Cement Grinding Aid

8/7/2019 Cement Grinding Aid

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CEMENTGRINDING-AIDS

AGENTS DE MOUTURE

CIMENTS



Agglomeration of particlesL’agglomération des particules

Role of cement grinding-aidsLe rôle des agents de mouture

How grinding-aids work andadvantagesLeurs mécanisme d’action et leurs avantages

CHRYSO®’s range of grinding-aidsLa gamme CHRYSO® d’agents demouture

CHRYSO®

’s range of grinding-aidsLa gamme CHRYSO® d’agents demouture

A world presence for the cementindustryUne présence mondiale au service del’industrie du ciment

SUMMARY

SOMMAIRE 1

2

3

4

5

6



The grinding plant at a cement factory is used to

reduce the particle size distribution of various

materials such as raw meal, fuel or clinker to set

parameters. In a sense, a grinding plant uses

energy (through milling) to create fineness and it

is the production personnel's aim to optimize the

fineness with the production rate whilst consu-

ming as little energy as possible in the process.*

From an energy-efficiency viewpoint, the grinding

process is extremely inefficient; only 5% of the

total energy spend is transformed into additional

surface area whilst the remaining 95% is lost

through heat during the process. One of the cau-

ses of this low efficiency in ball-mills is as result

of re-agglomeration of fine particles together

with the covering of the surface of the grinding

media (balls). During the process, a steady built-

up of particles around the media will result in an

ever-decreasing mill performance and results in

an even lower energy efficient process.

Today, energy cost is an important cost factor in

the manufacture of cement as 75% of all energy

used is used in grinding of raw meal, fuel and

clinker. It is therefore top priority for cement

manufacturers to be looking at optimizing their

mill performance, especially decreasing particle

agglomeration. To achieve this, they use organic

products: grinding-aids.

L’atelier de broyage en cimenterie a pour fonc-

tion de réduire la granulométrie des différents

produits, matières crues, combustible et clinker,

afin de leur permettre de répondre aux critères

de qualité exigés. L’atelier de broyage est donc

en ce sens un transformateur qui consomme

de l’énergie pour créer de la finesse. L’enjeu de

cette opération est le "zéro perte", qui permet

de répondre aux objectifs de finesse avec le

débit maximum, en réduisant au strict minimum

la consommation énergétique de l’atelier*.

Du point de vue industriel, le broyage est une

étape extrêmement pénalisante ; elle représente

un rendement énergétique très faible : 95 % de

l’énergie fournie au broyeur est dissipée sous

forme de chaleur, le reste servant à la création

de nouvelles surfaces. L’une des causes de la

faible efficacité des broyeurs à boulets est la

réagglomération des fines particules entre elles

ainsi que le recouvrement des corps broyants

(boulets). En effet, si les stades initiaux du

broyage sont contrôlés par l’agglomération de

la poudre, l’efficacité du broyage décroît régu-

lièrement avec l’accumulation de fines agglo-

mérées dans le broyeur. Or l’énergie électrique

est un facteur majeur du coût de production

des usines.

L’ensemble des ateliers de broyage d’une

cimenterie (cru, combustible et clinker) repré-

sente en moyenne 70 à 75 % de sa consom-

mation électrique. L’élimination ou l’atténua-

tion du phénomène d’agglomération reste

donc parmi les priorités de tout cimentier et

pour cela il fait appel aux produits organiques :

les agents de mouture.

*"The grinding workshop"*"L’atelier de broyage"

FOCUS MODULE PROCEDES

J-C SALEK – O.BERNARD.



▲ Rittinger’s law (1867) shows a linear

correlation between the evolution of specificsurface area and the energy (time) of grinding.

In general this is true at the beginning of thegrinding process when the "Blaine SpecificSurface Area" (B.S.S.A.) is still low.

However, in practice it has been proven thatthis correlation is no longer true beyond acertain fineness and the energy used is lost inheat.The point where this happens is whenthe agglomeration of fine particles starts andsignals the start of the "non-productive" stageof grinding (see graph 1).

It has been shown that cement particlescan:

■ coat the grinding media,

■ seal the armour plating,

■ agglomerate and form small plates whichabsorb the impact.

In short, agglomeration reduces the efficiencyof the mill. This phenomenon is characterizedby an increase in energy consumption whilstmaintaining constant Blaine.

