電氣石微粉的研制及其在環(huán)境功能材料中的應(yīng)用關(guān)鍵詞:電氣石;微粉;電場(chǎng)效應(yīng);環(huán)境功能材料一、電氣石簡(jiǎn)介電氣石又被譯名為碧璽，其常在同一晶體上顯現(xiàn)多種顏色，是其主要特色。電氣石由于具有熱電性及壓電性，容易因靜電效應(yīng)而帶電，因而得名。

在1880年，居里家族揭開(kāi)了這種寶石的秘密，既：Tourmaline晶體兩端都帶有正、負(fù)電核，表面流動(dòng)著0.06mA的微電流，因此就有了“電氣石”這個(gè)學(xué)名。1986年，日本科研人員發(fā)現(xiàn)，電氣石被粉碎的越細(xì)，所釋放的能量越大。主要產(chǎn)地為巴西、中國(guó)、斯里蘭卡、非洲馬達(dá)加斯加，其中以巴西的電氣石蘊(yùn)藏豐富，品質(zhì)優(yōu)良，其中既有鉆石那樣透明的，也有紅、黃、藍(lán)、綠、紫、茶、粉、無(wú)色、咖啡色、赤色、黑等11種色彩?？梢哉f(shuō)，電氣石是集“天然負(fù)離子器”、“遠(yuǎn)紅外線發(fā)射儀”、“細(xì)胞活化師”、“血管清道夫”、“生態(tài)水整理器”、“生命寶石”等眾多美譽(yù)于一身。二、對(duì)電氣石的研究1969年,Barton發(fā)現(xiàn)電氣石晶體結(jié)構(gòu)中構(gòu)成[Si6O18]復(fù)三方環(huán)的六個(gè)硅氧四面體的頂角氧原子指向同一方向——電氣石的正極。這說(shuō)明電氣石為極性晶體,即存在極軸,又存在與極軸相一致的單向(單向是指晶體中唯一的不能通過(guò)晶體本身所具有的對(duì)稱(chēng)要素的作用而與其他方向重合的方向)。1989年,Kubo發(fā)現(xiàn)并提出電氣石具有永久性自發(fā)電極化效應(yīng),即電氣石晶體在自發(fā)電極化時(shí),沿其晶體中唯一的三重旋轉(zhuǎn)軸的兩端會(huì)產(chǎn)生并積聚數(shù)量相等、電性相反的異性電荷,形成異性電極。這使電氣石晶體周?chē)嬖陟o電場(chǎng)并具有電場(chǎng)效應(yīng)。電氣石的電場(chǎng)效應(yīng)是電場(chǎng)強(qiáng)度引起的馳豫效應(yīng)、應(yīng)力引起的壓電效應(yīng)和溫度引起的熱釋電效應(yīng)共同作用的結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)部分1.實(shí)驗(yàn)原材料

本實(shí)驗(yàn)以某一礦區(qū)的塊狀電氣石礦物為原料。

2.制備工藝方法

先將電氣石通過(guò)機(jī)械力進(jìn)行破碎,然后將其中的白云母礦去掉,用洛陽(yáng)超細(xì)粉磨機(jī)廠生產(chǎn)的WJD型攪拌磨碾磨粉碎,并將其烘干制成電氣石微粉。

3.分析測(cè)試

用JEOL-733EDAX型X射線能譜儀分析所制備的電氣石微粉的成分;用JL-1166型激光粒度儀測(cè)定電氣石微粉的粒度分布;用HITACHIS-530型掃描電鏡分析電氣石微粉的形貌。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

從圖1可見(jiàn),電氣石微粉的特征譜線所對(duì)應(yīng)的元素為Al、Si、Fe、Na、Mn、Ca等,因此,該礦區(qū)的黑色電氣石礦物的主要組成元素是Al、Si、Fe、Na、Mn、Ca等,屬于鐵電氣石礦物。1.電氣石微粉的成分2.電氣石微粉的粒度

