CN109748326A - 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺 - Google Patents

一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN109748326A
CN109748326A CN201910222600.5A CN201910222600A CN109748326A CN 109748326 A CN109748326 A CN 109748326A CN 201910222600 A CN201910222600 A CN 201910222600A CN 109748326 A CN109748326 A CN 109748326A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
hours
added
water
calcium aluminoferrite
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.)
Pending
Application number
CN201910222600.5A
Other languages
English (en)
Inventor
程小伟
余杨
张高寅
梅开元
张春梅
李早元
张兴国
郭小阳
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.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
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 Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN201910222600.5A priority Critical patent/CN109748326A/zh
Publication of CN109748326A publication Critical patent/CN109748326A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用溶胶‑凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，包括：（1）将磷酸钙80‑120g、磷酸铝20‑40g、磷酸铁10‑15g加入到50‑70ml去离子水中，搅拌50‑60min，得到溶液A；（2）将螯合剂加入溶液A中，置于60℃水浴锅中搅拌得到淡黄色溶液B，所述螯合剂由一水合柠檬酸30‑50g和酒石酸60‑80g混合组成；（3）向溶液B中搅拌加入酯化剂发生酯化反应，所述酯化剂由乙二醇5‑20g和丙三醇5‑10g混合组成，持续15‑24小时，得到溶液C；（4）将溶液C在80℃的水浴锅中陈化72小时后得到湿凝胶；（5）将湿凝胶置于干燥机中干燥96小时取出，将其粉磨后装坩埚，在马弗炉中以1000℃‑1100℃煅烧2‑3小时，得到铁铝酸四钙。本发明工艺操作简单，原料廉价易得，生产周期短，产率高，适合大规模工业化生产。

