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電氣石
(化學術語)
鎖定
- 中文名
- 電氣石
- 外文名
- tourmaline
- 特 性
- 壓電性、熱釋電性、遠紅外輻射和釋放負離子性等
- 相關標準
- JC/T 2012-2010 電氣石 電氣石粉
- 應用領域
- 寶石飾品、建築材料、水處理等
電氣石簡介
電氣石電氣石
電氣石是一類環狀硅酸鹽礦物,其結構通式可表示為XY3Z6Si6O18(BO3)3W4,式中X=Na+、Ca2+、K+、空位, Y=Mg2+、Fe2+、Mn2+、AI3+、Fe3+、Mn3+、Li+,Z=AI3+、Fe3+、Cr3+、Mg2+,W=OH-、F-、O2-。其中X,Y,Z三位置的原子或離子種類不同會影響電氣石的物理性質。晶體結構的對稱性為R3m。電氣石的主要礦種有鐵電氣石(Sehorl)、鎂電氣石(Dravite)和鋰電氣石(Elbaite)等。
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[4-5]
名稱 | 密度/g·cm |
鋰電氣石 | 2.84-3.1 |
鎂電氣石 | 2.9-3.29 |
黑電氣石 | 2.82-3.24 |
鐵電氣石 | 3.26-3.33 |
鈣鋰電氣石 | 3.05 |
鈣鎂電氣石 | 3.1 |
鐵鈣鎂電氣石 | 3.21 |
布格電氣石 | 3.31 |
鉻鎂電氣石 | 3.39-3.41 |
無鹼鐵電氣石 | 3.14 |
無鹼鋰電氣石 | 3.06 |
電氣石電氣石塊
電氣石電氣石砂
電氣石電氣石粉
電氣石研究簡史
有關電氣石的記載,始於古錫蘭,之後陸續發現它具有電性、壓電性,並被用於紅外光譜探測和熱像等儀器上。1880年Jacques和Pierre首次發現了電氣石的壓電性效應。1989年,日本學者Kubo首次發現了電氣石存在自發電極、電氣石微粒周圍存在靜電場現象,就此對電氣石微粉的電場效應展開了一系列應用研究,由此興起了電氣石在環境、人體保健領域的研究新熱潮。此後,日本,美國等國學者紛紛開始了對這一方面的應用性研究,陸續申請了多項專利。
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特性
電氣石自發電極性
當電氣石晶體所處環境温度與壓力變化時,晶體中帶電粒子之間發生相對位移,正負電荷中心發生分離,晶體的總電矩發生變化,從而導致極化電荷產生。電氣石的自發極化效應表現為,在電氣石晶體周圍存在着以c軸軸面為兩極的靜電場。當電氣石晶粒很小時,電氣石微粒的作用相當於一電偶極子,由於正負電荷作用相互抵消,在平行於c軸方向電場強度最大,電氣石的自發極化效應是永久性的,與其結構和成分密切相關。
[7]
電氣石壓電、熱電效應
電氣石同時具有壓電效應和熱電效應,當週圍環境發生變化,温度或壓力改變時,電氣石晶格內晶鍵發生扭轉,電子發生轉移,使得電氣石一端帶正電,另一端帶負電。相反的電極被定義為c+和c-,c+是冷卻或加壓過程中沿c軸壓縮的正極,c-是在加熱或減壓過程中沿c軸膨脹的負極。
[5]
電氣石分類
電氣石礦物種分類
(1)鎂鐵鋰電氣石:Na(MgFeAlLi)3Al6(BO3)3(Si6O18)(O,OH,F)4
根據三元完全類質同象(類質同象是在一種晶體的內部結構中﹐本來完全可由某種離子或原子佔據的位置﹐部分地由性質類似的他種離子或原子所佔據﹐共同形成均勻的﹑單一相的混合晶體的現象。一般而言,相互替代的原子或離子的半徑接近,離子類型和化學鍵相同或相近,則比較容易形成類質同象替代,同時還要能保持電價平衡
[7]
)種的劃分分為三個亞種
[7]
:
鎂電氣石 (Dravite):NaMg3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4
鐵電氣石 (Schorl):NaFe3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4
