電氣石(化學術語)

電氣石（tourmaline）是電氣石族礦物的總稱，化學成分較複雜，是以含硼為特徵的鋁、鈉、鐵、鎂、鋰的環狀結構矽酸鹽礦物。電氣石硬度通常為7~7.5，其密度分不同種類而略有不同，詳見下表。電氣石又稱托瑪琳石、碧璽等。

電氣石具有壓電性、熱釋電性、導電性、遠紅外輻射和釋放負離子性等獨特性能，通過物理或化學方法與其他材料複合，可製得多種功能材料，被套用於環保、電子、醫藥、化工、輕工、建材等領域。

基本介紹

• 中文名：電氣石
• 外文名：tourmaline
• 特性：壓電性、熱釋電性、遠紅外輻射和釋放負離子性等
• 相關標準：JC/T 2012-2010電氣石 電氣石粉
• 套用領域：寶石飾品、建築材料、水處理等

簡介

電氣石

電氣石是一類環狀矽酸鹽礦物，其結構通式可表示為XY₃Z₆Si₆O₁₈（BO₃）₃W₄，式中X=Na、Ca、K、空位， Y=Mg、Fe、Mn、AI、Fe、Mn、Li，Z=AI、Fe、Cr、Mg，W=OH、F、O。其中X，Y，Z三位置的原子或離子種類不同會影響電氣石的物理性質。晶體結構的對稱性為R3m。電氣石的主要礦種有鐵電氣石（Sehorl）、鎂電氣石（Dravite）和鋰電氣石（Elbaite）等。

主要電氣石族礦物及其密度如下表：

名稱	密度/g·cm
鋰電氣石	2.84-3.1
鎂電氣石	2.9-3.29
黑電氣石	2.82-3.24
鐵電氣石	3.26-3.33
鈣鋰電氣石	3.05
鈣鎂電氣石	3.1
鐵鈣鎂電氣石	3.21
布格電氣石	3.31
鉻鎂電氣石	3.39-3.41
無鹼鐵電氣石	3.14
無鹼鋰電氣石	3.06

電氣石塊

礦山直接開採下來的單個晶體狀或微小晶粒聚集成一定體積的塊狀電氣石。

電氣石砂

粒徑大於0.15mm小於5mm的電氣石顆粒。

電氣石粉

電氣石塊或砂經過加工獲得的粉狀產品。

對於各型產品的具體參數，請參見《JC/T 2012-2010 電氣石 電氣石粉》中相關規定。

研究簡史

有關電氣石的記載，始於古錫蘭，之後陸續發現它具有電性、壓電性，並被用於紅外光譜探測和熱像等儀器上。1880年Jacques和Pierre首次發現了電氣石的壓電性效應。1989年，日本學者Kubo首次發現了電氣石存在自發電極、電氣石微粒周圍存在靜電場現象，就此對電氣石微粉的電場效應展開了一系列套用研究，由此興起了電氣石在環境、人體保健領域的研究新熱潮。此後，日本，美國等國學者紛紛開始了對這一方面的套用性研究，陸續申請了多項專利。

特性

自發電極性

當電氣石晶體所處環境溫度與壓力變化時，晶體中帶電粒子之間發生相對位移，正負電荷中心發生分離，晶體的總電矩發生變化，從而導致極化電荷產生。電氣石的自發極化效應表現為，在電氣石晶體周圍存在著以c軸軸面為兩極的靜電場。當電氣石晶粒很小時，電氣石微粒的作用相當於一電偶極子，由於正負電荷作用相互抵消，在平行於c軸方向電場強度最大，電氣石的自發極化效應是永久性的，與其結構和成分密切相關。

壓電、熱電效應

電氣石同時具有壓電效應和熱電效應，當周圍環境發生變化，溫度或壓力改變時，電氣石晶格內晶鍵發生扭轉，電子發生轉移，使得電氣石一端帶正電，另一端帶負電。相反的電極被定義為c和c，c是冷卻或加壓過程中沿c軸壓縮的正極，c是在加熱或減壓過程中沿c軸膨脹的負極。

