【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硅酸盐水泥无机材料复合，具体涉及一种sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物的制备方法。
技术介绍
1、水泥混凝土是当今世界最大宗的人工制备材料，全球每年水泥生产量逾40亿吨，重大基础工程和城镇化建设离不开水泥，世界上各种标志性工程大都是水泥的杰作，水泥时现代人类社会发展的重要基石。胶凝材料发展至今已有5000年的历史，现代水泥混凝土在世界也已发展了近两百年，综合此发展历程来看，无论是从环境友好性还是现有的科技水平认知，硅酸盐水泥仍然是当今世界无可替代的主题建筑材料。然而，每生产1吨水泥，平均需要消耗原料1.5吨(石灰石1.2吨、粘土0.1～0.2吨，还有其他物料)，需要燃料(煤标)110kg/t，需要电能80kw/t。2021年我国水泥行业碳排放达到14.66亿吨，占全国碳排放总量约13.6％。其中：生产所需燃料碳排放占30％，生产原料分解碳排放占70％。可见，减少熟料矿物生产过程中二氧化碳的排放是实现“双碳”战略目标的有力解决方案。巨量的水泥生产致使原料、燃料短缺，储量逐渐枯竭；电力逐渐供应紧张，环境压力巨大，而水泥行业作为能源消耗和原料使用大户，其碳排放占建材行业总碳排放量的85％以上，因此水泥行业更是作为实施绿色发展、循环经济、节能降耗、限电减排的重点。
2、世界气象组织在《2022年全球气候状况报告》指出，2022年全球平均温度比1850年至1900年的平均值高出了约1.15摄氏度，2015年至2022年是自1850年有记录以来最热的8年。三种主要温室气体二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的浓度在2021
3、水泥材料发展至今，对于大裂纹通常是通过钢筋等起到抗折抗裂的效果，但对于微裂纹却无法起到有效的抗裂效果，而在机体内引入纤维可有效的解决这一问题，利用纤维的高强高韧性、桥联与延展作用提升水泥基材料的力学性能，尤其是韧性。纤维在水泥基体中承担着劲筋的角色，大大减少水泥内部原生裂纹并能有效阻止裂缝的引发和扩展，将脆性破坏转变为近似于延展性断裂。当基体发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承担者，此时纤维的桥联力抵抗外力可有效的增强水泥基体。
4、碳化硅纤维是一种独特的复合材料，其具有优越的机械性能，耐腐蚀性能，热稳定性能和电学性能，是一种以碳和硅为主的高性能陶瓷材料。目前主要的制备方法为活性碳纤维转化法，先驱体转化法和cvd法，生产制备条件高，而采用微波加热技术合成碳化硅纤维的过程中存在微波耦合热效应，微波等离子体效应，电场增强效应等微波加热效应，各种微波加热效应杂化协同作用使得碳化硅纤维在较低温度下相较于其他加热方法更为迅速且高效。
5、目前，在硅酸盐水泥生产领域中，主要存在的问题为：高含量的阿利特熟料需要较高的烧成温度，且原料碳酸钙分解出的二氧化碳占水泥生产中碳排放的70％左右，不符合我国“碳中和”战略发展规划，因此需要寻求全新先进的制备方式，力求新的制备方式在节能减排减少成本生产的同时在一定程度上实现碳中和，减少熟料合成所需要的时间并有效增强水泥基体的综合性能。
6、传统水泥熟料矿物的制备方法主要是采用旋转窑和立窑进行烧制，旋转窑需要将原料加热到高温(约1450℃)，耗费大量燃料和能源且炉内燃烧燃料会释放大量二氧化碳(co2)，造成温室气体排放。而采用立窑进行烧制时其燃烧温度虽然较低，但需进行预热，导致能耗较高，且燃烧过程中的部分热能流失，造成能源浪费。此外，立窑煅烧过程中需要使用雾化剂来控制煅烧反应，但雾化剂的使用会导致资源浪费。为了弥补这些缺陷，新技术亟待开发，以提高燃烧效率、减少能耗和co2排放，并改善水泥生产的可持续性。
技术实现思路
1、为获得一种节能减排的水泥熟料的制备方法，本专利技术提供了一种sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物的制备方法。本专利技术提供的方法有效的利用了原料碳酸钙分解出的二氧化碳，且γ-c2s在碳化过程中可吸收空气中的二氧化碳，在一定程度上可实现水泥行业达成“碳中和”目标，符合我国“双碳”战略规划，减少熟料合成所需要的时间并有效增强水泥基体的综合性能。
2、本专利技术提供了一种sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物的制备方法，包括以下步骤：
3、取钙质原料、硅粉、有机硅源为原料制成前驱体；
4、将制备得到的前驱体预压制坯后，埋入石英砂中，采用微波加热原位合成sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物。
5、进一步地，所述钙质原料、有机硅源和硅粉的摩尔比为4～6:3～4:1～2。
6、进一步地，所述前驱体的制备过程为：将有机硅源通过溶胶-凝胶法制成无定型二氧化硅，与钙质原料和硅粉直接混合制成前驱体；或者，将钙质原料、硅粉和有机硅源通过溶胶凝胶法制备成无定型二氧化硅包裹caco3和硅粉的前驱体。
7、进一步地，所述有机硅源为正硅酸乙酯和烷氧基硅烷中的任意一种；
8、所述钙质原料为caco3、大理石、石灰石、泥灰岩和白垩中的任意一种。
9、进一步地，所述前驱体的制备过程为：
10、取有机硅源、乙醇与水混合，调节ph为2～3，搅拌，得混合物a；
11、向混合物a中加入钙质原料和硅粉，搅拌，调节ph为8～9，得混合物b；
