专利名称：一种电气石的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种电气石的合成方法，尤其涉及一种由常压沉淀法合成电气石物相的 方法。
背景技术：
电气石是一种组成复杂的环状硅酸盐矿物，以含硼为特征，兼有压电效应、热电效 应及自发极化效应，因其能发射红外线、释放负离子、产生生物电级电流等，而在医疗 保健、环保、建材等领域有着广泛的用途和良好的发展前景。
在现有技术中，大多采用将经机械方法自电气石矿中得到的电气石粉体与其他物质 复合进行使用。如中国发明专利(公开号为CN1800014A,
公开日为2006.07. 12)"人工 合成电气石结晶体及其制备方法"，将电气石(2%-10%)及含粘土、麦饭石等的矿物质 (98%-90%)研磨至15nm以下并混合均匀，经高温熔融后再研磨成15nm以下的粉体进 行使用。又如裴光哲将电气石磨成直径为2.6pm-140pm的微粒(占总重量约3%_98%) 与粘土 (占总重量的97%-2%)混合加水搅拌后，成型干燥烧结为直径0.5mm-50mm的 小球，可广泛用于饮用水活化，污水处理，农作物施喷水和净化空气各领域(一种电气 石陶瓷球，公开号为CN1222494，
公开日为1999.07.14)。
国内外对天然电气石矿物开采及其性能的研究较多，而有关电气石人工合成的报道 则较少。目前使用的电气石多采用矿物提纯、破碎、粉磨及表面改性等方法将电气石矿 制备成微米级或纳米级的粉体，但因电气石矿物的硬度高、耐磨度高给超细工艺带来了 困难，且产物的粒度分布宽。通过化学合成的方法有利于得到均匀的纳米粉体，研究较 多的为水热法合成电气石，将原料(多为混合氧化物)置于水热釜中，温度多在 300-70(TC,压力多在几百兆帕以上并需要反应数天的时间，得到电气石与其它化合物 的混合物；但所述方法存在设备要求高，工艺操作除温度条件外还需高压条件，且制备 成本较高等缺陷。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种常压低温下合成电气石的途 径。利用本发明方法可以直接获得电气石物相，而且整个制备过程简单，能耗和生产成 本较低。
本发明所述电气石物相的合成方法，由下述步骤组成
(1)按摩尔比为n(Mg): n(Al): n(Si): n(B)=l: 2: 2:的比例量分别称取氯化镁 (MgCl2-6H20)、氯化铝(A1C13)、硅酸钠(Na2Si03.9H20)和硼酸(H3B03);然后将 称取的H3B03和Na2SiO;r9H20溶解于去离子水中配成溶液a,将称取的A1C13和 MgClr6H20溶解于lmol/L的HCl溶液中配成溶液b;在60±5"条件下分别恒温加热 搅拌溶液a和溶液b，然后将溶液a滴加到溶液b中，并在60i5'C恒温下搅拌10 15min，得均相溶液c，其中镁离子的量为0.01-0.04g/ml;
(2) 用碱式滴定管向相溶液c中滴加浓度为1 5 moI/L、温度为60土1(TC的氢氧化 钠溶液，同时检测pH值，直至滴加到pH值为9±0.5，溶液中产生白色絮状沉淀停止滴 加并继续搅拌0.5 2h;
在滴加过程中须注意保持温度恒定，若温度出现较大波动则应待温度达到设定温度 时再进行滴定。
(3) 将步骤(2)反应得到的料浆静置陈化12 48h，使产物充分晶化；将经陈化 的料浆倒掉上层清液后，用去离子水洗涤3 4次，除去沉淀溶液中含有的cr和多余的 Na+，然后过滤，得膏状料浆；
(4) 将膏状料浆置干燥箱中，80 12(TC恒温烘干，得到白色块状体，以常规方式 将其研磨成粒度均匀的纳米粉体；
(5) 将制得的纳米粉体置于电阻炉中，以温度为500 90(TC的条件进行煅烧，煅 烧时间为1 8h，生成电气石物相。
上述电气石物相的合成方法中步骤(2)所述氢氧化钠溶液优选浓度为3mol/L、 温度为6(TC。
上述电气石物相的合成方法中步骤(3)所述料浆静置陈化时间优选24士2h。 上述电气石物相的合成方法中步骤(4)所述烘干温度优选100±5°C。 上述电气石物相的合成方法中步骤(5)所述煅烧温度优选800 90(TC,煅烧时 间优选5 6h。
