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1 电气石的化学组成及自发电极性电气石是以含硼元素为特征的Al、Na、Fe、Mg、Li的环状结构硅酸盐矿物,化学式为NaR3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4,式中R代表金属阳离子,当R为Mg2+Fe2+或(Li+加A1+)时,分别构成镁电气石:NaMg3Al6[Si6O18](BO3)3(OH)4,铁电气石:NaFe3Al6[Si6O18](BO3)3(OH)4,锂电气石:Na(Li,Al)3Al6[Si6O18](BO3)3(OH)4。随着所含各元素的差异,呈现出不同的颜色,及不同的特殊结构,而带来远红外发射、负离子性能的差异。其晶体的特殊结构,由于电气石中的[Si6O18]复三方环的六个硅氧四面体,角顶指向同一方向,使其形成自发电极,这是激发永久性极性的基本原因[2、6、9]。持续自发极化效应的极化值是不受外界电场影响,而能构成周围的静电场,这个电场的电流为0.06毫安培,电气石表面十几微米内,高电场强达107～104V/M,电压在长宽为2公分的电气石为3.3～5.3伏特之间。结晶体粉末越小静电压越高,因静电压与结晶体长度自乘反比,如相距0.3微米,其静电场可达100万V[6]。电气石具有独特的异极对称结构,其表现为热电性和压电性。电气石的热电性是一种带电的、不对称的非简谐性振动,热电系数随温度升高而呈非线性增加。其热电效应主要是因位于晶体结构中心的二个八面体共有的氧的不对称非简谐性振动引起的,也有可能与Na以及与Na,B配位的氧原子有关,它们也存在异常大的温度系数,但没有大的位移。[3]电气石的特性可简单地通过坤特试验,静电吸附的明显程度,即晶体两端颜色差异、强弱表现出来。

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2 电气石的热电效应和压电效应及其作用温度和压力变化引起的电气石晶体之间的电势差,其压力(如震动)比受热的效应明显。电气石粉末在无源条件下可产生负离子,其粒子细化到0.2μm以下,负离子释放量明显增加,负离子释放能力增强,热释放电系数为10-7～4×10-6C・cm-2・k-1,相当于无数个负离子发生源的叠加。而且电气石可催化分解有害有机分子,促进空气中悬浮物的沉降,从而净化空气,并且受压力、湿度条件影响大,电气石除可产生负离子外,并发射远红外线,有较高的法向红外比辐射率值,与远红外陶瓷粉料的发射率比较,平均约高出1%～2%,50℃时法向比辐射率0.92～0.94[10]。当环境温度或压力发生微弱变化,其内部分子形成的偶极距分子中的原子受到环境中能量的激发而伸缩振动及/或转动,而成为远红外辐射的电磁波。由于它能够将有害电磁波转化为对人体有益的远红外线,相对于远红外陶瓷粉料在环境中的应用而言,价格便宜,用途更为广泛,从而被企业在选用环保材料时广泛用于电脑操作室、电弧操作间、变电所等各处,以及电视机、游戏机、手机、微波炉、电话等个种电气设备上,以吸附屏蔽人体周围很多物体电磁波的负面影响。

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3电气石对水分子的活化及其作用 由于电气石发射远红外线与水中氢键共振可将大分子团的氢键切断,水的大分子团通常由36～37变小至6～8个 水分子的水分子团,水的分子团越小水能量越高,其渗透力、溶解力、代谢力就越强,用核磁共振检出水的分子团,其半波宽高的振荡濒率由106.7Hz缩小为54.9Hz。pH=11时由碱性趋向酸性转变。实验证实:黑电气石微粉分别在pH=1及13的酸或碱溶液中,1h后酸溶液中H+浓度显著减少,在碱溶液中,OH-浓度减少,酸碱趋向中和。溶液中H+浓度与时间成线性关 系: Log[H+]=A-Bt,也可表示为:-[H+]/dt=B[H+](A,B为常数),H+离子的减少速率与水中H+浓度成正比。[6]按Kubo的理论,电气石存在永久性电极与水分子作用,将水分子电离形成H+和OH-离子。H+会形成水合氢离子H3O+或形成H2,OH-形成水合羟基离子H3O2-,H3O2-散发到空气中即为空气负离子,并称之为“负碱性离子(minusalkaliion)”。综上所述电气石对水分子进行活化的各种特性,可见其在水环境中对去除水中的污染物有着很大的作用:用电气石处理饮用水,可去除水体中的杂质,氨、氯等的污染物,当水在pH=3时,由酸性趋向碱性变化。黑电气石在使水自行电解过程中,获得的界面活性作用、氨的安定化、铁的钝化(可预防红色铁锈生成)、水的还原、二氧化硅与黏性物质(微生物集合体)去除等各种效果。电气石与水反应,可放出羟基自由基,具有氧化、分解、清洁、消除有机物的能力,为一般氧化、除垢剂难以媲美。