Description

一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺
技术领域
本发明涉及一种新型铁铝酸四钙的制备方法，特别是涉及一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，属于固井水泥浆增强材料。
背景技术
在石油天然气工业中，水泥在油气勘探和生产中有着广泛的应用。固井施工是石油天然气工业中最重要的工序之一。固井的主要目的是防止产油区受压力作用而使井壁开裂；此外，固井还能将套管粘合在一起，防止其受到腐蚀。但由于水泥本身具有脆性高、韧性差、抗拉和抗弯曲能力低以及耐蚀性能差等缺点，导致其在固井工程中的应用受到限制。
水泥作为混凝土砂浆强度的主要贡献者，是一种含多种物相组分的复杂混合物，其中主要物相成分为硅酸三钙（3CaO•SiO2）、硅酸二钙（2CaO•SiO2）、铝酸三钙（3CaO•Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO• Al2O3•Fe2O3）。不同的单相对水泥的水化性能和力学性能有不同程度的影响。因此，可以根据不同水泥单相的水化特点，通过研究水泥单相的制备及其水化和力学性能的发展，来解决水泥基材料自身的缺陷问题。其中，铁铝酸四钙（C4AF）作为水泥的基本组成相之一，是一种复杂的固溶体，其含量一般为10%-18%，其水化速度介于铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）之间，早期强度类似于C3A，后期的强度还能不断增长，类似于硅酸二钙（C2S），其水化热较C3A低且抗冲击性能和抗硫酸盐性能好。因此针对单相铁铝酸四钙的制备及性能研究一直是人们关注的重点。
目前在研究C4AF的各项性质时，一般都选择采用固相反应法来烧结制备C4AF。固相反应法主要是采用CaCO3、Al2O3和Fe2O3为原料在1300℃的高温环境下煅烧至少三次制备。然而，通过该法所制得的C4AF纯度较低且制备工艺较为复杂。相比于高温煅烧工艺制备方法，低温煅烧制备的铁铝酸四钙有纯度极高、结晶程度较好等优点。目前有针对低温环境制备C4AF的研究，He Zhen等研究使用尿素作为燃料和金属硝酸盐作为阳离子前体的自蔓延燃烧反应（He Zhen, Li Yang, Shao Yi xin. Low-temperature synthesis of C4AF byself-propagating combustion reaction [J]. Engineering Village, 2017, 29(1):33-43），以此来合成C4AF。但通过X射线衍射和傅里叶变换红外光谱进行合成C4AF的表征，发现合成的C4AF中游离CaO的含量低于检测限且该方法反应剧烈，不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，该方法克服了传统工艺制备铁铝酸四钙时操作复杂、生产周期长、产量低等缺陷和局限，工艺操作简单，原料廉价易得，生产周期短，产率高，通过该方法制备的铁铝酸四钙均匀度高，化学稳定性好，水化能力强，适合大规模工业化生产。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
按一定的质量比称取磷酸钙、磷酸铝、磷酸铁加入去离子水中，将混合液置于磁力搅拌机上搅拌使其混合均匀，加入一水合柠檬酸和酒石酸的混合液置于水浴锅中螯合得到淡黄色金属-柠檬酸螯合物溶液，然后加入乙二醇和丙三醇发生酯化反应，适时加入醋酸催化反应进行，陈化后得到淡黄色湿凝胶，将所得湿凝胶置于冷冻干燥机中干燥后粉磨，煅烧得到铁铝酸四钙单矿物。
一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，依次包括以下步骤：
（1）将磷酸钙80-120g、磷酸铝20-40g、磷酸铁10-15g加入到50-70ml去离子水中，置于磁力搅拌机上搅拌50-60min，使其混合均匀，得到溶液A；
（2）将螯合剂加入溶液A中，置于60℃水浴锅中搅拌得到淡黄色溶液B，所述螯合剂由一水合柠檬酸30-50g和酒石酸60-80g混合组成；
（3）向溶液B中搅拌加入酯化剂发生酯化反应，所述酯化剂由乙二醇5-20g和丙三醇5-10g混合组成，持续15-24小时，得到溶液C；
（4）将溶液C在80℃的水浴锅中陈化72小时后得到湿凝胶；
（5）将湿凝胶置于干燥机中干燥96小时取出，将其粉磨后装坩埚，在马弗炉中以1000℃-1100℃煅烧2-3小时，得到铁铝酸四钙。
所述步骤（3）中，向溶液B中搅拌加入酯化剂发生酯化反应，待酯化反应5分钟后加入催化剂无水乙酸 5-10g加速反应进行，6-8小时后得到溶液C。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）该方法采用胶体化学法—溶胶凝胶法制备，通过化学合成，避免了合成过程中引入新的杂质，制备的铁铝酸四钙纯度高，超细度，化学稳定性好；
（2）该制备方法所使用的各种原料来源广、价格低，具有低成本的优势；
（3）该方法与传统的烧结法相比，煅烧温度明显降低，且制备出的铁铝酸四钙结晶度高；
（4）该方法操作简单，产率高，生产周期短，对原料的品质要求较低，可大规模应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以便于本领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，只要各种变化在所附的权利要求限定的属于本发明技术方案的精神和内容，均属本发明的保护范围之列。
实施例1
一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，具体包括以下步骤：
依次称量磷酸钙（Ca3(PO4)2）80g，磷酸铝（AlPO4）20g，磷酸铁（FePO4）10g，然后加入到50ml去离子水中，置于磁力搅拌机上搅拌50min，使其混合均匀，得到混合液A；分别称量一水合柠檬酸（C6H8O7·H2O）40g和酒石酸（C4H6O6）70g加入混合液A中，置于60℃水浴锅中搅拌得到淡黄色溶液B；向淡黄色溶液B中依次加入乙二醇5g和丙三醇5g发生酯化反应，持续24小时，得到溶液C；将溶液C在80℃的水浴锅中陈化72小时后得到淡黄色湿凝胶；将湿凝胶置于冷冻干燥机中干燥96小时得到干凝胶，粉磨后装坩埚在马弗炉在1000℃下煅烧2h，得到铁铝酸四钙单矿物。
实施例2
一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，具体包括以下步骤：
依次称量磷酸钙（Ca3(PO4)2）90g，磷酸铝（AlPO4）30g，磷酸铁（FePO4）10g，然后加入到60ml去离子水中，置于磁力搅拌机上搅拌50min，使其混合均匀，得到混合液A；分别称量一水合柠檬酸（C6H8O7·H2O）30g和酒石酸（C4H6O6）60g加入混合液A中，置于60℃水浴锅中搅拌得到淡黄色溶液B；向淡黄色溶液B中依次加入乙二醇10g和丙三醇5g发生酯化反应，待酯化反应5min后加入5g无水乙酸加速反应进行，持续8小时，得到溶液C；将溶液C在80℃的水浴锅中陈化72小时后得到淡黄色湿凝胶；将湿凝胶置于冷冻干燥机中干燥96小时得到干凝胶，粉磨后装坩埚在马弗炉在1100℃下煅烧2h，得到铁铝酸四钙单矿物。
实施例3
一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，具体包括以下步骤：
依次称量磷酸钙（Ca3(PO4)2）120g，磷酸铝（AlPO4）40g，磷酸铁（FePO4）15g，然后加入到70ml去离子水中，置于磁力搅拌机上搅拌60min，使其混合均匀，得到混合液A；分别称量一水合柠檬酸（C6H8O7·H2O）50g和酒石酸（C4H6O6）80g加入混合液A中，置于60℃水浴锅中搅拌得到淡黄色溶液B；向淡黄色溶液B中依次加入乙二醇20g和丙三醇10g发生酯化反应，待酯化反应5min后加入10g无水乙酸加速反应进行，持续6小时，得到溶液C；将溶液C在80℃的水浴锅中陈化72小时后得到淡黄色湿凝胶；将湿凝胶置于冷冻干燥机中干燥96小时得到干凝胶，粉磨后装坩埚在马弗炉在1000℃下煅烧3h，得到铁铝酸四钙单矿物。
实施例4
一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，具体包括以下步骤：
依次称量磷酸钙（Ca3(PO4)2）100g，磷酸铝（AlPO4）20g，磷酸铁（FePO4）15g，然后加入到70ml去离子水中，置于磁力搅拌机上搅拌60min，使其混合均匀，得到混合液A；分别称量一水合柠檬酸（C6H8O7·H2O）40g和酒石酸（C4H6O6）70g加入混合液A中，置于60℃水浴锅中搅拌得到淡黄色溶液B；向淡黄色溶液B中依次加入乙二醇15g和丙三醇10g发生酯化反应，待酯化反应5min后加入10g无水乙酸加速反应进行，持续6小时，得到溶液C；将溶液C在80℃的水浴锅中陈化72小时后得到淡黄色湿凝胶；将湿凝胶置于冷冻干燥机中干燥96小时得到干凝胶，粉磨后装坩埚在马弗炉在1100℃下煅烧3h，得到铁铝酸四钙单矿物。