12、将混合物b干燥，即得二氧化硅包裹caco3和硅粉的前驱体。
13、进一步地，所述有机硅源、乙醇与水的体积比为18～23:30～42:47～70。
14、进一步地，有机硅源、乙醇与水混合后采用柠檬酸酸调节ph为2～3，混合物a中加入钙质原料和硅粉后采用氨水调节ph为8～9。
15、进一步地，预压制坯的压力为5～40mpa。
16、进一步地，所述石英砂置于氧化铝坩埚中，且氧化铝坩埚四周均埋石英砂以保护坩埚。
17、进一步地，所述微波加热原位合成反应是采用微波加热的方式，以30～50℃/min的升温速率至700℃～800℃，调节输入功率再以100～300℃/min的升温速率升至1000～1350℃，保温5～20min。
18、进一步地，保温时间为10min。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
20、1、本专利技术的微波原位合成sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物采用微波加热机制，利用微波和微波耦合外热源的共同作用可实现被加热坯体自内而外体积性加热，在低温下便能合成碳化硅纳米晶须复合γ-c2s。合成过程需要以石英砂埋烧，主要作用是：接近微波耦合热外源的石英砂发生熔融现象，形成的壳结构起到隔绝空气并固定碳酸钙分解出的二氧化碳；石英砂的成分为sio2，避免了杂质的渗入。在微波加热的过程中在低温下进行热积累，以实现中温段硅粉出现熔融态与壳内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，所述钙质原料、有机硅源和硅粉的摩尔比为6～4:1～2:3～4。
3.根据权利要求2所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，所述前驱体的制备过程为：将有机硅源通过溶胶-凝胶法制成无定型二氧化硅，与钙质原料和硅粉直接混合制成前驱体；或者，将钙质原料、硅粉和有机硅源通过溶胶凝胶法制备成无定型二氧化硅包裹CaCO3和硅粉的前驱体。
4.根据权利要求3所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，所述有机硅源为正硅酸乙酯和烷氧基硅烷中的任意一种；
5.根据权利要求4所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，所述前驱体的制备过程为：
6.根据权利要求5所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，所述有机硅源、乙醇与水的体积比为1
7.根据权利要求6所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，有机硅源、乙醇与水混合后采用柠檬酸酸调节pH为2～3，混合物A中加入钙质原料和硅粉后采用氨水调节pH为8～9。
8.根据权利要求7所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，预压制坯的压力为5～40MPa。
9.根据权利要求8所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，所述石英砂置于氧化铝坩埚中，且氧化铝坩埚四周均埋石英砂以保护氧化铝坩埚。
10.根据权利要求9所述的微波原位合成SiC纳米晶须复合γ-C2S熟料矿物制备方法，其特征在于，所述微波加热原位合成反应是采用微波加热的方式，以30～50℃/min的升温速率升温至700℃～800℃，调节输入功率再以100～300℃/min的升温速率升至1000～1350℃，保温5～20min。
...【技术特征摘要】
1.一种sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的微波原位合成sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物制备方法，其特征在于，所述钙质原料、有机硅源和硅粉的摩尔比为6～4:1～2:3～4。
3.根据权利要求2所述的微波原位合成sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物制备方法，其特征在于，所述前驱体的制备过程为：将有机硅源通过溶胶-凝胶法制成无定型二氧化硅，与钙质原料和硅粉直接混合制成前驱体；或者，将钙质原料、硅粉和有机硅源通过溶胶凝胶法制备成无定型二氧化硅包裹caco3和硅粉的前驱体。
4.根据权利要求3所述的微波原位合成sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物制备方法，其特征在于，所述有机硅源为正硅酸乙酯和烷氧基硅烷中的任意一种；
5.根据权利要求4所述的微波原位合成sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物制备方法，其特征在于，所述前驱体的制备过程为：
6.根据权利要求5所述的微波原位合成sic纳米晶须复合γ-c2s熟料矿物...
【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，关莉，付瑞杰，王海龙，赵彪，王高远，闵志宇，宋勃震，李嘉新，程可强，郝嘉伟，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：
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