专利名称：一种绿泥石质固体密封传压介质的制备方法
技术领域：
本发明属于一种绿泥石质固体密封传压介质的制备方法，尤其适用于在超高压条件下进行人造金刚石、立方氮化硼合成或用于超硬材料工业其它产品的生产。
我国叶蜡石矿产资源十分丰富，矿石类型多样。叶蜡石是典型的2∶1型八面体层状硅酸盐，分子式为Al2[Si4O10](OH)2或Al2O3·4SiO2·H2O；化学成分为Al2O328.3％，SiO266.7％，H2O5％。特殊的晶体结构和晶体化学特征使叶蜡石具有较好的传压性、机械加工性、绝缘性、保温性和热稳定性等工艺性能，因而在超硬材料工业中得到广泛的应用，成为生产固体密封传压介质的良好原料。但是，大量试验和生产应用实践都证明，并不是所有产地、所有类型的叶蜡石矿都具备上述优良性能。事实上，从世界范围来说，也只有个别产地的叶蜡石矿可以用作生产固体密封传压介质的原料。目前，国外基本上采用南非的德兰士瓦矿山的叶蜡石矿为原料，其价格十分昂贵。中国目前几乎全部采用的是京西(北京门头沟)矿山的叶蜡石矿为原料，该矿已开采多年，资源日渐枯竭。
目前，我国京西叶蜡石粉压块一般采用以下生产工艺加工而成(1)将叶蜡石矿石破碎、筛分成粗、中、细三个粒级；(2)以水玻璃为粘接剂，将不同粒级叶蜡石矿按一定配比混合拌匀；(3)将混合拌匀的物料按一定重量装入模具中，在一定压力下成形；(4)将成形块放入烘烤设备中，在一定温度下烘烤。通常采用的烘烤制度是100℃×2h→200℃×2h→≤300℃×2h。采用这种工艺生产的京西叶蜡石粉压块的严重缺陷之一就是很容易“长霉”变质。在气候比较潮湿的季节或地区，“长霉”现象更为严重，以致使大量粉压块产品在运输和存放过程中就变质报废。许多叶蜡石粉压块生产厂家因此而收不到货款，而粉压块使用厂家往往因此而产生放炮等事故，造成很大的经济损失。这已成为超硬材料工业生产的老大难问题之一。其原因可能与京西叶蜡石矿原料自身性质和生产工艺等有一定关系。
值得一提的是，白云石也具有较好的保温隔热性能，传压性也比较好，因此有人以白云石为原料研制可替代叶蜡石的固体密封传压介质，并进行了较多的试验，取得了一定的效果。但是，由于这种固体传压介质还存在稳定性较差等缺陷，迄今未能得到推广。
本发明的目的是提供了一种绿泥石质固体密封传压介质的制备方法，以绿泥石和叶蜡石为原料，工艺简便，方法易行，解决了资源短缺、原料价格昂贵和粉压块容易长霉变质的问题。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术措施绿泥石(Chlorite)属2∶1型含水的层状硅酸盐，化学组成通式为(R6-y-22+、Ry3+□z)(Si4-xRx3+)O10(OH)8；晶胞参数a≌0.53nm,b≌0.92nm,Csinβ≌n×1.42nm,β≌97°或90°；空间群主要为C2/m,Cm,Cl,Cl。由于绿泥石的化学成分非常复杂，结构中存在大量的类质同像替换，所以种属繁多。1991年，由Martin和Bailey联合起草的AIPEA委员会关于修正粘土矿物分类报告中，依据八面体特征，将绿泥石划分为三八面体(tri-tri)、二八面体(di-di)和二八-三八面体(di-tri)等三个亚族。在自然界，大多数绿泥石属于三八面体绿泥石亚族，而其余两个亚族的绿泥石矿物要少得多。