CN104193312B - 电气石质彩色陶瓷及其应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电气石质彩色陶瓷及其应用装置，其特征在于：该陶瓷材料包括：电气石1～35wt％，着色剂1～65wt％，页岩0～55wt％，红壤土0～50wt％，无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂15～35wt％，外加成形助剂0～15wt％。所制得产品应用在节能、保健领域的装置和用品，包括太阳能海水高效淡化装置、提高火力发电用水的蒸发效率的水预处理装置、人和动植物保健用品等。

Description

电气石质彩色陶瓷及其应用装置

技术领域

本发明涉及电气石质彩色陶瓷技术领域，及以所制得的产品制成的多种高效节能、环保保健的装置或用品，包括太阳能海水高效淡化装置、提高火力发电用水的蒸发效率的预处理系统、人和动植物保健用品。

背景技术

电气石俗称碧玺，英文名称Tourmaline(托玛琳)，系以含硼元素为典型特征的环状结构硅酸盐矿物。电气石存在自发电极、在表面厚度十几微米范围内存在10⁴～10⁷V/m的高场强……，这些特性使电气石有诸多重要功能，如产生空气负离子、发射远红外线、电解水、产生氢气、优化饮用水、屏蔽电磁波等，从而在治理大气和水体污染、提高人民健康水平、开发新能源、促进社会可持续发展方面发挥重要作用。研究发现，电气石与水作用后，可以使缔合分子数通常为30～40个的大水分子团，分解成5～6个水分子缔合成的小分子团，使水分子团的动量增加,并致水的表面张力由初始值的72.571降低为72.049mN·m^-1(Hank’s模拟体液的表面张力由72.485降为71.868mN·m^-1),这样一来，水分子更容易突破表面张力的约束,能更快蒸发,实际测试表明，水与电气石接触后，其蒸发速度可提高10.4％；电气石还能明显提高水的渗透性和溶解能力，水中溶解氧速度提高7.8％,电导率提高9.8％,钙、镁盐变得更易溶于水，而在水中溶出更多的Ca²⁺、Mg²⁺，让硬水更容易被软化,有效减少水垢……，等等。电气石与水作用后使水的蒸发速度提高10％的特性，对于以蒸发方式来制取淡水的海水淡化工艺，以及现有的传统发电方式(水—加热—蒸发为蒸汽—推动汽轮机—发电)，有巨大的节能减排意义。然而到目前为止，电气石和以电气石为原料所制成的制品和装置，均没有利用到电气石能提高水蒸发速度的性能。

以往，各类电气石陶瓷并不专门着色，结果，不能取得更多的用途、更高的使用功能，赢得更广的市场，获取更大的商业价值。其实，色彩是增加产品艺术价值、提高使用功能、拓宽应用领域，进而提高商品价值的重要途径。

例如，将电气石陶瓷烧制成黑色，能大大增加其对光热的吸收，有效加热空气、水等工质,同时，电气石可以使水的蒸发速度提高10％以上，这使得黑色电气石陶瓷能用于太阳能海水蒸馏淡化、火力发电用水的预处理……。虽然目前已有许多黑瓷的生产技术和产品，但普遍都在1000℃以上烧成，不仅能耗高、排放大，而且，以现有的1000℃以上的高温烧成技术来烧制电气石陶瓷，将使电气石在烧成时因突破其质变临界点(900℃)而分解熔融，失去其原有功能；

又如，将电气石陶瓷制成多种颜色的产品或多种颜色组合在一起的产品(例如各种雕塑、壁画)，可以拓宽应用领域，增加艺术品位，满足人们多元化的需求，从而增加购买欲望，扩展市场；

再比如，目前电气石紫砂陶瓷已有多个专利，包括“一种电气石紫砂制品”(申请号：03141973.9)、“轻质发泡电气石紫砂材料及其制备方法”(申请号：200810041318.9)、“负离子健康紫砂壶”(申请号：201210009248.5)、“对心血管具有保健作用的紫砂制品及制备方法”(申请号：201210134046.3)、“去除果蔬农药残留物及重金属的紫砂制品”(申请号：201210298358.8)，但它们都是利用紫砂泥中天然含有的Cr、Mn化合物的发色，而烧制出具有浓郁中华传统色调的朱、紫、米黄三色(为紫砂器的本色)，并衍生出多达几十种的颜色的。可是，在欧盟、美国、日本、韩国等地，对日用器皿中的Cr、Mn有严格限制，这导致与生俱来就含有Cr、Mn化合物的紫砂陶瓷，不能出口销售到上述国家。而且，上述专利技术，均为电气石或含电气石的负离子粉+紫砂泥的二元配料，都没有专门配入助熔剂，而是利用紫砂泥和电气石自身含有的助熔元素来烧成，致使产品的烧结温度高达900～1100℃，而电气石的分解、熔融温度在890～900℃以下，如此之高温会造成电气石在烧成时分解、熔融，降低电气石产品的功效。