鋰電氣石 (Elbaite):Na(Li1.5Al1.5)Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)3(OH)
(2)鈉錳電氣石:NaMn3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4
(3)鈣鎂電氣石:CaMg3(Al5,Mg)(BO3)3(Si6O18)(OH)4
(4)布格電氣石:NaFe3+3Al6(BO3)3(Si6O18)O3F
電氣石顏色分類
電氣石按其顏色的不同,主要可分為黑色電氣石和彩色電氣石。其中,彩色電氣石又可分為紅色、藍色、綠色、黃色等。通常黑色富鐵
[8]
;粉紅色富鋰、錳
[8]
;褐色、黃色富鎂
[8]
;綠色富鉻。其中,一般我們所見的為黑色電氣石,主要有鐵電氣石、布格電氣石等。
[7]
電氣石粉體改性方法
電氣石的電效應、離子吸附性等會隨着其粉體粒徑的減小而呈增強趨勢, 並具有一系列優異的表面與界面性質, 但由於粉體顆粒的比表面積大,比表面能高,在製備和加工處理過程中極易產生團聚, 使得電氣石在複合材料中分散不均勻,從而影響複合材料的綜合性能。為提高電氣石粉體在複合材料基體中的分散性, 增強電氣石複合材料的綜合性能,需要對電氣石粉體進行表面改性。
[9]
電氣石機械力化學改性
電氣石表面有機包裹法
表面有機包裹法是利用有機表面改性劑分子中的官能團與無機礦物粉體顆粒表面發生化學吸附或化學反應,從而達到對顆粒表面進行改性的目的。 所用表面改性劑主要有偶聯劑、高級脂肪酸及其鹽、有機低聚物、不飽和有機酸以及水溶性高分子等,是目前最常用的無機粉體表面改性方法。
[9]
電氣石應用領域
電氣石水處理
電氣石飾品原料
作為寶石原料。自然界電氣石(電氣石)是色彩和色調最豐富的礦物種。電氣石是具有獨特3次極軸的晶體結構,在電氣石不同結晶學位置都有多種類質同像出現,致使成分極為複雜。沿極軸方向隨着化學成分的變化,晶體結構的調整,因此電氣石晶體色彩變換無窮,有紅色、粉紅色、黃色、藍色、綠色、紫色、茶色、無色、咖啡色、赤色、黑色等11種色彩,色調的過渡性層次感強烈。
[7]
電氣石電磁屏蔽材料
電氣石其他
對於電氣石能產生負離子這一特性,近年來出現了很多將電氣石用於室內裝修及其他建築材料。有學者利用電氣石粉體制成負離子整理劑,將其與紅麻和低熔點聚酯混合均勻,熔融共混,製備汽車內飾材料。
[10]
也有學者在建築材料中添加電氣石,如隔熱板、磚等。
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- 參考資料
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- 1. 胡應模,陳旭波,湯明茹.電氣石功能複合材料研究進展及前景展望[J].地學前緣,2014,21(05):331-337.
- 2. 俞曉.電氣石用於人造絲纖維[J].化工礦物與加工,2001,(第4期).
- 3. JC/T 2012-2010 電氣石 電氣石粉
- 4. 康文傑,王秀峯,江紅濤.電氣石類負離子釋放功能材料研究進展[J].硅酸鹽通報,2013,32(03):409-413.
- 5. 潘超. 電氣石陶粒的製備及其在曝氣生物濾池中的應用研究[D].哈爾濱工業大學,2015.
- 6. 莫尊理,孫豫,郭瑞斌,馮超.電氣石的性能及應用研究進展[J].硅酸鹽通報,2011,30(04):822-826.
- 7. 何光輝. 電氣石微結構分類及其改色改性研究[D].中國地質大學,2017.
- 8. 呂慶階.寶石新寵——電氣石的自述[J].南方國土資源,2018(5):49-50.
- 9. 陳旭波,胡應模,湯明茹,邊靜,王清嶺.電氣石粉體表面改性及其應用研究進展[J].無機鹽工業,2013,45(05):5-8.
- 10. 劉權,胡應模,侯春燕,李夢燦,王雪.電氣石類負離子釋放材料的研究進展[J].化工新型材料,2018,46(04):9-11+15.