电气石质整体式蜂窝陶瓷及其制备方法

摘要

本发明公开了电气石质整体式蜂窝陶瓷，它主要由10～75%wt的电气石、2～20%wt的粘土、2～40%wt的助熔剂和1～30%wt的辅料组成，并按下述方法制备而成：先将电气石、粘土、助熔剂和辅料以及干粉成型剂按比例加入介质磨中粉碎混合成混合料，再在混合料中加适量水和液态成型剂进行捏合形成泥料，再将泥料炼泥成团，陈腐，挤制成泥段，再将泥段成型、微波定形、干燥制成半成品，再将半成品置入窑炉中在500-850℃下烧制。本发明与现有电气石制品相比，既保证了现有蜂窝陶瓷比表积高，孔隙大的特点，又可以极致发挥电气石功效，大大减少电气石用量，具有良好的节能效果。在相同温度下烧成，电气石质蜂窝陶瓷能耗是电气石球能耗的十分之一。

说明书

技术领域

 本发明属于无机非金属材料，特别涉及一种电气石质整体式蜂窝陶瓷。

背景技术

 电气石是电气石族矿物的总称,是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，又称碧玺。颜色因成分不同而异,有黑色、褐色、红色及蓝绿色等。由于电气石具有独特的异极对称结构(典型表现为热释电性和压电性),它具有很多功能和用途：

一是具有激发空气负离子的产生。当电气石与空气接触时，电气石的电场作用于空气中的水分子（水分子的电解电压为1.23伏），使之电离成为OH^-，OH^-吸引空气中的水分子形成OH^-（H₂O）_n，增加空气中的负离子浓度。空气负离子经过呼吸系统进入人体,能够刺激神经系统产生良好效应,改 善血液循环,促进人体的新陈代谢,调整血液酸碱度,活化细胞,使人能够保持充沛的精力；同时电气石产生的负离子对甲醛、苯、NO_X有消解作用，从而有效改善空气环境质量。电气石加工粉碎得越细，其静电产生得越多，电压越高。电气石所产生的静电场对空气中的带电粒子有吸附作用，可以吸附粉尘、带电离子等，净化空气。

二是它具有远红外线辐射等功能，如将电气石附着于各种衣服和床上用品上，则有利于人体血液循环，还有抗菌抗静电功能；电气石投放于水中，其远红外线辐射能使大的水分子团分解成小的水分子团，实现水的活化，并且增加水中的溶氧量。人饮用这种水后，水容易渗透细胞膜，增加细胞活性，提高人体和动物的免疫力。电气石这种活化水的功能，对水产和观赏鱼类的养殖也具有良好作用；

三是电气石接触到水便瞬间放电，使水电解成氢离子和氢氧根离子，氢离子与电气石发出的负离子结合而被中和，变成了一般的氢原子释放出来,氢氧根离子则和水分子相结合，不断产生一种表面具有活性作用的羟基负离子H₃O₂^-，经过该过程的水由于氢离子的减少而具有了弱碱性，并降低水的硬度。弱碱性的水对人体健康非常有益，有助于人体酸碱平衡和营养平衡；经电气石处理后的水，对输送、储存水的管道、水箱的金属器件有钝化作用，防止生锈、结垢；电气石质防腐涂料对海洋船舶的船体有防腐效用。电气石还有利于降低自来水的氧化还原电位(OPR)，具有使水去氧化的作用。饮用水的氧化还原电位越低，即表明水体中的氧化剂含量越少，属还原水，水质越好；水的氧化还原电位越高，易引发循环系统疾患。现在我国的自来水广泛使用氯消毒工艺处理，水的氧化还原电位很高。电气石有去除自来水中的余氯，减少氧化剂的作用。经电气石处理后的自来水，其氧化还原电位(OPR)大大降低，可以供人饮用。

四是电气石包含对人体有益的微量元素和矿物质，当水经过电气石时，电气石缓释出如锌、钙、镁、镓、锶等容易被人体接收的微量元素和矿物质，使人体得到全面、均衡的营养。例如中东许多缺水的国家，用海水蒸馏制淡水，这种纯淡水不含任何有益元素，一定要经电气石处理，补足微量元素和矿物质后，才能供饮用。