虽然专利申请“电气石质整体式蜂窝陶瓷及其制备方法”(申请号201110161532.X)也采用了助熔剂来降低烧成温度，实现在电气石分解、熔融前完成低温烧成，但其助熔剂由含镁熔块+滑石、滑石粘土、白云石等含镁原料组成，同时该专利还以镁质粘土为要素配料，而MgO是不利于色剂发色的原料，它的存在会冲淡色剂的着色，甚至使色剂消色、完全无色。

有鉴于此，应该通过创新，采取添加健康、安全的着色剂使产品着色，并采用对色剂无影响的高效助熔剂来解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种能增加蒸汽产率，更加节能、环保的电气石质彩色陶瓷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种电气石质彩色陶瓷，该陶瓷由以下重量百分百的各组分制备而成：电气石1～35wt％，着色剂1～65wt％，页岩0～55wt％，红壤土0～50wt％，无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂15～35wt％，外加成形助剂0～15wt％。

本发明所述的电气石为铁电气石、锂电气石、镁电气石的一种或两种以上的混合物，细度为10μm以下颗粒占95％以上。

本发明所述的着色剂为陶瓷、搪瓷、玻璃用的合成色料(如Fe-Cr-Co、Fe-Cr-Co-Mn、Fe-Cr-Cu系黑色色料、包裹炭黑色料、包裹镉黄色料、铬绿色料)、含Fe、Ti、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、V的化工和有色冶炼产品(如铁红粉、钛白粉、高钛渣、工业氧化锰)、含Fe、Ti、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、V天然矿物及其精加工矿物(如铁矿石精粉、钛铁矿、铬铁矿、钒钛磁铁矿)、含Fe、Ti、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、V的尾矿和矿渣(如铁合金和钢铁工业废渣、钒钛磁铁矿提钒尾矿、电解锰渣、化工工业的硫铁矿烧渣)一种或两种以上，细度均要求325目以下，着色剂在坯料中的所占配比优选为3～65wt％。

本发明所述的页岩为蛋白石轻质页岩、泥质页岩(argillaceousshale)、铁质页岩、炭质页岩的一种或两种以上，要求细度满足在200目以下。

本发明所述的红壤土(又称红壤，见百度百科http://baike.baidu.com/view/56804.htm？fr＝aladdin)为发育于热带和亚热带雨林﹑季雨林或常绿阔叶林植被下的土壤。其主要特征是缺乏碱金属和碱土金属而富含铁﹑铝氧化物，呈酸性，色泽红，颗粒细微，有很好可塑性和粘性，要求细度为250目以下。

本发明所述的无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂系组成为SiO₂53～55％、Al₂O₃21～23％、B₂O₃6.5～8.5％、CaO12～14％、BaO2.5～3.5％的玻璃，该助熔剂不含MgO、ZnO等不利于色剂发色的化合物，也不含PbO、CdO等有毒物，且熔点低(650℃开始熔融)，故可以更广泛地适应各种色剂，确保正常发色，还有无毒、环保、低温、节能的优点。助熔剂要求粒度小于45μm。

本发明所述的成形助剂包括玉米淀粉、糊精、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、桐油、甘油中的一种或两种以上，它们在工艺过程中起增加坯料可塑性、结合性而便于成形以及提高半成品强度的作用，由于它们都是有机物，在烧成时均可以烧失掉，可使陶瓷留存有一定的孔隙性。

本发明的彩色电气石质陶瓷的制备工艺除烧成温度低于850℃以外，其他均与普通陶瓷生产工艺相同，其工艺流程为：原料配料→粉碎、混合→成形→烘干→烧成→产品。

本发明一种利用上述电气石质彩色陶瓷的太阳能海水淡化装置，该装置包括盛放海水的框体，框体上部设有玻璃罩，玻璃罩内壁上设有淡水收集槽；所述的框体的内底部设有保温层，保温层上方设有电气石质彩色陶瓷层，电气石质彩色陶瓷层上方设有海水层。