The extent of agglomeration depends on:

■ the specific characteristics of the materials tobe ground,

■ the operating parameters of the mill,

■ the efficiency and distribution ofthe grinding media,

■ the fineness of the cement particles,

■ the internal operating conditions of the mill(humidity, temperature, ventilation,condition of the armour plating, etc).

■ La loi de Rittinger (1867) montre une proportionnalité entre l’évolution des surfacesspécifiques et l’énergie (temps) de broyage.

Ce constat est, en général, vrai au début de broyage et lorsque les Surfaces SpécifiquesBlaine (S.S.B.) restent faibles.

Toutefois, la pratique montre que ces courbes s’infléchissent plus ou moins au-delàd’une certaine finesse. Le point d’inflexion de la courbe montre le moment où une partiede l’énergie broyage se perd suite à un début d’agglomération des fines du ciment.

L’agglomération constitue alors la phase "non productive" du broyage (cf. graphe1).

On constate alors que les grains de ciment peuvent :

■ recouvrir les corps broyants,

■ colmater les plaques de blindage,

■ s’agglomérer et former des plaquettesamortissant le choc des boulets.

L’agglomération, en bref, réduit l’efficacitédu broyeur. Le phénomène se caractérise par un accroissement de la puissance broyeur àBlaine constant.

La faculté d’agglomération dépend :

■ des caractéristiques "type" du matériau,

■ des paramètres de marche de l’atelier broyage,

■ de la répartition de la charge broyante et de son efficacité,

■ de la finesse,

■ des paramètres internes du broyeur (humidité, température, ventilation, état du blindage, etc).

AGGLOMERATION OF PARTICLESL’AGGLOMÉRATION DES PARTICULES

Graph 1 : Energy consumption of milling

Courbe de broyage d’un clinker

1



Although the prime use of grinding-aids are to reduce agglomeration of cementparticles, their use will also assist in:

■ the total or partial elimination ofthe "coating" effect on the media,

■ an improvement in the separator efficiencydue to increased fluidity of fine particles,

■ a decrease in pack-set problems in storagesilos and bulk delivery trucks,

■ an increased bulk and bag cement quality,

■ improved materials-handling (blowing intosilos, off-loading trucks etc) due to animproved fluidity,

■ improved grinding production capacity,

■ an increase in bulk density due to better"particle-packing",

■ an increase in cement quality, especially interms of strength.

▲ The elimination, or at least a decrease ofthe agglomeration phenomenon remains one

of the priorities of cement manufacturers,hence the importance of grinding-aids.The latter enables the partial neutralizationof surface charges which have developpedduring milling.

Enfin, outre la diminution du phénomènede réagglomération, leur usage peut aussi contribuer à :

■ la suppression totale ou partielle del’effet "coating" (enrobage des boulets),

■ l’amélioration de la marche du séparateur (meilleure séparation liée à une fluiditéaccrue des fines),

■ la diminution des problèmes de mottage(packset) dans les silos de stockage et les citernes,

■ une meilleure tenue des ciments,

■ l’amélioration de la fluidité des ciments,

■ un gain potentiel du débit broyeur,

■ une augmentation de la densité apparentedu ciment,

■ l’augmentation de certaines qualitésdu ciment, notamment au niveaudes résistances.

LE RÔLE DES AGENTS DE MOUTURE 2ROLE OF CEMENT GRINDING-AIDS

■ L’élimination ou l’atténuation du phénomène d’agglomération reste donc parmi les prioritésde tout cimentier (d’où l’intérêt des agents de mouture). Ces derniers permettent laneutralisation partielle des charges créées lors de la fragmentation.



▲ Advantages

■ Significant reduction of the energy usedduring grinding.

■ Gain in productivity cement / raw materials.

■ Maximization in the operating of mills.

■ Improvement of flow and pack-setcharacteristics of the powder, eliminatinglump forming in silos and bulk tankers.

■ Reduction in wear and tear of grindingmedia.

■ Optimisation of particle size distribution inpowders.

■ Improvement of cement performance:strength at 1, 2 and 28 days.

■ Les avantages

■ Réduction significative de la consommationénergétique des circuits de broyage.

■ Gain en productivité ciment/cru.

■ Maximisation de l’exploitation des ateliersde broyage.

