一种具有玉石特性的硅酸铝钠晶体的合成方法

摘要

本发明公开了一种具有玉石特性的硅酸铝钠晶体的合成方法。该合成方法以氢氧化铝和硅酸钠为初始原料，经过NaOH催化反应，生成单硅酸铝钠(NaAlSiO

说明书

技术领域

本发明涉及宝石和玉石合成领域，特别是一种具有玉石特性的硅酸铝钠晶体的合成方法。 

背景技术

宝石和玉石，自古被视为吉祥避邪之物，是高尚、纯沽、典雅、富贵、安乐、幸福的象征，与金银相比，宝石和玉石除在美观上略胜一筹外，兼具表述心志和保值的作用。由于天然宝石和玉石的贮存量稀少，不能满足社会需求，随着科学的发展，人们通过人工手段合成多种宝石和玉石，使宝石和玉石由稀奇矿物资源转变成为一种可再生资源，以满足人类的社会需求。人工合成宝石已经历了近100年的历史，如今珠宝市场上常见的合成宝石有合成红宝石，合成蓝宝石、合成星光红宝石、合成祖母绿、合成尖晶石、合成金红石和合成欧泊等。合成立方氧化锆、钇铝榴石、钆镓榴石(GGG)和钛酸锶具有钻石的菱角结构和光学特性，成为钻石的仿制品。合成宝石的方法主要有焰熔法、熔融法、水热生长法和助熔剂熔化生长法4种。 

人工合成玉石主要围绕翡翠人工合成、水晶人工合成、玛瑙人工合成和石英人工合成。其中水晶人工合成、玛瑙人工合成和石英人工合成已经获得成功并实现商品生产，由于翡翠具有特殊结构和化学特性，合成难度大，虽然美国通用公司已经合成成功，但是受成本的限制，至今仍未实现大批量商品化生产。 

虽然，社会上已经合成多种人造宝石和玉石，但是受合成技术的限制，合成的宝石和玉石的成本还很高，当前合成的宝石和玉石多用在高档奢侈品，还 不能广泛应用在人类的日常生活用品和家居装饰用品。因此，合成新型的玉石材料来满足人类的日常生活用品和家居装饰用品是有必要的。 

发明内容

本发明是提供一种具有玉石特性的硅酸铝钠晶体的合成方法。该合成方法的工艺流程为：以氢氧化铝和硅酸钠为初始原料，经过NaOH催化反应，生成单硅酸铝钠(NaAlSiO₄)，得到的单硅酸铝钠再与无机酸溶液和硅酸钠溶液混合反应，获得均质的二硅酸铝钠(NaAlSi₂O₆)固体粉末，最后经过高温聚合成块状，得到具有玉石特性的二硅酸铝钠晶体。合成工艺流程图如附图1，合成具体内容包括： 

1.单硅酸铝钠(NaAlSiO₄)固体粉末合成 

在反应釜中，首先加入氢氧化铝粉末、硅酸钠水溶液和催化剂氢氧化钠，氢氧化铝与硅酸钠摩尔比为0.5～1.0；氢氧化钠与氢氧化铝的摩尔比为0.2～2.0，反应温度10～120℃，维持反应2～48小时，反应产生单硅酸铝钠固体沉淀，经过滤得单硅酸铝钠固体沉淀，化学方程式表示为： 

2.二硅酸铝钠NaAlSi₂O₆固体粉末合成 

取单硅酸钠钠固体分散于水中，加入无机酸溶液调节酸碱度pH＝3～8，再加入与单硅酸铝钠等摩尔量的硅酸钠溶液，维持10～100℃，反应12～72小时，停止反应后，过滤得到二硅酸铝钠固体粉末，化学方程式表示为： 

NaAlSiO₄+Na₂SiO₃+2H⁺→NaAlSi₂O₆+3Na⁺+H₂O 

3.二硅酸铝钠高温聚合反应 

得到的二硅酸铝钠固体，经过压模器压模成型，转移到高温反应器中，在950～1150℃条件下发生聚合反应，反应时间4-48h，得到具有玉石特性的二硅酸铝钠复合多晶体。再经过雕琢加工，就得到二硅酸铝钠晶体玉石器件。 