斜绿泥石(Clinochlorite)[(Mg5Al)(Si3Al)O10(OH)8]、缅绿泥石(chamosite)[(FeAl)(Si3Al)o10(OH)8]是三八面体型的典型代表，顿绿泥石(dobassite)[Al2(Si3Al)O10(OH)2·Al2.33(OH)6]是典型的二八面体型，锂绿泥石[Al2(Si3Al)o10(OH)2·(Al2Li)(OH)6]和须藤绿泥石[Al2(Si3Al)o10(OH)2·(Mg2Al)(OH)6]则是典型的二八-三八面体型。绿泥石与其它2∶1型层状硅酸盐矿物主要区别是，其结构单元层的层同域被带有正电荷的八面体所充填，构成在一定温度条件能够稳定的1.4nm基本结构单元。由于位于层间的羟基与上下层的基面氧之间形成了较强的氢键，所以层间八面体片具有较高的热稳定性。在一定的温度下，当位于层间八面体片中的羟基消失时，其晶体结构与叶蜡石和滑石有许多相似之处。值得注意的是，根据X射线衍射分析结果，一些种类的绿泥石(如顿绿泥石、斜绿泥石、缅绿泥石等)在2∶1结构单元层中的羟基也消失后，在一定的温度范围内仍有d(002)衍射峰显示，说明此时还保持片状结构。这一特征与叶蜡石脱羟后的结构特征也很相似。在2∶1型层状硅酸盐中，具有这种现象的矿物是不多见的。进一步研究发现，经过450℃-700℃高温处理后的绿泥石，再按一定比例与叶蜡石矿所组成的混合物，或者将天然的绿泥石叶蜡石矿、叶蜡石绿泥石矿经同样温度处理后，都具有比单纯的叶蜡石矿更优良的密封传压和保温隔热性能。本发明的特征是，产品粉压块、密封圈和堵头等中含有绿泥石或脱水绿泥石等矿物，通过X射线粉晶衍射分析(XRD)、红外吸收光谱分析(IR)和差热一热失重分析(DTA-TG)等方法能确定出它们的存在。如在XRD图谱中，能够确定绿泥石或脱水绿泥存在的主要衍射峰有d(001)=13.2-14.7nm,d(002)=0.7-0.73nm,d(003)=0.44-0.475nm,D(004)=0.34-0.36nm,d(005)=0.24-0.286nm等。其步骤是首先将矿石质检；其次是将质检的矿石破碎与分级；第三是配料；第四是将配料放入模具中成形；其特征是将绿泥石、叶蜡石的粉压块放入烘烤设备中烘烤与焙烧，其最终烘烤与焙烧的温度为450-700℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果绿泥石质固体密封传压介质(简称“绿泥石粉压块”，下同)已在大中型企业采用HCY-8型6×8MN六面顶压机进行了人造金刚石合成生产应用试验，并对绿泥石粉压块进行了一年多的防霉能力观察，结果证明本发明效果十分显著。
1、密封传压和绝缘保温性能好。生产应用试验表明，绿泥石粉压块的密封边较窄，相变层也比较薄，压力反映敏感，易于调控，整个生产应用试验中没有出现裂锤和放炮现象。这些都说明绿泥石粉压块具有优良的密封传压性能。同时，绿泥石粉压块所需压力与京西粉压块相当，但是金刚石合成中电流表节能格数比京西粉压块低2-3格，说明绿泥石粉压块的绝缘与保温防热性能比京西粉压块更加优良。
2、金刚石合成产量质量俱佳。生产应用试验证明，采用绿泥石粉压块合成的金刚石平均单产量高于京西粉压块，而且金刚石晶形完整，晶面平光，颜色鲜黄，透明度高，质量好。
3、绿泥石粉压块稳定性好。在生产应用试验中，金刚石合成工艺参数比较稳定。更为重要的是，至本发明申请之日为止，绿泥石粉压块已在没有任何防潮和密封条件下存放一年多，其间还经历了3个月的南方霉雨季节，但迄今未发现任何“长霉”变质现象。
