CN105540767B - 一种改善水微观结构性能的矿石球 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善水微观结构性能的矿石球。所述矿石球包括壳体和内核，壳体是内部为空洞结构的球体，球体表面和空洞结构壁面分布有电气石微粒，电气石微粒表面具有空穴蔟聚结构，内核在空洞结构内。本发明有一下效果：本发明通过对电气石表面进行改造，使得电气石通过自身极化电场吸引的重金属元素离子进一步受到空穴结构的吸附作用，增加了对这些有害元素的去除效果。

Description

一种改善水微观结构性能的矿石球

技术领域

本发明涉及一种改善水微观结构性能的矿石球，属于新材料领域。

背景技术

电气石陶瓷球又称电气石球，电气石陶瓷球，电气石能量陶瓷球，电气石矿化球，托玛琳球，是利用优质电气石，食品级陶土以及多功能健康陶瓷材料复合加工而成，是一种高科技健康陶瓷产品。

中国专利201010292936.8公开了一种碱性电气石球及其制备方法，所述碱性电气石球各组分的质量比为：高岭土45~55，电气石25~35，麦饭石5~15，水5~15。该文献中电气石含量最高含量39wt%，由于其比表面积有限，与水接触性不高，并且对重金属吸附能力弱。

中国专利200510045991.6公开了多孔质陶瓷纳米级复合材料功能球，其特征是由电气石、麦饭石、沸石、黄土、活性炭、有机物扩孔剂、粘结剂制成，其配料重量百分比是：电气石20-40%、麦饭石10-25%、沸石2-10%、黄土8-15%、活性炭20-35%、有机物扩孔剂1-5%、粘结剂5-10%。该文献中电气石含量最高含量40%，由于其比表面积有限，与水接触性不高，并且对重金属吸附能力弱。

中国专利201110161532.X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。

电气石矿石球在性能上仍然存在一些缺陷：首先，作为有效成分的电气石矿石粉在矿石球中含量有限，只能占原料总质量的 15-35 wt%，如果再增高则难以烧结成型，而且电气石矿石粉容易因混合不均匀而在烧结后聚团分布，影响性能；二是矿石球的陶瓷质形态过度致密，降低了电气石成分与水的接触性，不利于远红外线、负离子等释放，也削弱了电气石自带极化电场与外界的作用；三是对重金属元素依靠电气石成分的电场吸附，吸附力较弱，容易重新释放至水体。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明目的是提供一种改善水微观结构性能的矿石球。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种改善水微观结构性能的矿石球，所述矿石球包括壳体和内核，壳体是内部为空洞结构的球体，球体表面和空洞结构壁面分布有电气石微粒，电气石微粒表面具有空穴蔟聚结构，内核在空洞结构内。

进一步，矿石球的粒径为1~5mm；壳体比表面积0.4~0.8㎡/g，密度为3~3.5g/cm³，硬度为6.8；内核为沸石颗粒，粒径为0.5~2mm，且小于矿石球粒径。

一种改善水微观结构性能的矿石球的制作方法，包括以下步骤：

1）将电气石微粒投入水中搅拌均匀形成电气石微粒悬浊液；

2）将硅酸钠水溶液及偏铝酸钠水溶液同时滴入步骤1）电气石微粒悬浊液中并调节至中性得到浆料A，该过程保持温度恒定；

3）对步骤2）得到的浆料A进行固液分离得到固体B，将固体B烘干得到粉末C，对粉末C进行煅烧得到表面具有空穴蔟聚结构的电气石微粒；

4）将步骤3）得到的表面具有空穴蔟聚结构的电气石微粒、氮化硅粉末、沸石颗粒和助剂加入至水中搅拌均匀形成浆料D，对浆料D进行离心造粒并同时进行冷凝固形成矿石球胚体；

5）矿石球胚体经过干燥、煅烧形成矿石球。

进一步，步骤1）中电气石微粒为300-350目，电气石微粒悬浊液中电气石微粒的质量浓度为40~80%。

进一步，步骤2）中硅酸钠与偏铝酸钠的摩尔比为1:1，硅酸钠滴加量为电气石微粒质量的10~20%，中硅酸钠水溶液与偏铝酸钠水溶液的质量浓度分别为5~10%，保持恒定温度50~70℃。

进一步，浆料D中各组分质量百分比为：表面具有空穴蔟聚结构的电气石微粒10~20%、氮化硅粉末5~10%、水20~30%、沸石10~20%，余量为助剂，所述助剂由以下质量百分比的物质组成石英石粉末57%、钙长石粉末19%，氧化铝粉末12%，莫来石粉末12%。

进一步，步骤3）中煅烧温度为1150~1250℃，步骤4）中冷凝固温度低于0℃，步骤5）中煅烧温度为1150~1250℃。

本发明有一下效果：

1、本发明通过对电气石表面进行改造，使得电气石通过自身极化电场吸引的重金属元素离子进一步受到空穴结构的吸附作用，增加了对这些有害元素的去除效果；

2、水和热量能够渗透通过空穴而与电气石接触，从而使电气石释放远红外线、负离子、有益微量元素以及破坏水的大分子团的能力得以充分发挥；

3、水和热量通过壳体的孔隙与内核接触，沸石对水进行离子交换，在一定程度上软化水质，并对重金属进一步固定。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

