專利名稱：一種具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及寶石和玉石合成領(lǐng)域，特別是一種具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體的合 成方法。
背景技術(shù)：
寶石和玉石，自古被視為吉祥避邪之物，是高尚、純沽、典雅、富貴、安樂、幸福的象 征，與金銀相比，寶石和玉石除在美觀上略勝一籌外，兼具表述心志和保值的作用。由于天 然寶石和玉石的貯存量稀少，不能滿足社會需求，隨著科學(xué)的發(fā)展，人們通過人工手段合成 多種寶石和玉石，使寶石和玉石由稀奇礦物資源轉(zhuǎn)變成為一種可再生資源，以滿足人類的 社會需求。人工合成寶石已經(jīng)歷了近100年的歷史，如今珠寶市場上常見的合成寶石有合 成紅寶石，合成藍(lán)寶石、合成星光紅寶石、合成祖母綠、合成尖晶石、合成金紅石和合成歐泊 等。合成立方氧化鋯、釔鋁榴石、釓鎵榴石(GGG)和鈦酸鍶具有鉆石的菱角結(jié)構(gòu)和光學(xué)特 性，成為鉆石的仿制品。合成寶石的方法主要有焰熔法、熔融法、水熱生長法和助熔劑熔化 生長法4種。人工合成玉石主要圍繞翡翠人工合成、水晶人工合成、瑪瑙人工合成和石英人工 合成。其中水晶人工合成、瑪瑙人工合成和石英人工合成已經(jīng)獲得成功并實(shí)現(xiàn)商品生產(chǎn)，由 于翡翠具有特殊結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，合成難度大，雖然美國通用公司已經(jīng)合成成功，但是受成 本的限制，至今仍未實(shí)現(xiàn)大批量商品化生產(chǎn)。雖然，社會上已經(jīng)合成多種人造寶石和玉石，但是受合成技術(shù)的限制，合成的寶石 和玉石的成本還很高，當(dāng)前合成的寶石和玉石多用在高檔奢侈品，還不能廣泛應(yīng)用在人類 的日常生活用品和家居裝飾用品。因此，合成新型的玉石材料來滿足人類的日常生活用品 和家居裝飾用品是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體的合成方法。該合成方法的 工藝流程為以氫氧化鋁和硅酸鈉為初始原料，經(jīng)過NaOH催化反應(yīng)，生成單硅酸鋁鈉 (NaAlSiO4),得到的單硅酸鋁鈉再與無機(jī)酸溶液和硅酸鈉溶液混合反應(yīng)，獲得均質(zhì)的二硅 酸鋁鈉(NaAlSi2O6)固體粉末，最后經(jīng)過高溫聚合成塊狀，得到具有玉石特性的二硅酸鋁鈉 晶體。合成工藝流程圖如附圖1，合成具體內(nèi)容包括1.單硅酸鋁鈉(NaAlSiO4)固體粉末合成在反應(yīng)釜中，首先加入氫氧化鋁粉末、硅酸鈉水溶液和催化劑氫氧化鈉，氫氧化鋁 與硅酸鈉摩爾比為0. 5 1. 0 ；氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為0. 2 2. 0，反應(yīng)溫度10 120°C，維持反應(yīng)2 48小時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生單硅酸鋁鈉固體沉淀，經(jīng)過濾得單硅酸鋁鈉固體沉
淀，化學(xué)方程式表示為
Na2SiO3 + Al(OH)3 酬 > NaAlSiO4 + Na OH+ H2O
2. 二硅酸鋁鈉NaAlSi2O6固體粉末合成取單硅酸鈉鈉固體分散于水中，加入無機(jī)酸溶液調(diào)節(jié)酸堿度pH = 3 8，再加入與 單硅酸鋁鈉等摩爾量的硅酸鈉溶液，維持10 100°c，反應(yīng)12 72小時(shí)，停止反應(yīng)后，過濾 得到二硅酸鋁鈉固體粉末，化學(xué)方程式表示為NaAlSi04+Na2Si03+2H+ — NaAlSi206+3Na++H203. 二硅酸鋁鈉高溫聚合反應(yīng)得到的二硅酸鋁鈉固體，經(jīng)過壓模器壓模成型，轉(zhuǎn)移到高溫反應(yīng)器中，在950 1150°C條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間4-48h，得到具有玉石特性的二硅酸鋁鈉復(fù)合多晶 體。