電氣石礦物的提純、改性和材料化應(yīng)用

金成國(guó)，李珍

1.宜賓學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)部，四川 宜賓 644000;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 材料與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074

引 言

電氣石(NaR3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4，R=Mg,Fe,Mn,Li,Al)礦物最早在斯里蘭卡(錫蘭)被發(fā)現(xiàn)，由于電氣石礦物的透明和顏色多變性，被古人作為寶石。1703年，原產(chǎn)于斯里蘭卡的電氣石被荷蘭人帶到歐洲，被以古僧伽羅(錫蘭)語(yǔ)命名為turmali[1]。由于電氣石晶體可以吸附細(xì)小的灰塵和草屑，又稱之為“吸灰石”[2]。1747年，瑞典科學(xué)家Carolus Linnaeus發(fā)現(xiàn)電氣石可以產(chǎn)生壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)[3]。1880年，法國(guó)科學(xué)家Pierre Curie和Jacques Curie證實(shí)了電氣石的熱釋電和壓電性能[2,4]。1989年，日本科學(xué)家Kubo發(fā)現(xiàn)了電氣石中存在的自發(fā)性永久電極[5]，就此帶來電氣石研究和開發(fā)的熱潮，拉開了電氣石作為工業(yè)礦物材料應(yīng)用的帷幕。

電氣石礦物材料是以天然電氣石礦物為主要原料加工、制備的具有特殊功能的材料。電氣石礦物材料主要包括超細(xì)電氣石粉和改性超細(xì)電氣石粉，以及以超細(xì)電氣石粉或改性超細(xì)電氣石粉為原料制備的電氣石陶瓷、電氣石纖維、電氣石涂料、電氣石復(fù)合材料等。

電氣石寶石主要以美觀性、耐久性、稀有性和無(wú)毒等屬性為主導(dǎo)，而電氣石礦物材料主要強(qiáng)調(diào)其功能屬性，如自發(fā)極化、熱釋電、紅外輻射和吸附性能等。電氣石礦物材料就是為了實(shí)現(xiàn)電氣石的某些功能性應(yīng)用屬性，將電氣石礦物按照人類的意志進(jìn)行再加工，得到的一種功能性材料。

在應(yīng)用時(shí)，電氣石礦物材料主要以粉體形式出現(xiàn)，并根據(jù)需要可以將粉體加工成各種形狀的聚集體(如電氣石陶瓷)，或負(fù)載于其他材料上(如電氣石纖維)。制備電氣石礦物材料時(shí)，首先需要對(duì)電氣石原礦進(jìn)行選礦提純，加工成純度滿足要求的粉體材料，并根據(jù)需要對(duì)粉體材料的表面進(jìn)行修飾改性。

我國(guó)電氣石資源分布于25個(gè)省(市、自治區(qū))，主要產(chǎn)地有150余處，其中達(dá)到礦山開采規(guī)模的有80余處。據(jù)李賦屏等[6]估算，我國(guó)電氣石資源潛在儲(chǔ)量為數(shù)千萬(wàn)噸以上。據(jù)盧宗柳和許仲威[7]估算，我國(guó)電氣石資源量超過億噸從總體來看，目前我國(guó)電氣石礦物材料的加工和應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，極大地限制了電氣石礦物材料產(chǎn)品的高值化利用。為了改善這種處境，研究者們近年來主要通過開發(fā)新的用途與功能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，使得電氣石礦物材料的利用價(jià)值得到提高，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。本文總結(jié)分析了我國(guó)在電氣石礦物加工和材料化應(yīng)用研究領(lǐng)域的進(jìn)展情況，以期對(duì)該行業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 電氣石礦物的加工

1.1 電氣石的選礦提純

電氣石礦物材料的功能屬性主要通過電氣石礦物體現(xiàn)，所以電氣石礦物的純度是電氣石礦物材料性能的保證。我國(guó)高品位電氣石資源儲(chǔ)量較少，主要產(chǎn)出的電氣石一般與長(zhǎng)石、石英、云母、石榴子石等共伴生，因此采用適當(dāng)方法將其提純顯得尤為重要。電氣石資源開發(fā)利用程度高低，取決于電氣石礦物的含量，掌握先進(jìn)的選礦提純工藝是重要因素之一。

