CN106220005A - 一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法 - Google Patents

一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106220005A
CN106220005A CN201610592618.0A CN201610592618A CN106220005A CN 106220005 A CN106220005 A CN 106220005A CN 201610592618 A CN201610592618 A CN 201610592618A CN 106220005 A CN106220005 A CN 106220005A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quality
cement
nitrate
content
tetraethyl orthosilicate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610592618.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106220005B (zh
Inventor
何真
李杨
梁辰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN201610592618.0A priority Critical patent/CN106220005B/zh
Publication of CN106220005A publication Critical patent/CN106220005A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106220005B publication Critical patent/CN106220005B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/02—Portland cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y02P40/121—Energy efficiency measures, e.g. improving or optimising the production methods

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法,方法以分析纯的正硅酸四乙酯、硝酸钙、硝酸铝、硝酸铁、去离子水、丙醇、柠檬酸和聚乙二醇400为原料。具体合成步骤为：按一定的化学计量比分别制成正硅酸乙酯的丙醇溶液和金属硝酸盐‑柠檬酸螯合物的混合液，然后将两者混合并加入聚乙二醇制成溶胶，将所得溶胶在65‑75℃静置后得到凝胶，再经熟化20‑22 h后高温煅烧和粉磨，即得到超分散的高纯态纳米水泥。本方法模拟水泥烧成过程的效果好，产物纯度高、细度大，能耗较传统方法节约25.1%‑41.6%，具有快速、高效和绿色的优点。

Description

一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法。
背景技术
混凝土是目前人类使用最大宗、应用最广泛的建筑材料。水泥是制造混凝土的主要胶凝材料，对混凝土的工作性、强度和耐久性有重要影响。我国每年生产超过19亿吨的熟料，25亿吨的水泥，占世界总产量的60%以上；每年消耗超过60亿吨，占世界总用量的50%以上。因此，开发新型水泥，深入研究现代水泥基材料的性能具有显著的社会和经济价值。
工业上生产水泥是以石灰质材料和黏土质材料为原料，辅以石英砂、黄铁矿渣等硅质、铁质和铝质的校正材料，经研磨和混合后喂入旋转窑进行高温煅烧。高温煅烧过程中原料发生固相烧结反应。按出现的先后顺序，最终的生成物主要是C4AF、C3A、C2S和C3S，期间夹杂有Mn4+、Pb3+、Mg4+等离子的掺杂，及CA、CF、C2F、C12A7单矿和C2AS、C3AS3、C3MS2等固溶物生成。
市场上直接出售的水泥不仅其熟料掺杂有较多的离子，如Na+、K+和F+等，也常含有较多的掺合料如粉煤灰、等，给试验研究和结果分析带来困难。因此，科研人员多利用实验室条件，借助固相烧结法和湿化学方法来自行合成高纯态水泥。
利用固相烧结法合成高纯态水泥时，通常是以CaO、CaCO3或Ca(OH)3为钙源，以Fe2O3或Fe3O4为铁源，以Al2O3或Al(OH)3为铝源，SiO2为硅源，经混料器长时间搅拌或“球磨法”混合之后，在高温1450 °C左右反复研磨并长时间煅烧2-3次，直至产物中的CaO含量低于1.0%。
利用湿化学反应方法合成高纯态水泥时，通常是分别合成C4AF、C3A、C2S和C3S，然后再将各产物按适当的比例进行混合。合成C2S和C3S多采用溶胶凝胶技术，以正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)为为硅源，硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)为钙源，形成凝胶后再高温煅烧。合成C4AF和C3A常以硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)为原料，六次甲基四胺(C6H16N4)、乙二醇(C2H6O2)、乙酰丙酮(C5H8O2)和乙酰胺(CH3CONH2)等调节剂，形成溶胶或凝胶后经进一步的脱水和高温煅烧即可制成，然后再将分别制得的C4AF、C3A、C2S和C3S单矿研磨并混合均匀，并加入石膏(CaSO4·2H2O)以调节凝结时间。