■ Amélioration des caractéristiquesd’écoulement et de pack-set des poudreséliminant les problèmes de colmatagedans les silos de stockage.

■ Diminution de l’usure des corps broyants.

■ Optimisation de la répartitiongranulométrique des poudres.

■ Amélioration des performances desciments : résistances 1, 2 et 28 jours.

HOW GRINDING-AIDS WORK AND ADVANTAGESLEURS MECANISMES D’ACTION ET LEURS AVANTAGES

▲ Dispersion effect

A second operating mechanism of these organic chemicals is theinfluence on powder dispersion. It is well established that theseadditions contribute to the reduction of the"Van der Waals"forces between cement particles thus preventing agglomerationand hence increasing fluidity.

Grinding-aids are organic polar products that react during thegaseous phase by adsorbing onto the surface of cement particlesduring grinding.They form a very thin mono-molecular film(10-20 A) around the charged particles which reduces orneutralizes the electrostatic charge, thereby delaying agglomeration.

■ Effet désagglomérant

Un second mécanisme d’action est l’influence de ces ajoutsorganiques sur ladésagglomération des poudres. Il est admis queles ajouts ont pour effet de réduire les forces de Van der Waalsentre les fines, empêchant ainsi l’agglomération et le colmatagetout en conférant à la poudre une meilleure fluidité.

Les agents de mouture sont des produits polaires organiquesqui agissent en phase gazeuse par absorption sur les surfacesdes particules créées lors du broyage. Ils forment un filmmono-moléculaire très fin (10- 20 A) autour des particules chargées.Ce film atténue fortement ou neutralise les liens électrostatiques

des particules et retarde les procédés d’agglomération et deréagglomération des fines.

▲Mechanical and chemical effects

An often quoted mechanism is known as the"Fehbinder effect": the adsorption ofgrinding-aid molecule onto the surface ofthe cement particles which reduce the energyneeded to break the particle and reduce thesurface charges that promulgate cohesion toother particles.

■ Effet mécano-chimique

Le mécanisme le plus souvent évoqué est celui connu sous le nom d’ effet Fehbinder :l’adsorption des molécules d’agent de moutureà la surface des grains diminue l’énergienécessaire à la propagation des fissures endiminuant les forces de cohésion desmatériaux.

3

Without grinding-aids - Sans agent de mouture

With grinding-aids - Avec agent de mouture



4CHRYSO®’S RANGE OF GRINDING-AIDS

LA GAMME CHRYSO® D’AGENTS DE MOUTURE

CHRYSO®Mineralis

CHRYSO®Activatis

CHRYSO®Additis

■ L'organique au service du minéral

Afin de vous aider à optimiser la fabrication de votre ciment à toutes les étapes du process, CHRYSO vous propose trois familles d'agents du ciment :

▲ Organics servicing minerals

In order to assist you to optimize yourproduction of cement at all stages of theprocess, CHRYSO offers three ranges ofgrinding-aids:

■ CHRYSO®Mineralis is the processgrinding-aids range which includes twotypes of grinding-aids for different stages ofthe cement manufacturing process:

- Raw meal grinding-aids,- Clinker grinding-aids.

■ CHRYSO®Activatis is the performancegrinding-aids range that have an activation

function which compensates strength lossesoccuring when a high proportion ofmineral additions are added to the cement(G.G.B.S., slag, limestone filler etc).There aretwo types available:- Chloride based,- Non chloride.

■ CHRYSO®Additis and CHRYSO® Reductisare specialist grinding-aids designed toperform special functions to the final cementproduct such as the reduction of Chromium(VI) to meet legal requirements or to producespecial cements (masonry cements).

There are three types:- Air entrainer,- Water repellent,- Chromium (VI) reducer.

■ Les agents de mouture Process (gammeCHRYSO®Mineralis) : deux types d'agentsde mouture de Process, intervenant àdeux étapes distinctes du process ciment :

- Agent de mouture de Process pour le cru,

- Agent de mouture de Process pour le clinker.

■ Les agents de mouture Performance(gamme CHRYSO®Activatis) : agent demouture process avec une fonction ajoutéeactivation compensant les pertes derésistance liées à l'introduction d'ajoutsminéraux ou autres (laitier, filler calcaire,cendres…)

Deux types :- Chlorés,- Non chlorés.

