电气石的电场效应在环境领域的应用

电气石的电场效应在环境领域的应用

摘要：电气石具有永久性的自发电极,电气石微粒的周围存在着以c轴轴面为两极的静电场。在电场作用下,水分子发生电解,形成活性分子H3 O+ ,吸引水中的杂质、污垢,净化水质;OH- 和水分子结合形成负离子,改善人们的生活环境;电场对带电粒子有吸附作用,可以吸附粉尘,净化空气。电气石还具有高的机械化学稳定性,与沸石、蒙脱石等的吸附作用相比,电气石不具有饱和极限,可持续使用,重复利用率高,在环境领域具有很好的发展前景。

关键词：电气石电场效应环境应用前景

正文：

电气石是以含硼为主的环状硅酸盐矿物，其化学式为

Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4。一直以来，电气石被作为宝石矿物加以利用，少量用于仪器设备中的光学元件，大量非宝石级电气石几乎未得到利用。1989年，日本学者Kubo发现并提出电气石具有永久性自发极化效应，从而为电气石为工业矿物，尤其是在环境领域应用开辟出崭新的途径。

1电气石的晶体结构及其自发极化效应

实验证实，电气石晶体在沿其三次对称轴的两端会积聚一定量的异性电荷，产生异两极；与一般“诱电体”只有放入电场才会产生电极化不同，电气石不放入电场中，矿石本身也有电极化产生，其电极不受外界电场影响。一般认为，极化电荷的产生是由电气石具有的热电性和压电性引起的。当电气石晶体所处环境温度与压力变化时，晶体中带电粒子之间发生相对位移，正负电荷中心发生分离，晶体总电矩发生变化，从而导致极化电荷产生。电气石的自发极化效应表现为，在电气石晶体周围存在着C轴轴面为两极的静电场，场强E0=2e0。据V oigt给出的Ps值，得到E0=6.2×10的6次方v/m。当电气石晶粒很小时，电气石微粒的作用相当于一电偶极子，由于正负电荷作用相互抵消，在平行于C轴方向电场强度最大，静电场随着远离中心迅速减弱，E2=（2/3）E0（a/r）的三次方，a为电气石微粒半径，r为测点距中心的距离。由此可知，在电气石表面十几微米范围内存在10的7次方（最高值）~104V/m的高场强。电气石的自发极化效应是永久性的，与其结构和成分密切相关。电气石为3m点群，必三方晶系，晶体结构由[Si6O18]复三方环、[BO3]三角、[X-O5（OH）]三重八面体组成（X为Fe2+、Mg2+、Al、Li、Fe3+、Mn2+）。构成[Si6O18]复三方环的六个硅氧四面体，角顶指向同一方向，被解释为其极性存在的本质原因。

2 电气石应用于水处理

2．1品用电气石吸附水中重金属离子

电气石具有高的机械化学稳定性，不溶于酸，将电气石晶体置于待处理废水中，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且远低于国标（GB8978-88）规定值，通过水流搅动很容易使形成的沉淀脱离电气石表面，电气石可反复使用。电气石对废水中重金属离子的去除率能达到99%，去除率的高低与电气石的粒度、用量、被处理水的pH值、温度及反应时间有关。电气石对含重金属离子废水的净化原理与沸石、蒙脱石等不同，它是通过其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。当溶液中各种离子浓度达到平衡时，反应不再继续，因此不会存在处理过度的问题，也不会有负作用；而有益的K+、Na+等则不会发生沉淀，保持了自然界的平衡关系，且不产生二次污染，体现了天然自净化的特点。

2．2 电气石用于净化水中界面

自来水管中的管壁与水的界面常常生成并附着了一层腐蚀物，使自来水受到二次污染。为了消除污染，传统做法是在水中加入化学试剂即表面活性剂来清洗水中界面的腐蚀层。这样做一是要花费用购买设备及化学品，二是处理后废水对环境有不良影响。电气石颗粒周围存在静电场，在与水接触瞬间可将水电解，产生H3O3-，并使水呈弱碱性。当水管壁金属M与碱性水接触时，形成M（OH）n 化合物，管壁金属被钝化，且由于水中弱碱环境，这种钝化状态得以保持，从而防止管道生锈、结垢。用电气石净化水中界面界面较传统做法成本低且无污染产生，可广泛用于自来水厂、楼顶水箱、输水管道等各种输水、存水装置。

2．3电气石用于水活化

平常人们饮用的水中，由于氢键作用，水分被缔合成大分子团（通常有36~37个水分子），导致水分的活性降低和老化，即使是纯净水，也只解决了水污染问题，而没有解决水退化问题。老化试验的水功能较差，不能使人体得到较强的活力。用电气石经烧结制成陶瓷来处理饮用水，由于其发射远红外线与水中氢键共振，可将大分子团的氢键切断，经核磁共振检测，水分子团变小到6~8个水分子。不的分子团越小，水能量越高，其渗透力、溶解力、代谢力就越强，即水分子被除数活化。