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4电气石对带电离子的吸附作用 电气石由于其类似磁铁,像自然磁铁存在极性,具有高的机械化学稳定性,不溶于酸,黑电气石晶体表面会吸附水中重金属离子,并形成沉淀,使水中重金属离子浓度降低,通过水流搅动很容易使形成的沉淀脱离电气石表面,而不具有饱和极限,可持续使用,重复利用率高。电气石对废水中重金属离子的去除率能达到99%。它是通过晶体表面静电场,将重金属离子吸附到晶体负极,使局部重金属离子浓度增高与电气石表面羟基离解而产生的OH-发生反应,形成各种沉淀或碱式盐析出,直到溶液中各种离子浓度达到平衡时为止。因电气石的负极不断地向正极流出电子,遇到水(包括空气中的水),立即向水中放电,使周围的水轻微发生电分解,使水分子(H2O)分解为氢离子(H+)和氢氧基离子(OH-),氢离子被电气石负极吸引,并与从该处释放出的电子中和产生出的氢原子,结合成氢气,释放到大气,[12]若能提高氢的含量,可研究作为氢能源的开发。另一方面氢氧离子与周围的水分子相结合,生成羟基离子(H3O2-)的界面活性物质,这种羟基离子可形成单位分子膜,由此产生界面的活性效果。电气石超细粉体对Pb2+有极高吸附效果,除了在初始Pb2+溶液pH值小于3时,其余各种条件对Pb2+的吸附率均达到99.5%以上。而超细粉体吸附Pb2+的反应速度非常快,在5min时吸附已经达到平衡,去除率接近大值,其余金属废水中Cu2+、Cr6+、Zn2+离子的净化研究已得到广大环保工作者的关注

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5电气石的远红外线辐射效应及应用 目前已利用电气石自身发射远红外射线(辐射4～14μm的电磁波)及热差变化所能产生正负电磁场的物理效应,增加空气中红外线辐射及负氧离子成分,以活化人体机能,提高人体健康水平。其特点是能给人体带来微弱的电流的热电刺激效应(其中部分有发射红外线电磁波的作用)。经永久电极流出的电流在人体所有的器官不断地快速流动,在各器官及大脑进行传达信息和调节,有利于人体血液循环,经络畅通,免除机能失调、平衡崩塌,导致亚健康态。日本东洋医学经络理论专家提出将电气石磨细加入纤维、服装、寝具,供人们享用。由于电气石的永久的电极作用,使皮肤表层流动着与生物电流相似的0.06aA电流,促进机体的新陈代谢,血液循环加速,并使人体细胞活性化,防止氧化、抵抗衰老、增强免疫功能,电气石是一种理想的无源天然负离子发生器,是新世纪保健,环保领域的一项重大突破[9、11]。近年来,致力于研究开发电气石的单位,已成功地将电气石复合配成微粉应用于涂料、高分子、化纤、卡片、农用薄膜、过滤材料等领域。因电气石受热,两端带上正、负不同静电,以至吸附灰尘等细小物体,电气石能产生负离子在空气中可吸附有机挥发物等特性,用于各种乳胶、油漆、水性涂料为载体,粉刷内墙与屋顶,使空气可长期清新,吸附由于装修房屋造成的甲醛甲苯等有机挥发物污染,当然也可以添加到墙纸、墙布、空调过滤器,制成薄瓷砖铺在地毯和地板下,可防霉除臭。在水体中利用单晶体电气石释放负离子,羟基负离子,以一种强氧化剂功能,能抑菌、除菌、除臭,制成相关产品,在家电产品中用于洗衣机中可清洁衣物 ,电气石矿石置于鱼缸中使用可使鱼缸水清晰透明,去除臭味,池鱼活跃, 保持水体清洁。放入冰箱,既能除臭去异味,又可保持食品新鲜,也可用于自来水活化、净化、污水处理,使水体溶解氧增加等。