上述两种方法中，固相烧结法虽然简单方便，但存在原料接触水平低、混合均匀程度差、离子扩散困难、煅烧温度高、烧成时间长、能源消耗大等问题，需要反复多次的研磨和煅烧。同时，其对水泥生产过程的模拟也不符合“等比缩小”的原则，如合成总量的缩小和原料粒径与接触水平的缩小是不对称的。湿化学方法虽然产物的纯度高、均质性好、细度大，但由于是分项合成各单矿后再混合，无法模拟水泥烧成时，各矿物相生成过程的相互影响及固溶物的形成等。因此，以往制备高纯态水泥的方法都有缺陷。
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，提供一种适用于工业规模的、更先进的利用溶胶凝胶技术直接制备出高纯态水泥的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
一、确定氧化物的含量
a.确定拟合成水泥中硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)的含量；
硅酸三钙(C3S)中氧化钙(CaO)的含量为73.68%、二氧化硅(SiO2)的含量为26.32%；硅酸二钙(C2S)中氧化钙(CaO)的含量为65.12%、二氧化硅(SiO2)的含量为34.88%；铝酸三钙(C3A)中氧化钙(CaO)的含量为62.26%、氧化铝(Al2O3)的含量为37.74%；铁铝酸四钙(C4AF)中氧化钙(CaO)的含量为46.16%、氧化铝(Al2O3)的含量为20.98%、氧化铁(Fe2O3)的含量为32.86%；
b.根据a中水泥中矿物相的含量及其中各矿物相中氧化物的含量，计算出拟合成水泥中氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)的含量；
二、准备和称取原材料
a.确定拟合成的水泥的质量；
b.根据a中水泥的质量和步骤一中c中确定的各金属氧化物的含量，计算出所需氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)的质量；
c.按氧化钙(CaO)质量的4.211倍称取相应质量硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)，按二氧化硅(SiO2)质量的3.467倍称取相应质量的正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)，按氧化铝(Al2O3)质量的7.358倍称取相应质量的硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)，按氧化铁(Fe2O3)质量的5.060倍称取相应质量的硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)，备用；
三、制备溶胶
a.将正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)倒入适量的丙醇(C3H8O)溶剂中，制成正硅酸四乙酯的丙醇溶液，并按正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)质量的0.35-0.40倍加入去离子水进行水解；
b.利用浓HNO3将上步溶液的pH值调整为pH=4.0-5.5，并在55-65℃温度下，以转速200-350 rpm持续搅拌80-100 min；
c.将硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)倒入适量的去离子水中，并加入柠檬酸(C6H8O7)制成混合液，然后在加热情况下以转速200-350 rpm持续搅拌15-20 min；
所述的适量去离子水是指加入后，所得混合液中硝酸钙、硝酸铝和硝酸铁三者的摩尔浓度之和为2.7-3.5 mol/L；
d.将上步的混合液以25-30ml/min的速率倒入b中的正硅酸四乙酯的丙醇溶液中，并加入聚乙二醇400(PEG 400)，再次添加浓硝酸HNO3，调整溶液的pH值为pH=4.0-5.5，继续搅拌100-110 min形成溶胶；
四、凝胶熟化与煅烧
a.将溶胶置于65-75 ℃电热鼓风干燥箱中，恒温1-2 h后溶胶转变为橙红色透明的果冻状凝胶，继续恒温20-22 h对凝胶进行熟化和发育；
b.将凝胶移入刚玉坩埚内，并置于高温电阻炉中以7-10 ℃/min的速率升温至1390-1450℃，恒温3.5-4.5 h后取出急冷并磨细，即得到具有水硬性的高纯态纳米粒径的超分散水泥；
所述的硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)、硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、柠檬酸(C6H8O7·H2O)、正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)、丙醇(C3H8O)和聚乙二醇400(PEG400)均为分析纯化学试剂；
所述的步骤三中a中正硅酸四乙酯的丙醇溶液中，正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)的浓度为150-200 g/L；
