从黄土制备含锗溶液的方法

摘要

本发明涉及由分布于地表的黄土制备含锗溶液的方法，该方法高效、对环境友好且经济。所述方法包括：将包括炉膛土的黄土压结形成土块；在室温下将所述土块干燥24小时以上或对其进行加热干燥；在750℃～930℃将所述土块加热到红热达30分钟～60分钟；将红热的土块在水中浸渍以便将被氧化的锗提取到溶液中；以及过滤包含土块的所述水溶液。

说明书

技术领域

本发明涉及一种由分布于地表的黄土制备含锗溶液的方法，特别是涉及一种将形成土块的黄土加热至红热，并且将所述黄土块在水中浸渍而制备含锗溶液的方法，从而可以高效地得到含氧化的有机锗的溶液，而且，可以以对环境友好而又经济的方式来利用对人体有益的锗。

背景技术

锗是属于元素周期表的第四副族4B的碳族元素，元素符号为Ge，原子序数为32，融点958.5℃，沸点2,700℃。锗为半金属元素，广泛而稀少地分布于地壳之下，在锗石、硫银锗矿以及某些锌矿中可以发现锗。锗还存在于煤中，已知在某些植物中也存在锗。锗在空气中稳定，但是当被加热至红热状态时易被氧化。

在分布于泥土中的锗中，矿物锗不能被人体吸收，它作为工业原料被广泛用于电子领域。相反，有机锗可以被人体吸收而无不良影响且无毒。最近已经知道，有机锗对人体有益，例如，锗可以增强免疫系统的功能、去除有毒物质、排出重金属、促进血液的流动或循环以及供氧。因此，在诸如医疗、美容或化妆、保健食品等各个领域，有机锗得到了广泛研究和应用。

根据制备锗化合物的常规方法，在硫化物矿物的精炼过程中得到副产物氯化锗。即，燃烧含锗矿石得到锗的氧化物，然后加入煤和盐煅烧，得到作为挥发性部分的锗和镉。这些挥发性部分用硫酸吸收，并用锌粉将镉除去。然后，将所得产物干燥并煅烧，之后用盐酸蒸馏，直到最后生成氯化锗。

此外，根据另一种常规方法，通过收集煤燃烧中的煤饼的方法得到碳酸钠和石灰，将氧化铜加入其中，这样将其一同加热。然后，将得到的含锗炉渣制成粉末，在通氯的同时，加入盐酸和硫酸，在氯化铁水溶液中蒸馏所述粉末，从而得到氯化锗。

但是，在上述常规方法中，以氯化合物的粉体形式得到锗。因此，为了用于人体或者其他用途，所得物质必须经过进一步处理，这样不够经济，并且其用途不可避免地受到限制。另外，获得氯化锗的制备工艺也不够简单，并且因为制备工序中使用了各种可能有害的化学试剂，所以操作过程中要非常小心。

此外，2001年7月2日授权的韩国专利No.302277(申请号No.10-1999-31010)公开了一种由天然锗矿石制备含锗溶液的方法。在这种常规方法中，含有0.36～1.05锗的天然原矿石被粉碎成200-250目的粉末，在100-110℃下干燥1-2小时，在空气中冷却，并在1050-1100℃煅烧4-5小时。煅烧产物在空气中冷却后，加入蒸馏水使浓度达到0.5-1.0kg/l。然后，将溶液搅拌30-40分钟，过滤得到含锗溶液。

但是，根据上述专利方法，由于将天然锗矿石作为原料直接使用，所以在原料的供应上可能会受到制约。

另外，由于锗原矿石必须经粉碎并且在高于1,000℃的高温中煅烧，所以劳动力成本和生产成本将相当昂贵。

此外，由于粉碎的锗矿石直接用蒸馏水提取并过滤，所以所得到的滤液为含有颗粒的溶液。这样，所述滤液不适于用作饮用水。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明不采用天然锗矿石，而是利用通常能从地表得到的包括炉膛土的黄土作为原料。

另外，本发明不要求将锗矿石粉碎并且在高于1,000℃的高温中煅烧，这需要相当大的劳动力成本和生产成本。通过在750～930℃的适当温度范围内对黄土和炉膛土进行加热，以及通过将所述形成土块的土加热到红热，本法确实能从这些土中最大限度地提取氧化的有机锗。

因此，本发明的一个目的是提供一种从黄土制备含锗溶液的方法，通过所述方法可以廉价且以环境友好的方式得到含锗溶液。

本发明的另一个目的是提供一种制备含锗溶液的方法，该方法的生产工序和费用比上述常规方法更少。

为了达到上述目的，根据本发明，由黄土制备含锗溶液的方法包括：将包括来自炉膛的土的黄土压结形成土块；在室温下将所述土块干燥24小时以上或将其加热干燥；在750～930℃将所述土块加热到红热达30～60分钟；将红热的土块在水中浸渍以便将被氧化的锗提取到溶液中；过滤包含土块的所述溶液以生成含锗溶液。

经过滤分离出含锗溶液后，残余物包括颗粒和块状黄土。将所述残余物搅拌成为颗粒形式，这可被用作化妆品原料，以便为皮肤供氧。还可以用作皮肤保湿剂，以及作为加入到诸如食品和保健品等各种产品中的功能性原料。