其中步骤(5)所述煅烧温度进一步优选800°C,煅烧时间进一步优选6h，升温 速度以3'C/min为佳。
本发明方法中，以氢氧化钠为沉淀剂，采用沉淀-煅烧两步法合成含电气石粉体。 将沉淀物分散后煅烧可获得粒度均匀的纳米粉体，整个制备方法条件温和，设备简单， 成本较低，工艺操作也简便易行。
利用本发明方法还可以通过改变沉淀剂的浓度，沉淀PH值、煅烧工艺以及料浆浓 度等条件来控制电气石粉体的粒度、密度、结晶度等技术指标。
本发明方法为制备电气石提供了一种简单可行的合成新途径，通过该途径制得的电 气石可方便的用于医疗保健、环保及建筑等领域。
图1:为按照本发明方法制备的含电气石粉体的X射线衍射图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明所述的制备方法作进一步的说明 实施例1
(1)反应物的称量和溶液的配制。按摩尔比n(Mg): n(Al): n(Si): n(B)-l: 2: 2: 1称取氯化镁(MgCI26H20)、氯化铝(A1C13)、硅酸钠(Na2Si03'9H20)、硼酸(H3B03)。 将H3B03和Na2Si03'9H20溶解于去离子水中配成溶液(a)， A1C13和MgClr6H20溶解于1mol/L的HC1溶液中配成溶液(b)。配好的溶液(a)和(b)在恒温磁力搅拌器 上加热搅拌，保持恒温6(TC，然后在恒温搅拌下将溶液(a)缓慢滴加到溶液(b)中， 保持恒温搅拌10min，得均相溶液(c)。
(2) 滴加反应。用碱式滴定管缓慢地向保持恒温的溶液(c)中滴加3mol/L氢氧 化钠溶液，同时用PHS - 3C型精密pH计在线检测pH值，并记录pH值的变化，直至 滴加到pH-9.0，随着反应的进行，溶液中不断有白色絮状沉淀产生。在滴加过程中须注 意保持温度恒定，若出现较大波动则应待温度达到设定温度6(TC时再进行滴定。
(3) 生成处理。达到滴定终点后停止加热并继续搅拌lh以使反应物能充分反应。
(4) 陈化处理。反应得到的料浆加盖保鲜膜后静置陈化24h，使产物得以充分晶化。
(5) 清洗、过滤。将经陈化的料浆倒掉上层清液后，用去离子水洗涤3~4次，除 去沉淀溶液中含有的Cr和多余的Na+，经过滤后料桨呈膏状。
(6) 干燥。在IO(TC干燥箱中恒温烘干，得到白色块状体，将其研磨成粉。
(7) 煅烧。将制得的粉体在80(TC下煅烧6h,升温速度为3'C/min，试样随炉升温 和冷却。然后将产物经研磨、分析后证实电气石物相的的生成。其相组成如附图1所示。
实施例2
(1 )按摩尔比为n(Mg): n(Al):n(Si): n(B)-l:2:2:1的比例量分别称取MgCir6H20、 A1C13、 Na2Si03'9H20和H3B03 (单位克)；然后将称取的H3B03和Na2Si03'9H20溶 解于250ml去离子水中配成溶液a，将称取的A1C13和MgCl2'6H20溶解于lmol/L的 250ml HCl溶液中配成溶液b;在60±1 'C条件下分别恒温加热搅拌溶液a和溶液b，然 后将溶液a滴加到溶液b中，并在60士rC恒温下搅拌10 15min,得均相溶液c，其中 镁离子的量为0.01-0.04g/m；
(2) 用碱式滴定管向相溶液c中滴加浓度为5 mol/L、温度为60士rC的氢氧化钠溶 液，同时检测pH值，直至滴加到pH值为9.5，溶液中产生白色絮状沉淀停止滴加并继 续搅拌lh;
(3) 将步骤(2)反应得到的料浆静置陈化48h，使产物充分晶化；将经陈化的料 浆倒掉上层清液后，用去离子水洗涤3"4次，除去沉淀溶液中含有的Cl'和多余的Na+, 然后过滤，得膏状料浆；
(4) 将膏状料浆置干燥箱中，120'C恒温烘干，得到白色块状体，以常规方式将其
研磨成粒度均匀的纳米粉体；
(5) 将制得的纳米粉体置于电阻炉中，以温度为90(TC的条件进行煅烧，煅烧时间 为5h,生成电气石物相。