■ Les agents de Spécialités (gammesCHRYSO®Additis et CHRYSO® Reductis) :agents de mouture ou non destinés àajouter des fonctions spécifiques soit pour répondre à des contraintes législatives(réduction du chrome (VI), soit pour élaborer un produit particulier (chaux àmaçonner)

Trois types :- Entraîneur d'air,- Hydrofugeant,- Agent réducteur de chrome (VI).



LA GAMME CHRYSO® D’AGENTS DE MOUTURE 5CHRYSO®’S RANGE OF GRINDING-AIDS

▲ Advantages of CHRYSO®’s grinding-aids

■ Process grinding-aidsCHRYSO®Mineralis range

■ Significant reductions in production costs.

■ Gains in productivity.

■ Improvement in the separator efficiency.

■ Improvement in the particle size distribution of cement.

■ Elimination of the coating on grinding media.

■ Improvement in cement handling (silos, bulk tankers).

■ Performance grinding-aids:CHRYSO®Activatis range

■ Reduction in pack-set index.

■ Improvement in cement performance (strength at 1, 2 and 28 days).

■ Optimisation of mineral additions for equivalent strength.

■ Reduction in water demand.

■ Optimisation of particle size distribution;

reduction in ultra-fine particles.

■ Specialty grinding-aids:CHRYSO®Additis andCHRYSO® Reductis range

■ Improvement in strength at early and late ages.

■ Production of specialty cements (masonry cements)

■ Inhibition of heavy metals: CHRYSO® ReductisIn order to comply to the limits of the 2003/53/CE Europeanstandard, CHRYSO offers a competitive and durable solution for thereduction of Chromium (VI), even at low dosage rates. Patented byCHRYSO, CHRYSO® Reductis is a liquid solution, easy-to-dose, nonabrasive and not sensitive to temperature changes.

■ Les avantages des agents de mouture CHRYSO®

■ Agents de mouture ProcessGamme CHRYSO®Mineralis

■ Réduction significative du coût de production.

■ Gain de productivité.

■ Amélioration de l’efficacité du séparateur.

■ Régularité de la finesse de broyage.

■ Elimination du coating.

■ Amélioration des conditions de stockage en silos.

■ Agents de mouture PerformanceGamme CHRYSO®Activatis

■ Réduction de l’indice de pack-set.

■ Amélioration des performances (résistances 1, 2 et 28 jours).

■ Optimisation des taux d’ajouts à résistances équivalentes.

■ Réduction de la demande en eau.

■ Optimisation de la courbe granulométrique :

réduction des particules ultra-fines.

■ Agents de mouture de SpécialitésGammes CHRYSO®Additis

et CHRYSO® Reductis

■ Augmentation des résistances à jeune âge et à 28 jours.

■ Fabrication des ciments spéciaux (ciment à maçonner).

■ Inhibition de métaux lourds : CHRYSO® ReductisAfin de répondre aux contraintes de la directive européenne2003/53/CE, CHRYSO vous propose une solution compétitivepour la réduction significative et pérenne du chrome (VI), mêmeà de faibles dosages.Brevetée par CHRYSO, CHRYSO® Reductis est unesolution liquide, facile à doser, non abrasive et peu sensible aux variations de température.

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Energy savings

Vous recherchez ■

Optimisation du broyageÉconomie d’énergie

▲We offerProcess grinding-aids

■ Nous proposons

Agents de mouture process

You’re looking for ▲Improvement of

mechanical strengths

Vous recherchez ■

Amélioration desrésistances mécaniques

▲We offerPerformance grinding-aids

■ Nous proposons

Agents de mouture performance

You’re looking for ▲Specific characteristics

of the end product

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Augmentation des performancesdu produit fini

▲We offerSpecialty grinding-aids

■ Nous proposons

Agents de mouture de spécialités

CHRYSO®Mineralis’ range Gamme CHRYSO®Mineralis

CHRYSO®Activatis’ range Gamme CHRYSO®Activatis

CHRYSO®Additis’ range Gamme CHRYSO®Additis

CHRYSO®Mineralis

CHRYSO®Activatis

CHRYSO®Additis



A WORLD PRESENCE

CHRYSO

around the world

■ CHRYSO: International

Research and Technicalassistance to be closer toits customers

CHRYSO has developped its corporate

research center in France (Sermaises), aswell as some application laboratories inits foreign branches.This enables CHRYSO to understand andassist cement manufacturers to achievetheir immediate aims and strategicobjectives.The CHRYSO® product range is availableworldwide. Our systems are constantlyevolving and reacting to keep abreastof the rapidly changing productionprocesses and product needs of theworld cement manufacturers ;

CHRYSO is committed to improvingthe quality of cement and efficiency ofproducers through the use of grinding-aids.