所述的步骤三中c中柠檬酸(C6H8O7·H2O)的添加量为硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)摩尔量之和的0.8-1.2倍；
所述的步骤三中c中所述的加热情况是指控制溶液的温度为70-80℃；
所述的步骤三中d中所述的聚乙二醇400(PEG 400)的添加量为正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)质量的1.2%-1.5%；
所述的步骤四中b中的急冷的方法是指恒温结束后，将样品取出置于大功率鼓风机下以风冷的方式快速降温至室温左右。
与现有技术相比，本发明存在以下优点：
（1）合成效果好，产物纯度高，各元素分散均匀；本方法利用溶液中混合，原材料的接触水平达到分子、原子级别，各元素的分散性好，克服了固相烧结法中粉末原料混合困难的不足，且合成产物的纯度较高，CaO、Al2O3和Fe2O3的含量极低。
（2）合成效率高，能源消耗少；本方法一次煅烧即能达到较好的制备效果，无需反复多次的研磨和长时间煅烧，缩短了制备周期，提高了合成效率，能源消耗降低约25.1%-41.6%，具有可观的经济和社会效益。
（3）综合了固相烧结法和湿化学方法的优点，对水泥生产过程的模拟程度高，效果好；本方法原料间充分接触，Ca2+、Al3+和Fe3+经柠檬酸根离子Cit-、Cit2-和Cit3-螯合之后被包裹在网络状的硅酸缩聚体的[-Si-O-]骨架中，能够最大限度的模拟水泥生产过程中各单矿形成之间的相互影响。
附图说明
图1用本方法在煅烧温度为1390 ℃下制备产物的X射线衍射图谱；
图2用本方法在煅烧温度为1420 ℃下制备产物的X射线衍射图谱；
图3用本方法在煅烧温度为1450℃下制备产物的X射线衍射图谱。
具体实施方式
本发明具体合成步骤为：按一定的化学计量比分别制成正硅酸乙酯的丙醇溶液和金属硝酸盐-柠檬酸螯合物的混合液，然后将两者混合并加入聚乙二醇制成溶胶，将所得溶胶在65-75 ℃静置后得到凝胶，再经熟化20-22 h后高温煅烧和粉磨，即得到超分散的高纯态纳米水泥。
下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。
实施例 1
目的：制备20.00 g高纯态水泥，其C3S含量为49.5%，C2S含量为23.6%，C3A的含量为12.4%，C4AF的含量为14.5%。
根据硅酸三钙(C3S)中氧化钙(CaO)的含量为73.68%、二氧化硅(SiO2)的含量为26.32%；硅酸二钙(C2S)中氧化钙(CaO)的含量为65.12%、二氧化硅(SiO2)的含量为34.88%；铝酸三钙(C3A)中氧化钙(CaO)的含量为62.26%、氧化铝(Al2O3)的含量为37.74%；铁铝酸四钙(C4AF)中氧化钙(CaO)的含量为46.16%、氧化铝(Al2O3)的含量为20.98%、氧化铁(Fe2O3)的含量为32.86%；计算出合成水泥中氧化钙(CaO)的含量为66.25%，二氧化硅(SiO2)的含量为21.26%，氧化铝(Al2O3)的含量为7.72%，氧化铁(Fe2O3)的含量为4.77%。
计算出合成水泥中氧化钙(CaO)的质量为13.25 g，二氧化硅(SiO2)的质量为4.25g，氧化铝(Al2O3)的质量为1.54 g，氧化铁(Fe2O3)的质量为0.95 g。
计算出所需正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)的质量为14.74 g，硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)的质量为55.80 g，硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)的质量为11.36 g，硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)的质量为4.82 g。
将正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)倒入85.26 ml的丙醇(C3H8O)，制成正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)浓度为150 g/L的溶液，然后按正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)质量的0.35倍加入去离子水5.16 g，并利用浓HNO3调整溶液的pH值为pH=4.0。最后置于磁力搅拌器上，控制溶液温度为55℃，在200 rpm转速下持续搅拌80 min。
将称量好的硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)倒入烧杯中，加入去离子水103.2 g，制成硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)三者摩尔浓度之和为2.7 mol/L的溶液，然后按三者摩尔量之和的0.8倍加入质量为46.08 g柠檬酸(C6H8O7·H2O)。然后将混合液加热至70℃，并在200 rpm的转速下持续搅拌15 min，使金属硝酸盐完全溶解。
将混合液以25 ml/min的速率倒入正硅酸四乙酯的丙醇溶液中，加入正硅酸四乙酯质量1.2%的聚乙二醇400(PEG 400)共0.2 g，然后用浓硝酸HNO3调整pH值为pH=4.0，并继续搅拌100 min形成溶胶。
