一種用石灰石制造電氣石的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用石灰石制造電氣石的工藝，包括如下步驟：(1)研磨：將選定重量份的礦物質(zhì)混合并研磨成粒徑為2-5nm的粉料；(2)溶解：將研磨后的礦物質(zhì)混合物溶于選定重量份的酸性溶劑中，控制溫度25oC；(3)反應(yīng)：將步驟（2）的混合物溶液升高溫度至90oC，控制壓力25MPa，進(jìn)行合成反應(yīng)20h；(4)結(jié)晶：蒸發(fā)析出結(jié)晶，結(jié)晶溫度為60oC；(5)再研磨：通過機(jī)械研磨將晶體研磨至粒徑為10-15nm的粉料，即得。
【專利說明】—種用石灰石制造電氣石的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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制造電氣石的工藝。【背景技術(shù)】
[0002]電氣石在古代稱為碧璽，英文名Tourmaline，是一種以含硼為特征、化學(xué)組成復(fù)雜的鋁、鈉、鐵、鋰環(huán)狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物。天然電氣石，其化學(xué)式一般可表示為XY3Z6(T6O18)(BO3) 3V3W，根據(jù)產(chǎn)地和礦區(qū)的不同化學(xué)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(jià)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(jià)正離子，如Al3+、Cr3+、V3+、Fe3+，可以包含二價(jià)陽離子Mg2+、Fe2+ ；Τ位置一般為Si，在某些產(chǎn)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(xiàn)黑色、褐色、綠色、藍(lán)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(diǎn)群為R3m系，為一種典型的極性結(jié)晶，晶體R3m點(diǎn)群中無對(duì)稱中心，其C軸方向的正負(fù)電荷無法重合，晶體結(jié)晶兩端形成正極與負(fù)極，在無外加電場情況下，兩端正負(fù)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(chǎn)生的電勢差能使周圍的空氣發(fā)生電離，被擊中的電子附著于相近的水分子和氧分子，并使它們轉(zhuǎn)化為空氣負(fù)離子。負(fù)離子發(fā)生后在空氣中移動(dòng)，可將負(fù)電荷輸送給細(xì)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(jié)合，能達(dá)到凈化空氣的目的。因此，電氣石作為一種很好的環(huán)境功能材料，用于室內(nèi)涂料和家具、電器等的涂層材料可產(chǎn)生負(fù)離子，凈化室內(nèi)空氣。又因其具有熱電性，故隨著溫度的變化，礦物結(jié)晶體兩端可產(chǎn)生電壓，其極性離子在平衡位置振動(dòng)而引起偶極矩變化，可產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外波段的電磁輻射，這種紅外輻射對(duì)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(xiàn)狀大大受制于產(chǎn)量，并且天然電氣石屬于一種不可再生天然資源，面臨著大量短缺的問題。因此，國內(nèi)已經(jīng)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(jié)晶體及其制備方法，其中包含2-10%的電氣石，90-98%的礦物質(zhì)，上述礦物質(zhì)是粘土、麥飯石、蛇紋石或者片麻巖中的一種，其制備方法包括如下步驟:a)將上述電氣石和上述的礦物質(zhì)研磨成粒徑15nm以下的超細(xì)粒徑粉末；b)將2-10份上述的電氣石超細(xì)粒徑粉末投入90-98份上述的礦物質(zhì)超細(xì)粒徑粉末并充分混合成混合物；c)將上述的混合物以1600°C以上高溫使其完全溶熔；d)將上述的溶熔后的混合物冷卻后進(jìn)行研磨，研磨至粒徑15nm以下的人工合成電氣石結(jié)晶體。該專利的優(yōu)點(diǎn)在于所述方法得到的人工合成電氣石在實(shí)際應(yīng)用中可以產(chǎn)生大量的負(fù)離子，具有與天然電氣石相同甚至更好的效果。并給出了一條通過礦物質(zhì)合成電氣石的技術(shù)路線，對(duì)于人工合成電氣石具有一定的指導(dǎo)意義。另一方面，該專利的缺點(diǎn)主要在于1600°C的高溫對(duì)設(shè)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(duì)于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(jìn)一步，其并未給出人工合成電氣石與天然電氣石的效果對(duì)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)、硅酸鈉(Na2SiO3.9H20)、硼酸(H3BO3);然后將稱取的硼酸和硅酸鈉溶解于去離子水中配成溶液a，將稱取的氯化鋁和氯化鎂溶解于lmol/1的HCl溶液中配成溶液b ;在60±5°C條件下分別恒溫加熱攪拌溶液a和溶液b，然后將溶液a滴加到溶液b中，并在60±5°C恒溫下攪拌10-15min，得到均相溶液C，其中鎂離子的量為0.01-0.04g/ml ； (2)用堿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(shí)檢測pH值，直至滴加到PH值為9±0.5，溶液中產(chǎn)生白色絮狀沉淀停止滴加并繼續(xù)攪拌0.5-2h ;在滴加過程中須注意保持溫度恒定，若溫度出現(xiàn)較大波動(dòng)則應(yīng)待溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)再進(jìn)行滴定。(3)將步驟(2)反應(yīng)得到的料漿靜置陳化12-48h，使產(chǎn)物充分晶化;將經(jīng)陳化的料漿倒掉上層清液后，用去離子水洗滌3-4次，除去沉淀溶液中含有的Cl—和多余的Na+，然后過濾，得膏狀料漿；
