专利名称：一种硅酸盐水泥熟料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机材料的制备方法，尤其是涉及一种硅酸盐水泥熟料的制备方法。
背景技术：
在研究水泥水化时，为了尽量减少不可知的因素，通常以实验室合成的水泥以及熟料单矿物作为研究对象。然而用传统高温烧结反应的方法合成水泥熟料矿物时，不但所需反应温度高，而且由于通常采用矿化剂等来降低烧成温度或使某些晶型的单矿物晶体在室温下可以稳定存在，会在水泥熟料矿物中弓I入其他成分。近年来，随着各种化学方法的出现，带来了水泥熟料矿物合成方法的革命，它们都试图克服传统固相烧结方法的合成温度高、反应不易控制等缺点，努力在合成产物的性能方面有所突破。在水泥体系矿物合成方面应用的化学方法主要有聚合有机-无机合成法、 水热合成法、燃烧合成法和溶胶_凝胶法等。聚合有机_无机合成法对于所采用的聚合物载体要求苛刻，水热合成法只适用于合成硅酸盐矿物，尤其是硅酸二钙，而且控制水热合成产物的Ca/Si = 2比较困难，而燃烧合成法只适用于铝酸钙和铁铝酸钙。溶胶-凝胶法是一种胶体化学的方法，它使用液体化学试剂或溶胶为原料，将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、灼烧去除有机成分， 最后达到所需无机材料。制备过程包括溶胶的制备、凝胶的形成和凝胶干燥及热处理。传统采用高温烧结反应的方法合成水泥熟料矿物。这种方法所需反应温度高于 1450°C ；反应过程不易控制，要使游离氧化钙含量降低到以下，需要经过反复多次研磨、 粉末压制和烧结才能完成；由于通常采用矿化剂(如氧化铜、氟化钙、硫酸钙、氧化磷、氧化钛)等来降低烧成温度或使某些晶型的单矿物晶体在室温下可以稳定存在，会在水泥熟料矿物中弓丨入除设计产物以外的物相。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种纯度高、制备工艺简单、反应过程容易控制的硅酸盐水泥熟料的制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现—种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，该方法是通过溶胶_凝胶法将分析纯化学试剂混合并陈化得到凝胶，所得凝胶再经过高温热处理并冷却至室温，即得到硅酸盐水泥熟料。该方法具体包括以下步骤(1)将正硅酸乙酯((C2H5O)4Si)、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4H20)、乙醇(C2H5OH)、 硝酸(HNO3)按重量比为1 3.4 (10-30) (0. 1-0. 5)混合，得到混合液A，控制温度为 50-70°C，充分搅拌8-10h，得到单矿物溶胶A ；(2)将正硅酸乙酯((C2H5O)4Si)、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4H20)、乙醇(C2H5OH)、硝酸(HNO3)按重量比为1 2.27 (10-30) (0. 1-0. 6)混合，得到混合液B，控制温度为50-70°C，充分搅拌8-10h，得到单矿物溶胶B ； (3)将硝酸铝水合物(Al (NO3) 3 · 9H20)、硝酸钙水合物(Ca (NO3) 2 · 4H20)、六次甲基四胺((CH2) 6N4)、乙酰丙酮((CH3CO)2CH (AcAcH))、去离子水按重量比为 1 0. 94 (0.2-0.6 )(0. 08-0. 16) (5-10)混合，得到混合液C，控制温度为50-70°C，充分搅拌10-12h，得至IJ 单矿物溶胶C ； (4)将硝酸铝水合物(Al (NO3) 3 · 9H20)、硝酸钙水合物(Ca (NO3) 2 · 4H20)、硝酸铁水合物(Fe (NO3)3) · 9H20)、六次甲基四胺((CH2)6N4)、乙酰丙酮((CH3CO)2CH(AcAcH))、去离子水按重量比为 1 1.26 1.08 (0.2-0.6) (0. 08-0. 16) (5-10)混合，得到混合液 D，控制温度为50-70°C，充分搅拌10-12h，得到单矿物溶胶D ；(5)将单矿物溶胶A、单矿物溶胶B、单矿物溶胶C及单矿物溶胶D按照重量比 (36-55) (24-40) (11-19) (20-31)混合，控制水浴温度为 70_80°C，陈化 3-5 天得到凝胶，将凝胶置于高温裂解炉中，控制温度为1150-1200°C进行热处理4-6h，然后冷却至室温即得硅酸盐水泥熟料。所述的正硅酸乙酯、硝酸钙水合物、硝酸铝水合物、硝酸铁水合物、六次甲基四胺、 乙酰丙酮、乙醇及硝酸均为分析纯化学试剂。所述的热处理温度为1150-1200°C。所述的热处理时间为4_6h。与现有技术相比，本发明通过调整和控制溶液中的化学反应，以合适的形式获得所需的成分和结构，可在低于传统方法的温度下制备硅酸盐水泥熟料，产品均勻度高，化学均勻性好，由于在溶胶-凝胶过程中，溶胶由溶液制得，所以胶粒内及胶粒间化学成分一致，且纯度高，其中游离氧化钙含量均低于0.5%，产品粒度小。