将溶胶移入65°C电热鼓风干燥箱中，恒温1 h后形成凝胶，再继续熟化20 h后取出移入刚玉坩埚内，置于高温电阻炉中，并以7 ℃/min的升温速率加热至1390 ℃，恒温3.5 h后取出置于大功率鼓风机下急冷，最后将产物磨细，测得其游离氧化钙f -CaO的含量为0.82%，加入3.5%的石膏(CaSO4·2H2O)后的X射线衍射图谱如图1所示。
实施例 2
目的：制备15.00 g高纯态水泥，其C3S含量为53.6%，C2S含量为25.8%，C3A的含量为11.5%，C4AF的含量为9.1%。
根据硅酸三钙(C3S)中氧化钙(CaO)的含量为73.68%、二氧化硅(SiO2)的含量为26.32%；硅酸二钙(C2S)中氧化钙(CaO)的含量为65.12%、二氧化硅(SiO2)的含量为34.88%；铝酸三钙(C3A)中氧化钙(CaO)的含量为62.26%、氧化铝(Al2O3)的含量为37.74%；铁铝酸四钙(C4AF)中氧化钙(CaO)的含量为46.16%、氧化铝(Al2O3)的含量为20.98%、氧化铁(Fe2O3)的含量为32.86%；计算出合成水泥中氧化钙(CaO)的含量为67.66%，二氧化硅(SiO2)的含量为23.11%，氧化铝(Al2O3)的含量为6.25%，氧化铁(Fe2O3)的含量为2.99%。
计算出合成水泥中氧化钙(CaO)的质量为10.15 g，二氧化硅(SiO2)的质量为3.47g，氧化铝(Al2O3)的质量为0.94 g，氧化铁(Fe2O3)的质量为0.45 g。
计算出所需正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)的质量为12.02 g，硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)的质量为59.04 g，硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)的质量为6.90 g，硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)的质量为2.27 g。
将正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)倒入54.76 ml的丙醇(C3H8O)，制成正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)浓度为180 g/L的溶液，然后按正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)质量的0.38倍加入去离子水4.57 g，并利用浓HNO3调整溶液的pH值为pH=5.0。最后置于磁力搅拌器上，控制溶液温度为60℃，在300 rpm转速下持续搅拌90 min。
将称量好的硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)倒入烧杯中，加入去离子水68.32 g，制成硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)三者摩尔浓度之和为3.0 mol/L的溶液，然后按三者摩尔量之和的1.0倍加入质量为43.07 g柠檬酸(C6H8O7·H2O)。然后将混合液加热至75℃，并在300 rpm的转速下持续搅拌18 min，使金属硝酸盐完全溶解。
将混合液以28 ml/min的速率倒入正硅酸四乙酯的丙醇溶液中，加入正硅酸四乙酯质量1.35%的聚乙二醇400(PEG 400)共0.16 g，然后用浓硝酸HNO3调整pH值为pH=5.0，并继续搅拌105 min形成溶胶。
将溶胶移入70℃电热鼓风干燥箱中，恒温1.5 h后形成凝胶，再继续熟化21 h后取出移入刚玉坩埚内，置于高温电阻炉中，并以8.5℃ /min的升温速率加热至1420℃，恒温4h后取出置于大功率鼓风机下急冷，最后将产物磨细，测得其游离氧化钙f -CaO的含量为0.65%，加入4.2%的石膏(CaSO4·2H2O)后的X射线衍射图谱如图2所示。
实施例 3
目的：制备10.00 g高纯态水泥，其C3S含量为42.6%，C2S含量为35.2%，C3A的含量为8.3%，C4AF的含量为13.9%。
根据硅酸三钙(C3S)中氧化钙(CaO)的含量为73.68%、二氧化硅(SiO2)的含量为26.32%；硅酸二钙(C2S)中氧化钙(CaO)的含量为65.12%、二氧化硅(SiO2)的含量为34.88%；铝酸三钙(C3A)中氧化钙(CaO)的含量为62.26%、氧化铝(Al2O3)的含量为37.74%；铁铝酸四钙(C4AF)中氧化钙(CaO)的含量为46.16%、氧化铝(Al2O3)的含量为20.98%、氧化铁(Fe2O3)的含量为32.86%；计算出合成水泥中氧化钙(CaO)的含量为65.89%，二氧化硅(SiO2)的含量为23.49%，氧化铝(Al2O3)的含量为6.05%，氧化铁(Fe2O3)的含量为4.57%。
计算出合成水泥中氧化钙(CaO)的质量为9.88 g，二氧化硅(SiO2)的质量为3.52g，氧化铝(Al2O3)的质量为0.91 g，氧化铁(Fe2O3)的质量为0.69 g。
