電氣石粉酸浸處理實(shí)驗(yàn)分析

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1、電氣石粉酸浸處理實(shí)驗(yàn)分析第一章緒論我國(guó)電氣石資源豐富，潛在資源量較大，初步估計(jì)非寶石級(jí)電氣石儲(chǔ)量在數(shù)千萬(wàn)噸以上，過(guò)去人們一直將電氣石作為寶石礦物對(duì)待，對(duì)電氣石應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工業(yè)深加工產(chǎn)品開(kāi)發(fā)較少，加之對(duì)其特殊的晶體化學(xué)性質(zhì)研究不夠，所以對(duì)非寶石級(jí)電氣石的應(yīng)用研究不夠重視，導(dǎo)致大量非寶石級(jí)電氣石尤其是黑電氣石資源得不到開(kāi)發(fā)利用。近幾年隨著日、美等國(guó)對(duì)電氣石大量開(kāi)發(fā)利用成果對(duì)國(guó)內(nèi)的影響，國(guó)內(nèi)己經(jīng)開(kāi)始從事相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和利用，天然電氣石的自發(fā)電極、吸附、電磁屏蔽作用，以及可重復(fù)利用率高的特性，使它成為一種環(huán)境礦物材料，在

2、環(huán)境凈化領(lǐng)域有較好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景[1]。1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀電氣石的獨(dú)特之處在于具有異極對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其[Si6O18]六元環(huán)的六個(gè)硅氧四面體，角頂指向同一方向，在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為具有電極性。電氣石晶體存在自發(fā)電極，對(duì)自發(fā)電極首次證實(shí)是在二十世紀(jì)末由日本學(xué)者Kubo完成的，其自發(fā)電極為永久性電極，不受外界電場(chǎng)的影響。自發(fā)電極的存在，使電氣石的表面周圍存在著靜電場(chǎng)。因此，電氣石對(duì)周圍的帶電粒子等的吸附作用，從而引發(fā)了科學(xué)界對(duì)電氣石吸附作用應(yīng)用研究的興趣。1.1.1熱電性和壓電性的研究電氣石電極性的典型表現(xiàn)為：熱電性和壓電

3、性。電氣石晶體的3次軸即為單向極軸，因此在溫度變化時(shí)，可以表現(xiàn)出其熱釋電性特性。電氣石的熱電性是一種帶電的、不對(duì)稱的、非簡(jiǎn)諧振動(dòng)，熱電系數(shù)隨溫度增高而非線性增加。根據(jù)GabrielleDannay（1977）研究，電氣石的熱電效應(yīng)主要是由于位于其晶體結(jié)構(gòu)中心、三個(gè)八面體共有的氧O（1）的不對(duì)稱、非簡(jiǎn)諧振動(dòng)引起的。熱電性也有可能與Na以及與Na、B配位的O（2）原子有關(guān)，它們也存在異常大的溫度系數(shù)，但沒(méi)有大的位移。Fe對(duì)熱電性起負(fù)的作用，含氧化鐵越多，熱電性越差；很多文獻(xiàn)提到，黑電氣石即鐵電氣石，幾乎沒(méi)有可檢測(cè)到的熱

4、電效應(yīng)（R.V.Dietrich，1985）。楊如增等人對(duì)新疆、內(nèi)蒙、云南等地的黑電氣石紅外輻射特性進(jìn)行了測(cè)試和分析，結(jié)果表明：電氣石的紅外輻射率隨氧化鐵的含量增加而下降。黑電氣石的熱釋電效應(yīng)隨其化學(xué)成分中氧化鐵含量的增加而減弱。研究發(fā)現(xiàn)，黑電氣石熱釋電效應(yīng)與常規(guī)物理特性有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)黑電氣石的密度和折射率即可間接了解黑電氣石熱釋電效應(yīng)[5]。冀志江等人研究了電氣石對(duì)酸堿溶液的pH值的影響，結(jié)果表明電氣石顆粒的電極性能夠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。除電極性之外，表面吸附H

5、+和表面離子交換吸附H+也是電氣石對(duì)溶液作用的重要因素。使堿性溶液pH值減小的主要因素是電氣石的電極性[6]。1.1.2電氣石結(jié)構(gòu)的研究電氣石是一種含硼硅酸鹽礦物，屬于三方晶系，呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)（王璞，1984），vmCR353。由[Si6O18]復(fù)三方環(huán)、X多面體、[Y-O5（OH）]三重八面體、六個(gè)Z八面體和[BO3]平面三角形組成的。由于電氣石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多種類質(zhì)同象替代現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)與其表現(xiàn)出的物理特性密不可分，尤其在結(jié)構(gòu)中鐵離子的占位情況不同而使電氣石的物理化學(xué)性質(zhì)多變。Adam等人觀察了鐵-鎂電氣石系列粉末在6

6、00℃以上逐漸退火過(guò)程中Fe2+離子的熱氧化現(xiàn)象[11]，在氧化過(guò)程中，晶胞參數(shù)a明顯收縮，同時(shí)c有微小的膨脹。Y八面體是隨著Fe2+的含量成比例的收縮的，Z八面體顯示出微小的膨脹。他們指出，Y位置上起初是為Fe2+所占據(jù)，在隨溫度升高，F(xiàn)e2+逐漸氧化成Fe3+，最終，Y位置僅僅為Fe3+所占據(jù)，此時(shí)，電氣石完全轉(zhuǎn)變成氧化狀態(tài)。Bloodaxe等人在1999年根據(jù)黑電氣石和鎂電氣石系列結(jié)構(gòu)的精確數(shù)據(jù)認(rèn)為Fe2+僅僅占據(jù)Y位置[12]。近年來(lái)，有學(xué)者用穆斯堡爾譜分析研究了合成的堿性鐵電氣石的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，也充分顯示

7、出Fe2+僅僅占據(jù)了Y位置。至今，電氣石結(jié)構(gòu)中Fe2+的占位問(wèn)題仍然在研究討論，期待能夠提供新的確切數(shù)據(jù)的方法。電氣石晶體結(jié)構(gòu)中鐵離子的占位對(duì)于正確理解其復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)產(chǎn)生的機(jī)理有著重要的作用。第二章電氣石的晶體結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)樣品的基本性質(zhì)2.1電氣石的化學(xué)成分與晶體結(jié)構(gòu)電氣石屬于三方晶系，呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)（王璞，1984），vmCR353。電氣石晶體結(jié)構(gòu)由[Si6O18]復(fù)三方環(huán)、X多面體、[Y-O5（OH）]三重八面體、六個(gè)Z八面體和[BO3]平面三角形組成的。前人的研究已表明，電氣石的獨(dú)特性質(zhì)于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。[S

8、i6O18]復(fù)三方環(huán)有六個(gè)[SiO4]四面體連接而成。[SiO4]角頂指向同一方向（電氣石負(fù)極），這就是電氣石存在極性的原因。X原子位于[Si6O18]復(fù)三方環(huán)空隙的上方，配位數(shù)為9。X多面體由六個(gè)橋氧組成，三個(gè)O（4）和三個(gè)O（5）連接[SiO3]6復(fù)三方環(huán)，三個(gè)O（2）連接[Y-O5（OH）]三重八面體。[Y-O5（OH）]三重八面體由三個(gè)Y八面體共棱且