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铝酸钙的化学合成

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-03-21   浏览次数:96  分享到: 分享到腾讯微博

铝酸钙粉体制备通常采用传统的烧结法,即以石灰(或石灰石)和工业铝氧为原料,在高温下(一般1400℃左右)保温3~th,通过固相反应制得。用该方法制得的粉末的比表面积非常低(<1m2/g),活性较差。在此工艺中,烧结制品的质量取央于颗粒尺寸、比表面积和原料粉的混合程度,因此有时不得不通过多次的加热研磨循环米减少粉末中未反应完全的原料。尽管如此?粉末中仍含有人们所不期望的C12A7或游离Ca0。T.W. Song等采用CaO和A1203作原料,通过煅烧水化煅烧的方法,在实验室中制备了活化铝酸钙,其活性比传统烧结法的高;秦景燕在常压下水热合成铝酸钙水化物,然后经低温煅烧制备高活性的铝酸钙粉体;

Morozova等将石灰石溶解于氯化铝溶液中,用氨水滴定形成复合氢氧化物沉淀,将沉淀物在1000~1300℃煅烧后获得了稳定的CaO-A1203二元氧化物;Gulgun等用Pechnie前驱体法合成铝钙混合物后经低温(900℃)煅烧获得了比表面积为lOm2/g的高活性的纯铝酸钙粉末。

北京科技大学材料科学与工程学院选用Ca(OH)2饱和溶液和AlCl3溶液为初始原料,在常温下采用共沉淀法,在A13+与Ca2+的摩尔比约为2.2条件下,先合成铝酸钙永化沉淀物的前驱体,再经低温煅烧,制备出了活性高、纯度高的铝酸钙粉体,并研究了粉末制备过程中pH值对合成产物化学组成(即A13+与Ca2+的摩尔比)的影响,以及热处理温度对铝酸钙粉末特性的影响。

(1)合成方法采用化学纯Ca(OH)2和AICI3?6H20作为Ca2+和A13+。的来源,KOH(Imol./l)溶液作为沉淀剂。将化学纯AICl3 - 6H2()配制成浓度为Imol/f的溶液,搅拌1h后静置24h待用;将化学纯Ca(OH)2加水配制成0.02mol/L的饱和水溶液。将上述两种溶液于(20±0.5)℃下按A13+与Ca2+的摩尔比为2.2制成混合液。混合液滴入Imol./l,的KOH至pH值于8.0左右开始出现沉淀,随着pH值的升高,大量的白色沉淀产生。最后将混合液的pH值分别滴定至设定的10.8、11.7和1 2.5。加碱后的混合液在隔绝空气的情况下搅拌2岫后,沉淀物用真空泵吸滤。将沉淀物用无水乙醇冲洗3次,然后置于11O℃下真空干燥24h。干燥后的沉淀物磨细至小于等于0.088mm.最后将干燥后的沉淀物分别于900℃、1000℃、1100℃保温3h煅烧,制得铝酸钙粉体。

(2)水化沉淀产物的化学组成固体(水化沉淀产物)的化学组成,即Al3+.与Ca2+的摩尔比是由初始浓度减去残余溶液的浓度后计算出来的。残余溶液中的Ca32+浓度随pH值的增高而减少,在pH值为12.5时,Ca2+浓度几乎为零。残余溶液中Al3+的浓度大体与Ca2+的浓度具有同样的变化形式:残余溶液中的Al3+的浓度随pH值的增高而减少,在pH值为11.7时.A13+浓度趋于稳定。残余溶液中A13+的浓度没有出现氢氧化铝的两性特征,这可能是受共同存在于溶液中的Ca2+的影响。

固体(水化沉淀产物)的Al3+与Ca2+的摩尔比与初始溶液的相比均有偏离,但偏离的程度不同。在pH值为11.7和12,5时,A13+与Ca2+的摩尔比与初始溶液的最为接近。

(3)水化沉淀产物的相组成pH值为12.5时水化沉淀产物在各温度下进行热处理,测定沉淀物的XRD图谱。110℃烘干后的XRD结果显示,前驱体是晶态的,矿物组成为C2AH6。XRD汝有检测到钙或铝的氢氧化物或含氯离子的化台物。也没有检测到CAH10或C4AH13。因此,推断前驱体110℃烘干后应当是铝酸钙水化物和铝胶的混合物。并可以认为,在共沉淀及11O℃烘干过程中可能发生了如下反应:水化沉淀物在不同温度下煅烧后的XRD结果显示:900℃煅烧后的粉体中有C12A7、CA2和CA生成:1000℃和1100℃煅烧后的粉体与900℃的不同,均以CA为主晶相.CA2为次品相,XRD没有检测到钙或铝的氧化物,也没有检测到其他非铝酸钙矿物。

(4)水化沉淀物的粒度分布和比表面积在pH=12.5条件下,制备得到的水化沉淀物,于IIO℃烘干,然后分别在900℃、1000℃、1100℃煅烧,得到铝酸钙粉体。

对水化沉淀物和铝酸钙粉体进行力度分布(PSD)分析。结果表明:水化沉淀物具有较宽的颗粒分布,团聚体和颗粒的尺寸在亚微米至lOum的范围内,中位径在0.64~0.68um,且煅烧后颗粒的中位径均减小;而1000℃和1100℃烧后的中位径比900℃的略有升高,但变化不太大。水化沉淀物在110℃、900℃、1000℃和1100℃热处理后粉末的SEM形貌可以看出:110℃烘干后的lOum左右的团聚体是由众多小于lum的圆形小颗粒组成的;900℃煅烧时,开始有方形的颗粒生成,并在方形的颗粒上附着许多细小的无定形的颗粒;1000℃和1100℃煅烧时,出现了生长较好的、有棱角的立方颗粒,颗粒尺寸均小于lOum。

合成粉末的比表面积( BET)由于水化物的团聚,110℃时的数值较低。又由于有细小的无定形颗粒的存在,检测的BET于900℃煅烧时达到峰值,约为18. 3m2/g。随着煅烧温度的维续提高,晶化程度加剧,粉末的BET值叉开始下降。但在1000℃和1100℃下,BET值仍保持较高的数值,分别约为16m2/g和13m2/g。
 

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