電氣石粉酸浸處理實驗分析

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1、電氣石粉酸浸處理實驗分析第一章緒論我國電氣石資源豐富，潛在資源量較大，初步估計非寶石級電氣石儲量在數(shù)千萬噸以上，過去人們一直將電氣石作為寶石礦物對待，對電氣石應用基礎研究和工業(yè)深加工產(chǎn)品開發(fā)較少，加之對其特殊的晶體化學性質(zhì)研究不夠，所以對非寶石級電氣石的應用研究不夠重視，導致大量非寶石級電氣石尤其是黑電氣石資源得不到開發(fā)利用。近幾年隨著日、美等國對電氣石大量開發(fā)利用成果對國內(nèi)的影響，國內(nèi)己經(jīng)開始從事相關產(chǎn)品的開發(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)境凈化領域有較好的開發(fā)應用前景[1]。1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電氣石的獨特之處在于具有異極對稱結(jié)構，其[Si6O18]六元環(huán)的六個硅氧四面體，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，對自發(fā)電極首次證實是在二十世紀末由日本學者Kubo完成的，其自發(fā)電極為永久性電極，不受外界電場的影響。自發(fā)電極的存在，使電氣石的表面周圍存在著靜電場。因此，電氣石對周圍的帶電粒子等的吸附作用，從而引發(fā)了科學界對電氣石吸附作用應用研究的興趣。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，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、不對稱的、非簡諧振動，熱電系數(shù)隨溫度增高而非線性增加。根據(jù)GabrielleDannay（1977）研究，電氣石的熱電效應主要是由于位于其晶體結(jié)構中心、三個八面體共有的氧O（1）的不對稱、非簡諧振動引起的。熱電性也有可能與Na以及與Na、B配位的O（2）原子有關，它們也存在異常大的溫度系數(shù)，但沒有大的位移。Fe對熱電性起負的作用，含氧化鐵越多，熱電性越差；很多文獻提到，黑電氣石即鐵電氣石，幾乎沒有可檢測到的熱

4、電效應（R.V.Dietrich，1985）。楊如增等人對新疆、內(nèi)蒙、云南等地的黑電氣石紅外輻射特性進行了測試和分析，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隨其化學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與常規(guī)物理特性有較好的對應關系，通過檢測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[5]。冀志江等人研究了電氣石對酸堿溶液的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（王璞，1984），vmCR353。由[Si6O18]復三方環(huán)、X多面體、[Y-O5（OH）]三重八面體、六個Z八面體和[BO3]平面三角形組成的。由于電氣石結(jié)構復雜，有多種類質(zhì)同象替代現(xiàn)象，其結(jié)構與其表現(xiàn)出的物理特性密不可分，尤其在結(jié)構中鐵離子的占位情況不同而使電氣石的物理化學性質(zhì)多變。Adam等人觀察了鐵-鎂電氣石系列粉末在6

6、00℃以上逐漸退火過程中Fe2+離子的熱氧化現(xiàn)象[11]，在氧化過程中，晶胞參數(shù)a明顯收縮，同時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，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)構的精確數(shù)據(jù)認為Fe2+僅僅占據(jù)Y位置[12]。近年來，有學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)構中Fe2+的占位問題仍然在研究討論，期待能夠提供新的確切數(shù)據(jù)的方法。電氣石晶體結(jié)構中鐵離子的占位對于正確理解其復雜結(jié)構以及性質(zhì)產(chǎn)生的機理有著重要的作用。第二章電氣石的晶體結(jié)構及實驗樣品的基本性質(zhì)2.1電氣石的化學成分與晶體結(jié)構電氣石屬于三方晶系，呈環(huán)狀結(jié)構（王璞，1984），vmCR353。電氣石晶體結(jié)構由[Si6O18]復三方環(huán)、X多面體、[Y-O5（OH）]三重八面體、六個Z八面體和[BO3]平面三角形組成的。前人的研究已表明，電氣石的獨特性質(zhì)于其特殊的晶體結(jié)構。[S

8、i6O18]復三方環(huán)有六個[SiO4]四面體連接而成。[SiO4]角頂指向同一方向（電氣石負極），這就是電氣石存在極性的原因。X原子位于[Si6O18]復三方環(huán)空隙的上方，配位數(shù)為9。X多面體由六個橋氧組成，三個O（4）和三個O（5）連接[SiO3]6復三方環(huán)，三個O（2）連接[Y-O5（OH）]三重八面體。[Y-O5（OH）]三重八面體由三個Y八面體共棱且