此外，电气石在电磁屏蔽，废水与污水、废气的治理等方面也有较高效能。如对含孔雀绿的水体有很好的脱色率，对含Zn²⁺、Cd²⁺、Cu ²⁺、SO₄^2-等离子的废水，以及对污水中的氨氮等都有降解作用。

鉴于电气石有如此多的优点，它已开始应用于各个领域，但都存在缺点和不足。例如，有人将电气石制成粉体，与涂料一起涂刷在墙面，以产生负离子、辐射远红外线和屏蔽电磁；或者与各种有机或无机的胶黏剂、水硬性、气硬性、热硬性结合剂等混合，再涂抹在各种构件的表面，以发射远红外线、负离子，及对水和气体进行优化处理等，但它存在不耐侵蚀，使用耐久性差，电气石层易脱落，以及单位体积的比表面积小，处理效能低，电气石用量多的缺陷；又如，有人将电气石制成陶瓷球、陶瓷环、陶瓷器皿、搪瓷器皿，用来对饮用水、饮料、酒等作优化处理，或在桑拿浴室中使用，以产生负离子。这虽然解决了使用耐久性的问题，但也同样存在单位体积的比表面积小、效能低和电气石用量大的问题；再如，为了提高电气石与气体、液体的接触面，人们又开发了电气石质多孔陶瓷（如陶瓷过滤器）和电气石质泡沫陶瓷，但它们还是存在有流体流通阻力大，且能耗高，易堵塞等问题； 还有人申请了公开号 CN101182234（申请号为：2007101684785）方法专利，虽然可以提高电气石使用效率，但存在有如下缺点：A、蜂窝陶瓷的筋壁厚仅有0.1~0.3㎜，本身就是一个很薄的薄层，再在上面浸渍一层电气石浆层，使工艺复杂，增加人工和能耗，致使成本高；B、由于电气石浆料流动性的问题，使得蜂窝陶瓷在浸渍电气石浆料时，不便控制操作，或者浆料浸渍到蜂窝陶瓷后形成的电气石涂层太厚，导致本来很小的的通孔（一般是1~3㎜的大小）变得更狭小甚至堵塞通孔；或者浸得不够，导致浸不上电气石浆料，或者浸上了浆料但因为电气石层太薄而没有功效或功效极微。

发明内容

 针对上述现有技术中人们将电气石制蜂窝陶瓷、多孔陶瓷和泡沫陶瓷所存在的问题，本发明把电气石加入到制备蜂窝陶瓷的原料中，通过混合粉碎、捏合炼泥陈腐、微波定形、干燥、煅烧而成。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述电气石质整体式蜂窝陶瓷主要由10～75%wt的电气石、2～20%wt的粘土、2～40%wt的助熔剂和1~30 %wt的辅料组成，并按下述方法制备而成：先将电气石、粘土、助熔剂和辅料以及干粉成型剂按比例加入介质磨中粉碎混合成混合料，再在混合料中加适量水和液态成型剂进行捏合形成泥料，再将泥料练泥成团，陈腐，挤制成泥段，再将泥段成型、微波定形、干燥，制成半成品，将半成品置入窑炉中在500-850℃下烧制。

所述液态成型剂为桐油、甘油、食用油、蓖麻油、蜡乳浊液或硬脂酸乳浊液等，其加入量为电气石、粘土、助熔剂和辅料四种原料总重的 6-14%；所述干粉成型剂为羟丙基纤维素（HPMC）、羧甲基纤维素（CMC）等，其加入量电气石、粘土、助熔剂和辅料的四种原料总重的 3-12%。

所述电气石为锂电气石、镁电气石、铁电气石、铁镁电气石中等天然极性矿物中一种或两种以上混合物，所述电气石颗粒细度为0.7～45μm。

所述助熔剂为长石（钠长石、锂长石、钾长石）、锂云母（预先煅烧或预先磨细）、珍珠岩、白云石、方解石、硅灰石、滑石、滑石粘土、水玻璃、釉料、含硼化合物、含硼天然矿物、硅溶胶中的至少一种和熔块的混合物，要求粒度小于54μm。

所述粘土为膨润土、球粘土、高岭土、累托石等中的一种或两种以上混合物，粘土粒度小于45μm。

所述辅料为硅藻土、沸石、海泡石、镁质粘土、麦饭石等至少一种，粒度小于54μm。

在制备本发明所述原料中还可加入电气石、粘土、助熔剂和辅助原料总重量0.1～10%wt的造孔剂；造孔剂为炭黑、木炭粉、煤粉等。要求粒度小于54μm。

现有典型蜂窝陶瓷的几何参数                 表1

通孔密度（cell/in²)200400通孔面积（mm²)2.31.21横截面总开口面积%7076壁厚（mm）0.280.15比表面积（㎡/m3）18902790

本发明首先设法使电气石与液体、气体接触的表面积尽可能增大，这样电气石对气体、液体的处理效果就会越好；其次，考虑到电气石制品只有其表面上很薄的一层可以对气体、液体发生作用，制品内部的离气体、液体较远的电气石发挥的功效极微，故将电气石制成薄壁的制品。由于蜂窝陶瓷具有比表面积大、壁薄、质轻而机械强度高的特点，因此把电气石掺入陶瓷坯料中，采用蜂窝陶瓷制备工艺制成电气石质蜂窝陶瓷制品，依托蜂窝陶瓷的高比表面积、筋壁厚仅0.1～0.3mm的特点，在不改变现有蜂窝陶瓷的筋壁大小和筋壁厚度下，使电气石均匀分布到现有蜂窝陶瓷的筋壁内部和表面上，既保证了现有蜂窝陶瓷比表积高，孔隙大的特点，又可以极致发挥电气石功效，同时大大减少电气石用量。

将电气石制成陶瓷制品，一方面可以通过陶瓷烧结的过程，使电气石活化，强化电气石固有性能，另一方面，通过烧结制成陶瓷制品，赋予电气石制品以较高的机械性能、抗侵蚀性能和热稳定性能，这比把电气石浆料直接涂刷在器件或建筑物的内外表面要经久耐用得多。由于电气石在超过一定温度（800~950℃，随电气石原料不同而不同）时，会发生相变和熔融，使电气石性能锐减，故加入低温助熔物和超微细原料（天然纳米材料如球粘土、膨润土和人工合成纳米材料如硅溶胶等），二者共同使用，促进烧结的效果好，在770℃以内可以烧制出强度高、抗侵蚀性强的电气石质蜂窝陶瓷。

本发明制成的电气石质蜂窝陶瓷，可以提供1000～3000㎡/m3的比表面积，使电气石具有与气体、液体接触的较大面积；再把蜂窝陶瓷体制成微孔陶瓷材质，则气体、液体会进入蜂窝陶瓷体壁内，这样筋壁内部的电气石也能发挥作用，与蜂窝陶瓷筋壁表层的电气石一起，从内、外两方面来作用于气体、液体。另外，蜂窝陶瓷体壁的微孔性，也有助于增强吸附气体和液体中的有毒有害物质的功效，起到降解作用。

所述电气石质蜂窝制品可以制成各种形状，用于各种空调器的出风口、电风扇、排气扇上，也可以加装在特制的装置中，用小风扇对准蜂窝陶瓷通孔吹出负离子并使气流循环；也可将电气石质蜂窝陶瓷制成圆形的，加装与管道中，用于饮用水、各种酒的连续优化处理和废水、污水的不间断治理；

所述电气石蜂窝陶瓷制品，还可用于电磁屏蔽，比用金属壳体来密封电磁辐射器件和在建筑物内外表面涂电气石涂层好，因为电气石制成的蜂窝陶瓷制品在屏蔽电磁辐射的同时，可以通风、采光、传热等。

本发明主要性能指标是：

轴向抗压强度（MPa）≥2.5，   吸水率（%）≥25%，

比重（g/cm³）  0.65~ 0.9 ，    横截面总开口面积≥70%。

本发明与现有电气石制品相比，在不改变现有蜂窝陶瓷的筋壁大小和筋壁厚度下，使电气石均匀分布到现有蜂窝陶瓷的筋壁内部和表面上，既保证了现有蜂窝陶瓷比表积高，孔隙大的特点，又可以极致发挥电气石功效，同时大大减少电气石用量，具体表现为：一是本发明制备的蜂窝状的电气石陶瓷有很高的使用功效：由于蜂窝体平行通道的每个孔的孔径仅1-2mm，当气体、液体流通过蜂窝体时，会全部被切割成1~3mm²或更细的气流或液流，在狭窄的、由电气石形成的电场中被连续地极化，累积效应逐渐增强,而收到更好的处理效果。通道越狭窄越细长，则处理效果越好。而与之相反的是，电气石球和环堆积形成的孔隙、微孔陶瓷的微米级孔、泡沫陶瓷的无规律孔道等形成的电场则是不稳定和非连续的，孔隙当量直径较大，对流体的处理效率低。远红外辐射亦是如此：在狭小的截面里，流体受蜂窝陶瓷各方向的辐射密度更大。此外，电气石质陶瓷球和环所堆积形成的孔隙、微孔陶瓷的微米级孔、泡沫陶瓷的无规律孔道等的流体阻力较整体式的蜂窝体大得多，故使用蜂窝形的电气石质陶瓷，还可使用户取得良好的节能效果。二是在经济和社会效益方面，电气石质整体式蜂窝陶瓷节约效果极为显著，以200目/吋²的蜂窝体为例，其几何比表面积约为1890m²/m³，Ф10mm的电气石球，其几何比表面积为180m²/m³左右，不计电气石质陶瓷球的极化效率低于蜂窝形电气石质陶瓷，仅以几何比表面积相同计，差不多要10~11m³的电气石球，才能达到1m³的蜂窝体的表面积。按电气石球堆积比重1.3-1.4T/m³和电气石掺量40%计，一般要使用13~15吨的电气石球，合4200～6000kg的电气石，才能达到1m³蜂窝体的水处理效果。但电气石质蜂窝陶瓷，比重650～900kg/m³，按电气石掺量10~80%计，制备1m³的电气石质蜂窝陶瓷仅需电气石65~720kg，比球形的节约了几十倍的电气石用量。另外，在烧成的节能上，也有明显的效果：同等烧成温度下，要制成1890m²的表面积，蜂窝状的电气石陶瓷只要占用大约1.2~1.3m³的窑容积，而球形的要占用窑位11~13m³左右，在相同温度下烧成，电气石质蜂窝陶瓷能耗是电气石球能耗的十分之一。

具体实施方式

实施例1，所述电气石质整体式蜂窝陶瓷，由锂电气石、球粘土、熔块、硅藻土、海泡石、镁质粘土组成，其原料的配方(重量百分比)：锂电气石32、球粘土5、熔块30、硅藻土10、海泡石18、镁质粘土5，再加入上述原料总重12%的羧甲基纤维素，和5%的蜡乳浊液、2%的硬脂酸乳浊液及4%的甘油。

按下列制备方法步骤制备而成：

a、先将锂电气石、球粘土、熔块、硅藻土、海泡石、镁质粘土、羧甲基纤维素准确称量后，按比例加入介质磨中混合、粉碎，形成混合料；

b、将混合料放入捏合机中，边搅拌边按比例加入适量的水和蜡乳浊液、硬脂酸乳浊液、甘油，充分混合不少于20分钟后形成泥料；

c、将泥料加到练泥机中挤制成泥团，再送入泥库陈腐72小时以上；

d、将陈腐好的泥料加进真空练泥机中揉练和脱气，并挤制成泥段；

e、取泥段装入液压挤出机中，挤制成蜂窝陶瓷坯体；

f、将挤出的坯体立即放入微波炉中进行定形干燥；

g、从微波炉中取出定型坯体，装入烘干设备中烘干；

h、用切割机将坯体切割成合适尺寸；

i、将坯体装入窑炉中，在20～730℃温度段，采用强氧化焰烧成，以使坯料中的有机物（纤维素、乳浊液、油等）充分氧化，并排除各种水；再在730～760℃温度段，逐步采用中性焰至弱还原焰烧成和保温，保温时间2～3小时。

其中熔块的化学成分如下（%）：

SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaOMgOK₂ONa₂O69.3~72.55.4~6.50.1~0.27.1~8.22.5~3.33.5~4.48.3~10.2

