电气石粉酸浸处理实验分析

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1、电气石粉酸浸处理实验分析第一章绪论我国电气石资源丰富，潜在资源量较大，初步估计非宝石级电气石储量在数千万吨以上，过去人们一直将电气石作为宝石矿物对待，对电气石应用基础研究和工业深加工产品开发较少，加之对其特殊的晶体化学性质研究不够，所以对非宝石级电气石的应用研究不够重视，导致大量非宝石级电气石尤其是黑电气石资源得不到开发利用。近几年随着日、美等国对电气石大量开发利用成果对国内的影响，国内己经开始从事相关产品的开发和利用，天然电气石的自发电极、吸附、电磁屏蔽作用，以及可重复利用率高的特性，使它成为一种环境矿物材料，在

2、环境净化领域有较好的开发应用前景[1]。1.1国内外研究现状电气石的独特之处在于具有异极对称结构，其[Si6O18]六元环的六个硅氧四面体，角顶指向同一方向，在物理性质上表现为具有电极性。电气石晶体存在自发电极，对自发电极首次证实是在二十世纪末由日本学者Kubo完成的，其自发电极为永久性电极，不受外界电场的影响。自发电极的存在，使电气石的表面周围存在着静电场。因此，电气石对周围的带电粒子等的吸附作用，从而引发了科学界对电气石吸附作用应用研究的兴趣。1.1.1热电性和压电性的研究电气石电极性的典型表现为：热电性和压电

3、性。电气石晶体的3次轴即为单向极轴，因此在温度变化时，可以表现出其热释电性特性。电气石的热电性是一种带电的、不对称的、非简谐振动，热电系数随温度增高而非线性增加。根据GabrielleDannay（1977）研究，电气石的热电效应主要是由于位于其晶体结构中心、三个八面体共有的氧O（1）的不对称、非简谐振动引起的。热电性也有可能与Na以及与Na、B配位的O（2）原子有关，它们也存在异常大的温度系数，但没有大的位移。Fe对热电性起负的作用，含氧化铁越多，热电性越差；很多文献提到，黑电气石即铁电气石，几乎没有可检测到的热

4、电效应（R.V.Dietrich，1985）。杨如增等人对新疆、内蒙、云南等地的黑电气石红外辐射特性进行了测试和分析，结果表明：电气石的红外辐射率随氧化铁的含量增加而下降。黑电气石的热释电效应随其化学成分中氧化铁含量的增加而减弱。研究发现，黑电气石热释电效应与常规物理特性有较好的对应关系，通过检测黑电气石的密度和折射率即可间接了解黑电气石热释电效应[5]。冀志江等人研究了电气石对酸碱溶液的pH值的影响，结果表明电气石颗粒的电极性能够影响水溶液的氧化还原电位，调节水溶液的pH值，使之趋向中性。除电极性之外，表面吸附H

5、+和表面离子交换吸附H+也是电气石对溶液作用的重要因素。使碱性溶液pH值减小的主要因素是电气石的电极性[6]。1.1.2电气石结构的研究电气石是一种含硼硅酸盐矿物，属于三方晶系，呈环状结构（王璞，1984），vmCR353。由[Si6O18]复三方环、X多面体、[Y-O5（OH）]三重八面体、六个Z八面体和[BO3]平面三角形组成的。由于电气石结构复杂，有多种类质同象替代现象，其结构与其表现出的物理特性密不可分，尤其在结构中铁离子的占位情况不同而使电气石的物理化学性质多变。Adam等人观察了铁-镁电气石系列粉末在6

6、00℃以上逐渐退火过程中Fe2+离子的热氧化现象[11]，在氧化过程中，晶胞参数a明显收缩，同时c有微小的膨胀。Y八面体是随着Fe2+的含量成比例的收缩的，Z八面体显示出微小的膨胀。他们指出，Y位置上起初是为Fe2+所占据，在随温度升高，Fe2+逐渐氧化成Fe3+，最终，Y位置仅仅为Fe3+所占据，此时，电气石完全转变成氧化状态。Bloodaxe等人在1999年根据黑电气石和镁电气石系列结构的精确数据认为Fe2+仅仅占据Y位置[12]。近年来，有学者用穆斯堡尔谱分析研究了合成的碱性铁电气石的晶体结构数据，也充分显示

7、出Fe2+仅仅占据了Y位置。至今，电气石结构中Fe2+的占位问题仍然在研究讨论，期待能够提供新的确切数据的方法。电气石晶体结构中铁离子的占位对于正确理解其复杂结构以及性质产生的机理有着重要的作用。第二章电气石的晶体结构及实验样品的基本性质2.1电气石的化学成分与晶体结构电气石属于三方晶系，呈环状结构（王璞，1984），vmCR353。电气石晶体结构由[Si6O18]复三方环、X多面体、[Y-O5（OH）]三重八面体、六个Z八面体和[BO3]平面三角形组成的。前人的研究已表明，电气石的独特性质于其特殊的晶体结构。[S

8、i6O18]复三方环有六个[SiO4]四面体连接而成。[SiO4]角顶指向同一方向（电气石负极），这就是电气石存在极性的原因。X原子位于[Si6O18]复三方环空隙的上方，配位数为9。X多面体由六个桥氧组成，三个O（4）和三个O（5）连接[SiO3]6复三方环，三个O（2）连接[Y-O5（OH）]三重八面体。[Y-O5（OH）]三重八面体由三个Y八面体共棱且