一种β-硅酸二钙及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于硅酸盐材料技术领域。具体涉及一种β-硅酸二钙及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来的研究表明，水泥回转窑在被熟料渣侵蚀的过程中会在其表面形成一层硅酸二钙(Ca2S14,简称C2S)保护层。在高温环境下，C2S具有熔点高和粘度高的特点，可以阻止熟料渣对窑体内衬的进一步侵蚀，从而能延长其使用寿命。
[0003]C2S有α、β、γ、aL、aH五种晶型，y-C2S是常温稳定晶相，0-C2S是介稳晶相，其他相都是高温晶相。在缓慢降温至约500°(:时，(:23会由密度为3.288/(^3的0型转变为密度为2.97g/cm3的γ型，产生约10%的体积膨胀。有研究表明，回转窑内衬表面形成的C2S保护层发生晶型转变会导致内衬材料剥落。如果可以控制回转窑表面形成的β-CsS，那么就不会发生P-C2S到γ -C2S的晶型转变，就不会导致窑体内衬材料的剥落甚至损毁。
[0004]目前存在一些得到β-硅酸二钙的方法。如“采用磷化合物稳定了皮江法炼镁还原渣中β-硅酸二钙”(CN201210237650.9)专利技术，该技术用磷化合物稳定了炼镁还原渣中的β-硅酸二钙；“一种微波合成生物活性硅酸二钙的制备方法”(CN200910042457.8)专利技术，该技术通过微波低温快速合成，制备出具有优良生物活性和生物相容性的硅酸二钙；“β-硅酸二钙多孔生物陶瓷支架及其制备方法和应用”(CN201510348036.3)专利技术，该技术采用多孔有机泡沫作为前驱体，泡沫前驱体经处理后加入陶瓷浆料中浸渍挂浆，去除多余陶瓷浆料后烘干、烧成后急冷制得β-硅酸二钙多孔生物陶瓷支架。
[0005]现有的β-硅酸二钙的制备方法或工艺比较复杂、或需要采用急冷措施，或所选用的稳定剂会导致材料中出现杂相，从而限制了硅酸二钙在硅酸盐材料领域的推广和应用。
【发明内容】
[0006]本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工艺简单和成本低的制备β_硅酸二钙材料的方法;用该方法制备的硅酸二钙无粉化现象、纯度高和杂相少，为拓宽硅酸二钙在硅酸盐材料领域的应用奠定基础。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
按钙源:硅源:钡源的摩尔比为1:(0.2?I):(0.02?0.05)配料，得到混合料;再向所述混合料中加入80?120的％的蒸馏水，混合均匀；然后在70?110°C条件下干燥12?24小时，细磨，机压成型，在空气气氛和1200?1600°C条件下保温2?5小时，随炉冷却，制得β-硅酸二钙。
[0008]所述钙源为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙和碳酸氢钙中的一种，所述钙源的粒度小于
0.088mmο
[0009]所述娃源为二氧化娃或为偏娃酸，所述娃源的粒度小于0.088mm。
[0010]所述钡源为碳酸钡、氢氧化钡和硫酸钡中的一种，所述钡源的粒度小于0.088_。
[0011]所述机压成型的压力为50?200MPa。
[0012]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
由于本发明采用的稳定剂为钡化合物，其来源广泛、成本低廉，因此本发明制备的硅酸二钙成本低；由于本发明采用的稳定剂为钡化合物，而钡与钙为同族元素，因此本发明制备的硅酸二钙纯度高和杂相少。由于本发明所采用的制备硅酸二钙的方法不需要采用急冷措施，自然冷却即可得到硅酸二钙，因此本发明工艺简单和容易操作。
[0013]本发明所制备的β-硅酸二钙经检测:烧结前后，样品表观形貌完好，没有观察到明显的裂纹，也没有发生粉化现象。制备的硅酸二钙的晶相为单相β-CsS，没有其它杂相，纯度高，为在硅酸盐材料领域的应用奠定了基础。
[0014]因此，本发明具有工艺简单、成本低和容易操作的特点;所制备的β-硅酸二钙无粉化现象、纯度高和杂相少，为拓宽硅酸二钙在硅酸盐材料领域的应用奠定了基础。
【附图说明】
[0015]图1为本发明制备的一种β-硅酸二钙经高温热处理后的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0017]为避免重复，先将本【具体实施方式】所涉及的原料粒径统一描述如下，实施例中不再赘述:
所述氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙和碳酸氢钙的粒度小于0.088mm。
[0018]所述二氧化硅和偏硅酸的粒度小于0.088mm。
[0019]所述碳酸钡、氢氧化钡和硫酸钡粒度小于0.088mm。
[0020]实施例1
一种β-娃酸二 1丐及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
按钙源:娃源:钡源的摩尔比为1:(0.2?0.8):(0.04?0.05)配料，得到混合料;再向所述混合料中加入80?100wt°/c^蒸馏水，混合均匀；在70?110°C条件下干燥12?24小时，细磨，机压成型，成型的压力为50?10MPa;然后在空气气氛和1200?1400°C条件下保温4?5小时，随炉冷却，制得β-硅酸二钙。
[0021]本实施例中:所述钙源为氧化钙;所述硅源为偏硅酸;所述钡源为碳酸钡。
[0022]实施例2
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1:
本实施例中:所述钙源为氢氧化钙;所述硅源为二氧化硅;所述钡源为碳酸钡。
[0023]实施例3
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1:
本实施例中:所述钙源为碳酸钙;所述硅源为二氧化硅;所述钡源为氢氧化钡。
[0024]实施例4
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1:
本实施例中:所述钙源为碳酸氢钙;所述硅源为偏硅酸;所述钡源为硫酸钡。