计算出所需正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)的质量为12.22 g，硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)的质量为57.50 g，硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)的质量为6.68 g，硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)的质量为3.47g。
将正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)倒入48.88 ml的丙醇(C3H8O)，制成正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)浓度为200 g/L的溶液，然后按正硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)质量的0.40倍加入去离子水4.89 g，并利用浓HNO3调整溶液的pH值为pH=5.5。最后置于磁力搅拌器上，控制溶液温度为60℃，在300 rpm转速下持续搅拌100 min。
将称量好的硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)倒入烧杯中，加入去离子水57.9 g，制成硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)三者摩尔浓度之和为3.5 mol/L的溶液，然后按三者摩尔量之和的1.2倍加入质量为51.1 g柠檬酸(C6H8O7·H2O)。然后将混合液加热至80℃，并在350 rpm的转速下持续搅拌20 min，使金属硝酸盐完全溶解。
将混合液以30 ml/min的速率倒入正硅酸四乙酯的丙醇溶液中，加入正硅酸四乙酯质量1.5%的聚乙二醇400(PEG 400)共0.18 g，然后用浓硝酸HNO3调整pH值为pH=5.5，并继续搅拌110 min形成溶胶。
将溶胶移入75℃电热鼓风干燥箱中，恒温2 h后形成凝胶，再继续熟化22 h后取出移入刚玉坩埚内，置于高温电阻炉中，并以10 °C /min的升温速率加热至1450℃，恒温4.5h后取出置于大功率鼓风机下急冷，最后将产物磨细，测得其游离氧化钙f -CaO的含量为0.52%，加入3.7%的石膏(CaSO4·2H2O)后的X射线衍射图谱如图3所示。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：
一、确定氧化物的含量
a.确定拟合成水泥中硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙的含量；
b.根据a中水泥中矿物相的含量及其中各矿物相中氧化物的含量，计算出拟合成水泥中氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁的含量；
二、准备和称取原材料
a.确定拟合成的水泥的质量；
b.根据本步骤中a中水泥的质量和步骤一中b中确定的各金属氧化物的含量，计算出所需氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁的质量；
c.按氧化钙质量的4.211倍称取相应质量硝酸钙，按二氧化硅质量的3.467倍称取相应质量的正硅酸四乙酯，按氧化铝质量的7.358倍称取相应质量的硝酸铝，按氧化铁质量的5.060倍称取相应质量的硝酸铁，备用；
三、制备溶胶
a.将正硅酸四乙酯倒入适量的丙醇溶剂中，制成正硅酸四乙酯的丙醇溶液，并按正硅酸四乙酯质量的0.35-0.40倍加入去离子水进行水解；
b.利用浓HNO3将上步溶液的pH值调整为pH=4.0-5.5，并在55-65℃温度下，以转速200-350 rpm持续搅拌80-100 min；
c.将硝酸钙、硝酸铝和硝酸铁倒入适量的去离子水中，并加入柠檬酸制成混合液，然后在加热情况下以转速200-350 rpm持续搅拌15-20 min；
所述的适量去离子水是指加入后，所得混合液中硝酸钙、硝酸铝和硝酸铁三者的摩尔浓度之和为2.7-3.5 mol/L；
d.将上步的混合液以25-30 ml/min的速率倒入b中的正硅酸四乙酯的丙醇溶液中，并加入聚乙二醇400，再次添加浓硝酸HNO3，调整溶液的pH值为pH=4.0-5.5，继续搅拌100-110min形成溶胶；
四、凝胶熟化与煅烧
a.将溶胶置于65-75℃电热鼓风干燥箱中，恒温1-2 h后溶胶转变为橙红色透明的果冻状凝胶，继续恒温20-22 h对凝胶进行熟化和发育；
b.胶移入刚玉坩埚内，并置于高温电阻炉中以7-10 ℃/min的速率升温至1390-1450℃，恒温3.5-4.5 h后取出急冷并磨细，即得到具有水硬性的高纯态纳米粒径的超分散水泥。
2.如权利要求1所述的利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于：所述的硝酸钙、硝酸铝、硝酸铁、柠檬酸、正硅酸四乙酯、丙醇和聚乙二醇400均为分析纯化学试剂。
3.如权利要求1所述的利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于：所述的步骤三中a中正硅酸四乙酯的丙醇溶液中，正硅酸四乙酯的浓度为150-200 g/L。
4.如权利要求1所述的利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于：所述的步骤三中c中柠檬酸的添加量为硝酸钙、硝酸铝和硝酸铁摩尔量之和的0.8-1.2倍。