另外不需经过烧结反应， 比传统烧结法更容易制备细粉末，凝胶经过热处理后用玛瑙研钵研磨所得粉末平均粒径 2-4 μ m，制备工艺简单，反应过程易于控制，通过一次烧结即能完成制备。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，按照表1的配方配制溶胶，具体的制备方法包括以下步骤按照重量比将正硅酸乙酯((C2H5O)4Si) 54. 74份、硝酸钙水合物 (Ca(NO3)2 · 4H20) 186. 32 份、乙醇(C2H5OH) 1239. 65 份、硝酸(HNO3) 17. 57 份混合，按照重量比将正硅酸乙酯((C2H5O) 4Si) 24. 18份、硝酸钙水合物(Ca (NO3) 2 · 4H20) 54. 88 份、乙醇(C2H5OH) 433. 65份、硝酸(HNO3) 6. 15份混合，按照重量比将硝酸铝水合物 (Al (NO3) 3 · 9H20) 19. 44份、硝酸钙水合物(Ca (NO3) 2 · 4H20) 18. 36份、六次甲基四胺 ((CH2)6N4) 8. 50 份、乙酰丙酮((CH3CO)2CH(AcAcH)) 2. 38 份、去离子水 107. 00 份混合，按照重量比将硝酸铝水合物(Al (NO3)3 · 9H20) 20. 06份、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4H20) 18. 94 份和硝酸铁水合物(Fe(NO3)3) ·9Η20)21·61份、六次甲基四胺((CH2)6Ν4)9. 39份、乙酰丙酮 ((CH3CO)2CH(AcAcH)) 2. 46份、去离子水110. 00份混合，四种混合液分别在60°C下充分搅拌至适当粘度，得到硅酸盐水泥熟料单矿物溶胶，然后将四种单矿物溶胶混合，经陈化后形成凝胶，在1200°C下热处理4小时，冷却至室温即得硅酸盐水泥熟料，熟料的矿物组成为硅酸三钙60 %、硅酸二钙20 %、铝酸钙7 %、铁铝酸钙13 %。实施例2
一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，按照表1的配方配制溶胶，具体的制备方法包括以下步骤按照重量比将正硅酸乙酯((C2H5O)4Si) 50. 18份、硝酸钙水合物 (Ca(NO3)2 · 4H20) 170. 79 份、乙醇(C2H5OH) 1136. 35 份、硝酸(HNO3) 16. 11 份混合，按照重量比将正硅酸乙酯((C2H5O) 4Si) 30. 23份、硝酸钙水合物(Ca (NO3) 2 · 4H20) 68. 60 份、乙醇(C2H5OH) 542. 07份、硝酸(HNO3) 7. 68份混合，按照重量比将硝酸铝水合物 (Al (NO3)3 · 9H20) 13. 89份、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4H20) 13. 11份、六次甲基四胺 ((CH2)6N4) 6. 07份、乙酰丙酮((CH3CO)2CH(AcAcH)U. 70份、去离子水80. 00份混合，按照重量比将硝酸铝水合物(Al (NO3)3 · 9H20) 23. 15份、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4Η20)21· 85份和硝酸铁水合物(Fe (NO3)3) · 9Η20)24.94份、六次甲基四胺((CH2) 6Ν4) 10. 83份、乙酰丙酮 ((CH3CO)2CH(AcAcH)) 2. 84份、去离子水125. 00份混合，四种混合液分别在60°C下充分搅拌至适当粘度，得到硅酸盐水泥熟料单矿物溶胶，然后将四种单矿物溶胶混合，经陈化后形成凝胶，在1170°C下热处理4小时，冷却至室温即得硅酸盐水泥熟料，熟料的矿物组成为硅酸三钙55%、硅酸二钙25%、铝酸钙5%、铁铝酸钙15%。实施例3一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，按照表1的配方配制溶胶，具体的制备方法包括以下步骤按照重量比将正硅酸乙酯((C2H5O)4Si) 45. 61份、硝酸钙水合物 (Ca(NO3)2 · 4H20) 155. 26 份、乙醇(C2H5OH) 1033. 04 份、硝酸(HNO3) 14. 65 份混合，按照重量比将正硅酸乙酯((C2H5O) 4Si) 36. 28份、硝酸钙水合物(Ca (NO3) 2 · 4H20) 82. 33 份、乙醇(C2H5OH) 650. 48份、硝酸(HNO3) 9. 22份混合，按照重量比将硝酸铝水合物 (Al (NO3)3 · 9H20) 11. 11份、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4H20) 10. 49份、六次甲基四胺 ((CH2)6N4) 4. 86份、乙酰丙酮((CH3CO)2CH(AcAcH)U. 36份、去离子水65. 00份混合，按照重量比将硝酸铝水合物(Al (NO3)3 · 9H20) 24. 69份、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4H20) 23. 31份和硝酸铁水合物(Fe (NO3)3) · 9H20)26.60份、六次甲基四胺((CH2)6N4) 11. 56份、乙酰丙酮 ((CH3CO)2CH(AcAcH)) 3. 02份、去离子水135. 00份混合，四种混合液分别在60°C下充分搅拌至适当粘度，得到硅酸盐水泥熟料单矿物溶胶，然后将四种单矿物溶胶混合，经陈化后形成凝胶，在1150°C下热处理4小时，冷却至室温即得硅酸盐水泥熟料，熟料的矿物组成为硅酸三钙50%、硅酸二钙30%、铝酸钙4%、铁铝酸钙16%。表1硅酸盐水泥熟料溶胶的配方(重量比)