本发明另一种利用电气石质彩色陶瓷的火力发电用水的蒸发预处理装置，该装置包括电气石质彩色陶瓷壳体，所述的电气石质彩色陶瓷壳体内部设有网格状电气石质彩色陶瓷水流通道。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明的彩色电气石质陶瓷采用了特殊的无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂，不含MgO、ZnO等不利于色剂发色的化合物，也不含PbO、CdO等有毒物，且熔点低(650℃熔融)，使得电气石在烧成时不易分解、熔融，从而提高了电气石产品的功效，并可以更广泛地适应各种色剂，确保正常发色，还有无毒、环保、低温、节能的优点；制出的产品可用于制成多种节能、保健装置或用品。例如：太阳能海水淡化装置(图1)。在此装置中，安装有黑色的电气石质陶瓷(波纹形或平板形)。这样，不仅可以有效吸收太阳辐射的热能，而且电气石陶瓷可以减小水分子团，增加水分子逸出水面的动量，能使更多的水蒸发为水汽，因而具有比普通的太阳能海水淡化装置更高的蒸馏淡水的效率；火力发电用水的高效蒸发预处理装置(图2)。在进入锅炉前露天加装黑色的电气石质蜂窝陶瓷输水管，当水在蜂窝陶瓷管道中流过时，一方面黑色的蜂窝陶瓷接受太阳光照射而蓄热、升温，将热量传递给管道中的水流，使水预热升温，另一方面电气石陶瓷对流过管中的水流进行电极化，使水分子团减小而活化，变得更容易转化成气态。这样，经过预热的和活化的(即水分子更容易转化为气态)的水，水温提高且水分子分子动量增大，其进入锅炉后，蒸汽产率就会有所提高，从而减少生产每吨蒸汽的燃煤消耗和灰尘、CO₂、SO₂、NO_x等的排放；还可以直接制成对人体和动植物具有健康价值的日用器皿、盆景假山和水族箱装饰物、家居屏风、壁画、雕塑。

2.本发明的彩色电气石质陶瓷，由于配方独特，比如特殊的无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂、助剂、红壤土、着色剂等的采用，以及彼此之间特定的配方比例，充分发挥彼此之间的协同作用；特别是其助熔剂无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂的采用，有效解决了现有技术由于普遍使用含镁原料，导致色剂发色不好、色泽变淡等问题；本发明上述各原料和配方用量的采用，可以充分提高陶瓷的功效和增加蒸汽产率，更加有利于节能、环保。

附图说明

图1利用电气石质彩色陶瓷的太阳能海水淡化装置结构示意图。

如图所示：1.框体，2.玻璃罩，2.1.淡水收集槽，3.海水层，4.电气石质彩色陶瓷层，5.保温层。

图2利用电气石质彩色陶瓷的火力发电用水的蒸发预处理装置结构示意图。

如图所示：1.电气石质彩色陶瓷壳体，2.网格状电气石质彩色陶瓷水流通道。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。本发明的原料，不做特殊说明，均为市售产品，如本发明的着色剂为潮州市三原实业有限公司生产销售的各种着色剂如SYG122型号的包裹铬黄等，均为行业常规着色剂。

实施案例1

按黑色电气石18.5kg、助熔剂粉22kg、泥质页岩26kg、Fe-Cr-Co系黑色剂7kg、铬铁矿粉26.5kg配料；将上述各原料置于球磨机中加水粉磨至250目筛后余量少于0.1％；然后脱水后，采用湿法辊压工艺制成波纹状，或干粉压制工艺制成板状，将半成品体烘干后，置入窑炉内烧成，在20～450℃区间，按3～4℃/min的升温速度加热，在450～850℃区间按1～2℃/min的升温速度加热，在850℃保温90min，烧成全程采用氧化焰，冷却后出窑。烧制出的产品呈黑色，可铺贴于太阳能海水淡化用的蒸馏池内(图1)，成为新型高效太阳能海水淡化装置，本电气石陶瓷可以起到吸收太阳能辐射热，同时降低海水表面张力强化海水蒸发，以及为水池蓄热(在本电气石陶瓷中配入比重较高的铬铁矿，可以增加产品容重，提升蓄热量，至太阳落山后，高蓄热的电气石陶瓷仍可持续蒸发海水一段时间)的多重作用。