2.電氣石微粉的粒度從圖2可見(jiàn),通過(guò)攪拌磨的方法制備的電氣石微粉的粒度分布較為理想,其平均粒度為6.21Lm。這是由于攪拌磨是通過(guò)攪拌器把動(dòng)力直接施加在研磨介質(zhì)上,電氣石礦物受到研磨介質(zhì)之間相互撞擊產(chǎn)生的沖擊力、研磨介質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力和研磨介質(zhì)與攪拌棒之間相互撞擊產(chǎn)生的撞擊力的共同作用,因此,所研磨出來(lái)的電氣石礦物微粉粒度分布較為理想,可滿足作為功能涂料復(fù)合填料的需要。3.電氣石微粉的形態(tài)3.電氣石微粉的形態(tài)從圖3可見(jiàn),通過(guò)攪拌磨的方法制備的電氣石微粉的顆粒呈不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu),片狀顆粒大小與其粒度分布規(guī)律相符合。這是由于攪拌磨是通過(guò)機(jī)械力的作用將電氣石固體顆粒的尺寸由大變小的過(guò)程,包括由大塊物料變?yōu)樾K物料的破碎過(guò)程和小塊物料變?yōu)榉垠w物料的粉磨過(guò)程,其實(shí)質(zhì)都是物料在機(jī)械力的作用下發(fā)生變形和破裂的過(guò)程。電氣石礦物顆粒在研磨過(guò)程中受到的沖擊力、剪切力和撞擊力是處于動(dòng)態(tài)變化中的,所以物料在機(jī)械力的作用下會(huì)發(fā)生不均勻性的變形和破裂,其結(jié)果就表現(xiàn)在研磨成品呈不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu),而具有這種形貌和粒度分布的微粉是功能涂料較為理想的填料。六、電氣石微粉在環(huán)境功能材料中的應(yīng)用1.在空氣凈化材料中的應(yīng)用

空氣中對(duì)人體健康有益的負(fù)離子是水化羥基離子,被稱(chēng)為“負(fù)堿性離子”。負(fù)離子由于能有效凈化空氣和改善環(huán)境質(zhì)量,又被稱(chēng)為“空氣維生素”、“長(zhǎng)壽素”?？諝庵胸?fù)離子的含量是衡量空氣是否清新的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

由于電氣石周?chē)嬖谥欢ǖ撵o電場(chǎng),空氣中的水分子在此靜電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生電解形成H+和OH-,其中H+和H2O結(jié)合形成活性分子[H3O]+,因此電氣石微粉可作為洗衣粉、洗滌劑的替代品;而OH-和H2O結(jié)合形成負(fù)離子,即OH-+nH2O→OH--(H2O)n,這是電氣石通過(guò)對(duì)水分子的電解作用向空氣中釋放水化羥基離子,增加空氣中的負(fù)離子濃度的原因,因此電氣石微粉可用于制備增加空氣中負(fù)離子濃度的建筑涂料。2.在水處理功能材料中的應(yīng)用水的退化是由于氫鍵作用,水分子締合成大分子團(tuán),導(dǎo)致了水分子的活性降低和老化。退化的水其溶解力、滲透力、代謝力、乳化力、洗凈力都會(huì)不同程度地降低。利用電氣石發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線與水中的氫鍵共振,可破壞大分子團(tuán)的氫鍵締合作用,降低水分子團(tuán),增強(qiáng)水的溶解力、滲透力、代謝力等,從而恢復(fù)水分子的活性。電氣石微粉之所以能對(duì)污水進(jìn)行有效處理,是由于:(1)當(dāng)電氣石由晶體加工成微粒時(shí),比表面積增大,表面斷鍵數(shù)目增多,可視為一個(gè)獨(dú)立的微小電場(chǎng),具有自發(fā)吸附外來(lái)離子或原子的能力;(2)由于電氣石對(duì)水分子發(fā)生電離作用,電氣石表面羥基離子增多,在靜電場(chǎng)作用下,水溶液中的金屬離子被吸附到電氣石周?chē)⑴c電氣石表面羥基離子結(jié)合,形成穩(wěn)定的氫氧化物沉淀,通過(guò)過(guò)濾作用去除沉淀,達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。而且電氣石具有較高的機(jī)械化學(xué)穩(wěn)定性,不溶于酸,通過(guò)水流攪動(dòng)可使形成的沉淀脫離電氣石表面,因此電氣石可反復(fù)使用。電氣石獨(dú)特的凈水作用,在水環(huán)境治理領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。3.在電磁輻射防護(hù)功能材料中的應(yīng)用手機(jī)、電腦等電子電氣設(shè)備在工作時(shí)向外輻射的電磁波,又稱(chēng)為“電子霧”,會(huì)產(chǎn)生電磁干擾、電磁信息泄漏和電磁環(huán)境污染,已被聯(lián)合國(guó)環(huán)境會(huì)議和世界衛(wèi)生組織列入造成世界公害的主要污染物之一。

電氣石表面的電場(chǎng)效應(yīng)能夠永久產(chǎn)生靜電場(chǎng),因此能夠永遠(yuǎn)不停地吸收宇宙射線、X射線、紫外線等電磁波,并能將有害的電磁波轉(zhuǎn)換成對(duì)人體有益的遠(yuǎn)紅外線重新向外輻射。只要用含電氣石微粉的物質(zhì)做成外殼,就能有效地起到電磁屏蔽的作用。七、結(jié)論1.該電