一种环保型水泥助磨剂及其制备方法与流程

本发明属于水泥外加剂，具体涉及一种环保型水泥助磨剂及其制备方法。

背景技术：

1、水泥生产过程中，粉磨工序能耗高、效率低，是制约水泥行业节能降耗的重要环节。为降低粉磨能耗、提高粉磨效率，通常需要在粉磨过程中加入水泥助磨剂。助磨剂能够吸附于水泥颗粒表面，改善颗粒分散性，降低颗粒间摩擦和团聚，从而减少过粉磨现象，提高磨机产量和水泥细度。

2、目前，现有技术中应用较多的助磨剂主要包括醇胺类、无机盐类、有机高分子类等。醇胺类助磨剂虽然具有较好的助磨效果，但普遍存在成本较高、气味较大、部分组分具有刺激性以及生物降解性差等问题；无机盐类助磨剂容易引入有害离子，可能影响水泥与外加剂的适应性及混凝土耐久性；有机高分子类助磨剂则常存在掺量高、分散稳定性不足、对水泥强度提升有限等缺陷。

3、随着环保和“双碳”目标的推进，水泥助磨剂正朝着绿色、低碳、可生物降解和废弃物资源化利用的方向发展。现有研究已尝试利用工业副产物、生物质废弃物或天然高分子材料制备环保型助磨剂，以降低对石油基原料的依赖，减少环境负担和原料成本。

4、然而，现有环保型或生物基助磨剂仍存在诸多不足：原料有效组分波动较大，助磨功能相对单一，多组分之间协同性差；在粉磨过程中难以同时兼顾颗粒分散、表面能降低、微裂纹保持和细粉团聚抑制；部分产品对水泥早期或后期强度改善不明显，且对不同水泥熟料的适应性较差，难以满足工业化稳定应用要求。

5、因此，如何提供一种原料来源广泛、成本低廉、环境友好、助磨效果显著，并能改善水泥力学性能的水泥助磨剂，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种环保型水泥助磨剂及其制备方法。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种环保型水泥助磨剂，包括以下重量份的原料：废咖啡渣生物炭5-15份、废蚕丝蛋白水解物3-10份、多元醇10-20份、有机酸盐5-12份、表面活性剂3-8份、增效剂0.5-1份、去离子水40-70份。

4、进一步的，所述废咖啡渣生物炭的制备方法如下：

5、将废咖啡渣干燥后置于管式炉中，在氮气保护下以5-10℃/min的升温速率升至350-500℃，恒温热解1-3h，冷却至室温后粉碎过200目筛，得到废咖啡渣生物炭。

6、进一步的，所述废蚕丝蛋白水解物的制备方法为：

7、将废蚕丝清洗、干燥后粉碎，按固液比为1:10-20g/ml加入质量分数为2-5%氢氧化钠溶液，在60-80℃下搅拌水解2-4h，冷却后用盐酸中和至ph 6-7。

8、进一步的，所述多元醇为乙二醇、丙二醇、二乙二醇、甘油中的一种或多种。

9、进一步的，所述有机酸盐为乙酸钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、酒石酸钠中的一种或多种。

10、进一步的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

11、进一步的，所述增效剂为：聚(2-乙基-2-噁唑啉)，分子量为50000。

12、一种环保型水泥助磨剂的制备方法，包括以下步骤制备：

13、按重量份称取各原料；将废蚕丝蛋白水解物、增效剂和表面活性剂加入去离子水中，在40-50℃下搅拌300-500r/min搅拌20-30分钟至完全溶解，得到混合液a；将废咖啡渣生物炭加入混合溶液a中，在50-60℃下500-800r/min搅拌30-45分钟，使生物炭均匀分散于溶液中，得到混合液b；将多元醇和有机酸盐加入混合液b中，继续搅拌20-30分钟，冷却至室温，得到环保型水泥助磨剂成品。

