一種用石灰石製造電氣石的工藝的製作方法

2023-05-01 01:51:31 1

一種用石灰石製造電氣石的工藝的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種用石灰石製造電氣石的工藝，包括如下步驟：(1)研磨：將選定重量份的礦物質混合併研磨成粒徑為2-5nm的粉料；(2)溶解：將研磨後的礦物質混合物溶於選定重量份的酸性溶劑中，控制溫度25oC；(3)反應：將步驟（2）的混合物溶液升高溫度至90oC，控制壓力25MPa，進行合成反應20h；(4)結晶：蒸發析出結晶，結晶溫度為60oC；(5)再研磨：通過機械研磨將晶體研磨至粒徑為10-15nm的粉料，即得。
【專利說明】—種用石灰石製造電氣石的工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種人工合成電氣石的工藝，尤其涉及一種用石灰石製造電氣石的工藝。【背景技術】
[0002]電氣石在古代稱為碧璽，英文名Tourmaline，是一種以含硼為特徵、化學組成複雜的鋁、鈉、鐵、鋰環狀結構的矽酸鹽礦物。天然電氣石，其化學式一般可表示為XY3Z6(T6O18)(BO3) 3V3W，根據產地和礦區的不同化學式有差異:X位置大多為Na和Ca，或是少量的K，甚至可以空缺；Y位置可有廣泛的多化合價陽離子，一般大多為Li+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Cr3+、V3+、Fe3+和Ti4+等；Z位置主要是三價正離子，如Al3+、Cr3+、V3+、Fe3+，可以包含二價陽離子Mg2+、Fe2+ ；Τ位置一般為Si，在某些產地的天然電氣石中含有少量的Al或是B。
[0003]電氣石主要呈柱狀，其次為纖維狀集合體。一般呈現黑色、褐色、綠色、藍色、紅色等不同絢麗的顏色，其中以黑色最為常見。電氣石一般具有玻璃光澤，折射率為
1.624-1.644，摩氏硬度為 7.0-7.5，密度為 2.9-3.25g/cm3。
[0004]電氣石屬三方晶系，空間點群為R3m系，為一種典型的極性結晶，晶體R3m點群中無對稱中心，其C軸方向的正負電荷無法重合，晶體結晶兩端形成正極與負極，在無外加電場情況下，兩端正負極也不消亡，故又稱永久電極。
[0005]電氣石具有壓電性和熱電性。在溫度、壓力變化的情況下，晶體間產生的電勢差能使周圍的空氣發生電離，被擊中的電子附著於相近的水分子和氧分子，並使它們轉化為空氣負離子。負離子發生後在空氣中移動，可將負電荷輸送給細菌、灰塵、煙霧微粒、水滴甚至是空氣中有害分子如甲醛等，電荷與這些微粒結合，能達到淨化空氣的目的。因此，電氣石作為一種很好的環境功能材料，用於室內塗料和家具、電器等的塗層材料可產生負離子，淨化室內空氣。又因其具有熱電性，故隨著溫度的變化，礦物結晶體兩端可產生電壓，其極性離子在平衡位置振動而引起偶極矩變化，可產生遠紅外波段的電磁輻射，這種紅外輻射對人體有保健作用。
[0006]目前市場上電氣石主要還是以天然電氣石為主，該現狀大大受制於產量，並且天然電氣石屬於一種不可再生天然資源，面臨著大量短缺的問題。因此，國內已經開始嘗試人工合成電氣石的研究。
[0007] CN1800014A公開了一種人工合成電氣石結晶體及其製備方法，其中包含2-10%的電氣石，90-98%的礦物質，上述礦物質是粘土、麥飯石、蛇紋石或者片麻巖中的一種，其製備方法包括如下步驟:a)將上述電氣石和上述的礦物質研磨成粒徑15nm以下的超細粒徑粉末；b)將2-10份上述的電氣石超細粒徑粉末投入90-98份上述的礦物質超細粒徑粉末並充分混合成混合物；c)將上述的混合物以1600°C以上高溫使其完全溶熔；d)將上述的溶熔後的混合物冷卻後進行研磨，研磨至粒徑15nm以下的人工合成電氣石結晶體。該專利的優點在於所述方法得到的人工合成電氣石在實際應用中可以產生大量的負離子，具有與天然電氣石相同甚至更好的效果。並給出了一條通過礦物質合成電氣石的技術路線，對於人工合成電氣石具有一定的指導意義。另一方面，該專利的缺點主要在於1600°C的高溫對設備的要求較為苛刻，資金投入較大，工藝操作條件也有一定的限制和影響，對於天然電氣石的加入量也有較高的要求，不能完全擺脫天然原料短缺的問題。更進一步，其並未給出人工合成電氣石與天然電氣石的效果對比例。
