電氣石的環(huán)境功能屬性及應(yīng)用研究動(dòng)態(tài)級(jí)別：0發(fā)布時(shí)間：2010-04-2310時(shí)來(lái)源：38[我也要發(fā)布]電氣石(Tourmaline)是電氣石族礦物的總稱，是以含硼為特征的鋁、鈉鐵鎂鋰的環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物．結(jié)構(gòu)式為Na(Mg，F(xiàn)e．Mn，Li，AI)3AI6[Si6018][BO3]3(OH，F(xiàn))4。根據(jù)不同的類質(zhì)同像．可分為鐵電氣，鎂電氣石和鋰電氣石。電氣石晶體結(jié)構(gòu)為三方晶系，對(duì)稱型為L(zhǎng)33P，晶體常呈短柱狀、長(zhǎng)柱狀或針狀，柱面有縱紋，橫斷面呈粒球面三角形，集合體呈針狀．纖維狀或放射狀．有時(shí)呈粒狀或隱晶質(zhì)塊狀，顏色隨成分而異，有黑色(含F(xiàn)e)．紅色(富含Mn、Li、Cs)、褐黃色(含Cr)，無(wú)色透明的少見(jiàn)；玻璃光澤，硬度7～7.5，無(wú)解理，密度2.9～3.5g/cm3，具有熱電性與壓電性。電氣石作為一種新型的工業(yè)礦物，在環(huán)保、電子、*、化工、輕工、建材等領(lǐng)域，由于礦物獨(dú)特的性頃及產(chǎn)品的高附加值，受到世界各國(guó)的普遍重視。1電氣石的自發(fā)極化效應(yīng)1989年，日本學(xué)者Kubo發(fā)現(xiàn)并提出電氣行具有永久性自發(fā)極化效應(yīng)。電氣石晶體在沿其三次對(duì)稱軸的兩端會(huì)積聚一定量的異性電荷．產(chǎn)生異性兩極；Voigt檢測(cè)了室溫下電氣石晶體的自發(fā)極化值，得到Ps=0.01lMC／cm2。一般認(rèn)為．極化電荷的產(chǎn)生是由電氣石具有的熱電性和壓電性引起的。當(dāng)電氣石晶體所處環(huán)境溫度與壓力變化時(shí),晶體中帶電粒子之間發(fā)生相對(duì)位移，正負(fù)電荷中心發(fā)生分離，晶體的總電矩發(fā)生變化，從而導(dǎo)致極化電荷產(chǎn)生。電氣石的自發(fā)極化效應(yīng)表現(xiàn)為，在電氣石晶體周圍存在著以C軸軸面為兩極的靜電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)E0=PS/2ε0據(jù)Voigt給出的PS值，得到E0=6.2×l06V/m。當(dāng)電氣石鼎粒很小時(shí)，電氣石微粒的作用相當(dāng)于一電偶極子，由于正負(fù)電荷作用相互抵消。在平行C軸方向電場(chǎng)強(qiáng)度最大，靜電場(chǎng)隨著遠(yuǎn)離中心迅速減弱，Er=(2／3)E0(a／r)3，a為電氣石微粒半徑,r為測(cè)點(diǎn)距中心的距離。由此可知，在電氣石表面十幾微米范圍內(nèi)存在10～104V／m的高場(chǎng)強(qiáng)。電氣石的自發(fā)極化效應(yīng)是永久性的，與其結(jié)構(gòu)和成分密切相關(guān)。電氣石晶體結(jié)構(gòu)由[Si6O18]復(fù)三方環(huán)、[BO3]，[X-03(OH)]三重八面體組成(x為Fe2+、Mg2+，A13+、Li+、Fe3+、Mn2+)。構(gòu)成[Si6O18]復(fù)三方環(huán)的六個(gè)硅氧四面體，角頂指向同一方向，被解釋為其極性存在的本質(zhì)原因。2電氣石環(huán)境功能屬性及應(yīng)用電氣石作為環(huán)境功能材料已得到國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)界的公認(rèn)，在日本、美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等國(guó)家，電氣石用于居室等小環(huán)境的改善已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。研究證明：由于自極化效應(yīng)使得電氣石具有一些環(huán)境功能屬性，如在無(wú)源條件下可產(chǎn)生負(fù)離子；具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射功能，發(fā)射率可達(dá)0．93；電磁屏蔽功能；調(diào)節(jié)水的pH值至中性；活化水分子等。這些環(huán)境功能屬性使得電氣石具有廣泛的應(yīng)用。2.1電氣石的紅外輻射功能及應(yīng)用紅外線是電子波譜的一部分，其波長(zhǎng)為0.76～l000μm，介于可見(jiàn)光與微波之間。按波長(zhǎng)不同又分為近紅外(0.76～1.50μm)、中紅外(1.5～5.6μm)、遠(yuǎn)紅外(8～14μm)和超遠(yuǎn)紅外(15～l000μm)。如前所述，電氣石同時(shí)具有顯著的壓電性與熱電性，．即使在常溫下，一旦環(huán)境壓力或溫度發(fā)生微弱變化，其內(nèi)部分子振動(dòng)增強(qiáng)，偶極矩發(fā)生變化，即熱運(yùn)動(dòng)使極性分子激發(fā)到更高的能級(jí)，當(dāng)它向下躍遷至較低能級(jí)時(shí)，就以發(fā)射電磁波的方式釋放多余的能量，其余的能量以光子形式被帶走。因此，電氣石向外界發(fā)射電磁波的動(dòng)力來(lái)自于外界環(huán)境溫度與壓力的變化，該過(guò)程實(shí)質(zhì)上是電氣石與環(huán)境之間的能量交換。同濟(jì)大學(xué)的楊如增、楊滿珍等測(cè)試了天然黑色電氣石的紅外輻射特性，測(cè)試結(jié)果如下表所示。天然黑色電氣石在還原性氣氛條件下進(jìn)行熱處理后，可具有比遠(yuǎn)紅外陶瓷粉更高的紅外比輻射率值，其紅外輻射峰值與維恩定律具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在室溫下峰值輻射波長(zhǎng)為9.5μm左右。天然黑色電氣石的強(qiáng)紅外輻射特性已引起人們的廣泛關(guān)注。日本已利用天然黑色電氣石開(kāi)發(fā)出一系列科技產(chǎn)品，其中包括化妝品、空氣凈化、防輻射等產(chǎn)品。日本一家公司的一項(xiàng)發(fā)明專利是關(guān)于電氣石在人造絲纖維中的應(yīng)用，即人造絲纖維中含有0．05％～2．0％，顆粒直徑不超過(guò)0.3μm的電氣石顆粒。該纖維可以通過(guò)促進(jìn)血液循環(huán)有效地增強(qiáng)人體生理機(jī)能，具體過(guò)程是將含有電氣石顆粒(均勻分散在其中)的人造絲纖維溶液，紡織成纖維形狀，而制得駐極體纖維。采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)電氣石進(jìn)行改性試驗(yàn)，改驗(yàn)證明，對(duì)腰痛、肩疼、關(guān)節(jié)炎及過(guò)敏性皮炎等有顯著療效。據(jù)日本纖研新聞報(bào)道，日本松下電器與一家礦石研究所合作，采用納米級(jí)電氣石和一種激發(fā)劑混入聚酯原液中生產(chǎn)出特殊滌綸，共同開(kāi)發(fā)出一種在“靜置”條件下能源源不斷產(chǎn)生負(fù)氧離子的織物；日本日清紡織新推出的負(fù)氧離子產(chǎn)品“10NAGE”，是將放射性礦石(電氣石)微粉化后，混煉加入附著在織物上；日本倉(cāng)敷將放射性礦微粉與電氣石粉分層附著在織物上，以提高織物的負(fù)離子化效果，生產(chǎn)出“HOLIC”織物，其A4紙大小的織物在空氣中產(chǎn)生的負(fù)離子為15000個(gè)／cm3，接近森林中負(fù)離子的效果。電氣石負(fù)離子粉體具有很大的市場(chǎng)前景：①它可以添加在化纖中，織成化纖織物，做成人體服飾，在人體能量的作用下，不斷地產(chǎn)生負(fù)離子。促進(jìn)人體皮膚新陳代謝、提神醒腦、消除人體異味。例如將負(fù)離子超細(xì)粉體制成母粒在紡絲時(shí)加到纖維中即可制成各種規(guī)格的負(fù)離子功能纖維，與棉紡紗制成襪子、內(nèi)衣等，紡成無(wú)紡布制成保健保暖內(nèi)衣，作為枕頭、被子、床墊的填充料，交織后制成室內(nèi)裝飾材料等。此外，它還可以做成各種纖維裝飾面料，對(duì)保持室內(nèi)空氣清新，消除室內(nèi)煙、油味具有一定作用。②可以添加到油漆、涂料、木板粘接劑中，保持室內(nèi)裝修后空氣的清新，不斷釋放負(fù)離子等具有一定的作用。2．3電氣石的電磁屏蔽功能及應(yīng)用電氣石可與空氣中的水分子發(fā)生反應(yīng)，形成陰離子，中和輻射發(fā)出的陽(yáng)離子，以阻礙電磁波的傳播。用含電氣石微粉的物質(zhì)做成外殼，就能有效的起到電磁屏蔽的作用。在一項(xiàng)最新實(shí)用專利(CN2358663Y)中介紹了一種電磁防護(hù)器制法，它由層狀結(jié)構(gòu)組成，第一層為電氣石微粒層；第二層為膠層；第三層為塑料薄膜層；第四層也為膠層，第五層為紙層，這種防護(hù)器可防止有害電磁波侵襲人體，能將其轉(zhuǎn)化為對(duì)人體無(wú)害的遠(yuǎn)紅外線。它可廣泛用于汽車駕駛室、電腦操作室、電弧操作車間、變電所等各處以及游戲機(jī)、電視機(jī)、微波爐、電熱毯、電話和手機(jī)等多種電氣設(shè)備上。