馬可楠營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 115000

電氣石的性能及應(yīng)用技術(shù)研究現(xiàn)狀

馬可楠
營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 115000

本文介紹一種能夠永久產(chǎn)生自發(fā)極化的天然礦物----電氣石，概述電氣石族礦物的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和礦物分類，詳細(xì)闡述了電氣石形成靜電場、產(chǎn)生負(fù)離子、活化水等性能，綜述了我國電氣石在與環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療保健等功能應(yīng)用方面的應(yīng)用技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析了我國電氣石產(chǎn)業(yè)存在的問題并提出發(fā)展建議。

電氣石；性能；應(yīng)用

一、引言

1500年中期，葡萄牙探險(xiǎn)隊(duì)最早在巴西發(fā)現(xiàn)了這種寶石——電氣石，取名為：托瑪琳，意為“多彩寶石”。從那時(shí)開始。托瑪琳作為一種名貴的裝飾品，一直在歐洲貴族中流行并躋身于世界十二大寶石的行列。1730年，荷蘭人發(fā)現(xiàn)這種寶石能吸灰，又取名“吸灰石”。1880年，居家族揭開了這種寶石的秘密，即具有永久的自發(fā)電性，表面流動0.06mA的微電流，因此命名為“電氣石”。研究表明，電氣石是地球上現(xiàn)存的唯一帶永久性電極的礦物質(zhì)[1]。

最新發(fā)現(xiàn)的工業(yè)礦物-----電氣石的應(yīng)用非常廣泛，其主要應(yīng)用領(lǐng)域例如：化工、建材、環(huán)保、輕工、醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域。因?yàn)殡姎馐哂歇?dú)一無二的礦物性質(zhì)，使得其加工產(chǎn)品具有較高附加值，所以電氣石已經(jīng)被世界各國的特別關(guān)注。近年來，根據(jù)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥類的需求不斷擴(kuò)大了對電氣石的開發(fā)應(yīng)用、同時(shí)對電氣石的產(chǎn)品的工藝研究更為深入，現(xiàn)階段電氣石的工藝制造方面已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，需求決定市場，呈現(xiàn)良好的應(yīng)用前景。

二、電氣石的類型、及理化性質(zhì)

電氣石是電氣石族的礦物的總稱。礦物學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，電氣石顆粒受熱后，兩端帶正負(fù)不同的靜電，以致吸引灰塵等細(xì)小物體，由于這種礦物所具有的熱電性而稱其為電氣石。電氣石硬度7～7.5，比重2.9～3.2g/cm3，具有顯著的熱電性、壓電性和自發(fā)電極性。

根據(jù)成分不同可將電氣石分類，包括鐵鎂鋰電氣石、鈉錳電氣石、鈣鎂電氣石和布格電氣石。其中鐵鎂鋰電氣石的化學(xué)組成中Mg2+-Fe2+間呈完全類質(zhì)同相系列，鎂鋰間的代替是有限的。其中鐵鎂鋰電氣石可分為三個(gè)亞種：鎂電氣石、鐵電氣石和鋰電氣石[2]。

三、電氣石的性能[3]

(一)形成電氣石獨(dú)特的靜電場，伴隨微弱電流

永久帶電保持著正極和負(fù)極的性質(zhì)是由于電氣石本身晶體結(jié)構(gòu)所決定的，它可以在自己周邊形成電場的特性，和它具有一樣性質(zhì)的物質(zhì)有鈾礦石、磁鐵礦石。專家研究測試，之所以電氣石能持久的源源不斷地發(fā)出0.16μA的電流，正是由于大氣中的負(fù)離子被電氣石的正極吸收，電氣石將負(fù)離子儲存在其體內(nèi)，同時(shí)使從負(fù)極放出多余負(fù)離子。從而永久放電的特性就形成了。經(jīng)過高溫高壓后的電氣石的放電特性增強(qiáng)，同時(shí)電場強(qiáng)度增大，電場強(qiáng)度與溫度高低成正比。

(二)產(chǎn)生負(fù)離子，把水瞬間負(fù)離子化

當(dāng)水遇到電氣石后，會被瞬間負(fù)離子化，又被降低了堿性。瞬間被負(fù)離子化的機(jī)理是因?yàn)殡姎馐?fù)電極的電子一接觸到水便瞬間放電，將水電解成H+和OH-，H+與電氣石發(fā)出的負(fù)離子結(jié)合而被中和，變成H原子釋放出來。OH-則和H2O分子相結(jié)合，產(chǎn)生了堿性負(fù)離子或羥基負(fù)離子，這兩種離子具有活性作用。