本发明具有以下优点： 

(1)单硅酸铝钠和二单硅酸铝钠合成是在常压和低温条件进行，反应设备简单，操作简单，能耗小； 

(2)以单一物质成分(二单硅酸铝钠)及少量添加剂作为高温聚合反应的原料，该反应只涉及分子构象的改变，不涉及原子之间的化学键的改变，因而得到高结晶度的玉石材料，结晶度可达到90-98％； 

(3)本发明方法合成具有玉石特性的硅酸铝钠晶体具有玻璃光泽，晶莹剔透，透明度高，硬度高、强度大，具有较高弹性功能。 

(4)合成玉石可以进一步雕琢加工，制成高档器皿、工艺品和高档家居装饰品。 

(5)采用原料价格低，操作简单，使该合成玉石的成本较低，能够满足生产日常生活用器和家居装饰品的成本要求。 

附图说明

图1是本发明一种具有玉石特性的硅酸铝钠晶体的合成方法的工艺流程图。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。 

实施例1 

1.单硅酸铝钠固体粉末合成 

在反应釜中，首先加入120-300目的Al(OH)₃粉末、硅酸钠水溶液和少量NaOH催化剂，氢氧化铝与硅酸钠摩尔比为0.5；氢氧化钠与氢氧化铝的摩尔比为2.0。加热到120℃温度，并维持反应2小时，产生单硅酸铝钠固体沉淀，过滤，得单硅酸铝钠固体沉淀。 

2.二硅酸铝钠固体粉末合成 

取单硅酸钠钠固体分散于水中，加入无机酸溶液调节酸碱度，pH＝3，再加入与单硅酸铝钠等摩尔量的硅酸钠溶液，维持10℃反应72小时，停止反应后， 过滤得到二硅酸铝钠固体粉末。 

3.二硅酸铝钠超高温超高压聚合成型 

得到的二硅酸铝钠固体，经过压模器压模成型，转移到高温炉中，在950℃条件下，发生聚合反应，维持反应48h得到成型的二硅酸铝钠多晶体。经过XRD检测，结晶度达到92％。再经过雕琢加工，得到玉石器件。 

实施例2 

1.单硅酸铝钠固体粉末合成 

在反应釜中，首先加入120-300目Al(OH)₃粉末、硅酸钠水溶液和少量NaOH催化剂，氢氧化铝与硅酸钠摩尔比为0.6；氢氧化钠与氢氧化铝的摩尔比为1.0。加热到60℃温度，并维持反应24小时，产生单硅酸铝钠固体沉淀，过滤，得单硅酸铝钠固体沉淀。 

2.二硅酸铝钠固体粉末合成 

取单硅酸钠钠固体分散于水中，加入无机酸溶液调节酸碱度，pH＝5，再加入与单硅酸铝钠等摩尔量的硅酸钠溶液，维持40℃反应48小时，停止反应后，过滤得到二硅酸铝钠固体粉末。 

3.二硅酸铝钠超高温超高压聚合成型 

得到的二硅酸铝钠固体，经过压模器压模成型，转移到高温炉中，在1150℃条件下，发生聚合反应，维持反应4h得到成型的二硅酸铝钠多晶体。经过XRD检测，结晶度达到98％。再经过雕琢加工，得到玉石器件。 

实施例3 

1.单硅酸铝钠固体粉末合成 

在反应釜中，首先加入120-300目Al(OH)₃粉末、硅酸钠水溶液和少量NaOH催化剂，氢氧化铝与硅酸钠摩尔比为1.0；氢氧化钠与氢氧化铝的摩尔比为 0.2。维持10℃温度反应48小时，产生单硅酸铝钠固体沉淀，过滤，得单硅酸铝钠固体沉淀。 

2.二硅酸铝钠固体粉末合成 

取单硅酸钠钠固体分散于水中，加入无机酸溶液调节酸碱度，pH＝8，再加入与单硅酸铝钠等摩尔量的硅酸钠溶液，维持100℃反应12小时，停止反应后，过滤得到二硅酸铝钠固体粉末。 

3.二硅酸铝钠高温聚合成型 

得到的二硅酸铝钠固体，经过压模器压模成型，转移到高温炉中，在1050℃条件下发生聚合反应，维持反应24h得到成型的二硅酸铝钠多晶体。经过XRD检测，结晶度达到96％。再经过雕琢加工，得到玉石器件。