5.如权利要求1所述的利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于：所述的步骤三中c中所述的加热情况是指控制溶液的温度为70-80 ℃。
6.如权利要求1所述的利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于：所述的步骤三中d中所述的聚乙二醇400的添加量为正硅酸四乙酯质量的1.2%-1.5%。
7.如权利要求1所述的利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法，其特征在于：所述的步骤四中b中的急冷的方法是指恒温结束后，将样品取出置于大功率鼓风机下以风冷的方式快速降温至室温。
CN201610592618.0A 2016-07-26 2016-07-26 一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法 Active CN106220005B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610592618.0A CN106220005B (zh) 2016-07-26 2016-07-26 一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610592618.0A CN106220005B (zh) 2016-07-26 2016-07-26 一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106220005A true CN106220005A (zh) 2016-12-14
CN106220005B CN106220005B (zh) 2017-11-10

Family

ID=57533193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610592618.0A Active CN106220005B (zh) 2016-07-26 2016-07-26 一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106220005B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107720764A (zh) * 2017-11-10 2018-02-23 南京航空航天大学 一种湿化学法制备高纯超细硅酸三钙粉体的方法
CN109748326A (zh) * 2019-03-22 2019-05-14 西南石油大学 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺
JP6780797B1 (ja) * 2020-03-27 2020-11-04 住友大阪セメント株式会社 セメントクリンカ及びセメント組成物
CN114315194A (zh) * 2021-12-20 2022-04-12 武汉大学 一种高反应活性的含铝水泥熟料粉末及其制备方法与应用
CN115368033A (zh) * 2022-08-30 2022-11-22 同济大学 一种免煅烧矿渣水泥及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6482387B1 (en) * 1996-04-22 2002-11-19 Waltraud M. Kriven Processes for preparing mixed metal oxide powders
CN101585542A (zh) * 2009-06-25 2009-11-25 武汉大学 一种高纯度c3s矿物的合成技术
CN102153144A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 同济大学 一种铁铝酸钙的制备方法
CN102153295A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 同济大学 一种硅酸盐水泥熟料的制备方法
CN102897843A (zh) * 2012-09-24 2013-01-30 同济大学 一种用溶胶-凝胶法合成铁铝酸四钙的方法
CN105271427A (zh) * 2015-11-23 2016-01-27 武汉大学 一种快速制备多晶铁铝酸四钙的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6482387B1 (en) * 1996-04-22 2002-11-19 Waltraud M. Kriven Processes for preparing mixed metal oxide powders
CN101585542A (zh) * 2009-06-25 2009-11-25 武汉大学 一种高纯度c3s矿物的合成技术
CN102153144A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 同济大学 一种铁铝酸钙的制备方法
CN102153295A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 同济大学 一种硅酸盐水泥熟料的制备方法