14、本发明所用原料均市售可得。

15、本发明还提供了上述环保型水泥助磨剂在水泥粉磨中的应用，所述助磨剂的掺量为水泥熟料质量的0.05-0.1%。

16、本发明添加的废咖啡渣生物炭具有丰富的多孔结构和表面含氧官能团，其多孔结构在粉磨过程中可吸附于水泥颗粒表面，降低颗粒表面自由能，同时其孔道结构有助于裂纹的扩展和保持，从而提升助磨效果。本发明添加的废蚕丝蛋白水解物富含小分子多肽和氨基酸，分子链上含有大量氨基和羧基等极性官能团，能够有效吸附在水泥颗粒表面和微裂纹中，中和表面电荷，阻止裂纹重新闭合，从而增强助磨效果。废咖啡渣生物炭的多孔结构在粉磨过程中优先吸附水泥颗粒的高能表面和微裂纹处，降低颗粒断裂面强度并阻止裂纹重新闭合；废蚕丝蛋白水解物的小分子多肽和氨基酸进一步渗透至裂纹内部，其氨基和羧基等极性集团与水泥颗粒表面形成化学吸附，增强分散效果。二者协同作用，助磨效果优于单一组分。

17、本发明添加聚(2-乙基-2-噁唑啉)作为增效剂，具有润滑性和空间位阻效应，可在水泥颗粒与研磨体表面形成吸附润滑层，降低颗粒间摩擦阻力，改善磨内物料流动性，并抑制细粉团聚，从而提升粉磨效率。同时，其分子链中的酰胺键可与废蚕丝蛋白水解物中的多肽链形成氢键，稳定蛋白组分在水泥颗粒表面的吸附；并与废咖啡渣生物炭产生协同分散作用，使生物炭更均匀地接触水泥颗粒，形成“物理吸附—化学吸附—氢键锚定”的多重协同，进一步降低45μm筛余并提高比表面积。

18、有益效果

19、本发明以废咖啡渣生物炭和废蚕丝蛋白水解物作为核心功能组分，二者为生物基废弃物资源化利用产物，可生物降解，不含有毒有害物质，环保性能优良。废咖啡渣生物炭来源于咖啡饮品加工的副产物，废蚕丝蛋白水解物来源于丝绸加工废弃物，原料来源广泛、成本低廉。本发明通过废咖啡渣生物炭的多孔物理吸附与废蚕丝蛋白水解物的化学协同作用，实现了优于传统醇胺类助磨剂的助磨效果，同时大幅减少了醇胺类物质的使用量，降低了原料成本和环境负担。

20、本发明所提供的水泥助磨剂以聚(2-乙基-2-噁唑啉)为增效剂，配合多元醇、有机酸盐和表面活性剂等成分构建了多重协同分散体系，各组分相互配合，其助磨效果显著优于传统醇胺类助磨剂，适用于水泥粉末的工业化应用。

1.一种环保型水泥助磨剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：废咖啡渣生物炭5-15份、废蚕丝蛋白水解物3-10份、多元醇10-20份、有机酸盐5-12份、表面活性剂3-8份、增效剂0.5-1份、去离子水40-70份。

2.根据权利要求1所述环保型水泥助磨剂，其特征在于，所述废咖啡渣生物炭的制备方法如下：

3.根据权利要求1所述环保型水泥助磨剂，其特征在于，所述废蚕丝蛋白水解物的制备方法为：

4.根据权利要求1所述环保型水泥助磨剂，其特征在于，所述多元醇为乙二醇、丙二醇、二乙二醇、甘油中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述环保型水泥助磨剂，其特征在于，所述有机酸盐为乙酸钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、酒石酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述环保型水泥助磨剂，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述环保型水泥助磨剂，其特征在于，所述增效剂为：聚(2-乙基-2-噁唑啉)，分子量为50000。

8.一种权利要求1-7任一项所述环保型水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤制备：