(三)電氣石對活化水的影響

一滴水中含有1.67×1021個(gè)水分子，一杯水是由數(shù)億個(gè)水分子組成的分子團(tuán)。水是制來的，所以自來水必定含有雜質(zhì)，并且自來水中的水都是大分子團(tuán)，由于分子團(tuán)大，所以水很難被吸收。水中的電氣石利用電壓將大的水分子團(tuán)體分解成小的、已于吸收，并且對身體有利的水，此過程即是使水的活化，皮膚及細(xì)胞對這樣的小分子水吸收性增強(qiáng)，使皮膚更滋潤，身體更健康。

(四)發(fā)射遠(yuǎn)紅外線

電氣石具有發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的特性，波長是4—18μm。我們?nèi)梭w會吸收熱量，但也釋放熱量的，電氣石將人體所釋放的熱量吸收后，可以將此熱量轉(zhuǎn)換成對人體有益的遠(yuǎn)紅外線和負(fù)離子。之所以電氣石有促進(jìn)血液循環(huán)系統(tǒng)，提高人體細(xì)胞的活力，增強(qiáng)代謝功能，是因?yàn)檫h(yuǎn)紅外線可以溫暖細(xì)胞，亦是溫?zé)嵝?yīng)。充分利用電氣石獨(dú)特性質(zhì)，可以造福人類，已經(jīng)投入使用的電氣石產(chǎn)品，也逐漸被廣大用戶認(rèn)可，不僅僅在美容、改善睡眠、改變心情方面有較好的效果，甚至在對疾病的治療方面也有了顯著的療效

四、電氣石的應(yīng)用

電氣石不僅能作寶石，它還有很多用途，由于高純度的電氣石畢竟是少數(shù)，所以能作為寶石原料的電氣石很少；此外電氣石不僅有觀賞性，還具有獨(dú)特用途的理化性能，例如：靜電場、發(fā)射遠(yuǎn)紅外線、表面活性效果、活化水、產(chǎn)生負(fù)離子等特點(diǎn)，電氣石還可應(yīng)用于涂層、研磨、環(huán)保、醫(yī)療、電磁屏蔽、聲光等工業(yè)，大致有以下用途。

(一)電氣石在水處理的應(yīng)用

電氣石在國外廣泛應(yīng)用于水處理當(dāng)中，利用其特有的性能，可以用其產(chǎn)生的負(fù)離子改善水質(zhì)，使人們引用放心的保健水，國外將電氣石制作成陶瓷球，放于水中，方便凈水，國外利用此性能，將產(chǎn)品廣泛用于大型的污水處理項(xiàng)目當(dāng)中。但是我國現(xiàn)階段在污水處理方面未啟用電氣石，目前相關(guān)機(jī)構(gòu)已經(jīng)研究證明電氣石的凈水效能工作，東北大學(xué)礦物材料研究開發(fā)中心正在積極的進(jìn)行將電氣石應(yīng)用于污水處理中的研究工作[4]。電氣石的永久性自發(fā)電極可以將水體的氧化還原電位進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就是電氣石的特有的性能，若研磨電氣石成超細(xì)粉，會有助于吸附更穩(wěn)定。

(二)電氣石在醫(yī)療保健的應(yīng)用

在現(xiàn)階段已知的有永久磁性的自發(fā)礦物鈾、磁鐵礦、電氣石等礦物質(zhì)中，電氣石的極化矢量是自身內(nèi)部的改變，不受任何影響，所以它的極化效應(yīng)最強(qiáng)，并且持續(xù)性強(qiáng)。其自身發(fā)出的遠(yuǎn)紅外電磁波輻射，波長為4～14μm，此電磁波輻射能提高生物組織的溫度，提高細(xì)胞滲透性、膠體狀態(tài)、生物電、酶系統(tǒng)、酸堿度發(fā)生變化；進(jìn)而使生物活性物質(zhì)例如組織胺等快速生成；提高血流速度，血管擴(kuò)張?jiān)鰪?qiáng)，加快新陳代謝，有效改善循環(huán)系統(tǒng)；有效減少不飽和脂肪酸被氧化的數(shù)量，抑制細(xì)菌生成，增加人體的免疫能力[6]。

(三)電氣石在電磁屏蔽的應(yīng)用

電氣石因?yàn)楠?dú)特的自發(fā)極化能，還具有電磁性，這種環(huán)境凈化產(chǎn)品，在電磁屏蔽領(lǐng)域中得以廣泛的運(yùn)用。中國地質(zhì)大學(xué)盧琪對電氣石進(jìn)行了研究，他采用粒徑在4—10μm的電氣石粉體，選擇丙烯酸樹脂作為成膜材料、硅酸已脂作為添加劑、癸醇作為溶劑、Orotan 731A作為分散劑，制成的復(fù)合涂料有電磁屏蔽性能。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)電氣石含量達(dá)60％時(shí)，在30MHz～1GHz范圍內(nèi)，電磁屏蔽效能可達(dá)16dB以上[7]。