取电气石粉碎过300-350目筛，然后加入至水中搅拌均匀形成电气石微粒悬浊液，电气石微粒悬浊液中电气石微粒的质量浓度为40~80%。

取硅酸钠 （ Na₂O ·nSiO₂ ,其中 n 为模数， 表示 Na₂O与 SiO₂的摩尔比，是决定硅酸钠黏度性能的重要参数，本实施例取值 3.1-3.7）溶解于温度在 60℃以上的水中，制成硅酸钠水溶液；取偏铝酸钠溶液；将硅酸钠水溶液以及偏铝酸钠溶液同时缓慢滴加至该电气石矿石粉悬混液当中，其中硅酸钠与偏铝酸钠的摩尔比为 1:1；将滴加后的悬混液保持 60 ℃，充分搅拌；调节滴加后的悬混液至中性后保持加热至 60 ℃，并采集从悬混液沉淀的粉末，烘干沉淀的粉末后高温煅烧，煅烧温度600-800 摄氏度，优选不高于780摄氏度，最优为750摄氏度；煅烧后的粉末形成表面生长多空穴结构的电气石矿石粉微粒。电气石矿石粉微粒为表面多空穴结构生长提供了良好的基体，硅酸钠水溶液因模数较高因而具有较大黏性，从悬混液中沉淀下来的电气石矿石粉微粒表面附着了硅酸钠与偏铝酸钠的混合成分，在高温煅烧过程中，达到400摄氏度以上，硅酸钠与偏铝酸钠混合成分开始结晶，达到600摄氏度以上则结晶比较完全，形成大量规则空穴蔟聚的晶形，特别是在750摄氏度时，晶形均匀包裹电气石矿物粉微粒，空穴的孔洞构成了高通透性的通道，使水可以渗透进来而与电气石充分接触，多空穴的比表面积也增强了吸附性。

将石英石粉末57%、钙长石粉末19%，氧化铝粉末12%，莫来石粉末12%混合均匀得到助剂。

将表面具有空穴蔟聚结构的电气石微粒10~20%、氮化硅粉末5~10%、水20~30%、沸石10~20%，余量为助剂混合均匀制成浆料，将浆料冷却至 0~10摄氏度，优选为10摄氏度，静置30~60分钟，然后投入造粒机进行球形造粒，离心过程中，密度较低的沸石被包裹在中间，形成矿石球坯，却至-20 ~-30 摄氏度进行冷凝固，冷凝固时间为24~36小时，使球坯完全凝固；在球坯内部生成冰晶；然后将球坯升温到 0-5摄氏度，干燥 12~16 小时成球坯，在干燥过程中，冰晶升华去除，原来冰晶存在的位置变成孔隙。将干燥之后的球坯在 1150~1250℃煅烧5~7小时即可。

用矿石球对污水中重金属进行吸附，然后在去离子水中进行重金属析出试验，未检测到有重金属溶出。

凡在不脱离本发明核心的情况下做出的简单的变形或修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种改善水微观结构性能的矿石球的制作方法，其特征在于，包括以下步骤： 1）将电气石微粒投入水中搅拌均匀形成电气石微粒悬浊液； 2）将硅酸钠水溶液及偏铝酸钠水溶液同时滴入步骤1）电气石微粒悬浊液中并调节至中性得到浆料A，该过程保持温度恒定；3）对步骤2）得到的浆料A进行固液分离得到固体B，将固体B烘干得到粉末C，对粉末C进行煅烧得到表面具有空穴蔟聚结构的电气石微粒； 4）将步骤3）得到的表面具有空穴蔟聚结构的电气石微粒、氮化硅粉末、沸石颗粒和助剂加入至水中搅拌均匀形成浆料D，对浆料D进行离心造粒并同时进行冷凝固形成矿石球胚体； 5）矿石球胚体经过干燥、煅烧形成矿石球。

2.根据权利要求1所述的一种改善水微观结构性能的矿石球的制作方法，其特征在于，步骤1）中电气石微粒为300-350目，电气石微粒悬浊液中电气石微粒的质量浓度为40~80%。

3.根据权利要求1所述的一种改善水微观结构性能的矿石球的制作方法，其特征在于，步骤2）中硅酸钠与偏铝酸钠的摩尔比为1:1，硅酸钠滴加量为电气石微粒质量的10~20%，硅酸钠水溶液与偏铝酸钠水溶液的质量浓度分别为5~10%，保持恒定温度50~70℃。

4.根据权利要求1所述的一种改善水微观结构性能的矿石球的制作方法，其特征在于，浆料D中各组分质量百分比为：表面具有空穴蔟聚结构的电气石微粒10~20%、氮化硅粉末5~10%、水20~30%、沸石10~20%，余量为助剂，所述助剂由以下质量百分比的物质组成：石英石粉末57%、钙长石粉末19%，氧化铝粉末12%，莫来石粉末12%。

5.根据权利要求1所述的一种改善水微观结构性能的矿石球的制作方法，其特征在于，步骤3）中煅烧温度为1150~1250℃，步骤4）中冷凝固温度低于0℃，步骤5）中煅烧温度为1150~1250℃。