正硅酸硝酸钙硝酸IS 硝酸铁六次甲I乙酰去离
乙醇硝酸
乙酯水合物水合物水合物基四胺丙酮子水
权利要求
1.一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，该方法是通过溶胶-凝胶法将分析纯化学试剂混合并陈化得到凝胶，所得凝胶再经过高温热处理并冷却至室温，即得到硅酸盐水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤(1)将正硅酸乙酯((C2H5O)4Si)、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2· 4H20)、乙醇(C2H5OH)^ft 酸(HNO3)按重量比为1 3.4 (10-30) (0. 1-0. 5)混合，得到混合液A，控制温度为 50-700C，充分搅拌8-10h，得到单矿物溶胶A ；(2)将正硅酸乙酯((C2H5O)4Si)、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2· 4H20)、乙醇(C2H5OH)^ft 酸(HNO3)按重量比为1 2.27 (10-30) (0. 1-0. 6)混合，得到混合液B，控制温度为 50-70°C，充分搅拌8-10h，得到单矿物溶胶B ；(3)将硝酸铝水合物(Al(NO3)3·9Η20)、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 ·4Η20)、六次甲基四胺 ((CH2)6Ν4)、乙酰丙酮((CH3CO)2CH(AcAcH))、去离子水按重量比为 1 0. 94 (0.2-0.6) (0 .08-0.16) (5-10)混合，得到混合液C，控制温度为50-70°C，充分搅拌10-12h，得到单矿物溶胶C ；(4)将硝酸铝水合物(Al(NO3)3 · 9H20)、硝酸钙水合物(Ca(NO3)2 · 4H20)、硝酸铁水合物 (Fe (NO3)3) · 9H20)、六次甲基四胺((CH2)6N4)、乙酰丙酮((CH3CO)2CH(AcAcH))、去离子水按重量比为 1 1.26 1.08 (0.2-0.6) (0. 08-0. 16) (5-10)混合，得到混合液D，控制温度为50-70°C，充分搅拌10-1池，得到单矿物溶胶D ；(5)将单矿物溶胶A、单矿物溶胶B、单矿物溶胶C及单矿物溶胶D按照重量比 (36-55) (24-40) (11-19) (20-31)混合，控制水浴温度为 70-80°C，陈化 3-5 天得到凝胶，将凝胶置于高温裂解炉中，控制温度为1150-1200°C进行热处理4-6h，然后冷却至室温即得硅酸盐水泥熟料。
3.根据权利要求2所述的一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的正硅酸乙酯、硝酸钙水合物、硝酸铝水合物、硝酸铁水合物、六次甲基四胺、乙酰丙酮、乙醇及硝酸均为分析纯化学试剂。
4.根据权利要求2所述的一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的热处理温度为1150-1200°C。
5.根据权利要求2所述的一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的热处理时间为4-6h。
全文摘要
本发明涉及一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，将正硅酸乙酯、硝酸钙水合物、硝酸铝水合物、硝酸铁水合物、乙醇、硝酸、六次甲基四胺、乙酰丙酮、去离子水等按照比例混合均匀得到四种混合液，分别在50℃～70℃下充分搅拌至适当粘度，得到硅酸盐水泥熟料单矿物溶胶，然后将四种单矿物溶胶按照质量比36～55∶24～40∶11～19∶20～31混合，经陈化后形成凝胶，在1150℃～1200℃下热处理4小时～6小时，冷却至室温即得硅酸盐水泥熟料。与现有技术相比，本发明的制备工艺简单，反应过程易于控制，产品均匀度高且纯度高，能在低于传统方法的温度下烧成。
文档编号C04B7/02GK102153295SQ20101010940
公开日2011年8月17日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者刘贤萍, 王培铭, 陈红霞 申请人:同济大学