CN102897843A (zh) * 2012-09-24 2013-01-30 同济大学 一种用溶胶-凝胶法合成铁铝酸四钙的方法
CN105271427A (zh) * 2015-11-23 2016-01-27 武汉大学 一种快速制备多晶铁铝酸四钙的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王捷等: ""纳米技术合成水泥矿物工艺参数研究"", 《新型建筑材料》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107720764A (zh) * 2017-11-10 2018-02-23 南京航空航天大学 一种湿化学法制备高纯超细硅酸三钙粉体的方法
CN109748326A (zh) * 2019-03-22 2019-05-14 西南石油大学 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺
JP6780797B1 (ja) * 2020-03-27 2020-11-04 住友大阪セメント株式会社 セメントクリンカ及びセメント組成物
JP2021155289A (ja) * 2020-03-27 2021-10-07 住友大阪セメント株式会社 セメントクリンカ及びセメント組成物
CN114315194A (zh) * 2021-12-20 2022-04-12 武汉大学 一种高反应活性的含铝水泥熟料粉末及其制备方法与应用
CN114315194B (zh) * 2021-12-20 2022-12-30 武汉大学 一种高反应活性的含铝水泥熟料粉末及其制备方法与应用
CN115368033A (zh) * 2022-08-30 2022-11-22 同济大学 一种免煅烧矿渣水泥及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106220005B (zh) 2017-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106220005B (zh) 一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法
CN104788032B (zh) 一种贝利特水泥及其制备方法
CN107021654B (zh) 一种硫硅酸钙硫铝酸盐水泥及其制备方法
CN107056115B (zh) 一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂及其制备方法
Zhang et al. Facile synthesis of monodisperse YAG: Ce 3+ microspheres with high quantum yield via an epoxide-driven sol–gel route
CN106904848B (zh) 一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法及其制品
CN108675657A (zh) 一种利用废渣制备硅酸盐-硫铝酸盐复合体系熟料的方法
CN105600813A (zh) 一种利用放电等离子烧结技术制备铝酸三钙的方法
CN104724959B (zh) 一种低热耗低硅率高强度的硅酸盐水泥熟料的制备方法
CN105836774B (zh) 一种快速低能耗制备铝酸三钙的方法
CN104291801A (zh) 一种远红外线陶瓷材料及其制作工艺
CN110526612B (zh) 应用于大水灰比硫铝酸盐水泥基材料中的锂铝类水滑石衍生物的制备方法
CN108101399A (zh) 一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法
CN102153144B (zh) 一种铁铝酸钙的制备方法
CN106966617B (zh) 一次低温烧成贝利特-硫铝酸盐-硫铁铝酸盐-硫硅酸钙水泥熟料的方法
CN106396435A (zh) 铜渣水泥
CN105271427B (zh) 一种快速制备多晶铁铝酸四钙的方法
CN109369043A (zh) 一种白色硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法
Bouaoun et al. Effect of calcination temperature of magnesium silicate on the properties of magnesium phosphate cement
CN106904955A (zh) 一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法
CN107720764A (zh) 一种湿化学法制备高纯超细硅酸三钙粉体的方法
Rasmussen et al. Comparison of the pozzolanic reactivity for flash and soak calcined clays in Portland cement blends
CN103408278A (zh) 一种用磷石膏制备硬石膏胶结浆料的方法
CN107619253A (zh) 一种无机矿用锚固剂及其制备方法
CN102153295B (zh) 一种硅酸盐水泥熟料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant