【摘要】：電氣石是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的天然礦物,含有多種對(duì)人體友好的微量元素,且具有自發(fā)極化性、壓電性、熱釋電性、紅外輻射、能產(chǎn)生負(fù)離子等優(yōu)良特性,廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)保、凈化空氣水質(zhì)、醫(yī)療保健、化妝用品、紡織纖維、涂層原料、聲電材料等許多方面,而彩色電氣石更是寶石的上乘原料。但是絕大多數(shù)天然電氣石的顏色都較深,限制了其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,因此,對(duì)天然電氣石的改色改性尤為重要。本文提出水熱法、熔鹽法等對(duì)電氣石粉體進(jìn)行化學(xué)改色改性的新思路和新方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣石顏色的調(diào)控(增白、紅化等)。創(chuàng)新性的運(yùn)用了晶體原位生長(zhǎng)的方式,使天然電氣石的裂隙自然愈合,達(dá)到了增強(qiáng)熱釋電性、提高負(fù)離子的釋放能力的目的。1. 電氣石晶體化學(xué)分類及其性能以電氣石為研究對(duì)象結(jié)合電氣石化學(xué)成分、晶胞參數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分類。從無機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(The Inorganic Crystal Structure Database,簡(jiǎn)稱ICSD)中導(dǎo)出所有電氣石的晶體數(shù)據(jù),利用Diamond或Atom軟件繪制電氣石的晶體結(jié)構(gòu)圖。從電氣石的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究開始,深入討論了晶體化學(xué)通式XY_3Z_6Si_6O_(18)(BO_3)_3W_4中,X、Y、Z、W等晶體學(xué)位置結(jié)構(gòu)特征以及類質(zhì)同像替換規(guī)律。針對(duì)電氣石種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn),本文從統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和微結(jié)構(gòu)變化規(guī)律闡述了電氣石微結(jié)構(gòu)分類的可行性,為電氣石群種分類提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù),在電氣石分類體系做了嘗試性的建議。(1)化學(xué)成分分類:從X、Y、Z、W位點(diǎn)主導(dǎo)原子或離子的不同,將電氣石進(jìn)行分類。(2)晶胞參數(shù)分類:根據(jù)晶系的不同,將電氣石分為兩種:電氣石和變種電氣石。(3)晶體結(jié)構(gòu)分類:根據(jù)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的差異,可將電氣石從X陽離子、硅氧四面體六元環(huán)、八面體進(jìn)行分類。(4)從硅氧四面體六元環(huán)的規(guī)正度分為:正六元環(huán)電氣石、復(fù)三方環(huán)電氣石;近六元環(huán)電氣石。(5)晶體參數(shù)與化學(xué)成分關(guān)系陽離子半徑大小對(duì)晶胞參數(shù)的影響較大,a_0(鐵電氣石)a_0(鎂電氣石)a_0(鋰電氣石)。(6)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)變化規(guī)律X位大陽離子與硅氧四面體六方環(huán)及Y位三八面體共同組成團(tuán)簇結(jié)構(gòu),Z位八面體框架結(jié)構(gòu)。團(tuán)簇嵌入Z位八面體框架結(jié)構(gòu)中形成電氣石結(jié)構(gòu)體系。2.電氣石的改色研究電氣石中的鐵元素是影響電氣石晶體結(jié)構(gòu)、物化性能的重要元素之一,鐵的價(jià)態(tài)、含量及其分布,對(duì)電氣石結(jié)構(gòu)和電偶極矩有明顯影響,可揭示電氣石的熱釋電性能機(jī)理。(1)酸水熱法電氣石增白分析與討論通過水熱反應(yīng),鹽酸、硝酸、硫酸均可以溶出電氣石中的鐵離子,溶出效果為:鹽酸硝酸硫酸,鹽酸最白白度達(dá)40.86。鹽酸對(duì)電氣石中鐵離子溶出量的能力最強(qiáng),溫度起促進(jìn)作用。(2)熔鹽法對(duì)電氣石增紅分析討論當(dāng)保溫時(shí)間為2小時(shí),氯化鋰的量為1時(shí),電氣石的“紅化”程度隨溫度的升高而增大。溫度在600℃時(shí),電氣石的“紅化”效果為最佳,“紅化”程度a*值為11.14,明度值L*為33.83。電氣石改色方面,尤其是熔鹽法改紅色方面,取得了較顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和潛在效益。3.超細(xì)電氣石單晶水熱生長(zhǎng)工藝及性能研究在超細(xì)電氣石再結(jié)晶生長(zhǎng)過程中,做了一定程度的探討,研究得出:在堿:電氣石=1:2、150℃左右,最有利于晶體生長(zhǎng)。再生長(zhǎng)的超細(xì)電氣石在熱釋電性能上取得了一定的改善,電氣石本身具有一定的除甲醛功效,電氣石原礦和水熱法處理過的電氣石在60min內(nèi)甲醛的去除率分別為63.9%和75.6%。水熱法處理過后的電氣石甲醛去除率略有提高,及經(jīng)過水熱處理過的電氣石熱釋電效應(yīng)有一定程度的改善。對(duì)促進(jìn)電氣石的開發(fā)應(yīng)用、提高相關(guān)產(chǎn)品的附加值頗具價(jià)值。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P578.953

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本文編號(hào)：2409420