(4)將膏狀料漿置于干燥箱中，80-120°C恒溫烘干，得到白色塊狀體，以常規(guī)方式將其研磨成粒度均勻的納米粉體；(5)將制得的納米粉體置于電阻爐中，以溫度為500-900°C的條件進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間為l_8h，生成電氣石物相。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)的條件相對(duì)緩和，容易實(shí)施。不足之處在于存在生產(chǎn)成本的問題，如原料的選擇均使用的是鈉、鎂、鋁、硅、硼等的純料，工藝步驟較多，需要多次滴定得到沉淀漿料，控制嚴(yán)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(jìn)行的人工電氣石合成方法，該電氣石是由礦物質(zhì)在酸性溶劑中經(jīng)水熱合成法制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(zhì)混合并研磨成粒徑為2-5nm的粉料；(2)將研磨后的礦物質(zhì)混合物溶于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(jìn)行合成反應(yīng)20-30h；(3)結(jié)晶；(4)將晶 體研磨至粒徑為5-15nm的粉料，即得。該專利的優(yōu)點(diǎn)在于選用了常見的礦物質(zhì)與酸性溶液制備電氣石，從原料選擇而言，無需添加任何天然電氣石；從制備工藝而言，低溫條件操作，對(duì)設(shè)備要求較為緩和；從產(chǎn)品的技術(shù)效果而言，其負(fù)離子釋放量最高達(dá)到12000個(gè)/cm3，與天然電氣石相比效果相似。不足之處在于礦物質(zhì)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(dá)到天然電氣石的使用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]綜上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種用石灰石制造電氣石的工藝。本發(fā)明所要制備得到的電氣石并非是與天然電氣石完全一樣的結(jié)構(gòu)和組成，而是采用人工合成的方法制備與天然電氣石結(jié)構(gòu)和組成相似的人工合成電氣石產(chǎn)品。以此來替代現(xiàn)有的天然電氣石，節(jié)省不可再生的天然資源，達(dá)到基本相似的使用效果。
[0011]本發(fā)明所述的一種用石灰石制造電氣石的工藝，包括如下步驟:
(1)研磨:將選定重量份的礦物質(zhì)混合并研磨成粒徑為2-5nm的粉料；
(2)溶解:將研磨后的礦物質(zhì)混合物溶于選定重量份的酸性溶劑中，控制溫度20-30°C ；
(3)反應(yīng):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(jìn)行合成反應(yīng)15-20h ；(4)結(jié)晶:蒸發(fā)析出結(jié)晶，結(jié)晶溫度為60-65°C;優(yōu)選加入待蒸發(fā)溶液質(zhì)量0.l-lwt%的天然電氣石粉作為晶種，更加優(yōu)選0.1-0.5wt% ；
(5)再研磨:通過機(jī)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(zhì)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占所述礦物質(zhì)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(zhì)與酸性溶液的重量比為2-5:1。
[0014]制得成品后，檢測負(fù)離子釋放量，并與現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行了比較。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):一方面，從大量的現(xiàn)有礦物質(zhì)中選取了石灰石作為必要成分原料，另一方面，通過優(yōu)化反應(yīng)溫度和壓力，縮短了反應(yīng)時(shí)間，通過加入少量的天然電氣石粉作為晶種，降低了結(jié)晶溫度；通過上述幾方面的共同努力，使得本發(fā)明制得的人工電氣石能夠大量持續(xù)釋放負(fù)離子，經(jīng)檢測負(fù)離子釋放量保持在12500個(gè)/cm3以上，最高達(dá)到14000個(gè)/cm3，效果明顯提高。
【具體實(shí)施方式】
【權(quán)利要求】
1.一種用石灰石制造電氣石的工藝，包括如下步驟: (1)研磨:將選定重量份的礦物質(zhì)混合并研磨成粒徑為2-5nm的粉料； (2)溶解:將研磨后的礦物質(zhì)混合物溶于選定重量份的酸性溶劑中，控制溫度20-30°C ； (3)反應(yīng):將步驟(2)的混合物溶液升高溫度至80-100°C，控制壓力，進(jìn)行合成反應(yīng)15-20h ； (4)結(jié)晶:蒸發(fā)析出結(jié)晶； (5)再研磨:通過機(jī)械研磨將晶體研磨至粒徑為5-15nm的粉料，即得； 其中礦物質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于:步驟(3)的壓力為 20-30MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于:步驟(4)結(jié)晶溫度為 60-65°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于:石灰石、粘土和沸石的混合物占所述礦物質(zhì)總重量的30-50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所`述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1任一項(xiàng)所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于:礦物質(zhì)與酸性溶液的重量比為2-5:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1任一項(xiàng)所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于:步驟(4)中加入待蒸發(fā)溶液質(zhì)量0.l-lwt%的天然電氣石粉作為晶種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于:所用天然電氣石粉的粒徑為Inm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用石灰石制造電氣石的工藝，其特征在于:步驟(4)中加入待蒸發(fā)溶液質(zhì)量0.1-0.5wt%的天然電氣石粉作為晶種。
【文檔編號(hào)】C01B33/26GK103864083SQ201410037207
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】許元興 申請(qǐng)人:烏魯木齊金石徽龍礦業(yè)有限公司