电气石的性质与运用专属性的研究.doc

电气石的性质与运用专属性的研究摘 要: 电气石族矿物化学成分高度多样化, 因其本身具有热电性, 压电性及自发极化性, 不仅+可以做为珍贵的宝石, 而且在科学技术、环保等领域有着广泛的用途和应用前景。文中主要对电气石的颜色多样性机理, 性质, 运用属性进行了综述, 并指出了存在问题和发展趋势关键词：电气石，性质，专属性，运用电气石是一种结构和化学成分都很复杂的环状硅酸盐矿物, 其一般的化学组成为: XY3Z6Si6O18(BO3)3V式中, X=N a+，Ca2+,K+。Y=Mg2+,Fe2+,Mn2+,Al3+,Fe3+,Mn4+,Cr4+,Li+,Ti4+.Z=Al3+,Mg2+,Cr3+。V=O2+,OH-。W=O2-, OH-, F-. Y位置 Z 位置存在广泛的类质同像现象。很多研究还发现, 存在 Si 替代位于四面体位置B 的现象。电气石为三方晶系, C3v- R3m, 晶体结构为硅氧四面体共角顶相连, 组成复三方环, B的配位数为3, 组成平面三角形, Y和Z都能组成八面体,与BO3共氧相连。X 原子位于环氧四面体的复三方独特的性质使其在环境,卫生医疗保健,电磁屏蔽等领域有着广泛的用途。1电气石的性质电气石因其化学成分的变化而有多种颜色, 晶体常呈柱状, 次为纤维状集合体, 有的呈针状或着粒状。具有玻璃光泽, 硬度为 7 7. 5, 密度为3. 023. 25/ cm3 , 无解理, 具有脆性。1. 1颜色多样性电气石能呈现多种颜色, 目前关于电气石致色机理主要有以下两种看法。(1) 电气石中存在广泛的类质同像现象, 不同金属离子间的置换导致其颜色多样, 其化学组成轻微的变化就能导致完全不同的颜色.例如, 富锰的颜色多为红色, 富铁的颜色多为黑色, 富铬的颜色多为褐黄色。(2) 电子或离子孔势阱( hole t raps)的产生。K.K rambrock 等用C射线 辐射电气石产生黄色中心, 并用EPR,ENDO和 O DEP R 对这个黄色中心分析, 发现辐射诱导产生的黄色中心与电气石组成结构中O孔势阱的产生紧密相连, 他们认 O 位于 O1 位置( OH 位置的基本组成单元, 为3个八面体所共有) 。Castaneda 等通过对电气石样品进行热处理来研究其颜色变化, 并探讨了电气石颜色变化机制。发现电气石呈现红色, 晶体结构中Mn的出现, 加热处理后其颜色不发生变化, 究其M主要是锰离子的价态没有发生变化, 且铁离子也没有发生氧化。而蓝色电气石在热处理时颜色发生变化主要是由于铁离子的部分氧化导致晶体结构的调整, 并伴随着电子势阱的产生。电气石晶体结构相邻八面体中铁离子发生电子移位能够产生绿色, 蓝色, 和黑色。1. 2 热电性和压电性当均匀的加热或者加压整个电气石晶体时, 在晶体的对称轴两端会产生等量异号的电荷, 是热电性和压电性使得电气石产生电荷, 从而在电气石表面附近存在静电场, 具有电场效应。NaKamura指出电荷的产生有两个来源, 一个是自发极化效应导致, 另一个是受热振动或应力导致。电气石的热电性是一种带电的, 不对称的, 非简谐振动。热电系数随着温度的升高而非线性增加。根据 Donnay 的研究, 热电效应主要由于晶体结构中心的 3 个八面体共有的 0(1) 的不对称, 非简谐振动引起的 。1. 3 自发极化性1989 年, 日本环电气石的自发极化效应 Ps 表现为电气石周围静电场的存在, 就像磁铁的磁极一样, 有自发的磁性存在 。境专家 T etsujiro Kubo发现电气石能净 化水, 继而研究发现在 Cu 表面有水的情况下电气石能吸附Cu离子,并解释为:电气石存在永久的电极, 且为自发极化形成。金宗哲等利用电子束轰击电气石样品表面,并用环境扫描电镜( SEM) 观察发现: 电子束轰击电气石样品表面能够产生辉点( Spots) ,这些辉点能反映出自发极化性的存在,亮度与晶体晶面的方向有 密切关系。电 气石在1 223K 的 高温下加热 2h 后, 再用电子束轰击, 没有辉点产生, 即不存在自发极化性。原因是此时电气石的晶体结构已经被破坏了。1. 4 热力学性质了解电气石晶体的热力学性质对人工合成电气石, 以及了解其地质学机制等有着重要的意义。2. 电气石的运用属性21在水处理中的应用 由于电气石具有热电性和压电性, 能吸附空气中的细小灰尘, 同时还可以增强饮用水活性, 故可用于净化空气、饮用水活性化、污水处理, 农作物施喷等领域。根据电气石在水中的作用机理, 用它与黑曜岩、千枚岩、角闪岩、石英矿、闪长岩、辉长岩、花岗岩、沸石矿等用粘结剂进行粘结, 在 700 1200 e 下烧结后形成混合物, 可用于水质净化, 抗菌除臭。污水处理, 农作物施喷等领域。22在电子及声电材料中的应用 由于电气石矿物晶体具有压电性能, 这一特性被广泛地应用于无线电工业中, 可用电气石作波长调整器, 偏光仪中的偏光片。结晶完好、无弯曲、无裂纹的电气石, 可作测定空气和水中冲压用的压电计, 还可用于声纳元件、测试材料的标准件、仪器和工业设备上的元器件等。为了有效地体现电气石的电特征, 可把其制作成铸模, 制作过程是把改性电气石粉末与聚乙烯或聚丙烯粉末进行混合, 烧结和凝固, 制成成品。 23在医疗保健中的应用 电气石矿物还可制成 4各种防护器。它由于能够将有害电磁波转化为对人体无害的远红外线, 从而被广泛用于电脑操作室、电弧操作间、变电所等各处, 以及电视机、游戏机、手机等各种电气设备上。还可用于促进血液循环和新陈代谢、解除疲劳, 以及抗菌、除臭、防霉、防蛀、抗静电、足部按摩、康复等领域。 2. 4在现代纺织品中的应用将改性电气石微粉添加到化纤中, 纺织不同规格的负离子纤维, 制成各种生活纺织品。由于其热电性, 在接触过程中与人体水分子及周围空气中的水分子发生电解作用, 产生负氧离子, 并与空气中带正电荷有害混合物中和,使人接触这种纺织品时, 感到较舒适。3.电气石应用前景展望电气石矿物作为一种资源, 其应用越来越受到重视, 报道的各种专利技术越来越多。其应用前景主要表现在：3.1 环境保护如专利 CN 1287888A 中制造的黑色电气石超细粉, 粒度为 011 15Lm, 在 0 70 e范围内, 可用于水净化、医药、海水淡化等。 3.2 洗涤用品电气石作各种洗衣粉、洗涤剂的替代品, 如制造含有电气石颗粒的无磷远红外陶瓷洗衣球, 在洗衣过程中, 反射的远红外线作用于水分子, 使水分 子获得能量, 会产生大量活 性氧及负离子, 利用界面活性化原理, 洗去衣物上的污垢。防护涂料。船身涂料中掺入电气石微粉, 能吸附阴离子, 并且通过对水的电解形成一单分子膜，可阻止海洋生物如贝类、藻类附着在船体上生长。3.3 人体保健 电气石可以增强饮用水活性或使空气中负离子 增加, 促 进植物生长和人 体健康。可广泛应用于建材、饮用水、农作物、净化空气和美容、医疗行业。3.4 电磁屏弊电气石可与空气中的水分子发生反应, 形成阴离子, 中和辐射发出的阳离子, 以阻止电磁波的传播。只要用含电气石微粉的物质做成外壳, 就能有效地起到电磁屏蔽的作用。4存在问题及展望目前, 对电气石研究和应用还处于初级阶段, 电气石各种性质的内部机理和外部影响因素有待进一步的探讨。随着全球经济的快速发展, 人们对环境、资源等的要求越来越高, 节约资源、环境保护已越来越被人们所重视, 电气石在环境保护等各方面有很广阔的应用前景。但电气石为不可再生资源, 数量有限, 提高其开发和充分利用非常重要, 改性后的电气石粉其用途有很大的提高, 对电气石的表面改性还有待进一步研究。如电气石为非金属材料, 其用作电磁屏蔽时有一定的局限性, 对电气石进行表面改性提高其屏蔽作用, 仍需进一步研究解决。电气石粉纳米化, 用于复合材料中等, 在环境保护、卫生保健、纺织品等领域有着更广阔的应用前景, 将成为电气石应用主要的发展趋势。 参考文献1黄云龙, 郑水林, 李杨, 常新安. 电气石的加工应用现状及发展前景 J . 中国非金属矿工业导刊, 2003, ( 4) : 18 21.2 魏 健, 刘渝燕, 张开永. 电气石应用专属性 研