分類

礦物種分類

有學者將電氣石分為鎂鐵鋰電氣石、鈣鎂電氣石、鈉錳電氣石、布格電氣石四個礦物種。

（1）鎂鐵鋰電氣石：Na（MgFeAlLi）₃Al₆（BO₃）₃（Si₆O₁₈）（O，OH，F）₄

根據三元完全類質同象（類質同象是在一種晶體的內部結構中﹐本來完全可由某種離子或原子占據的位置﹐部分地由性質類似的他種離子或原子所占據﹐共同形成均勻的﹑單一相的混合晶體的現象。一般而言，相互替代的原子或離子的半徑接近，離子類型和化學鍵相同或相近，則比較容易形成類質同象替代，同時還要能保持電價平衡）種的劃分分為三個亞種：

鎂電氣石 （Dravite）：NaMg₃Al₆（BO₃）₃（Si₆O₁₈）（OH）₄

鐵電氣石 （Schorl）：NaFe₃Al₆（BO₃）₃（Si₆O₁₈）（OH）₄

鋰電氣石 （Elbaite）：Na（Li_1.5Al_1.5）Al₆（BO₃）₃（Si₆O₁₈）（OH）₃（OH）

（2）鈉錳電氣石：NaMn₃Al₆（BO₃）₃（Si₆O₁₈）（OH）₄

（3）鈣鎂電氣石：CaMg₃（Al₅，Mg）（BO₃）₃（Si₆O₁₈）（OH）₄

（4）布格電氣石：NaFe₃Al₆（BO₃）₃（Si₆O₁₈）O₃F

顏色分類

電氣石按其顏色的不同，主要可分為黑色電氣石和彩色電氣石。其中，彩色電氣石又可分為紅色、藍色、綠色、黃色等。通常黑色富鐵；粉紅色富鋰、錳；褐色、黃色富鎂；綠色富鉻。其中，一般我們所見的為黑色電氣石，主要有鐵電氣石、布格電氣石等。

粉體改性方法

電氣石的電效應、離子吸附性等會隨著其粉體粒徑的減小而呈增強趨勢， 並具有一系列優異的表面與界面性質， 但由於粉體顆粒的比表面積大，比表面能高，在製備和加工處理過程中極易產生團聚， 使得電氣石在複合材料中分散不均勻，從而影響複合材料的綜合性能。為提高電氣石粉體在複合材料基體中的分散性， 增強電氣石複合材料的綜合性能，需要對電氣石粉體進行表面改性。

機械力化學改性

該方法是指通過摩擦﹑粉碎等強烈機械力作用有目的地活化顆粒表面， 使其結構複雜或表面無定形化， 從而增強它與有機物或其他無機物的反應活性，達到表面改性的目的。

表面有機包裹法

表面有機包裹法是利用有機表面改性劑分子中的官能團與無機礦物粉體顆粒表面發生化學吸附或化學反應，從而達到對顆粒表面進行改性的目的。 所用表面改性劑主要有偶聯劑、高級脂肪酸及其鹽、有機低聚物、不飽和有機酸以及水溶性高分子等，是目前最常用的無機粉體表面改性方法。

套用領域

水處理

由於電氣石具有永久的自發性電極， 產生的靜電場對水中重金屬離子（Cu、Pb、Zn、Cd）和雜質有吸附作用因此可將其套用於污水處理等方面。

飾品原料

作為寶石原料。自然界電氣石（電氣石）是色彩和色調最豐富的礦物種。電氣石是具有獨特3次極軸的晶體結構，在電氣石不同結晶學位置都有多種類質同像出現，致使成分極為複雜。沿極軸方向隨著化學成分的變化，晶體結構的調整，因此電氣石晶體色彩變換無窮，有紅色、粉紅色、黃色、藍色、綠色、紫色、茶色、無色、咖啡色、赤色、黑色等11種色彩，色調的過渡性層次感強烈。

電磁禁止材料

電氣石可與空氣中的水分子形成陰離子，中和輻射發出的陽離子，以阻止電磁波的傳播。用含電氣石微粉的物質做成外殼， 有電磁禁止和消除靜電的作用。

其他

對於電氣石能產生負離子這一特性，近年來出現了很多將電氣石用於室內裝修及其他建築材料。有學者利用電氣石粉體製成負離子整理劑，將其與紅麻和低熔點聚酯混合均勻，熔融共混，製備汽車內飾材料。也有學者在建築材料中添加電氣石，如隔熱板、磚等。