專利名稱：一種復合多晶體翡翠硬玉的合成方法
技術領域：
本發明涉及寶石和玉石合成領域，特別是復合多晶體翡翠硬玉的合成方法。
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，寶石和玉石在美觀上略勝一籌。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。翡翠(Jadeite)的礦物名稱叫“鈉輝石”，也有人叫“硬玉”，分子式為NaAlSi206。 翡翠是由無數細小的纖維狀結晶縱橫交織而成的致密集合體，稱為“氈狀結構”，非常牢固 和堅韌，是玉石中最珍貴的品種之一。翡翠具有透明或者半透明的玻璃光澤，其晶體結構細 膩，色調均勻，常帶有鮮艷的綠色或者淡綠色，具有較強的觀賞性，深受中華民族和東南亞 各國人民的喜愛。優質翡翠產于緬甸密支那地區我國至今還沒有找到翡翠礦床。經過多個 世紀的挖掘，天然翡翠在自然界的存貯量已經很少，難以滿足社會需要，使得天然翡翠的價 格高居不下，并且具有快速上升的趨勢。面對市場供需矛盾，人們試圖人工合成出高檔次的翡翠。翡翠人工合成技術的研 究從19世紀就開始了。20世紀60年代的貝爾(Bell)和羅茨勃姆(Roseboom)發現翡翠是 一種低溫高壓礦物，必須在高壓條件下才能合成，至此開始了真正意義上的翡翠合成研究 工作。20世紀80年代我國吉林大學和中國科學院長春應用化學所、中國科學院貴陽地化所 等單位也進行了合成翡翠的試驗。但由于翡翠的特殊結構，很難實現由非晶體或其他晶體 向鈉鋁輝石的晶體的轉化。致色元素Cr也很難進入晶格中，所以合成效果都不理想，所得 到的往往只是一些微晶粉末或者是含有大量玻璃體的翡翠成分的混合物。與此同時，20世 紀80年代美國的通用電氣公司也開始了合成翡翠的研究。2002年，GIA首次發表了有關寶 石級合成翡翠的報道。人們采用合成寶石常用的焰熔法、熔融法、水熱生長法和助熔劑熔化生長法來合 成翡翠，均沒有獲得成功，最近，發展到超高溫超高壓合成翡翠技術。沈才卿以硅酸鈉和硅 酸鋁為原始反應原料，李慧和陳美華等采用Na2C03、A1203、SiO2和Cr2O3原始反應原料，經過 高溫常壓燒熔，得到均質的玻璃體，再以均質玻璃體為原料，經過超高溫和超高壓反應，得 到含有大量玻璃質翡翠。當前超高溫超高壓合成翡翠技術還存在以下不足(1)采用兩種以上的復合固體成分作為初始原料，由于固體的流動性能差，需要加 熱到熔融狀態才能制得均質的玻璃體原料，因而制造玻璃體原料的能耗大，需要高溫反應 設備。
(2)以玻璃體固體粉末為原料；雖然在超高溫超高壓條件下，玻璃質原料能夠部 分轉化為晶體結構，但是轉化率小，得不到高結晶度的晶體材料。(3)采用該法獲得的翡翠透明度不足；(4)該方法制得的翡翠不耐高溫，加熱到800°C后，發生結構膨脹，色澤及透明度 等光學性能也發生改變。綜上所述，由于翡翠結構特殊，合成條件苛刻，當前合成翡翠的技術水平還處在研 發現狀，受合成技術和合成成本的限制，合成翡翠還沒有達到商品化水平，還沒有實現商品 化，因而尋求新的翡翠合成方法是必要的。
發明內容
本發明的目的是提供一種復合多晶體翡翠硬玉的合成方法。本發明解決上述技術問題的技術方案如下1. 一種復合多晶體翡翠硬玉的合成方法，該方法以氫氧化鋁和硅酸鈉為原料，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，最后經過超高溫和超高壓聚合反應，得到復合多晶體 翡翠硬玉，具體操作步驟如下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 麵 > NaAlSiO4 + Na OH+ H2O2) 二單硅酸鋁鈉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) 二硅酸鋁鈉超高溫超高壓聚合反應得到的二硅酸鋁鈉固體，經過壓模器壓模成型，轉移到超高溫超高壓反應器中，在 950 1450°C，100 2000MPa條件下發生聚合反應，反應時間4_48h，得到復合多晶體翡 翠硬玉，再經過雕琢加工，就得到翡翠玉石器件，經過XRD檢測，結晶度達到90-98%，密度 3. 28-3. 37g/cm3，各種特性與天然翡翠基本一致。2. 一種復合多晶體翡翠硬玉的合成方法，是以二硅酸鋁鈉(NaAlSi2O6)固體粉末 為原料，經過壓模器壓模成型，轉移到超高溫超高壓反應器中，進行超高溫和超高壓聚合反 應，聚合反應溫度950-1450°C，反應壓力100-2000MPa，反應時間4_48h，得到復合多晶體翡 翠硬玉，再經過雕琢加工，就得到翡翠玉石器件，經過XRD檢測，結晶度達到90-98%，密度 3. 28-3. 37g/cm3，各種特性與天然翡翠基本一致。本發明的優點是
