电气石微结构分类及其改色改性研究

发布时间：2019-01-16 03:37

【摘要】：电气石是一种具有特殊晶体结构的天然矿物,含有多种对人体友好的微量元素,且具有自发极化性、压电性、热释电性、红外辐射、能产生负离子等优良特性,广泛应用于生态环保、净化空气水质、医疗保健、化妆用品、纺织纤维、涂层原料、声电材料等许多方面,而彩色电气石更是宝石的上乘原料。但是绝大多数天然电气石的颜色都较深,限制了其在各个领域的应用,因此,对天然电气石的改色改性尤为重要。本文提出水热法、熔盐法等对电气石粉体进行化学改色改性的新思路和新方法,实现了对电气石颜色的调控(增白、红化等)。创新性的运用了晶体原位生长的方式,使天然电气石的裂隙自然愈合,达到了增强热释电性、提高负离子的释放能力的目的。1. 电气石晶体化学分类及其性能以电气石为研究对象结合电气石化学成分、晶胞参数、晶体结构对其进行系统分类。从无机晶体结构数据库(The Inorganic Crystal Structure Database,简称ICSD)中导出所有电气石的晶体数据,利用Diamond或Atom软件绘制电气石的晶体结构图。从电气石的化学成分和晶体结构基础研究开始,深入讨论了晶体化学通式XY_3Z_6Si_6O_(18)(BO_3)_3W_4中,X、Y、Z、W等晶体学位置结构特征以及类质同像替换规律。针对电气石种类繁多、结构复杂的特点,本文从统计学分析和微结构变化规律阐述了电气石微结构分类的可行性,为电气石群种分类提供有价值的参考数据,在电气石分类体系做了尝试性的建议。(1)化学成分分类:从X、Y、Z、W位点主导原子或离子的不同,将电气石进行分类。(2)晶胞参数分类:根据晶系的不同,将电气石分为两种:电气石和变种电气石。(3)晶体结构分类:根据团簇结构的差异,可将电气石从X阳离子、硅氧四面体六元环、八面体进行分类。(4)从硅氧四面体六元环的规正度分为:正六元环电气石、复三方环电气石;近六元环电气石。(5)晶体参数与化学成分关系阳离子半径大小对晶胞参数的影响较大,a_0(铁电气石)a_0(镁电气石)a_0(锂电气石)。(6)团簇结构变化规律X位大阳离子与硅氧四面体六方环及Y位三八面体共同组成团簇结构,Z位八面体框架结构。团簇嵌入Z位八面体框架结构中形成电气石结构体系。2.电气石的改色研究电气石中的铁元素是影响电气石晶体结构、物化性能的重要元素之一,铁的价态、含量及其分布,对电气石结构和电偶极矩有明显影响,可揭示电气石的热释电性能机理。(1)酸水热法电气石增白分析与讨论通过水热反应,盐酸、硝酸、硫酸均可以溶出电气石中的铁离子,溶出效果为:盐酸硝酸硫酸,盐酸最白白度达40.86。盐酸对电气石中铁离子溶出量的能力最强,温度起促进作用。(2)熔盐法对电气石增红分析讨论当保温时间为2小时,氯化锂的量为1时,电气石的“红化”程度随温度的升高而增大。温度在600℃时,电气石的“红化”效果为最佳,“红化”程度a*值为11.14,明度值L*为33.83。电气石改色方面,尤其是熔盐法改红色方面,取得了较显著的经济价值和潜在效益。3.超细电气石单晶水热生长工艺及性能研究在超细电气石再结晶生长过程中,做了一定程度的探讨,研究得出:在碱:电气石=1:2、150℃左右,最有利于晶体生长。再生长的超细电气石在热释电性能上取得了一定的改善,电气石本身具有一定的除甲醛功效,电气石原矿和水热法处理过的电气石在60min内甲醛的去除率分别为63.9%和75.6%。水热法处理过后的电气石甲醛去除率略有提高,及经过水热处理过的电气石热释电效应有一定程度的改善。对促进电气石的开发应用、提高相关产品的附加值颇具价值。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P578.953

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