再經(jīng)過雕琢加工，就得到二硅酸鋁鈉晶體玉石器件。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)單硅酸鋁鈉和二單硅酸鋁鈉合成是在常壓和低溫條件進(jìn)行，反應(yīng)設(shè)備簡單，操 作簡單，能耗?。?2)以單一物質(zhì)成分(二單硅酸鋁鈉)及少量添加劑作為高溫聚合反應(yīng)的原料，該 反應(yīng)只涉及分子構(gòu)象的改變，不涉及原子之間的化學(xué)鍵的改變，因而得到高結(jié)晶度的玉石 材料，結(jié)晶度可達(dá)到90-98% ；(3)本發(fā)明方法合成具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體具有玻璃光澤，晶瑩剔透，透明 度高，硬度高、強(qiáng)度大，具有較高彈性功能。(4)合成玉石可以進(jìn)一步雕琢加工，制成高檔器皿、工藝品和高檔家居裝飾品。(5)采用原料價(jià)格低，操作簡單，使該合成玉石的成本較低，能夠滿足生產(chǎn)日常生 活用器和家居裝飾品的成本要求。


圖1是本發(fā)明一種具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體的合成方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例11.單硅酸鋁鈉固體粉末合成在反應(yīng)釜中，首先加入120-300目的Al (OH)3粉末、硅酸鈉水溶液和少量NaOH催化 劑，氫氧化鋁與硅酸鈉摩爾比為0. 5 ；氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為2. 0。加熱到120°C 溫度，并維持反應(yīng)2小時(shí)，產(chǎn)生單硅酸鋁鈉固體沉淀，過濾，得單硅酸鋁鈉固體沉淀。2. 二硅酸鋁鈉固體粉末合成取單硅酸鈉鈉固體分散于水中，加入無機(jī)酸溶液調(diào)節(jié)酸堿度，pH = 3，再加入與單 硅酸鋁鈉等摩爾量的硅酸鈉溶液，維持10°c反應(yīng)72小時(shí)，停止反應(yīng)后，過濾得到二硅酸鋁 鈉固體粉末。3. 二硅酸鋁鈉超高溫超高壓聚合成型得到的二硅酸鋁鈉固體，經(jīng)過壓模器壓模成型，轉(zhuǎn)移到高溫爐中，在950°C條件下， 發(fā)生聚合反應(yīng)，維持反應(yīng)48h得到成型的二硅酸鋁鈉多晶體。經(jīng)過XRD檢測，結(jié)晶度達(dá)到 92%。再經(jīng)過雕琢加工，得到玉石器件。實(shí)施例21.單硅酸鋁鈉固體粉末合成
在反應(yīng)釜中，首先加入120-300目Al (OH) 3粉末、硅酸鈉水溶液和少量NaOH催化 劑，氫氧化鋁與硅酸鈉摩爾比為0. 6 ；氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為1. 0。加熱到60°C溫 度，并維持反應(yīng)24小時(shí)，產(chǎn)生單硅酸鋁鈉固體沉淀，過濾，得單硅酸鋁鈉固體沉淀。2. 二硅酸鋁鈉固體粉末合成取單硅酸鈉鈉固體分散于水中，加入無機(jī)酸溶液調(diào)節(jié)酸堿度，pH = 5，再加入與單 硅酸鋁鈉等摩爾量的硅酸鈉溶液，維持40°C反應(yīng)48小時(shí)，停止反應(yīng)后，過濾得到二硅酸鋁 鈉固體粉末。3. 二硅酸鋁鈉超高溫超高壓聚合成型得到的二硅酸鋁鈉固體，經(jīng)過壓模器壓模成型，轉(zhuǎn)移到高溫爐中，在1150°C條件 下，發(fā)生聚合反應(yīng)，維持反應(yīng)4h得到成型的二硅酸鋁鈉多晶體。經(jīng)過XRD檢測，結(jié)晶度達(dá)到 98%。再經(jīng)過雕琢加工，得到玉石器件。實(shí)施例31.單硅酸鋁鈉固體粉末合成在反應(yīng)釜中，首先加入120-300目Al (OH) 3粉末、硅酸鈉水溶液和少量NaOH催化 劑，氫氧化鋁與硅酸鈉摩爾比為1. 