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)作為超高溫超高壓聚合反應的原料，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翡翠硬玉， 結晶度可達到90-98%。3.該方法合成的翡翠硬玉具有玻璃光澤，晶瑩剔透，透明度高，密度3. 28-3. 37g/ cm3，各種特性與天然翡翠基本一致。4.合成翡翠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。
圖1是本發明復合多晶體翡翠硬玉合成工藝流程圖。
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， 2000MPa大氣壓條件下，發生聚合反應，維持反應48h得到成型的合多晶體翡翠硬玉，經過 XRD檢測，結晶度達到92%。再經過雕琢加工，翡翠玉石器件。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1450°C， 500MPa條件下，發生聚合反應，維持反應4h得到成型的合多晶體翡翠硬玉，經過XRD檢測，
5結晶度達到98%。再經過雕琢加工，翡翠玉石器件。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1050°C， IOOOMPa條件下，發生聚合反應，維持反應24h得到成型的合多晶體翡翠硬玉，經過XRD檢 測，結晶度達到96%。再經過雕琢加工，翡翠玉石器件。
權利要求
一種復合多晶體翡翠硬玉的合成方法，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，最后經過超高溫和超高壓聚合反應，得到復合多晶體翡翠硬玉，具體操作步驟如下(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)二單硅酸鋁鈉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++H2O(3)二硅酸鋁鈉超高溫超高壓聚合反應得到的二硅酸鋁鈉固體，經過壓模器壓模成型，轉移到超高溫超高壓反應器中，在950～1450℃，100～2000MPa條件下發生聚合反應，反應時間4 48h，得到復合多晶體翡翠硬玉。FSA00000274132600011.tif
2.一種復合多晶體翡翠硬玉的合成方法，其特征在于，是以二硅酸鋁鈉(NaAlSi2O6)固 體粉末為原料，經過壓模器壓模成型，轉移到超高溫超高壓反應器中，進行超高溫和超高壓 聚合反應，聚合反應溫度950-1450°C，反應壓力100-2000MPa，反應時間4_48h。
全文摘要
本發明公開了一種復合多晶體翡翠硬玉的合成方法。該合成方法以氫氧化鋁和硅酸鈉為原料，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，最后經過超高溫超高壓聚合反應，合成具有90-98％結晶體的翡翠硬玉。翡翠硬玉經過雕琢加工，就形成翡翠玉石器件。本發明的優點是該方法合成的翡翠硬玉具有玻璃光澤，晶瑩剔透，透明度高，密度3.28-3.37g/cm3，各種特性與天然翡翠基本一致。
文檔編號C04B32/00GK101962284SQ20101028489
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者農光再 申請人:廣西大學