[0008]CN101654254A公開了一種電氣石物相的合成方法，由下述步驟組成:⑴按摩爾比為η (Mg):n (Al):n (Si):n (B):=1:2:2:1的比例量分別稱取氯化鎂(MgCl2.6H20)、氯化鋁(A1C13)、矽酸鈉(Na2SiO3.9H20)、硼酸(H3BO3);然後將稱取的硼酸和矽酸鈉溶解於去離子水中配成溶液a，將稱取的氯化鋁和氯化鎂溶解於lmol/1的HCl溶液中配成溶液b ;在60±5°C條件下分別恆溫加熱攪拌溶液a和溶液b，然後將溶液a滴加到溶液b中，並在60±5°C恆溫下攪拌10-15min，得到均相溶液C，其中鎂離子的量為0.01-0.04g/ml ； (2)用鹼式滴定管向均相溶液c中滴加濃度為l-5mol/L、溫度為60±10°C的氫氧化鈉溶液，同時檢測pH值，直至滴加到PH值為9±0.5，溶液中產生白色絮狀沉澱停止滴加並繼續攪拌0.5-2h ;在滴加過程中須注意保持溫度恆定，若溫度出現較大波動則應待溫度達到設定溫度時再進行滴定。(3)將步驟(2)反應得到的料漿靜置陳化12-48h，使產物充分晶化;將經陳化的料漿倒掉上層清液後，用去離子水洗滌3-4次，除去沉澱溶液中含有的Cl—和多餘的Na+，然後過濾，得膏狀料漿；
(4)將膏狀料漿置於乾燥箱中，80-120°C恆溫烘乾，得到白色塊狀體，以常規方式將其研磨成粒度均勻的納米粉體；(5)將製得的納米粉體置於電阻爐中，以溫度為500-900°C的條件進行煅燒，煅燒時間為l_8h，生成電氣石物相。該方法的優點在於反應的條件相對緩和，容易實施。不足之處在於存在生產成本的問題，如原料的選擇均使用的是鈉、鎂、鋁、矽、硼等的純料，工藝步驟較多，需要多次滴定得到沉澱漿料，控制嚴格物料配比和各離子的用量。
[0009]CN102328934A公開了一種低溫條件下進行的人工電氣石合成方法，該電氣石是由礦物質在酸性溶劑中經水熱合成法製備得到的晶體納米顆粒，包括如下步驟:(1)將選定重量份的所述礦物質混合併研磨成粒徑為2-5nm的粉料；(2)將研磨後的礦物質混合物溶於選定重量份的所述酸性溶劑中，控制溫度20-30°C，壓力1-1OMPa下進行合成反應20-30h；(3)結晶；(4)將晶 體研磨至粒徑為5-15nm的粉料，即得。該專利的優點在於選用了常見的礦物質與酸性溶液製備電氣石，從原料選擇而言，無需添加任何天然電氣石；從製備工藝而言，低溫條件操作，對設備要求較為緩和；從產品的技術效果而言，其負離子釋放量最高達到12000個/cm3，與天然電氣石相比效果相似。不足之處在於礦物質限定了為粘土、麥飯石、沸石、蛇紋石或片麻巖中至少兩種的混合物，成分選擇較窄，與天然電氣石相比，元素覆蓋面有限，難以達到天然電氣石的使用效果。

【發明內容】

[0010]綜上所述，本發明的目的在於提供一種用石灰石製造電氣石的工藝。本發明所要製備得到的電氣石並非是與天然電氣石完全一樣的結構和組成，而是採用人工合成的方法製備與天然電氣石結構和組成相似的人工合成電氣石產品。以此來替代現有的天然電氣石，節省不可再生的天然資源，達到基本相似的使用效果。
[0011]本發明所述的一種用石灰石製造電氣石的工藝，包括如下步驟:
(1)研磨:將選定重量份的礦物質混合併研磨成粒徑為2-5nm的粉料；
(2)溶解:將研磨後的礦物質混合物溶於選定重量份的酸性溶劑中，控制溫度20-30°C ；
(3)反應:將步驟(2)的混合物溶液升高溫度至80-100°C，控制壓力20-30MPa，進行合成反應15-20h ；(4)結晶:蒸發析出結晶，結晶溫度為60-65°C;優選加入待蒸發溶液質量0.l-lwt%的天然電氣石粉作為晶種，更加優選0.1-0.5wt% ；
