专利名称：含铝和／或镁的复合硅酸盐的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硅酸盐的制备方法。
背景技术：
含铝、镁的复合硅酸盐种类繁多，功能多样，在能源、电子、材料等领域具有广泛的应用前景，许多材料已得到应用。例如利用锂霞石的负膨胀性现已制成具有极好热稳定性和抗热震性的玻璃陶瓷商品和用于喷气式飞机的高精密机器部件，堇青石基玻璃陶瓷由于具有介电常数和热膨胀系数低，力学强度高和电绝缘性能良好等优点，被认为是很有发展前景的介电材料等，但是这类硅酸盐在自然界中含量一般较少，如锂霞石只是在新疆发现少量矿藏，堇青石的天然含量也很少，并且天然矿物一般纯度很低，所以矿物无论从量上还是在质上都远远不能满足工业需要，必须走人工制备之路，现在制备铝、镁的复合硅酸盐一般常用的合成方法有固态反应法和溶胶-凝胶法，固态反应法一般用来制备纯度不高的固熔体，若要提高产物含量需用高纯超细的粉末作为反应原料，原料成本很高，此外在合成过程中需要较高温度(一般大于1000℃)和较长时间，并需严格控制温度区间，所以固态反应法的能源消耗大，对设备的要求高。溶胶-凝胶技术是低温合成材料的一种，它最早是用来制备玻璃的，但近十多年来一直是玻璃陶瓷等行业材料制备技术研究的热点。其原理是将含合成产品组成元素的金属有机化合物(常用金属的醇盐)作为先驱体，经过水解形成凝胶，这些凝胶经过烘干成为玻璃粉末并进行成型，再在较低温度下进行烧结即制备成产品，该方法存在着成本高、周期长的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简捷且成本低的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，只含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备过程为a.采用溶胶—凝胶法制备湿凝胶，b.干燥，c.热处理过程，本发明采用两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和/或Mg(OH)2完全溶于甲酸中，得甲酸铝和/或甲酸镁的溶液，将所得甲酸铝和/或甲酸镁的溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按所制的硅酸盐化学计量比混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶。既含铝和/或镁又含碱金属的复合硅酸盐的制备过程为a.采用溶胶—凝胶法制备湿凝胶，b.干燥，c.热处理过程，本发明采用两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和/或Mg(OH)2及碱金属碳酸盐同时完全溶于甲酸中，然后将所得溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按所制的硅酸盐化学计量比混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶。本发明具有以下优点1，成本低，本发明的制备方法全部选用价格较低的化学试剂，不用昂贵的金属醇盐，大大减小了生产成本；2，制备时间短，传统的溶胶—凝胶法必须经过数周老化，而固态反应法也需要经过15小时以上的热处理，耗时较长。本发明的方法对传统的溶胶—凝胶法进行了改进，提出了两步溶胶—凝胶法，该方法特征是湿凝胶分两步制备，其中第二步是传统溶胶—凝胶法所没有的，该方法在本专利中称为“两步溶胶—凝胶法”，本发明利用两步溶胶—凝胶法的第二步可以省去耗时长的老化过程，这使得合成时间大大缩短。此外，本发明提出了平板干燥法也缩短了干燥过程的时间。3，产量大，传统的溶胶—凝胶法为了保证胶体的均匀性必须严格控制制备条件，这使得该方法对设备要求较高而产量很低，而固态反应法由于受加热炉的限制也不便于大批量生产。本发明的方法易于控制反应条件，不需要特殊的设备，便于扩大生产规模，适于大批量的生产。4，纯度较高，本发明的方法由于利用了两步溶胶—凝胶法、平板干燥法和适当的热处理方法，所以能较好地解决胶体中化学元素均匀性问题，副产物较少，能满足一般领域对含铝、镁的硅酸盐的纯度要求。5，污染小，本发明的方法不使用硝酸盐作为反应前驱体，故在制备过程中不会放出毒性大的二氧化氮等气体，污染较小。
具体实施例方式
一本实施方式为对于只含铝和/或镁的硅酸盐的制备过程，它的制备过程为a.采用溶胶—凝胶法制备湿凝胶，b.干燥，c.热处理过程，本实施方式制备只含铝和/或镁的复合硅酸盐的过程中采用两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和/或Mg(OH)2完全溶于甲酸中，得甲酸铝和/或甲酸镁的溶液，将所得甲酸铝和/或甲酸镁的溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按所制的硅酸盐化学计量比混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶。干燥过程为平板干燥将湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶。热处理过程为将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得含铝和/或镁的复合硅酸盐。
具体实施例方式
二本实施方式为锂霞石(分子式为Li2O·Al2O3·2SiO2)的制备过程，首先为制备新鲜的Al(OH)3将Al(NO3)3·9H2O完全溶于蒸馏水中，加氨水到pH值为9后，即得白色胶状Al(OH)3，经布氏漏斗抽滤，蒸馏水洗涤，除去铵根、硝酸根离子后，即得新鲜的Al(OH)3，然后利用所制得的新鲜Al(OH)3制取锂霞石的过程为a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和Li2CO3同时完全溶于甲酸中，将所得溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按1molLi∶1molAl∶1molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时，第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
具体实施例方式
三本实施方式为堇青石(分子式为2MgO·2Al2O7·5SiO2)的制备方法a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和Mg(OH)2完全溶于甲酸中，得甲酸铝和甲酸镁溶液；然后将所得甲酸铝和甲酸镁溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按2molMg∶4molAl∶5molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
具体实施例方式
四本实施方式为硅酸镁(分子式为MgO·SiO2)的制备方法a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Mg(OH)2完全溶于甲酸中，得甲酸镁溶液；然后将所得甲酸镁溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按1molMg∶1molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
具体实施例方式