■ CHRYSO : Une recherche et une

assistance technique internatio-nales à proximité du client

CHRYSO a développé son centre derecherche central en France (Sermaises),ainsi que des laboratoires d'application

dans ses filiales étrangères. L'exploitationde ces moyens lui permet de répondreà tous les problèmes, même les pluscomplexes liés à la production desciments.Présent sur l'ensemble des marchéscimentiers mondiaux, CHRYSO fait constamment évoluer sa gammed'agents de mouture pour les ciments enl'adaptant aux besoins croissants et variésde l'industrie cimentière.Pour CHRYSO, la progression en qualitéet en performance des ciments passe par la maîtrise et la compréhension de sesagents de mouture.



6OR THE CEMENT INDUSTRY

UNE PRÉSENCE MONDIALE AU SERVICE DE L'INDUSTRIE DU CIMENT

■ Head Office

Siège social19 place de la Résistance92446 Issy les MoulineauxCedex FRANCETél. 33 (0)1 41 17 18 19Fax 33 (0)1 41 17 18 80

■ Sales Direction

Technical AssistanceDirection CommercialeAssistance Technique7 rue de l’Europe - Z.I.45300 Sermaises du LoiretFranceTél. 33 (0) 2 38 34 58 00Fax 33 (0) 2 38 39 01 72

■ CHRYSO U.K. Ltd401A Mill StudioCrane MeadWare - SG12 9PYUNITED KINGDOMTel. 01920 444085Fax 01920 444086

■ CHRYSO Aditivos EspañaCamino Yunclillos S/N

45520 VILLALUENGA DELA SAGRA, TOLEDOSPAINTél. 34 925 53 19 52Fax 34 925 53 13 36

■ CHRYSO Aditivos PortugalRua da Fonte de MaioEdificio "Espaço"Estrada Nacional n° 249 - 3,2°E2780-596 PAÇO DE ARCOSPORTUGALTél. 351 21 440 58 00/09Fax 351 21 443 30 09

■ CHRYSO ItaliaVia Madonna24040 LALLIO BERGAMOITALYTél. 39 0 35 69 33 31Fax 39 0 35 69 34 63

■ CHRYSO KatKatki Malzemeleri San.Ve Tic. ASAsuroglu Kuyular Mevkii41700 DARICA GEBZE KOCAELITURKEYTél. 90 262 653 91 46Fax 90 262 653 78 31

■ CHRYSO Chemie S.R.O

Sokolovska 55/8118600 PRAHA 8CZECH REPUBLICTél. 420 2 21 80 54 21Fax 420 2 21 80 54 14

■ CHRYSO Polska Sp.Zo.o.Al. Jerozolimskie46 D02305 WARSZAWAPOLANDTél. 48 22 570 23 50Fax 48 22 570 23 53

■ CHRYSO Mascareignes2 rue Amiral Bouvet97420 LE PORTLA REUNIONTél. 02 62 71 00 10Fax 02 62 71 00 11

■ CHRYSO BrasilEstrada de Guaxindiba S/N24722-030 SAO GONCALO RJBRAZILTél. 55 21 3709 2334Fax 55 21 2701 0106

■ CHRYSO SAF (PTY) Ltd26 Malcom Moodie CrescentJet Park ext. 30

1469 BoksburgJOHANNESBURGSOUTH AFRICATél. 27 11 395 9700Fax 27 11 397 6644Cape Town OfficeP.O. Box 213 ZA7499 PAROWSOUTH AFRICATél. 27 21 933 5953Fax 27 11 397 6644

■ CHRYSO, Inc.10600 Highway 62 EastGate 19 - Unit 7CHARLESTOWN INDIANA47111 - 0459 USATél. 1812 256 42 20Fax 1812 256 42 35



Head Office : 19 place de la Résistance - 92446 Issy les Moulineaux - FRANCETél. : +33 (0)1 41 17 18 19 - Fax : +33 (0)1 41 17 18 80

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