0 ；氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為0. 2。維持10°C溫度 反應(yīng)48小時(shí)，產(chǎn)生單硅酸鋁鈉固體沉淀，過濾，得單硅酸鋁鈉固體沉淀。2. 二硅酸鋁鈉固體粉末合成取單硅酸鈉鈉固體分散于水中，加入無機(jī)酸溶液調(diào)節(jié)酸堿度，pH = 8，再加入與單 硅酸鋁鈉等摩爾量的硅酸鈉溶液，維持100°c反應(yīng)12小時(shí)，停止反應(yīng)后，過濾得到二硅酸鋁 鈉固體粉末。3. 二硅酸鋁鈉高溫聚合成型得到的二硅酸鋁鈉固體，經(jīng)過壓模器壓模成型，轉(zhuǎn)移到高溫爐中，在1050°C條件下 發(fā)生聚合反應(yīng)，維持反應(yīng)24h得到成型的二硅酸鋁鈉多晶體。經(jīng)過XRD檢測，結(jié)晶度達(dá)到 96%。再經(jīng)過雕琢加工，得到玉石器件。
權(quán)利要求
一種具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體的合成方法，其特征在于，該合成方法以氫氧化鋁和硅酸鈉為初始原料，經(jīng)過氫氧化鈉催化反應(yīng)，生成單硅酸鋁鈉，得到的單硅酸鋁鈉再與無機(jī)酸溶液和硅酸鈉溶液混合反應(yīng)，獲得二硅酸鋁鈉固體粉末，最后經(jīng)過高溫聚合成塊狀，得到具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體，具體步驟包括1)單硅酸鋁鈉NaAlSiO4固體粉末合成在反應(yīng)釜中，首先加入氫氧化鋁粉末、硅酸鈉水溶液和催化劑氫氧化鈉，氫氧化鋁與硅酸鈉摩爾比為0.5～1.0；氫氧化鈉與氫氧化鋁的摩爾比為0.2～2.0，反應(yīng)溫度10～120℃，維持反應(yīng)2～48小時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生單硅酸鋁鈉固體沉淀，經(jīng)過濾得單硅酸鋁鈉固體沉淀，化學(xué)方程式表示為2)二硅酸鋁鈉NaAlSi2O6固體粉末合成取單硅酸鈉鈉固體分散于水中，加入無機(jī)酸溶液調(diào)節(jié)酸堿度pH＝3～8，再加入與單硅酸鋁鈉等摩爾量的硅酸鈉溶液，維持10～100℃，反應(yīng)12～72小時(shí)，停止反應(yīng)后，過濾得到二硅酸鋁鈉固體粉末，化學(xué)方程式表示為NaAlSiO4+Na2SiO3+2H+→NaAlSi2O6+3Na++H2O3)二硅酸鋁鈉高溫聚合反應(yīng)得到的二硅酸鋁鈉固體，經(jīng)過壓模器壓模成型，轉(zhuǎn)移到高溫反應(yīng)器中，在950～1150℃條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間4 48h，得到具有玉石特性的硅酸鋁鈉復(fù)合多晶體。FSA00000274128800011.tif
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體的合成方法。該合成方法以氫氧化鋁和硅酸鈉為初始原料，經(jīng)過NaOH催化反應(yīng)，生成單硅酸鋁鈉(NaAlSiO4)，得到的單硅酸鋁鈉再與無機(jī)酸、硅酸鈉溶液混合反應(yīng)，獲得二硅酸鋁鈉(NaAlSi2O6)固體粉末，最后經(jīng)過高溫聚合反應(yīng)，得到具有玉石特性的硅酸鋁鈉多晶體。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用原料價(jià)格低，單硅酸鋁鈉和二單硅酸鋁鈉合成是在常壓和低溫條件進(jìn)行，反應(yīng)設(shè)備簡單，操作簡單，能耗小，使該合成玉石的成本較低。2.該方法合成的玉石材料具有玻璃光澤，晶瑩剔透，透明度高，硬度高、強(qiáng)度大，具有較高彈性功能，可以進(jìn)一步雕琢加工成高檔器皿和工藝品。
文檔編號C01B33/26GK101966995SQ201010284879
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者農(nóng)光再 申請人:廣西大學(xué)