Способ получения синтетической бирюзы

 

Изобретение относится к способам получения искусственных поделочных камней, в частности бирюзы, и может быть использовано для производства товаров народного потребления. Поставленная цель достигается тем, что проводят смешение медьсодержащих и алюминийсодержащих соединений, фосфорной кислоты и добавок при комнатной температуре, термообработку при атмосферном давлении и температуре 110 - 130^oС в течение 0,25 - 0,5 ч, измельчение и прессование под давлением 12,5 - 25 кбар и комнатной температуре, а в качестве добавок используют соединения, содержащие щелочно-земельные металлы. 4 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения искусственных поделочных камней, в частности бирюзы, и может быть использовано для производства товаров народного потребления.

Известен способ получения синтетической бирюзы, включающий смещение тонкорастертых сульфатов и фосфатов металлов и нагревание смеси [1] Недостатком этого способа является тот факт, что изучение ее под микроскопом обнаруживает пятнистую структуру, которая не характерна для природной бирюзы.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения вяжущего, включающий смешивание при нагревании соли меди и фосфорной кислоты, затем добавления к полупродукту гидроксида алюминия [2] Недостатком данного способа является то, что упомянутый материал содержит водорастворимые соединения меди и алюминия, что приводит к вымыванию их из полученного продукта и разрушению его. Кроме того, отсутствие стадии прессования и удаления побочных продуктов (кроме соединений, входящих в состав бирюзы) приводит к уменьшению плотности материала, механической прочности (при шлифовке и обработке рассыпается) и очень долгому затвердеванию после окончательного смешивания несколько суток при комнатной температуре.

Предложенный способ устраняет указанные недостатки.

Сущность изобретения состоит в том, что смешивают медьсодержащую, алюминийсодержащую компоненты, фосфорную кислоту и возможные добавки, содержащие щелочно-земельные металлы, при комнатной температуре, проводят термообработку при 110-130^оС в течение 0,25-0,5 ч, измельчение и прессование под давлением 12,5-25 кбар при комнатной температуре.

Отличием предложенного способа является то, что смещение всех компонент ведут при комнатной температуре, термообработку при 110-130^оС в течение 0,25-0,5 ч, измельчение проводят после термообработки, после чего прессуют под давлением 12,5-25 кбар при комнатной температуре.

Смешивание всех компонентов при комнатной температуре сокращает время синтеза и упрощает технологию, нагревание компонентов при смешивании нецелесообразно, так как дальнейшая термообработка при атмосферном давлении вне закрытой пресс-формы не требует предварительного удаления воды и сушки.

Термообработка при атмосферном давлении при температуре 110-130^оС позволяет провести как удаление лишней воды после смешивания реагентов, так и завершить все химические и физико-химические процессы, протекающие при смешивании. Проводить термообработку при более высокой температуре нецелесообразно, так как излишнее повышение температуры может привести к разрушению кристаллогидратов, дающих необходимую окраску материалу, нагревание ниже 110^оС не позволяет удалить избыточный растворитель.

Проведение термообработки в течение более получаса не имеет смысла, так как все необходимые процессы успевают закончиться за указанное время. Нагревание и выдержка менее 15 мин не достаточна для испарения растворителя, что может привести к меньшей прочности конечного продукта.

Измельчение необходимо проводить после термообработки, а не до нее, так как проведение термообработки в открытом тигле не требует увеличения поверхности для удаления растворителя, что достигается благодаря проведению процесса при атмосферном давлении и температуре несколько более высокой температуры кипения растворителя, при прессовании достигается максимальное уплотнение, и для того, чтобы поместить полупродукт в контейнер для прессования необходимо измельчение образовавшихся комочков и отдельных кристаллов. Кроме того, при измельчении и помещении в контейнер достигается большая гомогенизация продукта.

Прессование ведут при комнатной температуре, так как одновременное нагревание при прессовании излишне, корректировка состава и реакции завершены при термообработке до прессования. Величина давления прессования, составляющая 12,5-25 кбар, позволяет получить продукт, обладающий свойствами природной бирюзы, в то время как использование более низких давлений уменьшает прочность получаемого материала, использование более высоких давлений приводит к плотности более высокой, чем плотность природной бирюзы, и к структурным отклонениям.

Добавление к смеси соединений, содержащих щелочно-земельные металлы позволяет получать образцы с более гладкой и блестящей поверхностью, чем образцы всех остальных составов.

П р и м е р 1. В стеклянном стакане смешивают 11,1 г (CuOH)₂СО₃, 30,6 г Al(OH)₃, 45 г (26,5 мл) 85% концентрированной Н₃РО₄. Смесь помещают в сушильный шкаф и выдерживают 15 мин при 110^оС. После охлаждения продукт растирают в ступке, добавляют несколько капель (2-3) раствора кислоты (Н₃РО₄ конц. и Н₂О в соотношении 1:1), помещают в контейнер типа "тороид" и обрабатывают давлением 12,5 кбар в течение 15 мин.

После снятия давления из контейнера вынимают образец цилиндрической формы сине-зеленого цвета, аналогичный по цвету природной бирюзе. Плотность полученного материала ρ 2,61 г/см³, твердость по шкале Мооса 4. Рентгенофазовый анализ, сделанный для полученной предлагаемым способом и природной бирюзы, показал идентичность спектров с более размытыми пиками в случае природной бирюзы. При погружении образца в воду и выдержки в течение 10-12 часов образец не изменяется.

Результаты некоторых других опытов представлены в таблице.

В качестве медьсодержащей компоненты может быть использован оксид меди (II), фосфаты меди, любые легкоразлагающиеся при термообработке соли меди, в качестве добавки, содержащей щелочно-земельный металл, можно использовать также их оксиды, гидрооксиды, фосфаты, легкоразлагающиеся при термообработке соли.

Плотность всех образцов, полученных предлагаемым способом составляет 2,58-2,63 г/см³, твердость по шкале Мооса ≈ 4.

Таким образом, сравнение предлагаемого способа с прототипом показали, что использование режимов и последовательности операций, указанных в прототипе, непригодно для получения качественного продукта даже при использовании рецептуры прототипа, наличие растворимых солей меди и алюминия в составе продукта по рецептуре прототипа приводят к вымыванию их и разрушению материала. Кроме того, применение предлагаемого способа позволяет быстро без дополнительной сушки получать продукт практически неотличающейся по своим свойствам от природной бирюзы.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИРЮЗЫ, включающий смешение фосфорной кислоты с медь- и алюминийсодержащими соединениями, измельчение и термообработку, отличающийся тем, что смешение всех соединений осуществляют при комнатной температуре, измельчение проводят после смешивания и термообработки, после чего осуществляют прессование под давлением 12,5 - 25,0 кбар.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку ведут при 110 - 130^oС.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что термообработку ведут в течение 0,25 - 0,5 ч.

4. Способ пп. 1-3, отличающийся тем, что прессование ведут при комнатной температуре.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что на смешение подают соединения, содержащие щелочноземельные металлы.

РИСУНКИ

Рисунок 1