五本实施方式为既含铝和/或镁又含碱金属的复合硅酸盐的制备过程a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和/或Mg(OH)2及碱金属碳酸盐同时完全溶于甲酸中，然后将所得溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按所制的硅酸盐化学计量比混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
具体实施例方式
六本实施方式为莫来石(分子式为3Al2O3·2SiO2)的制备方法，a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3完全溶于甲酸中，得甲酸铝溶液；然后将所得甲酸铝溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按6molAl∶2molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
权利要求
1一种含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，它的制备过程为a.采用溶胶—凝胶法制备湿凝胶，b.干燥，c.热处理过程，其特征在于制备只含铝和/或镁的复合硅酸盐的过程中采用两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和/或Mg(OH)2完全溶于甲酸中，得甲酸铝和/或甲酸镁的溶液，将所得甲酸铝和/或甲酸镁的溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按所制的硅酸盐化学计量比混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶。
2.根据权利要求1所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于干燥过程为平板干燥将湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶。
3.根据权利要求2所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于热处理过程为将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得含铝和/或镁的复合硅酸盐。
4.根据权利要求1、2或3所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于莫来石的制备方法为a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3完全溶于甲酸中，得甲酸铝溶液；然后将所得甲酸铝溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按6molAl∶2molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
5.根据权利要求1、2或3所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于堇青石的制备方法为a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和Mg(OH)2完全溶于甲酸中，得甲酸铝和甲酸镁溶液；然后将所得甲酸铝和甲酸镁溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按2molMg∶4molAl∶5molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
6.根据权利要求1、2或3所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于硅酸镁的制备方法为a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Mg(OH)2完全溶于甲酸中，得甲酸镁溶液；然后将所得甲酸镁溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按1molMg∶1molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
7.一种含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，它的制备过程为a.采用溶胶—凝胶法制备湿凝胶，b.干燥，c.热处理过程，其特征在于制备既含铝和/或镁又含碱金属的复合硅酸盐的过程中采用两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和/或Mg(OH)2及碱金属碳酸盐同时完全溶于甲酸中，得甲酸铝和/或甲酸镁的溶液，将所得溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按所制的硅酸盐化学计量比混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时；第二步为将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶。
8.根据权利要求7所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于干燥过程为平板干燥将湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶。
9.根据权利要求8所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于热处理过程为将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得含铝和/或镁的复合硅酸盐。
10.根据权利要求7、8或9所述的含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，其特征在于锂霞石制备过程为a.两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶第一步为，将新鲜的Al(OH)3和Li2CO3同时完全溶于甲酸中，然后将所得溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按1molLi∶1molAl∶1molSi的比例混合，反应1～5小时，同时搅拌，之后在30～100℃的水浴中加热1～5小时，第二步为，将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶；b.平板干燥将所得湿凝胶平铺在水平的玻璃板上，湿凝胶厚度为0.1～0.5cm，然后在50～200℃的温度下干燥3～10小时，得干凝胶；c.热处理将干凝胶充分研磨，缓慢升温到200～600℃，保温10～60分钟，然后在600～1400℃温度下锻烧1～5小时，即得。
全文摘要
含铝和/或镁的复合硅酸盐的制备方法，它涉及一种硅酸盐的制备方法。现有固态反应法制备硅酸盐原料成本很高，且对设备的要求高。本发明只含铝和/或镁的硅酸盐及既含铝和/或镁又含碱金属的复合硅酸盐的制备过程为通过两步溶胶—凝胶法制备湿凝胶，第一步为将甲酸盐溶液与正硅酸乙酯在酸性条件下按所制的硅酸盐化学计量比混合、反应，第二步为将所得物的pH值调节为7～11，即得湿凝胶，通过平板干燥和热处理过程即得。本发明的方法易于控制反应条件，不需要特殊的设备，便于扩大生产规模，适于大批量的生产，同时具有成本低、时间短、纯度较高和污染小的优点。
文档编号C01B33/00GK1513804SQ0313247
公开日2004年7月21日 申请日期2003年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者王黎东, 费维栋 申请人:哈尔滨工业大学