混合在一起。另外，磨碎的或未磨过的矿渣可以加入到熟料中，然后再磨碎熟料/矿渣混合物。在熟料/矿渣混合物中，熟料可以高达占组合物的90wt％。矿渣和粉煤灰通常是惰性的，并用于水泥中，其中经济是主要考虑的因素，而且强度降低一些也是可接受的。术语“混合水泥”是指含有5-80％(通常为5-60％)矿渣(作为水泥组成的部分)的水硬性水泥。产品包括水硬性水泥例如波特兰高炉矿渣水泥、矿渣改性的波特兰水泥等等。由于矿渣和熟料非常硬，需要大量能量完全地将它们磨成合适的粉末形式。细磨所需的能量取决于矿渣或矿渣/熟料混合物的性质，可以从大约33千瓦小时/吨变化到77千瓦小时/吨。已经证明几种材料例如乙二醇、链烷醇胺、芳族醋酸盐等等降低所需要的能量，从而提高了对熟料研磨的效率。这些材料，通常被称为助磨剂，是加工添加剂，将其少量引入磨机中并与熟料一起相互研磨以得到均匀的粉末混合物。现今使用的助磨剂主要品种之一是低级烷撑二醇的低聚物，例如二甘醇。因它们的有效性和低成本而使用它们。由于含有聚甘油、低级脂肪酸和磺化的木质素(US4,204,877)；不饱和的脂族酸和胺(FR2,337,699)；C3脂族酸盐和胺(US3,615,785)；以及醇和酰胺(US5,125,976)，所以这些乙二醇的研磨效率提高。虽然当在乙二醇助磨剂存在的情况下研磨熟料时，缩短了所需要的时间(从而减少了能耗)，但是所得到的粉末水泥没有比无这种助磨剂存在下形成的水泥表现出任何更有益的效果。在本领域中已经公开了除本专利技术助磨剂以外的含硅助磨剂。例如，Zadak、Zezulka和Vesely在Adsorption of Vapors of Liquid GrindingAids on Cement Clinker(Puvodni Prace，1971年5月7日)中讲到短的三甲基端基封闭的聚二甲硅氧烷可以用作熟料的助磨剂。然而，这篇文章没有公开含硅氧烷的材料用于研磨单一的矿渣或与熟料混合的矿渣的用途。例如在WO81/01703题目为“砂浆的制备方法和由此获得的产品”中，也公开了硅烷和它们的缩合物用作砌筑添加剂。然而，这些专利申请没有公开硅烷作为水泥熟料、矿渣或熟料/矿渣混合物的助磨剂的用途。所希望的是，通过在能够改善产品的助磨剂存在的情况下研磨，能够形成具有增强的性能例如强度和稳定性的水硬性水泥粉末产品。对本专利技术有用的聚二有机硅氧烷(polydiorganosiloxane)优选是直链聚二有机硅氧烷，但是支链的聚二有机硅氧烷也可用。聚有机硅氧烷可以是官能的或非官能的。对于官能的硅氧烷来说，它是指具有至少一个侧基官能团或端基官能团如羟基、烷氧基、乙烯基、胺等等的聚二有机硅氧烷。官能的聚二有机硅氧烷的端基也可以是氢原子。非官能的硅氧烷液体一般是用甲基或乙基端基封闭的。沿着硅氧烷主链的有机基团可以是甲基、乙基或苯基，最优选的是甲基。该聚合物优选是具有1到50个重复硅单元的短链分子，而且是本领域所熟知的。每个官能的聚二有机硅氧烷分子优选平均具有至少两个官能团，且最优选的官能团是位于聚二有机硅氧烷端基位置上的羟基。非官能的硅氧烷优选是用甲基端基封闭的。优选三甲基端基封闭的聚二有机硅氧烷的粘度为0.65cst到20mm2/s。特别优选的是由通式YxH表示的以羟基为末端的聚二有机硅氧烷，其中Y是甲基或羟基，R1是具有1到8个碳原子的烷基或芳基，且链长X的平均值为2到1,000。以羟基为末端的聚二有机硅氧烷是本领域所熟知的，且可以由常规的方法制备。优选的硅氧烷聚合物的链长是每个聚合物分子平均具有至少2个硅氧烷单元。因此，例如羟基化的硅氧烷可以从稀薄流体变化到不流动的粘胶。优选的R1基团是甲基、乙基或苯基，最优选的是甲基。因此，在用于本专利技术的组合物中常常优选使用较低分子量和较高分子量硅氧烷的混合物。该聚二有机硅氧烷可以是完全以羟基为末端的，或部分聚合物链可在一端以甲基为末端的。优选硅氧烷以羟基为末端，而且在通式中所有的Y基团是羟基。用作助磨剂的环状硅氧烷可以单独使用或与此处描述的其他组分混合使用。环状的硅氧烷在本领域中是为大家所熟知的，且在其上可以具有官能团例如乙烯基、羟基、烷氧基或SiH，或可以是非官能的，例如由下式定义的那些环状硅氧烷 其中m值为3到8(含)。具体的环状硅氧烷分别是六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷和十二甲基环六硅氧烷。本专利技术使用的环状硅氧烷是在760毫米汞柱下沸点为大约250℃以下的相对挥发性的材料。环状的硅氧烷可以以单独的化合物形式使用或以两种或多种不同的环状硅氧烷的混合物形式使用。此外，其它类型的含硅添加剂可以用作助磨剂，例如烷氧基硅烷、三甲基端基封闭的聚二有机硅氧烷、硅烷醇盐(siliconate)或聚二有机硅氧烷醇盐(polydiorganosiloxanolate)。所定义的后两种类型的化合物含有硅醇盐离子基团≡SiO-。硅烷醇盐定义为具有下列结构的硅烷醇的盐HOSiR(OZ)2，此盐的阳离子M+可以是碱金属阳离子或季铵阳离子或者鏻阳离子。因此，硅烷醇盐含有下列结构M+-OSiR(OZ)2，其中R是任何有机基团，而OZ是其他盐基团(OZ＝O-+M)、不反应的硅烷醇或者烷氧基。如果发生一些自缩合，那么SiOZ结构可以是二硅氧烷或较高的低聚物。如果发生与聚二有机硅氧烷的交叉缩合，那么SiOZ结构将硅烷醇盐连结到聚二有机硅氧烷上。优选的硅烷醇盐包括烷基硅烷醇钾盐和烷基硅烷醇钠盐，最优选的是甲基硅烷醇钾盐和甲基硅烷醇钠盐。聚二有机硅氧烷醇盐(polydiorganosiloxanolates)(缩写为硅氧烷醇盐)定义为聚二有机硅氧烷的硅烷醇或末端硅烷醇的盐，且包括与硅烷醇盐(siliconates)定义相同的阳离子。优选的硅氧烷醇盐包括聚二烷基硅氧烷醇二钾和聚二烷基硅氧烷醇二钠，最优选的是聚二甲基硅氧烷醇二钾和聚二甲基硅氧烷醇二钠、K或NaO(Me2SiO)xK或Na。可用于本专利技术的硅烷由通式(RO)nSiR24-n表示，其中R是甲基、乙基、丙基或甲氧乙基，R2是具有1到4个碳原子的一价烃或卤代烃基，且n值为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，包括：用含硅助磨剂处理过的矿渣。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小塞巴斯蒂昂沃尔特洛佩斯达库尼亚，
申请(专利权)人：道康宁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]