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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. 02~3. 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。 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。 电气石的运用属性 2．1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