实施例3
(1 )按摩尔比为n(Mg): n(Al): n(Si): n(B)=l: 2:2:1的比例量分别称取MgCl2'6H20、 A1C13、 Na2Si03'9H20和H3B03;然后将称取的H3B03和Na2Si03'9H20溶解于去离子 水中配成溶液a，将称取的A1C13和MgClr6H20溶解于lmol/L的HCl溶液中配成溶液 b;在65。C条件下分别恒温加热搅拌溶液a和溶液b，然后将溶液a滴加到溶液b中， 并在60'C恒温下搅拌15min,得均相溶液c，其中镁离子的量为0.01-0.04g/ml;
5(2) 用碱式滴定管向相溶液c中滴加浓度为1 mol/L、温度为65。C的氢氧化钠溶液， 同时检测pH值，直至滴加到pH值为9，溶液中产生白色絮状沉淀停止滴加并继续搅拌 2h;
(3) 将步骤(2)反应得到的料桨静置陈化12h，使产物充分晶化；将经陈化的料 浆倒掉上层清液后，用去离子水洗涤3 4次，除去沉淀溶液中含有的Cr和多余的Na+, 然后过滤，得膏状料浆；
(4) 将膏状料桨置干燥箱中，8(TC恒温烘干，得到白色块状体，以常规方式将其
研磨成粒度均匀的纳米粉体；
(5) 将制得的纳米粉体置于电阻炉中，以温度为500'C的条件进行煅烧，煅烧时间 为8h,生成电气石物相。
权利要求
1.一种电气石物相的合成方法，由下述步骤组成(1)按摩尔比为n(Mg)∶n(Al)∶n(Si)∶n(B)＝1∶2∶2∶1的比例量分别称取MgCl2·6H2O、AlCl3、Na2SiO3·9H2O和H3BO3；然后将称取的H3BO3和Na2SiO3·9H2O溶解于去离子水中配成溶液a，将称取的AlCl3和MgCl2·6H2O溶解于1mol/L的HCl溶液中配成溶液b；在60±5℃条件下分别恒温加热搅拌溶液a和溶液b，然后将溶液a滴加到溶液b中，并在60±5℃恒温下搅拌10～15min，得均相溶液c，其中镁离子的量为0.01-0.04g/ml；(2)用碱式滴定管向相溶液c中滴加浓度为1～5mol/L、温度为60±10℃的氢氧化钠溶液，同时检测pH值，直至滴加到pH值为9±0.5，溶液中产生白色絮状沉淀停止滴加并继续搅拌0.5～2h；(3)将步骤(2)反应得到的料浆静置陈化12～48h，使产物充分晶化；将经陈化的料浆倒掉上层清液后，用去离子水洗涤3～4次，除去沉淀溶液中含有的Cl-和多余的Na+，然后过滤，得膏状料浆；(4)将膏状料浆置干燥箱中，80～120℃恒温烘干，得到白色块状体，以常规方式将其研磨成粒度均匀的纳米粉体；(5)将制得的纳米粉体置于电阻炉中，以温度为500～900℃的条件进行煅烧，煅烧时间为1～8h，生成电气石物相。
2. 如权利要求1所述电气石物相的合成方法，其特征是步骤(2)所述氢氧化钠溶 液浓度为3mol/L、温度为6(TC。
3. 如权利要求1所述电气石物相的合成方法，其特征是步骤(3)所述料浆静置陈 化时间是24士2h。
4. 如权利要求1所述电气石物相的合成方法，其特征是步骤(4)所述烘干温度是 100土5'C。
5. 如权利要求1所述电气石物相的合成方法，其特征是歩骤(5)所述煅烧温度为800 900°C，煅烧时间为5 6h。
6. 如权利要求5所述电气石物相的合成方法，其特征是步骤(5)所述煅烧温度为 80(TC，煅烧时间为6h，升温速度为3'C/min。
全文摘要
本发明公开了一种电气石物相的合成方法，是在恒温下配制含钠、镁、铝、硅、硼等的均相溶液，然后加入沉淀剂氢氧化钠滴加至一定pH值，获得沉淀料浆，结合后续清洗、过滤、干燥及煅烧工艺合成制得电气石粉体。利用本发明方法可以直接获得含电气石粉体，而且整个制备方法条件温和，易于实现，成本较低。沉淀产物若经分散后煅烧所得纳米电气石粉体可方便用于医疗保健、环保及建筑等领域。
文档编号C01B33/00GK101654254SQ200910018750
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者吕宇鹏, 李士同, 许文花 申请人:山东大学