(四)電氣石在研磨材料的應(yīng)用

電氣石硬度值為7.12，在所有的礦物當(dāng)中算是硬度較大的，應(yīng)用此性質(zhì)，研磨材料可改用電氣石，也可以利用一些非電子工業(yè)用的細(xì)粒電氣石，使寶貴的電氣石資源得到充分利用。將天然的電氣石研磨粒子用粘合劑粘聯(lián)起來，利用電氣石硬度高和有電壓的特性，做成離子磨拋石，此磨拋石加工效率高、能使得加工表面達(dá)到期望值，并且改善工作環(huán)境、既安全又無污染。在工程作業(yè)時(shí)，已經(jīng)涂敷的金屬表面不能形成灰塵，相反的可以使作業(yè)者不再疲勞，因?yàn)殡姎馐奶厥庑阅墚a(chǎn)生了空氣離子聚合體，有利于人體呼吸系統(tǒng)。利用其較大的硬度這一特性，將電氣石應(yīng)用再建造公路的路面方面，可以將電氣石研磨成規(guī)定細(xì)度，在路面材料鋪放的最后一道工序加入電氣石細(xì)粉，不僅能減少滯留的雨

＞＞＜＜水，又可以提高公路環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了在高寒冷，且多雪地域的公路也可以暢通無阻的想法[5]。

五、電氣石加工及產(chǎn)品現(xiàn)狀及前景展望

電氣石作為一種新型的礦物多功能性材料，已經(jīng)受到越來越多人所關(guān)注，隨之而來的各種電氣石的開發(fā)商也逐漸增加，無論是原礦還是各種制品，種類數(shù)量都同比增長許多，但實(shí)際上，幾乎沒有大規(guī)模規(guī)范的廠商，因?yàn)檫€沒有出現(xiàn)被大眾能接受的電氣石行業(yè)的明星品質(zhì)，有因?yàn)殡姎馐募庸どa(chǎn)技術(shù)含量低，使得生產(chǎn)的電氣石產(chǎn)品有一些不足之處：首先，國家沒有相關(guān)性能與含量指標(biāo)限定電氣石的最低純度：其次，雖然電氣石是天然礦物，但是任何礦物都會含有雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)也許含有毒有害的元素，但在制成電氣石產(chǎn)品的過程中卻缺乏對此項(xiàng)的監(jiān)督管理方式；最后，在電氣石純度不能保證的情況下，商家以高放射性的特性作為吸引人眼球的賣點(diǎn)，有可能對消費(fèi)者的健康造成影響。良心商家在電氣石產(chǎn)品加工的技術(shù)含量上下功夫，上述三個(gè)情況就可以杜絕的。

當(dāng)前，在我國電氣石行業(yè)中尚未出現(xiàn)規(guī)模性的產(chǎn)業(yè)，電氣石行業(yè)中很多應(yīng)用研發(fā)都不集中，大多數(shù)企業(yè)是自顧自地自以為是的研究認(rèn)為可行性產(chǎn)品，應(yīng)用研發(fā)人員并未團(tuán)結(jié)一心形成巨大的開發(fā)團(tuán)隊(duì)。其他影響因素也很多，例如機(jī)制不能扶持，經(jīng)濟(jì)衰退、資金鏈斷裂、條件惡劣，很多企業(yè)不愿意投資大量資金用于電氣石產(chǎn)品的研發(fā)，僅用微薄的、有限的經(jīng)濟(jì)技術(shù)支持研發(fā)新的電氣石產(chǎn)品，這些使得電氣石的研發(fā)范圍，層次上都存在很大的弊端。若要想使電氣石產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的霸主，需要做到以下兩點(diǎn)；第一，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合是必經(jīng)之路，這樣才能做出離起點(diǎn)、科研型、創(chuàng)造性的新型項(xiàng)目、它是企業(yè)不斷的推出新的高技術(shù)含量的電氣石產(chǎn)品的保障；第二、認(rèn)清形勢，拓寬領(lǐng)域，實(shí)行跨行業(yè)合作，只有從市場需求出發(fā)，電氣石產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力就是聯(lián)合開發(fā)應(yīng)用；做到以上兩點(diǎn)，就有可能將電氣石產(chǎn)品成為相當(dāng)規(guī)模的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。

[1]電氣石的由來及特點(diǎn).西部資源,2013(4)

[2]蔣侃.電氣石吸附特征及強(qiáng)化生物處理效能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007

[3]王麗晶.電氣石的加工與應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].中國粉體技術(shù),2007,8 （13）:192-195

[4]孫健.氣石在環(huán)境工程領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].黑龍江環(huán)境通報(bào),2009,33(4):7-9

[5]孫南翔,徐志強(qiáng).電氣石的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國粉體技術(shù),2013,10(19):9-12.

[6]莫尊理,孫豫,郭瑞斌,馮超.電氣石的性能及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào),2001,8,30(4):822-825

[7]張志湘,余麗秀,劉新海.電氣石深加工與應(yīng)用技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].中國建材科技,2007(5):41-45