[0025]实施例5 一种β-娃酸二 1丐及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
按钙源:娃源:钡源的摩尔比为1:(0.3?0.9):(0.03?0.04)配料，得到混合料;再向所述混合料中加入90?11(^%的蒸馏水，混合均匀；在70?110 °C条件下干燥12?24小时，细磨，机压成型，成型的压力为100?150MPa;然后在空气气氛和1300?1500°C条件下保温3~4小时，随炉冷却，制得β-硅酸二钙。
[0026]本实施例中:所述钙源为氧化钙;所述硅源为二氧化硅;所述钡源为碳酸钡。
[0027]实施例6
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例5:
本实施例中:所述钙源为氢氧化钙;所述硅源为偏硅酸;所述钡源为氢氧化钡。
[0028]实施例7
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例5:
本实施例中:所述钙源为碳酸钙;所述硅源为二氧化硅;所述钡源为硫酸钡。
[0029]实施例8
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例5:
本实施例中:所述钙源为碳酸氢钙;所述硅源为偏硅酸;所述钡源为氢氧化钡。
[0030]实施例9
一种β-娃酸二 1丐及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:
按钙源:硅源:钡源的摩尔比为1:(0.4?I):(0.02?0.03)配料，得到混合料;再向所述混合料中加入100?120wt°/c^蒸馏水，混合均匀;在70?110°C条件下干燥12?24小时，细磨，机压成型，成型压力为150?200MPa;然后在空气气氛和1400?1600 °C条件下保温2?3小时，随炉冷却，制得硅酸二钙。
[0031 ]本实施例中:所述钙源为碳酸氢钙;所述硅源为二氧化硅;所述钡源为硫酸钡。
[0032]实施例10
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例9:
本实施例中:所述钙源为氧化钙;所述硅源为偏硅酸;所述钡源为氢氧化钡。
[0033]实施例11
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例9:
本实施例中:所述钙源为氢氧化钙;所述硅源为二氧化硅;所述钡源为碳酸钡。
[0034]实施例12
一种β-娃酸二妈及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例9:
本实施例中:所述钙源为碳酸钙;所述硅源为偏硅酸;所述钡源为碳酸钡。
[0035]
本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
由于本发明采用的稳定剂为钡化合物，其来源广泛、成本低廉，因此本发明制备的硅酸二钙成本低；由于本发明采用的稳定剂为钡化合物，而钡与钙为同族元素，因此本发明制备的硅酸二钙纯度高和杂相少。由于本发明所采用的制备硅酸二钙的方法不需要采用急冷措施，自然冷却即可得到硅酸二钙，因此本发明工艺简单和容易操作。
[0036]本发明所制备的β-硅酸二钙经检测:烧结前后，样品表观形貌完好，没有观察到明显的裂纹，也没有发生粉化现象。图1为本实施例11制备的一种硅酸二钙经高温热处理后的XRD图谱，从图1可以看出，制备的β_硅酸二钙的晶相为单相FC2S，没有其它杂相，纯度高，为在硅酸盐材料领域的应用奠定了基础。
[0037]因此，本发明具有工艺简单、成本低和容易操作的特点;所制备的β-硅酸二钙无粉化现象、纯度高和杂相少，为拓宽硅酸二钙在硅酸盐材料领域的应用奠定了基础。
【主权项】
1.一种β-硅酸二钙的制备方法，其特征在于所述制备方法是:按钙源:硅源:钡源的摩尔比为1:(0.2?1):(0.02?0.05)配料，得到混合料;再向所述混合料中加入80?120wt %的蒸馏水，混合均匀；然后在70?110°C条件下干燥12?24小时，细磨，机压成型，在空气气氛和1200?1600 °C条件下保温2?5小时，随炉冷却，制得β_硅酸二钙。2.根据权利要求1所述的β_硅酸二钙的制备方法，其特征在于所述钙源为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙和碳酸氢钙中的一种，所述钙源的粒度小于0.088_。3.根据权利要求1所述的β_硅酸二钙的制备方法，其特征在于所述硅源为二氧化硅或为偏娃酸，所述娃源的粒度小于0.088mm。4.根据权利要求1所述的β_硅酸二钙的制备方法，其特征在于所述钡源为碳酸钡、氢氧化钡和硫酸钡中的一种，所述钡源的粒度小于0.088_。5.根据权利要求1所述的β_硅酸二钙的制备方法，其特征在于所述机压成型的压力为50?200MPa。6.—种β-娃酸二妈，其特征在于所述β-娃酸二妈是根据权利要求1?5项中任一项所述β-硅酸二钙的制备方法所制备的硅酸二钙。
【专利摘要】本发明涉及一种β-硅酸二钙及其制备方法。其技术方案是：先按钙源∶硅源∶钡源的摩尔比为1∶(0.2~1)∶(0.02~0.05)配料，得到混合料；再向所述混合料中加入80~120wt%的蒸馏水，混合均匀；然后在70~110℃条件下干燥12~24小时，细磨，机压成型，在空气气氛和1200~1600℃条件下保温2~5小时，随炉冷却，制得β-硅酸二钙。上述技术方案中：所述钙源为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙和碳酸氢钙中的一种；所述硅源为二氧化硅或为偏硅酸；所述钡源为碳酸钡、氢氧化钡和硫酸钡中的一种。本发明具有工艺简单、成本低和容易操作的特点；所制备的β-硅酸二钙无粉化现象、纯度高和杂相少，为拓宽β-硅酸二钙在硅酸盐材料领域的应用奠定了基础。<u />
【IPC分类】C01B33/24
【公开号】CN105712362
【申请号】CN201610259381
【发明人】王玺堂, 邹千, 马妍, 王周福, 刘浩, 许欢
【申请人】武汉科技大学