Claims (2)

1.一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，依次包括以下步骤：
将磷酸钙80-120g、磷酸铝20-40g、磷酸铁10-15g加入到50-70ml去离子水中，置于磁力搅拌机上搅拌50-60min，使其混合均匀，得到溶液A；
将螯合剂加入溶液A中，置于60℃水浴锅中搅拌得到淡黄色溶液B，所述螯合剂由一水合柠檬酸30-50g和酒石酸60-80g混合组成；
向溶液B中搅拌加入酯化剂发生酯化反应，所述酯化剂由乙二醇5-20g和丙三醇5-10g混合组成，持续15-24小时，得到溶液C；
将溶液C在80℃的水浴锅中陈化72小时后得到湿凝胶；
将湿凝胶置于干燥机中干燥96小时取出，将其粉磨后装坩埚，在马弗炉中以1000℃-1100℃煅烧2-3小时，得到铁铝酸四钙。
2.如权利要求1所述的一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，向溶液B中搅拌加入酯化剂发生酯化反应，待酯化反应5分钟后加入催化剂无水乙酸 5-10g加速反应进行，6-8小时后得到溶液C。
CN201910222600.5A 2019-03-22 2019-03-22 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺 Pending CN109748326A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910222600.5A CN109748326A (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910222600.5A CN109748326A (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109748326A true CN109748326A (zh) 2019-05-14

Family

ID=66409218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910222600.5A Pending CN109748326A (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109748326A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005090614A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-29 Tamas Istvan New desulphurating agents for decreasing sulphur content of iron melts to ultra low level
CN102153144A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 同济大学 一种铁铝酸钙的制备方法
US20120318172A1 (en) * 2010-03-01 2012-12-20 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Calcium ferroaluminate compound, cement admixture and its manufacturing methods, and cement composition
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
CN105753341A (zh) * 2016-02-26 2016-07-13 西南石油大学 一种铁铝酸钙的制备方法
CN106220005A (zh) * 2016-07-26 2016-12-14 武汉大学 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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005090614A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-29 Tamas Istvan New desulphurating agents for decreasing sulphur content of iron melts to ultra low level
CN102153144A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 同济大学 一种铁铝酸钙的制备方法
US20120318172A1 (en) * 2010-03-01 2012-12-20 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Calcium ferroaluminate compound, cement admixture and its manufacturing methods, and cement composition
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
CN105753341A (zh) * 2016-02-26 2016-07-13 西南石油大学 一种铁铝酸钙的制备方法
CN106220005A (zh) * 2016-07-26 2016-12-14 武汉大学 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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵临襄: "《化学制药工艺学》", 31 August 2015 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110240435B (zh) 一种防水稳定型无碱液体速凝剂及其制备方法
CN102745923B (zh) 一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法
CN110395939B (zh) 一种防水增强型无碱液体速凝剂及其制备方法
CN102491655B (zh) 自粉化熟料矿渣硅酸盐水泥及其制备方法
CN106747240A (zh) 一种碱性硫氧镁水泥及其制备方法
CN102992804B (zh) 用磷石膏制加气混凝土的方法
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
CN105836774B (zh) 一种快速低能耗制备铝酸三钙的方法
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
CN112694310B (zh) 一种预拌石膏基自流平砂浆的制备方法及其制备的砂浆
CN112341010B (zh) 一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法
CN107059134A (zh) 一种常压下制备石膏晶须的方法
CN102617061B (zh) 一种混凝土用超缓凝剂及其制备方法
CN109748326A (zh) 一种利用溶胶-凝胶法制备铁铝酸四钙的工艺
CN110669212B (zh) 利用溶胶-凝胶法制备金属-螯合物型缓凝剂的工艺
CN102153144B (zh) 一种铁铝酸钙的制备方法
CN102897843A (zh) 一种用溶胶-凝胶法合成铁铝酸四钙的方法
CN113896494B (zh) 一种镍铁渣建筑材料及其制备方法
CN101544883A (zh) 适用于多种温度的相变型无声破碎剂及其制备方法
CN115368037B (zh) 一种耐热混凝土胶凝材料及其制备方法、应用
CN114315194B (zh) 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
CN109095898A (zh) 一种纯低温余热发电用耐磨可塑捣打料的制备方法
CN115321937A (zh) 一种红土-碳酸钙-水泥基复合材料及制备方法
CN110357488B (zh) 一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂及其制备方法
CN113880471A (zh) 一种α-β复合半水石膏的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190514