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CEMENT GRINDING-AIDS

AGENTS DE MOUTURE CIMENTS

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SUMMARY SOMMAIRE

Agglomeration of particles L'agglomération des particules

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Role of cement grinding-aids Le rôle des agents de mouture

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How grinding-aids work and advantages Leurs mécanisme d'action et leurs avantages

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CHRYSO®'s range of grinding-aids La gamme CHRYSO® d'agents de mouture

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CHRYSO®'s range of grinding-aids La gamme CHRYSO® d'agents de mouture

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A world presence for the cement industry Une présence mondiale au service de l'industrie du ciment

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 consuming 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 causes 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 builtup 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 fonction 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 régulièrement avec l'accumulation de fines agglomérées 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) représente en moyenne 70 à 75 % de sa consommation électrique. L'élimination ou l'atténuation du phénomène d'agglomération reste donc parmi les priorités de tout cimentier et

*"The grinding workshop" *"L'atelier de broyage" FOCUS MODULE PROCEDES J-C SALEK ­ O.BERNARD.

pour cela il fait appel aux produits organiques : les agents de mouture.

AGGLOMERATION OF PARTICLES

L'AGGLOMÉRATION DES PARTICULES

1

Graph 1 : Energy consumption of milling Courbe de broyage d'un clinker

Rittinger's law (1867) shows a linear correlation between the evolution of specific surface area and the energy (time) of grinding. In general this is true at the beginning of the grinding process when the "Blaine Specific Surface Area" (B.S.S.A.) is still low. However, in practice it has been proven that this correlation is no longer true beyond a certain fineness and the energy used is lost in heat. The point where this happens is when the agglomeration of fine particles starts and signals the start of the "non-productive" stage of grinding (see graph 1).

It has been shown that cement particles can:

coat the grinding media, seal the armour plating, agglomerate and form small plates which absorb the impact.

In short, agglomeration reduces the efficiency of the mill. This phenomenon is characterized by an increase in energy consumption whilst maintaining constant Blaine. The extent of agglomeration depends on:

the specific characteristics of the materials to be ground, the operating parameters of the mill, the efficiency and distribution of the 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 surfaces spécifiques et l'énergie (temps) de broyage. Ce constat est, en général, vrai au début de broyage et lorsque les Surfaces Spécifiques Blaine (S.S.B.) restent faibles. Toutefois, la pratique montre que ces courbes s'infléchissent plus ou moins au-delà d'une certaine finesse. Le point d'inflexion de la courbe montre le moment où une partie de 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 plaquettes amortissant le choc des boulets.

L'agglomération, en bref, réduit l'efficacité du broyeur. Le phénomène se caractérise par un accroissement de la puissance broyeur à Blaine 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).

ROLE OF CEMENT GRINDING-AIDS

LE RÔLE DES AGENTS DE MOUTURE

2

The elimination, or at least a decrease of the agglomeration phenomenon remains one of the priorities of cement manufacturers, hence the importance of grinding-aids. The latter enables the partial neutralization of surface charges which have developped during milling. Although the prime use of grinding-aids are to reduce agglomeration of cement particles, their use will also assist in:

the total or partial elimination of the "coating" effect on the media, an improvement in the separator efficiency due to increased fluidity of fine particles, a decrease in pack-set problems in storage silos and bulk delivery trucks,

an increased bulk and bag cement quality, improved materials-handling (blowing into silos, off-loading trucks etc) due to an improved fluidity, improved grinding production capacity, an increase in bulk density due to better "particle-packing", an increase in cement quality, especially in terms of strength.

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

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

la suppression totale ou partielle de l'effet "coating" (enrobage des boulets), l'amélioration de la marche du séparateur (meilleure séparation liée à une fluidité accrue 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 apparente du ciment, l'augmentation de certaines qualités du ciment, notamment au niveau des résistances.

Mechanical and chemical effects An often quoted mechanism is known as the "Fehbinder effect": the adsorption of grinding-aid molecule onto the surface of the cement particles which reduce the energy needed to break the particle and reduce the surface charges that promulgate cohesion to other 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 mouture à la surface des grains diminue l'énergie nécessaire à la propagation des fissures en diminuant les forces de cohésion des matériaux.

HOW GRINDING-AIDS WORK AND ADVANTAGES

LEURS MECANISMES D'ACTION ET LEURS AVANTAGES

3

Advantages

Significant reduction of the energy used during grinding. Gain in productivity cement / raw materials. Maximization in the operating of mills. Improvement of flow and pack-set characteristics of the powder, eliminating lump forming in silos and bulk tankers. Reduction in wear and tear of grinding media. Optimisation of particle size distribution in powders. Improvement of cement performance: strength at 1, 2 and 28 days.

Dispersion effect A second operating mechanism of these organic chemicals is the influence on powder dispersion. It is well established that these additions contribute to the reduction of the"Van der Waals" forces between cement particles thus preventing agglomeration and hence increasing fluidity. Grinding-aids are organic polar products that react during the gaseous phase by adsorbing onto the surface of cement particles during grinding. They form a very thin mono-molecular film (10-20 A) around the charged particles which reduces or neutralizes the electrostatic charge, thereby delaying agglomeration. Effet désagglomérant Un second mécanisme d'action est l'influence de ces ajouts organiques sur ladésagglomération des poudres. Il est admis que les ajouts ont pour effet de réduire les forces de Van der Waals entre les fines, empêchant ainsi l'agglomération et le colmatage tout en conférant à la poudre une meilleure fluidité. Les agents de mouture sont des produits polaires organiques qui agissent en phase gazeuse par absorption sur les surfaces des particules créées lors du broyage. Ils forment un film mono-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 de réagglomération des fines.

Without grinding-aids - Sans agent de mouture

Les avantages

Réduction significative de la consommation énergétique des circuits de broyage. Gain en productivité ciment/cru. Maximisation de l'exploitation des ateliers de broyage. Amélioration des caractéristiques d'écoulement et de pack-set des poudres éliminant les problèmes de colmatage dans les silos de stockage. Diminution de l'usure des corps broyants. Optimisation de la répartition granulométrique des poudres. Amélioration des performances des ciments : résistances 1, 2 et 28 jours.

With grinding-aids - Avec agent de mouture

CHRYSO®'S RANGE OF GRINDING-AIDS

LA GAMME CHRYSO® D'AGENTS DE MOUTURE

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Organics servicing minerals

CHRYSO Mineralis

®

CHRYSO®Activatis CHRYSO®Additis

In order to assist you to optimize your production of cement at all stages of the process, CHRYSO offers three ranges of grinding-aids:

CHRYSO®Mineralis is the process grinding-aids range which includes two types of grinding-aids for different stages of the cement manufacturing process: - Raw meal grinding-aids, - Clinker grinding-aids.

CHRYSO®Activatis is the performance grinding-aids range that have an activation function which compensates strength losses occuring when a high proportion of mineral additions are added to the cement (G.G.B.S., slag, limestone filler etc). There are two types available: - Chloride based, - Non chloride. CHRYSO®Additis and CHRYSO® Reductis are specialist grinding-aids designed to perform special functions to the final cement product such as the reduction of Chromium (VI) to meet legal requirements or to produce special cements (masonry cements). There are three types: - Air entrainer, - Water repellent, - Chromium (VI) reducer.

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 :

Les agents de mouture Process (gamme CHRYSO®Mineralis) : deux types d'agents de mouture de Process, intervenant à deux 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 de mouture process avec une fonction ajoutée activation compensant les pertes de résistance liées à l'introduction d'ajouts minéraux ou autres (laitier, filler calcaire, cendres...) Deux types : - Chlorés, - Non chlorés.

Les agents de Spécialités (gammes CHRYSO®Additis et CHRYSO® Reductis) : agents de mouture ou non destinés à ajouter des fonctions spécifiques soit pour répondre à des contraintes législatives (réduction du chrome (VI), soit pour élaborer un produit particulier (chaux à maçonner) Trois types : - Entraîneur d'air, - Hydrofugeant, - Agent réducteur de chrome (VI).

CHRYSO®'S RANGE OF GRINDING-AIDS

LA GAMME CHRYSO® D'AGENTS DE MOUTURE

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CHRYSO®Mineralis CHRYSO®Activatis CHRYSO®Additis

Advantages of CHRYSO®'s grinding-aids

Les avantages des agents de mouture CHRYSO®

CHRYSO®Mineralis' range Gamme CHRYSO®Mineralis You're looking for Grinding optimisation Energy savings Vous recherchez Optimisation du broyage Économie d'énergie We offer Process grinding-aids

Process grinding-aids CHRYSO®Mineralis range

Agents de mouture Process Gamme CHRYSO®Mineralis

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).

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.

Nous proposons Agents de mouture process

CHRYSO®Activatis' range Gamme CHRYSO®Activatis You're looking for Improvement of mechanical strengths Vous recherchez Amélioration des résistances mécaniques We offer Performance grinding-aids

Performance grinding-aids: CHRYSO®Activatis range

Agents de mouture Performance Gamme CHRYSO®Activatis

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.

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.

Nous proposons Agents de mouture performance

CHRYSO®Additis' range Gamme CHRYSO®Additis You're looking for Specific characteristics of the end product Vous recherchez Augmentation des performances du produit fini We offer Specialty grinding-aids

Specialty grinding-aids: CHRYSO®Additis and CHRYSO® Reductis range

Agents de mouture de Spécialités Gammes CHRYSO®Additis et CHRYSO® Reductis

Improvement in strength at early and late ages. Production of specialty cements (masonry cements) Inhibition of heavy metals: CHRYSO Reductis In order to comply to the limits of the 2003/53/CE European standard, CHRYSO offers a competitive and durable solution for the reduction of Chromium (VI), even at low dosage rates. Patented by CHRYSO, CHRYSO® Reductis is a liquid solution, easy-to-dose, non abrasive and not sensitive to temperature changes.

®

Augmentation des résistances à jeune âge et à 28 jours. Fabrication des ciments spéciaux (ciment à maçonner). Inhibition de métaux lourds : CHRYSO® Reductis Afin de répondre aux contraintes de la directive européenne 2003/53/CE, CHRYSO vous propose une solution compétitive pour la réduction significative et pérenne du chrome (VI), même à de faibles dosages. Brevetée par CHRYSO, CHRYSO® Reductis est une solution liquide, facile à doser, non abrasive et peu sensible aux variations de température.

Nous proposons Agents de mouture de spécialités

A WORLD PRESENCE

CHRYSO around the world

CHRYSO: International Research and Technical assistance to be closer to its customers

CHRYSO has developped its corporate research center in France (Sermaises), as well as some application laboratories in its foreign branches. This enables CHRYSO to understand and assist cement manufacturers to achieve their immediate aims and strategic objectives. The CHRYSO® product range is available worldwide. Our systems are constantly evolving and reacting to keep abreast of the rapidly changing production processes and product needs of the world cement manufacturers ; CHRYSO is committed to improving the quality of cement and efficiency of producers through the use of grindingaids.

CHRYSO : Une recherche et une assistance technique internationales à proximité du client

CHRYSO a développé son centre de recherche central en France (Sermaises), ainsi que des laboratoires d'application dans ses filiales étrangères. L'exploitation de ces moyens lui permet de répondre à tous les problèmes, même les plus complexes liés à la production des ciments. Présent sur l'ensemble des marchés cimentiers mondiaux, CHRYSO fait constamment évoluer sa gamme d'agents de mouture pour les ciments en l'adaptant aux besoins croissants et variés de l'industrie cimentière. Pour CHRYSO, la progression en qualité et en performance des ciments passe par la maîtrise et la compréhension de ses agents de mouture.

FOR THE CEMENT INDUSTRY

UNE PRÉSENCE MONDIALE AU SERVICE DE L'INDUSTRIE DU CIMENT

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Head Office Siège social 19 place de la Résistance 92446 Issy les Moulineaux Cedex FRANCE Tél. 33 (0)1 41 17 18 19 Fax 33 (0)1 41 17 18 80 Sales Direction Technical Assistance Direction Commerciale Assistance Technique 7 rue de l'Europe - Z.I. 45300 Sermaises du Loiret France Tél. 33 (0) 2 38 34 58 00 Fax 33 (0) 2 38 39 01 72

CHRYSO U.K. Ltd 401A Mill Studio Crane Mead Ware - SG12 9PY UNITED KINGDOM Tel. 01920 444085 Fax 01920 444086 CHRYSO Aditivos España Camino Yunclillos S/N 45520 VILLALUENGA DE LA SAGRA, TOLEDO SPAIN Tél. 34 925 53 19 52 Fax 34 925 53 13 36 CHRYSO Aditivos Portugal Rua da Fonte de Maio Edificio "Espaço" Estrada Nacional n° 249 - 3,2°E 2780-596 PAÇO DE ARCOS PORTUGAL Tél. 351 21 440 58 00/09 Fax 351 21 443 30 09 CHRYSO Italia Via Madonna 24040 LALLIO BERGAMO ITALY Tél. 39 0 35 69 33 31 Fax 39 0 35 69 34 63

CHRYSO Kat Katki Malzemeleri San. Ve Tic. AS Asuroglu Kuyular Mevkii 41700 DARICA GEBZE KOCAELI TURKEY Tél. 90 262 653 91 46 Fax 90 262 653 78 31 CHRYSO Chemie S.R.O Sokolovska 55/81 18600 PRAHA 8 CZECH REPUBLIC Tél. 420 2 21 80 54 21 Fax 420 2 21 80 54 14 CHRYSO Polska Sp.Zo.o. Al. Jerozolimskie 46 D 02305 WARSZAWA POLAND Tél. 48 22 570 23 50 Fax 48 22 570 23 53 CHRYSO Mascareignes 2 rue Amiral Bouvet 97420 LE PORT LA REUNION Tél. 02 62 71 00 10 Fax 02 62 71 00 11

CHRYSO Brasil Estrada de Guaxindiba S/N 24722-030 SAO GONCALO RJ BRAZIL Tél. 55 21 3709 2334 Fax 55 21 2701 0106 CHRYSO SAF (PTY) Ltd 26 Malcom Moodie Crescent Jet Park ext. 30 1469 Boksburg JOHANNESBURG SOUTH AFRICA Tél. 27 11 395 9700 Fax 27 11 397 6644 Cape Town Office P.O. Box 213 ZA 7499 PAROW SOUTH AFRICA Tél. 27 21 933 5953 Fax 27 11 397 6644 CHRYSO, Inc. 10600 Highway 62 East Gate 19 - Unit 7 CHARLESTOWN INDIANA 47111 - 0459 USA Tél. 1812 256 42 20 Fax 1812 256 42 35

Head Office : 19 place de la Résistance - 92446 Issy les Moulineaux - FRANCE Tél. : +33 (0)1 41 17 18 19 - Fax : +33 (0)1 41 17 18 80 w w w. c h r y s o - o n l i n e . c o m

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