上述制备方法中，根据目标用途的不同，可以通过改变浸渍在水中的红热土块的量来调整含锗溶液中的锗浓度。

根据本发明得到的有机锗对人体无有害影响，因为它在20～30小时内通过排尿完全排出。

本发明的特点在于，不采用常规方法中所使用的天然锗矿石，而是使用通常可以从地表得到的包括炉膛土的黄土作为含锗溶液的原料。炉膛土即在炉膛中反复高温加热并冷却而得到的黄土。根据已出版的文献，炉膛土对于治疗眩晕、咯血、瘫痪有很好的疗效。

本发明中使用的包括炉膛土的黄土为鸡蛋大小的块。如果黄土没有压结成块而是以其本来状态使用，那么实际上很难调节将土加热至红热的温度。即，由于单个土壤颗粒被急剧加热并快速冷却，使制备过程的效率受损，这样降低了从黄土中提取锗的效率。因此，本发明通过将黄土压结，很容易将黄土加热至红热并顺利进行整个工艺，这样提高了从黄土中提取锗的效率。

本发明中，压结黄土的过程不需要任何粘结剂。这是因为黄土凭借其粘合特性本身就可以结块而无需粘合剂。

之后，将所述黄土块在通风的室内自然干燥24个小时以上或者经加热干燥。将干燥后的土块放入加热炉内，在750～930℃加热至红热达30～60分钟。

用来加热至红热的介质可以是木炭、煤、电、燃气等。根据加热介质的不同，可以选择合适的加热炉，如木炭窑、精木炭炉、电炉、燃气炉等。

选择750℃为加热温度的下限，是因为在最低温度750℃土块开始红热，并且在750℃锗开始氧化。另外，选择930℃为加热温度的上限，是因为当温度高于958.5℃(熔点)时，锗融化并变为锭块且不能被氧化。

当土块在上述温度范围内达到红热时，锗变得不稳定并可被氧化。

此时，如果将土块浸入水中，水会沸腾并快速渗入土块中。高温热量使土块内部的水膨胀，于是水从土块中蒸发出来。

同时，土块中不稳定的氧化的锗与膨胀的水一起流出。因此，大量被氧化的锗溶解在水中。

如果希望水中氧化的锗浓度高，则应增加浸渍在水中的红热土块的量。

然后过滤上述含有氧化的锗的水，得到含锗溶液。

搅拌过滤后得到的颗粒和块状形式的残余物(沉淀)，将其用作各种产品的功能性材料。

根据含锗溶液对特定领域的适应性，可以将其用作各种产品的活性材料或者辅助材料，也可以将其用作饮用水。

具体实施方式

下面将参照实施方案对本发明的要点作进一步详细描述，但本发明的范围不限于所述实施方案。

为了实施本发明的制备方法，需要下述仪器和材料：

A.将未被污染的地表黄土和炉膛土压结而成的鸡蛋大小的土块；

B.将土块加热至红热的加热炉，例如电炉、燃气炉、木炭窑、精木炭炉；

C.未被污染的地下水(泉水)；

D.用来盛装上述“C”的容器；和

E.过滤装置

为了测定采用本发明方法制备的含锗溶液的浓度，进行下述实验。实验数据由经认证的公共分析机构——INHA大学的高级生物分离技术中心提供。

[实验1]

提取锗的条件

标准物品和条件：

1)锗原矿石：1.70kg

2)黄土块：1.60kg

3)水(泉水)：8升

4)红热温度：750～930℃

5)加热时间：30～60分钟

在下述实验2中，制备水和含锗溶液的三个样品，即，标准水(泉水)、从锗原矿石提取的水以及从黄土块提取的水各2升，并对其进行分析。在上述条件下依据本发明制备方法制备后两种含锗溶液。

[实验2]

锗含量的分析

1)分析机构：INHA大学的高级生物分离技术中心

2)分析设备：ICP-M，S

3)分析日期：2004年8月12日

4)分析结果：

所分析的目标物：在自然界存在的5种锗中，即Ge 70(20.55％)、Ge 72(27.37％)、Ge 73(7.67％)、Ge 74(36.74％)以及Ge 76(7.67％)，只分析了具有最高分布比率的Ge 72和Ge 74。

                               锗含量  Ge 72  Ge 74  Ge总量  标准水  1.04  0.89  1.93  从锗原矿石中提取的水  12.36  11.64  24.00  从黄土块中提取的水  82.82  78.53  161.35

如上所述，在Ge 72和Ge 74这两种锗的含量中，从黄土块提取的水中锗的含量是标准水中的约160倍，是从锗原矿石中提取水中的7倍。因此，假定从所述样品中分析了所有五种锗，可以认为，从黄土块提取的水中锗含量将是标准水的200倍以上。

根据本发明，可以廉价且以对环境友好的方式制备优质含锗溶液，而无需采用昂贵的设备和化学原料。

另外，由于本发明使用通常可从地表得到包括炉膛土的黄土作为含锗溶液的原料，而不是使用天然锗矿石，因此其生产工序和费用较少。

显然，对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明作各种修改和变动。如果对本发明的修改和变动落入所附的权利要求和其同等范围内，则本发明将涵盖这些修改和变动。