实施案例2

按黑色电气石18kg、助熔剂粉19kg、红壤土48.5kg、铁红粉12kg、钛白粉2.5kg配料；于球磨机中加水粉磨至250目筛余少于0.5％，脱水后采用辊压或干压工艺成形，制成波纹状或板状，烘干后，放入窑炉内烧成，在20～450℃区间，按3～4℃/min的升温速度加热，在450～700℃区间按1～2℃/min的升温速度加热，20～700℃区间采用氧化焰，在700～830℃区间,1～2℃/min的升温速度加热，在830℃高火保温90min，在700～830℃区间均采用还原焰烧成，这使铁、钛氧化物还原为低熔点的Ti₂O₃+FeO而呈黑色(偏蓝)。

止火后如自然冷却，则制得的产品表面因为和冷空气接触，黑色的Ti₂O₃+FeO重被氧化为TiO₂+Fe₂O₃，变为棕黄色，内部因为氧化不到仍为黑色。对于波纹状产品，可以用氢氟酸或碱溶液喷涂或浸泡的方式，溶解掉表面层，得到黑色陶瓷；对于平板状产品，可以采用磨削的方法，将表面层去掉，得到黑色陶瓷。

如采用止火后向窑内喷水的方式冷却，则因为水入窑后受热变成蒸汽，既隔绝了空气对电气石陶瓷中的Ti₂O₃+FeO的氧化，又实现了快冷而使Ti₂O₃+FeO不能充分氧化，最终也可以得到黑色的电气石陶瓷产品。

产品用途同实施案例一。

实施案例3

将黑色电气石粉、助熔剂粉预先分别烘干，钒钛矿尾渣粉预先煅烧、粉碎，依次按20.5kg、18kg、61.5kg的配比配料，沿用常规蜂窝陶瓷生产工艺制备：原料投入于球磨机中，再加入羟丙基甲基纤维素，共同粉磨、混合1.5h后，倒入搅拌机中，加水、甘油和桐油，充分搅拌，再置于真空练泥机中揉练成泥段，陈腐后即可采用湿法真空挤出工艺成形，坯体经切割、微波定型、烘干后，进行精修、检选，再放入窑炉内烧成，按1～2℃/min的升温速度加热，在830℃高火保温90min，烧成全程采用氧化焰，冷却后出窑。烧制出的产品呈黑色，可在火力发电厂，用作太阳能水预热装置和使水活化而变得易于蒸发为水蒸气的预处理器(图2)。

实施案例4

按锂电气石(白色)11kg、助熔剂粉24kg、蛋白石轻质页岩26kg、铬绿色料13kg、泥质页岩26kg，外加起成形增塑和烧成造孔作用的玉米淀粉3kg配料，于球磨机中加水粉磨，采用石膏模注浆或泥浆脱水后用可塑法手工成形的工艺，制成岩石或山体的形状，烘干后，放入窑炉内烧成，在20～450℃区间，按3～4℃/min的升温速度加热，在450～840℃区间按1～2℃/min的升温速度加热，在840℃高火保温90min，烧成全程采用氧化焰，冷却后出窑。产品呈绿色，如同长满绿色植被的岩石或山体，因含有多孔性的蛋白土，而能吸收盆景盆和空气中的水，加之电气石有促进植被生长的作用，故可以自生青苔，易于小草小树的生长，是制作山水盆景的好材料；同时，电气石质陶瓷假山还可以释放负离子，有益人体健康；其丰富的孔隙可以吸湿、放湿，起到调节局部环境的湿度和温度的作用。

实施案例5

按锂电气石(白色)12kg、助熔剂粉25kg、蛋白石轻质页岩25.5kg、包裹镉黄12.5kg、泥质页岩25kg，外加起成形增塑和烧成造孔作用的糊精4kg配料，于球磨机中加水粉磨，脱水后，采用湿法挤出工艺成形，制成拉西环形，烘干后，放入窑炉内烧成，在20～450℃区间，按3～4℃/min的升温速度加热，在450～820℃区间按1～2℃/min的升温速度加热，在820℃高火保温60min，烧成全程采用氧化焰，冷却后出窑。产品呈黄色，可置于水族箱中，起到降解氨氮和COD、BOD，增加水中溶解氧含量，杀菌抑菌，吸附毒素，促进水族健康生长的作用。同时，黄色的环形的电气石多孔陶瓷沉底于含有碧绿的水生植物的水族箱中，与各种颜色的鱼群一道，构织出绚丽多彩的景象，令人赏心悦目。