如在專利JP2004l78780中，研究人員利用電氣石來(lái)消除光盤(pán)靜電和電磁輻射，而且能夠提高光盤(pán)的音質(zhì)。2．4電氣石在水處理中的應(yīng)用電氣石的結(jié)構(gòu)緊密、金屬離子不易進(jìn)入其晶體結(jié)構(gòu)，因此電氣石的吸附主要為表面吸附，吸附類型主要為離子、分子吸附，類似石英、剛玉等簡(jiǎn)單氧化物，通過(guò)表面絡(luò)合起吸附作用。電氣石對(duì)溶液中金屬離子、酸根離子均具有吸附、濃集作用，并在電氣石表面上結(jié)晶析出，從而起到凈化工業(yè)廢水的作用。(1)對(duì)Cu2+的吸附電氣石對(duì)含CU2+廢水的凈化原理與蒙脫石等不同，它是通過(guò)靜電場(chǎng)將CU2+吸附到電氣石的負(fù)極，使局部CU2+濃度增高，與表面羥基離解產(chǎn)生的OH-發(fā)生反應(yīng)，形成各種沉淀。當(dāng)溶液中離子濃度達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)不再繼續(xù)。這樣，不會(huì)存在處理過(guò)度的問(wèn)題，是很好的綠色環(huán)保材料。電氣石具有高的機(jī)械化學(xué)穩(wěn)定性，不溶于酸，通過(guò)水流攪動(dòng)很容易使形成的沉淀脫離電氣石表面，可反復(fù)使用。(2)對(duì)SO42-的吸附采用含電氣石的多孔陶瓷l0g，浸泡于500mLH2SO4溶液(0。1mol／L)中，2個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，陶體表面有細(xì)小針狀、放射狀晶體形成，經(jīng)x-射線粉晶衍射確定為石膏CaSO4·2H2O。影響電氣石吸附作用的主要因素為：吸附時(shí)間、溫度、電氣石粉體的粒度、溶液中離子濃度以及pH值等，其中影響較大的是溶液pH值，pH值增高，有利于提高電氣石對(duì)重金屬離子的吸附率，當(dāng)pH值≥6時(shí)，具有較高的吸附率。(3)電氣石對(duì)水體pH值的影響冀志江、金宗哲等通過(guò)對(duì)電氣石對(duì)水體pH值的影響的研究發(fā)現(xiàn)電氣石顆粒的電極性影響水溶液的氧化還原電位，調(diào)節(jié)水溶液的pH值，使之趨向中性，使酸性溶液pH值增大，因此可利用電氣石的電極性以及對(duì)水體的氧化還原性影響處理污水。2．5電氣石在電子及聲電材料中的應(yīng)用由于電氣石礦物晶體具有壓電性能，這一特性被廣泛應(yīng)用于無(wú)線電工業(yè)中，可用電氣石作波長(zhǎng)調(diào)整器，偏光儀中的偏光片。結(jié)晶完好、無(wú)彎曲、無(wú)裂紋的電氣石，可作測(cè)定空氣和水中沖壓用的壓電計(jì)，還可用于聲納元件、測(cè)試材料的標(biāo)準(zhǔn)件、儀器和工業(yè)設(shè)備上的元器件等，如用于皮膚表皮的發(fā)電控制器，設(shè)計(jì)成允許光線通過(guò)藥品的附近區(qū)域，在光射方向引導(dǎo)出波動(dòng)場(chǎng)。另外還用于含有拋物柱面反射鏡和含有電流輸出的電氣石晶體電動(dòng)傳感器。許多科學(xué)和工業(yè)儀器使用電氣石，即為電氣石鉗，能顯示出光的偏振。因?yàn)殡姎馐仁菬犭娦杂质菈弘娦缘?，即在加熱或壓縮時(shí)都能產(chǎn)生電，所以它是測(cè)量高壓和流體壓縮性儀器的一種部件，熱劑量計(jì)是測(cè)量輻射氣強(qiáng)度的早期化器，它也是依賴于電氣石的熱電特征。3電氣石應(yīng)用研究的建議目前，對(duì)電氣石在環(huán)境應(yīng)用方面的研究與利用還處于初步階段，電氣石作為不可再生資源，數(shù)量是有限的我們應(yīng)該解決的問(wèn)題主要有以下幾方面。(1)如何充分利用有限的資源，走可持續(xù)發(fā)展的道路；(2)如何提高電氣石微粒的電場(chǎng)效應(yīng)；(3)提高電氣石的加工工藝，如電氣石的超細(xì)粉碎、亞微米級(jí)分離、提高電氣石的白度等問(wèn)題；(4)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)電氣石在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究主要集中于水質(zhì)凈化、人體保健、產(chǎn)生負(fù)離子凈化空氣等方面，而對(duì)于抗菌功能鮮見(jiàn)報(bào)道，所以我們應(yīng)該研究電氣石的粒度、成分以及經(jīng)過(guò)處理后的產(chǎn)品對(duì)抗菌功能的影響；(5)要進(jìn)行基礎(chǔ)理論研究，探討影響電氣