本实施例1制成的电气石质整体式蜂窝陶瓷产品主要性能如下：

规格（直径50mm，高50mm）轴向抗压强度负离子发生量吸水率比重200孔/inch²3.4MPa1400个/cm³29.3%0.76g/cm³

本实施例1产品化学成分（%）：

SiO₂Al₂O₃B₂O₃Fe₂O₃CaOMgOK₂ONa₂OLi₂OIL61.8018.243.390.412.916.571.323.310.311.20

实施例2、所述电气石质整体式蜂窝陶瓷，由镁电气石、膨润土、磨细的锂云母、熔块、硅溶胶、麦饭石等组成，其原料的配方(重量百分比)：镁电气石40、膨润土4、磨细锂云母7、熔块21、硅溶胶3（以SiO₂干基计）、麦饭石25，

加入上述原料总重4%的羟丙基甲基纤维素和 4%的桐油、6% 的食用油。

再加入上述原料总重量2%的木炭粉。

按下列制备方法步骤制备而成：

a、先将镁电气石、膨润土、麦饭石、锂云母、熔块、羟丙基甲基纤维素、木炭粉准确称量后，按比例加入介质磨中粉碎、混合形成混合料；

b、将混合料放入捏合机中，边搅拌边按比例依次加入定量的已溶有硅溶胶的水、桐油、食用油，充分混合不少于20分钟后形成泥料；

c、将泥料加到练泥机中挤制成泥团，再送入泥库陈腐72小时以上；

d、将陈腐好的泥料加进真空练泥机中揉练和脱气，并挤制成泥段；

e、取泥段装入液压挤出机中，挤制成蜂窝陶瓷坯体；

f、将挤出的坯体立即放入微波炉中进行定形干燥；

g、从微波炉中取出定型坯体，装入烘干设备中烘干；

h、用切割机将坯体切割成合适尺寸；

i、将坯体装入窑炉中，在20～730℃温度段，采用强氧化焰烧成，以使坯料中的有机物（纤维素、油等）充分氧化，并排除各种水；再在730～750℃温度段，逐步采用中性焰至弱还原焰烧成和保温，保温时间2~3小时。

本实施例2制成的电气石质整体式蜂窝陶瓷产品主要性能如下：

规格（直径50mm，高50mm）轴向抗压强度负离子发生量吸水率比重200孔/inch²3．1MPa1360个/cm³31.3%0.74 g/cm³

本实施例2产品化学成分（%）：

SiO₂Al₂O₃B₂O₃Fe₂O₃CaOMgOK₂ONa₂OLi₂OIL56.4720.424.453.642.755.012.613.070.250.85

实施例3，所述电气石质整体式蜂窝陶瓷，由镁电气石和铁电气石、熔块、膨润土和累托石、白云石、海泡石和沸石组成，其原料的配方(重量百分比)：镁电气石和铁电气石36（各占50%）、膨润土4、累托石3、白云石8、熔块30、海泡石15、沸石4，

再加入上述原料总重8%的羧甲基纤维素和7%的甘油及7%的桐油。

再加入上述原料总重量3%的煤粉。

按下列制备方法步骤制备而成：

a、先将镁和铁电气石、熔块粉、膨润土和累托石、白云石、海泡石和沸石、羧甲基纤维素、煤粉准确称量后，按比例加入介质磨中进行粉碎混合形成混合料；

b、将混合料放入捏合机中，边搅拌边按比例加入适量的水和油等，充分混合不少于20分钟后形成泥料；

c、将泥料加到练泥机中挤制成泥团，再送入泥库陈腐72小时以上；

d、将陈腐好的泥料加进真空练泥机中揉练和脱气，并挤制成泥段；

e、取泥段装入液压挤出机中，挤制成蜂窝陶瓷坯体；

f、将挤出的坯体立即放入微波炉中进行定形干燥；

g、从微波炉中取出定型坯体，装入烘干设备中烘干；

h、用切割机将坯体切割成合适尺寸；

i、将坯体装入窑炉中，在20～730℃温度段，采用强氧化焰烧成，以使坯料中的有机物（纤维素、油等）充分氧化，并排除各种水；再在730～760℃温度段，逐步采用中性焰至弱还原焰烧成和保温，保温时间2～3小时。

本实施例3制成的电气石质整体式蜂窝陶瓷产品主要性能如下：

本实施3产品化学成分（%）：

SiO₂Al₂O₃B₂O₃Fe₂O₃CaOMgOK₂ONa₂OLi₂OIL52.7016.404.084.255.968.271.433.29——1.96