專利名稱：一種具有玉石特性的硅酸鋁鈉晶體的合成方法
技術領域：
本發明涉及寶石和玉石合成領域，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：
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，隨著科學的發展，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構和光學特 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獲得成功并實現商品生產，由 于翡翠具有特殊結構和化學特性，合成難度大，雖然美國通用公司已經合成成功，但是受成 本的限制，至今仍未實現大批量商品化生產。雖然，社會上已經合成多種人造寶石和玉石，但是受合成技術的限制，合成的寶石 和玉石的成本還很高，當前合成的寶石和玉石多用在高檔奢侈品，還不能廣泛應用在人類 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。
發明內容
本發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，經過NaOH催化反應，生成單硅酸鋁鈉 (NaAlSiO4),得到的單硅酸鋁鈉再與無機酸溶液和硅酸鈉溶液混合反應，獲得均質的二硅 酸鋁鈉(NaAlSi2O6)固體粉末，最后經過高溫聚合成塊狀，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，合成具體內容包括1.單硅酸鋁鈉(NaAlSiO4)固體粉末合成在反應釜中，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，反應溫度10 120°C，維持反應2 48小時，反應產生單硅酸鋁鈉固體沉淀，經過濾得單硅酸鋁鈉固體沉
淀，化學方程式表示為
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，加入無機酸溶液調節酸堿度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12 72小時，停止反應后，過濾 得到二硅酸鋁鈉固體粉末，化學方程式表示為NaAlSi04+Na2Si03+2H+ — NaAlSi206+3Na++H203. 二硅酸鋁鈉高溫聚合反應得到的二硅酸鋁鈉固體，經過壓模器壓模成型，轉移到高溫反應器中，在950 1150°C條件下發生聚合反應，反應時間4-48h，得到具有玉石特性的二硅酸鋁鈉復合多晶 體。再經過雕琢加工，就得到二硅酸鋁鈉晶體玉石器件。本發明具有以下優點(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行，反應設備簡單，操 作簡單，能耗小；(2)以單一物質成分(二單硅酸鋁鈉)及少量添加劑作為高溫聚合反應的原料，該 反應只涉及分子構象的改變，不涉及原子之間的化學鍵的改變，因而得到高結晶度的玉石 材料，結晶度可達到90-98% ；(3)本發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、強度大，具有較高彈性功能。(4)合成玉石可以進一步雕琢加工，制成高檔器皿、工藝品和高檔家居裝飾品。(5)采用原料價格低，操作簡單，使該合成玉石的成本較低，能夠滿足生產日常生 活用器和家居裝飾品的成本要求。
圖1是本發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。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步描述。實施例11.單硅酸鋁鈉固體粉末合成在反應釜中，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2小時，產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，加入無機酸溶液調節酸堿度，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72小時，停止反應后，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，經過壓模器壓模成型，轉移到高溫爐中，在950°C條件下， 發生聚合反應，維持反應48h得到成型的二硅酸鋁鈉多晶體。經過XRD檢測，結晶度達到 92%。再經過雕琢加工，得到玉石器件。實施例21.單硅酸鋁鈉固體粉末合成
在反應釜中，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24小時，產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，加入無機酸溶液調節酸堿度，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48小時，停止反應后，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，經過壓模器壓模成型，轉移到高溫爐中，在1150°C條件 下，發生聚合反應，維持反應4h得到成型的二硅酸鋁鈉多晶體。經過XRD檢測，結晶度達到 98%。再經過雕琢加工，得到玉石器件。實施例31.單硅酸鋁鈉固體粉末合成在反應釜中，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48小時，產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，加入無機酸溶液調節酸堿度，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12小時，停止反應后，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，經過壓模器壓模成型，轉移到高溫爐中，在1050°C條件下 發生聚合反應，維持反應24h得到成型的二硅酸鋁鈉多晶體。經過XRD檢測，結晶度達到 96%。再經過雕琢加工，得到玉石器件。
權利要求
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，經過氫氧化鈉催化反應，生成單硅酸鋁鈉，得到的單硅酸鋁鈉再與無機酸溶液和硅酸鈉溶液混合反應，獲得二硅酸鋁鈉固體粉末，最后經過高溫聚合成塊狀，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，反應溫度10～120℃，維持反應2～48小時，反應產生單硅酸鋁鈉固體沉淀，經過濾得單硅酸鋁鈉固體沉淀，化學方程式表示為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，加入無機酸溶液調節酸堿度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12～72小時，停止反應后，過濾得到二硅酸鋁鈉固體粉末，化學方程式表示為NaAlSiO4+Na2SiO3+2H+→NaAlSi2O6+3Na++H2O3)二硅酸鋁鈉高溫聚合反應得到的二硅酸鋁鈉固體，經過壓模器壓模成型，轉移到高溫反應器中，在950～1150℃條件下發生聚合反應，反應時間4 48h，得到具有玉石特性的硅酸鋁鈉復合多晶體。FSA00000274128800011.tif
全文摘要
本發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，經過NaOH催化反應，生成單硅酸鋁鈉(NaAlSiO4)，得到的單硅酸鋁鈉再與無機酸、硅酸鈉溶液混合反應，獲得二硅酸鋁鈉(NaAlSi2O6)固體粉末，最后經過高溫聚合反應，得到具有玉石特性的硅酸鋁鈉多晶體。本發明具有以下優點1.本發明采用原料價格低，單硅酸鋁鈉和二單硅酸鋁鈉合成是在常壓和低溫條件進行，反應設備簡單，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、強度大，具有較高彈性功能，可以進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 優先權日2010年9月27日
發明者農光再 申請人:廣西大學