由于電氣石與其共生的長(zhǎng)石、石英的密度和電學(xué)性質(zhì)相近，選礦一般不適宜使用重選和電選，而多使用浮選和磁選。

電氣石中含多種陽(yáng)離子，當(dāng)晶體表面與水發(fā)生接觸時(shí)，表面金屬離子解離或溶解，礦物表面羥基化，使表面帶負(fù)電荷，與陽(yáng)離子捕收劑發(fā)生靜電吸附，表現(xiàn)出較強(qiáng)的可浮性[8-10]。采用適宜的藥劑，可把電氣石與石英、長(zhǎng)石分離開來。Manser R M[11]研究了黑電氣石、鐵低鋰高的紅電氣石和鐵鋰含量相當(dāng)?shù)乃{(lán)色電氣石的可浮性。張開永等[12]對(duì)魯西柳家電氣石礦進(jìn)行浮選，使用油酸作捕收劑，電氣石回收率可以達(dá)到98.27%。任飛等人[9]對(duì)內(nèi)蒙古赤峰的黑電氣石進(jìn)行浮選，以100 mg/L的油酸鈉作捕收劑，在pH值為3.0～5.5時(shí)，電氣石表現(xiàn)出很強(qiáng)的可浮性，pH=5.5時(shí)電氣石的回收率達(dá)到96%；以500 mg/L十二胺作捕收劑，在pH值不大于8.2時(shí)，電氣石表現(xiàn)出很強(qiáng)的可浮性，pH=8.2時(shí)電氣石的回收率最高，達(dá)到97%。

黑電氣石屬于弱磁性礦物，長(zhǎng)石和石英屬于非磁性礦物，利用磁性差異可以實(shí)現(xiàn)電氣石與長(zhǎng)石、石英的分離，故采用磁選可以對(duì)黑電氣石進(jìn)行提純。張華和徐星佩[13]采用濕式強(qiáng)磁選對(duì)陜西漢中品位為50%的電氣石貧礦進(jìn)行處理，使電氣石純度提高到90%以上。任飛等人[14]采取二段磨礦—粗選—精選—掃選—中礦集中返回粗選的強(qiáng)磁選工藝流程，使內(nèi)蒙古赤峰黑電氣石純度由70%提高到95%以上。郭銀祥等[15]利用磨礦—濕式弱磁選—濕式強(qiáng)磁選粗選—精選—掃選—中礦集中返回球磨的工藝流程，將黑龍江低品位花崗巖型電氣石純度從13.43%提高到94.03%。王晟[16]采取磨礦—濕式強(qiáng)磁選方法，將某地花崗偉晶巖型黑色電氣石純度從53.91%提高到95.89%。劉玉林等[17]采用干法強(qiáng)磁選提純工藝，將廣西、江西、內(nèi)蒙古等三個(gè)地區(qū)的鐵電氣石、鐵鎂電氣石純度提高到90%以上。

電氣石礦物選礦提純方法中，浮選是一種常用方法，操作簡(jiǎn)單，但是浮選廢水的處理會(huì)增加處理成本。磁選方法工藝簡(jiǎn)單，流程易控制，生產(chǎn)成本低，但僅限于將黑電氣石與長(zhǎng)石、石英等礦物分離，不適用于非磁性電氣石提純，且無(wú)法分離出云母等磁性礦物。因此，電氣石選礦提純需要浮選和磁選相結(jié)合，通過干法磁選、濕法磁選和浮選等聯(lián)合方法，得到純度較高的電氣石精礦。

1.2 電氣石的超細(xì)粉碎

電氣石礦物材料以粉體形式應(yīng)用時(shí)，大多數(shù)情況時(shí)都要求電氣石粒徑小于3 μm。電氣石超細(xì)粉碎是電氣石礦物材料應(yīng)用的基礎(chǔ)。經(jīng)過選礦提純的電氣石礦物經(jīng)過破碎、磨礦、篩分等工藝處理后，可以得到不同粒徑規(guī)格的電氣石粉。目前根據(jù)已開發(fā)電氣石粉體粒度不同，可分為普通電氣石粉、超細(xì)電氣石粉、納米電氣石粉。電氣石粉常見規(guī)格主要有100目、325目、800目、1250目、3000目、6000目不等，最細(xì)可達(dá)納米級(jí)。

王雪琴[18]、陳濤和李珍[19]使用攪拌磨超細(xì)粉碎新疆阿勒泰電氣石，以乙醇和聚丙烯酸鈉為分散劑，制備出粒徑為d97<3.0 μm、d90<1.8 μm、d50<0.5 μm的電氣石粉。鄭水林等[20]采用濕式攪拌磨超細(xì)粉碎陜西漢中電氣石，通過合理使用分散劑和研磨介質(zhì)，得到d50≤0.8 μm、d97≤3.0 μm的超細(xì)電氣石粉體。季理沅[21]結(jié)合濕法低速攪拌和高速攪拌結(jié)合的工藝，以陶瓷研磨介質(zhì)，在礦漿質(zhì)量濃度為(65±1)%，介質(zhì)填充率為65%～70%的條件下，得到粒徑為d50≤0.70 μm、d95≤2 μm的超細(xì)電氣石粉。

呼振峰[22]利用以氣流磨和攪拌磨為主體的超細(xì)粉碎中試線對(duì)新疆阿勒泰電氣石進(jìn)行超細(xì)粉碎，分別從旋風(fēng)收料和布袋收塵得到粒徑為d50=3.390 μm和d50=1.961 μm的電氣石微粉。呼振峰和賈木欣[23]利用流化床式氣流磨生產(chǎn)電氣石粉生產(chǎn)粒徑由大到小的系列電氣石微粉，并且可以為濕法超細(xì)攪拌磨礦制備入磨原料。

利用干法超細(xì)粉碎電氣石，粒度可以達(dá)到很細(xì)，可以滿足應(yīng)用需求，但能耗大，生產(chǎn)成本較高，粉塵污染大，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，因此，目前電氣石超細(xì)粉碎以濕法粉碎為主。

1.3 電氣石粉體的表面改性

超細(xì)電氣石粉體作為填料已廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料和纖維。但是，高分子基質(zhì)材料與電氣石的界面性質(zhì)相差較大，直接填充容易使材料出現(xiàn)性能下降和脆化等現(xiàn)象，因此十分有必要對(duì)超細(xì)電氣石粉體表面進(jìn)行改性處理。電氣石粉體表面改性本質(zhì)是利用吸附、包覆等物理作用，或化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)吸附等化學(xué)作用，將表面改性劑分散包覆在粉體顆粒表面。

杜亞利和丁浩[24]使用硬脂酸鈉對(duì)325目電氣石粉進(jìn)行表面改性，改性電氣石粉體在煤油中的沉降時(shí)間達(dá)到450 s，分散性得到較大提高，表面疏水性提高。

劉瑄等人[25]使用硅油對(duì)魯西電氣石粉進(jìn)行表面改性，在pH為9、溫度80 ℃、硅油用量為2.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的條件下可以達(dá)到70%的活化率。

岳同健等[26]分別使用鈦酸脂、硅氧烷與聚乙烯醇對(duì)電氣石粉進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)使用鈦酸脂作為改性劑時(shí)，電氣石粉親油性提高到28.6%，與PET具有很好的相容性。

項(xiàng)偉等人[27]在使用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米電氣石粉進(jìn)行改性的基礎(chǔ)上，以β-環(huán)糊精為包覆劑，采用共沉淀法制備β-環(huán)糊精包覆改性納米電氣石復(fù)合材料，并將其應(yīng)用在棉織物上?？椢镓?fù)氧離子釋放量為1.98×103個(gè)/cm3，5次水洗后保持率為 87.37%，具有較好耐水洗性能。

李夢(mèng)燦等[28]使用十四碳烯琥珀酸酐對(duì)8000目電氣石粉進(jìn)行表面改性，改性后電氣石粉的接觸角可達(dá)101.3°，濁度可達(dá)95.3 NTU，具有較好疏水性能。

王平等人[29]使用聚丙烯酸D3007對(duì)超細(xì)電氣石粉體進(jìn)行表面改性處理，改性后電氣石粉體在水中的沉降時(shí)間由2.3 h提高到52.9 h，分散性得到較大提高。

安文峰等[30]使用硅烷偶聯(lián)劑KH-570對(duì)超細(xì)電氣石粉體進(jìn)行表面改性處理，得到具有優(yōu)良疏水性能的改性電氣石，其接觸角為93°。

Yingmo Hu和 Xue Yang[31]使用span60對(duì)電氣石粉體進(jìn)行表面改性，改性電氣石粉的活化指數(shù)接近100%，與水的接觸角增加到125°，在聚丙烯中的分散性明顯優(yōu)于未改性電氣石。