4、工艺简便，方法易行，资源丰富，生产成本低廉。
5、经济社会效益明显。绿泥石粉压块所用的绿泥石叶蜡石矿的矿山现有售价每吨仅在150元左右，而京西叶蜡石矿每吨售价在1000元左右，二者明显的价格差是不言而喻的。由于绿泥石粉压块可长期存放不“长霉”变质，可避免产品变质报废及放炮事故等所产生的损失，具有广泛的经济和社会效益。
实施例1采用天然的顿绿泥石叶蜡石矿为原料，其步骤是第1是矿石质检，其矿物成分为顿绿泥石10-30％、叶蜡石70-90％，另含少量硬水铝石、石英等矿物，其化学成分为Al2O328-32％，SiO257-61％，烧失量6-7％，其它成分(包括TFe、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5)总量在1-3％。此外矿石在使用前应清除带入的泥土、草根、木屑等杂物。第2是将质检的矿石破碎与分级，首先采用颚式破碎机和对辊机等设备，将矿石破碎至(2mm的粒度；其次是采用筛分设备将破碎后矿石筛分粗(16-40目)、中(40-80目)、细(80-200目)等三个粒级。第3是配料，首先将破碎的矿石按粗颗粒20-30％、中颗粒55-65％、细颗粒10-20％的比例分别称取不同粒级的物料，并加4-7％的水玻璃作为粘接剂；其次是将粗、中、细颗粒混合均匀。第4是放入模具中成形，首先根据粉压块不同型号称取一定量的混合物料装入成型模具中，例如φ18腔体32mm3粉块压块，一般称取物料为65-75g；其次是在压机上压制成型。第5是烘烤与焙烧，首先将压制成形的粉压块、密封圈等有规则地装放到烘烤设备中；其次是烘烤与焙烧的温度按100℃×2h→200℃×2h→(450-700℃)×2h控制，最后便得到绿泥石质固体密封传压介质。
实施例2采用绿泥石矿和叶蜡石矿两种矿石为原料，所配制的物料的矿物成分为绿泥石10-30％、叶蜡石70-90％；化学成分Al2O328-40％,SiO240-65％，烧失量5-10％，其它成分(TFe,TiO2,MgO,CaO,K2O,Na2O)的总量≤10％。其实施步骤按实施例1的五个步骤执行，得到符合质量要求的绿泥石质固体密封传压介质。
权利要求
一种绿泥石质固体密封传压介质的制备方法，其步骤是A、矿石质检；B、将质检的矿石破碎与分级；C、配料；D、放入模具中成形，其特征是将绿泥石叶蜡石的粉压块放入烘烤设备中烘烤与焙烧，烘烤与焙烧的温度按100℃×2h→200℃×2h→(450-700℃)×2h控制。
全文摘要
本发明公开了一种绿泥石质固体密封传压介质的制备方法,以绿泥石和叶蜡石矿为原料,首先是矿石质检,矿物成分为:绿泥石10—30%,叶蜡石70—90%;其次是破碎与分级,分为粗、中、细三个粒级;第3是配料,称取不同粒级的物料,加入粘接剂,混合均匀;第4是成形,将混合物料装入模具中压制成型;第5是烘烤与焙烧,将成形的粉压块装放到烘烤设备中,温度按100℃×2h→200℃×2h→(450—700℃)×2h控制。本发明工艺简便,方法易行,密封传压和绝缘保温性能好,金刚石合成产量质量俱佳,绿泥石粉压块稳定性好,长期存放不长霉变质,生产成本低廉,具有广泛的社会和经济效益。
文档编号B01J3/06GK1218712SQ97109328
公开日1999年6月9日 申请日期1997年12月1日 优先权日1997年12月1日
发明者汪灵, 马金龙, 张振禹 申请人:中国科学院长沙大地构造研究所