[发明专利]源自生物质的助磨剂

说明书

发明领域

本发明涉及与研磨水泥和粘性材料，如生产水泥的水泥熔渣、制备水泥熔渣的原料、高炉矿渣和其它颗粒有关的方法和组合物，更具体而言，涉及使用由源自生物质的原料如植物和动物材料转化得到的多元醇(如，二元醇和/或三元醇)在研磨处理组合物和方法中的应用。

背景技术

在水硬水泥如卜特兰水泥的制备工艺中，采用研磨处理使水泥颗粒尺寸变得相对较小。球形原料被称为“熟料”，其基本上由水硬硅酸钙、铝酸钙和铝铁酸钙组成，与少量生石膏混合并被研磨成极细的颗粒。由于研磨熟料来生产水泥会消耗大量时间和能源，因此在水泥工业中的惯例是采用能增加研磨处理效率的助磨剂，以此来降低研磨单位重量的水泥所需的能量，或者增加水泥产量以适应高涨的水泥需求量。助磨剂的添加，通过阻止较细的原料以包覆水泥熔渣初生表面的形式在研磨介质和磨机壁上形成涂层，使磨机能够用较少的能量把熟料研磨成较小的尺寸。

Moorer等人在3,615,785号美国专利中提出用水溶性二元醇来提高生产水硬水泥的熟料的研磨效率。此后Mooer等人在4,204,877号美国专利中提出用三元醇如丙三醇来提高熟料研磨处理的效率。

术语“丙三醇(glycerol)”通常与术语“甘油(glycerin)”和“甘油(glycerine)”互换使用。但更严格地讲，术语“丙三醇”适用于纯化学上的化合物1，2，3-丙三醇，而术语“甘油(glycerin)”和“甘油(glycerine)”适用于经过纯化的通常含有95％或更多丙三醇的商业产品。大部分商业供给的甘油是通过在甲酯生产中用甲醇将脂肪酯化而生产的。本发明人认为，这种甘油已经在水泥和混凝土组合物中被用作掺加剂，但是由动物或植物脂肪酯化得到的甘油直到本发明才被用作水泥、水泥熔渣或其它用于制备水泥的原料的助磨剂。

作为副产品得到的天然的和废弃的甘油(尽管与本发明中的生物燃料的生产无关)先前已经用于水泥研磨。SU-1604773中描述了一种这样的丙三醇共混物。从化石燃料加工中得到的天然聚甘油先前曾经于20世纪80年代被W.R.Grace & Co.-Conn.用在助磨添加剂配方中。但是，按丙三醇含量计，该甘油的纯度是大约50％，因此在与其它助磨剂组分的配方中需要注意防止淤渣。SU-1271843和SU-1130548中描述了水泥应用中的甘油残留物、天然甘油和废弃甘油的其它用途。这些材料被认为含有不同分子量的丙三醇，而且多数含有含量高达15％的如氯化钠的盐类。高的聚甘油含量降低了从这种工艺中获得的天然甘油的助磨功效。

发明概述

本发明人已发现，使用多元醇，优选是由源自生物质的原料转化而来的低分子量的二元醇和/或三元醇(“源自生物质的多元醇”)相比来自化石燃料原料的甘油，在提高研磨工艺效率方面能带来有益效果，研磨工艺中水泥、水泥熔渣、如炉渣、石灰石、粘土、页岩、砂子的原料和其它物质被研磨成较细的颗粒尺寸。

例如，优选的源自生物质的甘油获自生物柴油燃料的制造，其适合用作水泥助磨剂。这种源自生物质的甘油相比来源于化石燃料的甘油来讲，被认为能为研磨水泥和其它材料带来有益效果，因为其具有较高的纯丙三醇含量。它也被认为具有较小的泥浆化趋势，因为其不太可能具有有害量的较高分子量组分，如聚丙三醇(其中，两个或更多甘油基通过醚键相连)。

从经济的角度讲，通常比较有利的是采用低成本的极性有机小分子流作为水泥助磨剂。尽管对于消费者来说，石油基燃料的费用还是不及由植物和作物性材料生产的生物燃料昂贵，但是源自生物燃料的甘油涉及到可再生的自然资源，这个事实是在不远的将来对水泥制造商来说可能会更加具有吸引力的因素。

本发明的源自生物质的多元醇水泥助磨剂也被认为能阻止水泥和有粘性的颗粒在研磨后的团聚。换句话说，该源自生物质的多元醇也被认为能减少水泥开始流动(initiate flow)可能需要的能源量，在从储料罐和储藏箱卸载干燥水泥粉末时，或者在用货车、驳船或铁路底卸式货车运输水泥后，这一点是很重要的。这种团聚的趋势是通过在研磨时降低所生产的水泥高表面能而被阻止的。

本发明的一个示例性的方法包括在无机颗粒(将被研磨成较细的颗粒尺寸)中引入助磨剂组合物，该组合物中包含至少一种选自二元醇、三元醇或其混合物的源自生物质的多元醇。