(5)再研磨:通過機械研磨將晶體研磨至粒徑為5-15nm的粉料，即得。
[0012]其中礦物質為石灰石、粘土和沸石的混合物，還包括麥飯石、蛇紋石、片麻巖中至少一種。石灰石、粘土和沸石的混合物佔所述礦物質總重量的30-50% ;以石灰石、粘土和沸石的混合物總重量為100份,石灰石的含量為20-40份。
[0013]所述酸性溶劑為氫氟酸、硫酸或高氯酸中的一種或幾種的混合溶液。礦物質與酸性溶液的重量比為2-5:1。
[0014]製得成品後，檢測負離子釋放量，並與現有技術產品進行了比較。
[0015]本發明與現有技術相比具有以下優點:一方面，從大量的現有礦物質中選取了石灰石作為必要成分原料，另一方面，通過優化反應溫度和壓力，縮短了反應時間，通過加入少量的天然電氣石粉作為晶種，降低了結晶溫度；通過上述幾方面的共同努力，使得本發明製得的人工電氣石能夠大量持續釋放負離子，經檢測負離子釋放量保持在12500個/cm3以上，最高達到14000個/cm3，效果明顯提高。
【具體實施方式】
【權利要求】
1.一種用石灰石製造電氣石的工藝，包括如下步驟: (1)研磨:將選定重量份的礦物質混合併研磨成粒徑為2-5nm的粉料； (2)溶解:將研磨後的礦物質混合物溶於選定重量份的酸性溶劑中，控制溫度20-30°C ； (3)反應:將步驟(2)的混合物溶液升高溫度至80-100°C，控制壓力，進行合成反應15-20h ； (4)結晶:蒸發析出結晶； (5)再研磨:通過機械研磨將晶體研磨至粒徑為5-15nm的粉料，即得； 其中礦物質為石灰石、粘土和沸石的混合物，還包括麥飯石、蛇紋石、片麻巖中至少一種。
2.根據權利要求1所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:步驟(3)的壓力為 20-30MPa。
3.根據權利要求1所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:步驟(4)結晶溫度為 60-65°C。
4.根據權利要求1所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:石灰石、粘土和沸石的混合物佔所述礦物質總重量的30-50%。
5.根據權利要求1所`述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:以石灰石、粘土和沸石的混合物總重量為100份，石灰石的含量為20-40份。
6.根據權利要求1-5任一項所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:所述酸性溶劑為氫氟酸、硫酸或高氯酸中的一種或幾種的混合溶液。
7.根據權利要求1任一項所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:礦物質與酸性溶液的重量比為2-5:1。
8.根據權利要求1任一項所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:步驟(4)中加入待蒸發溶液質量0.l-lwt%的天然電氣石粉作為晶種。
9.根據權利要求8所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:所用天然電氣石粉的粒徑為Inm以下。
10.根據權利要求8所述的用石灰石製造電氣石的工藝，其特徵在於:步驟(4)中加入待蒸發溶液質量0.1-0.5wt%的天然電氣石粉作為晶種。
【文檔編號】C01B33/26GK103864083SQ201410037207
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】許元興 申請人:烏魯木齊金石徽龍礦業有限公司