实施案例6

按黑色电气石19kg、助熔剂粉19kg、红壤土49kg、铁红粉13kg配料，于球磨机中加水粉磨至250目筛余少于0.5％，采用注浆、滚压、手工工艺成形，烘干后，放入窑炉内烧成，在20～450℃区间，按3～4℃/min的升温速度加热，在450～850℃区间按1～2℃/min的升温速度加热，在850℃高火保温90min，烧成全程采用氧化焰，冷却后出窑。产品呈庄重、高贵的黑红色，可制作成具有保健作用的茶具、酒具、盛水器具和艺术台灯的底座。

应用例

如图1所示，一种利用电气石质彩色陶瓷的太阳能海水淡化装置，该装置包括盛放海水的框体1，框体1上部设有玻璃罩2，玻璃罩2内壁上设有淡水收集槽2；所述的框体1的内底部设有保温层5(如泡沫材料、聚氨酯材料等制备的保温层)，保温层5上方设有电气石质彩色陶瓷层4(此处可采用实施例1制备的黑色电气石质陶瓷)，电气石质彩色陶瓷层4上方设有海水层3。在此装置中，安装有黑色的电气石质陶瓷(可采用波纹形或平板形)，这样，不仅可以有效吸收太阳辐射的热能，而且电气石陶瓷可以减小水分子团，增加水分子逸出水面的动量，能使更多的水蒸发为水汽变成淡水被收集于淡水收集槽内，因而具有比普通的太阳能海水淡化装置更高的蒸馏淡水的效率。图1中玻璃罩上方的三个箭头表示太阳光照射入的方向，而水蒸气则出现于海水层和玻璃罩之间。

如图2所示，一种利用电气石质彩色陶瓷的火力发电用水的蒸发预处理装置，该装置包括电气石质彩色陶瓷壳体6(此处可采用实施例3制备的黑色电气石质陶瓷)，所述的电气石质彩色陶瓷壳体6内部设有网格状电气石质彩色陶瓷水流通道7。在进入锅炉前露天加装黑色的电气石质蜂窝陶瓷输水管，当水在蜂窝陶瓷管道中流过时，一方面黑色的蜂窝陶瓷接受太阳光照射而蓄热、升温，将热量传递给管道中的水流，使水预热升温；另一方面电气石陶瓷对流过管中的水流进行电极化，使水分子团减小而活化，变得更容易转化成气态。这样，经过预热的和活化的(即水分子更容易转化为气态)的水，水温提高且水分子分子动量增大，其进入锅炉后，蒸汽产率就会有所提高，从而减少生产每吨蒸汽的燃煤消耗和灰尘、CO₂、SO₂、NO_x等的排放。图2中玻璃罩上方的三个箭头表示太阳光照射入的方向，其它俩个表示进出水方向。

Claims (6)

1.一种电气石质彩色陶瓷，其特征在于：该陶瓷由以下重量百分比的各组分制备而成：电气石1~35wt%，着色剂1~65wt%，页岩0~55wt%，红壤土0~50wt%，无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂15~35wt%，外加成形助剂0~15wt%；所述的无MgO、ZnO的玻璃质助熔剂由以下重量百分比的各组分组成：SiO₂53~55%、Al₂O₃21~23%、B₂O₃6.5~8.5%、CaO12~14%、BaO2.5~3.5%；该助熔剂要求粒度小于45μm。

2.根据权利要求1所述的电气石质彩色陶瓷，其特征在于：所述的电气石为铁电气石、锂电气石、镁电气石的一种或两种以上的混合物，细度为10μm以下颗粒占95%以上。

3.根据权利要求1所述的电气石质彩色陶瓷，其特征在于：所述的着色剂为陶瓷，搪瓷，玻璃用的合成色料，含Fe、Ti、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、V的化工和有色冶炼产品，含Fe、Ti、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、V天然矿物及其精加工矿物，含Fe、Ti、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、V的尾矿和矿渣中具体的一种或两种以上，细度均要求325目以下。

4.根据权利要求1所述的电气石质彩色陶瓷，其特征在于：所述的页岩为蛋白石轻质页岩、泥质页岩、铁质页岩、炭质页岩的一种或两种以上，要求细度满足在200目以下。

5.根据权利要求1所述的电气石质彩色陶瓷，其特征在于：所述的红壤土为发育于热带和亚热带雨林﹑季雨林或常绿阔叶林植被下的土壤；其主要特征是缺乏碱金属和碱土金属而富含铁﹑铝氧化物，呈酸性，色泽红，颗粒细微，有可塑性和粘性，要求细度为250目以下。

6.根据权利要求1所述的电气石质彩色陶瓷，其特征在于：所述成形助剂包括玉米淀粉、糊精、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、桐油、甘油中的一种或两种以上。