另外，聚羧酸鹽[32]、硬脂酸[33]、甲基丙烯酰氯[34]和鋁酸酯[35]等也被用作改性劑，對(duì)電氣石粉體進(jìn)行表面改性，用于改善與高分子材料的相容性。

目前，電氣石粉體表面有機(jī)改性技術(shù)比較成熟。通過對(duì)電氣石粉體表面進(jìn)行有機(jī)化改性，改善其與聚合物的分散穩(wěn)定性，有利于制備出更多功能性電氣石/聚合物復(fù)合材料，有利于拓寬電氣石的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 電氣石礦物的材料化應(yīng)用

2.1 水處理

電氣石的自發(fā)極化特性使其周圍存在靜電場(chǎng)，并具有較強(qiáng)吸附性，可以有效地吸附溶液中金屬離子和酸根離子，并從電氣石表面結(jié)晶析出，從而凈化水體。因此，電氣石是一種較好的水體污染治理的環(huán)境材料，作為制備吸附劑的優(yōu)良原料，有著非常好的應(yīng)用前景[36-37]。

由于金屬離子難以進(jìn)入電氣石晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，電氣石對(duì)離子的吸附主要表現(xiàn)為表面吸附。電氣石顆粒周圍存在靜電場(chǎng)，其表面吸附主要為絡(luò)合吸附和靜電吸附，并可以同時(shí)吸附陰陽(yáng)離子，且吸附量不受離子交換量限制。在溶液中，電氣石晶體兩極分別聚集正負(fù)離子，離子在達(dá)到飽和吸附濃度后析出。

李珍等人[38-39]發(fā)現(xiàn)電氣石粉可以有效地吸附溶液中Cu2+、Zn2+、As3+和F-離子，從而凈化水體。其中，電氣石粒徑、用量、煅燒溫度和溶液pH值等條件會(huì)影響電氣石對(duì)離子的吸附效果。

冀志江等[40]在分析電氣石粉對(duì)溶液pH值的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)電氣石的電極性會(huì)對(duì)水溶液氧化還原電位產(chǎn)生影響，通過調(diào)節(jié)水溶液pH值趨近中性，使酸性溶液pH值增大。所以，通過電氣石電極性影響水溶液的氧化還原性，可以對(duì)污水進(jìn)行處理。

曹寧等人[41]利用電氣石陶粒輔助芬頓反應(yīng)降解處理焦化廢水，發(fā)現(xiàn)在廢水可生化性方面，電氣石陶粒輔助芬頓反應(yīng)的效果顯著高于常規(guī)芬頓反應(yīng)。

袁敬敬[42]將電氣石粉體加入到PVA/PAM水凝膠中，制備PVA/PAM/TM水凝膠，對(duì)酸性品紅和氨氮廢水分別達(dá)到66.90%和72.91%的去除效率；采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)電氣石粉體表面進(jìn)行處理，制備了PVDF/TMKH-550復(fù)合膜，對(duì)酸性品紅和氨氮廢水的去除率可分別達(dá)到85.11%和75.40%。

馮霞等人[43]以平均粒徑為350 nm的超細(xì)電氣石為改性材料，以聚偏氟乙烯(PVDF)膜為基膜，將電氣石采用真空輔助抽濾的方法固定到PVDF膜表面，制備出電氣石功能復(fù)合膜，改善了膜的親水性能和抗腐殖酸污染性能。水體經(jīng)過復(fù)合膜過濾處理，pH值從5.58提高到7.12，電導(dǎo)率從2.03 μS/cm提升到6.30 μS/cm，水質(zhì)得到了改善和凈化。

韋仲華等[44]以電氣石和竹炭粉為主要原料，黏土為輔料，制備了電氣石竹炭陶瓷復(fù)合材料。復(fù)合材料的粒徑為4～5 mm，比表面積為137.69 m2/g，平均孔徑為400～500 nm，對(duì)Cr6+表現(xiàn)出較好的吸附效果。

譚沖等人[45]利用電氣石與生物膜構(gòu)建的電氣石強(qiáng)化生物膜系統(tǒng)處理中藥廢水。中藥廢水在電氣石強(qiáng)化厭氧流化床(AFBR)反應(yīng)系統(tǒng)中處理160 d后，COD去除率和容積負(fù)荷分別為87.8%和5.34 kg/(m3·d)，生物膜產(chǎn)甲烷活性達(dá)到126.4 mL/(g·d)；中藥廢水在電氣石強(qiáng)化好氧流化床(FBR)反應(yīng)系統(tǒng)處理35 d后，COD去除率達(dá)到90.3%，容積負(fù)荷達(dá)到1.4 kg/(m3·d)。中藥廢水經(jīng)過AFBR和FBR兩級(jí)處理后，可以達(dá)到《GB 21906—2008中藥類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放要求。

電氣石礦物材料在進(jìn)行水處理時(shí)，利用電氣石顆粒表面靜電場(chǎng)對(duì)離子的吸附作用，可以有效降低水溶液中Cu2+、Zn2+、As3+、Cr6+等金屬離子，以及H+、NH4+、F-和有機(jī)物的含量。因此，電氣石礦物材料是一種具有較好應(yīng)用前景的水處理材料。

2.2 保健紡織品

空氣中負(fù)氧離子數(shù)量是評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，因?yàn)樨?fù)氧離子可以降低空氣中灰塵及有害氣體含量?？諝庵械乃梢员浑姎馐娊?，從而提高空氣中負(fù)氧離子數(shù)量。此外，電氣石可以產(chǎn)生被人體吸收的紅外輻射，產(chǎn)生熱效應(yīng)，使人體局部組織溫度升高，血管得到擴(kuò)張，加速血液流動(dòng)，改善局部血液循環(huán)，起到保健理療功效[46-50]。因此，可以將電氣石用于紡織品制造，制成具有保健功能的服裝服飾。

20世紀(jì)90年代，日本開始以電氣石為主要原料生產(chǎn)負(fù)離子紡織品，利用后整理技術(shù)對(duì)天然纖維(如棉、羊毛)進(jìn)行負(fù)離子改性處理。將含有超細(xì)電氣石粉的處理液使用浸軋和烘燥等工藝固定附著在織物表面，使織物具有負(fù)離子功能[51]。使用5～15 μm電氣石粉、陰離子分散劑、黏合劑和水配制的處理液，對(duì)毛毯進(jìn)行負(fù)離子改性，經(jīng)過處理的毛毯具有良好的負(fù)離子發(fā)生效果。

在國(guó)內(nèi)，電氣石保健紡織品的主要研究方向集中于人造負(fù)離子纖維[52]。姚榮興[53]將超細(xì)電氣石粉加入PET母料中，通過熔融、拉絲等工藝，加工成含電氣石微粒的負(fù)離子PET紡織纖維。河南新鄉(xiāng)白鷺化纖集團(tuán)也成功開發(fā)出長(zhǎng)絲、短纖兩大系列的負(fù)離子功能纖維產(chǎn)品[54]。

金玲[55]將平均粒徑小于0.5 μm的超細(xì)電氣石粉改性后，充填進(jìn)丙綸中，制備成含電氣石粉的母粒，經(jīng)拉絲形成含有電氣石的纖維。纖維中電氣石含量為30%，對(duì)氨的吸附率達(dá)到70%。

胡應(yīng)模等[56]將改性電氣石粉與苯乙烯、乙酸乙烯酯進(jìn)行共聚合，得到含電氣石的聚合物，并利用濕法紡絲技術(shù)加工出具有較好韌性的電氣石功能纖維。

電氣石礦物材料作為保健紡織品應(yīng)用時(shí)，超細(xì)電氣石粉體被附著在纖維表面，或添加進(jìn)纖維中，導(dǎo)致電氣石添加量處于一個(gè)較低水平，會(huì)影響到織物的負(fù)離子發(fā)生量，進(jìn)而影響到織物的保健功效。提高織物中電氣石含量，是電氣石礦物材料應(yīng)用在保健紡織品領(lǐng)域必須解決的問題之一。

2.3 涂料添加劑

電氣石礦物材料可以作為添加劑應(yīng)用于負(fù)離子涂料。添加有超細(xì)電氣石粉的涂料可以滿足一般涂料對(duì)色感、質(zhì)感和耐擦洗等方面的要求，還可以釋放一定濃度負(fù)離子，起到一定的滅菌功效[57]。部分日本和韓國(guó)生產(chǎn)的負(fù)離子涂料已在國(guó)內(nèi)銷售，其價(jià)格遠(yuǎn)高于普通涂料。

金宗哲等[58]從材料和設(shè)備工藝著手進(jìn)行研究，開發(fā)出一種居室用負(fù)離子涂料。這種負(fù)離子涂料的不同之處在于同時(shí)添加了電氣石和稀土。帶有電極性負(fù)離子材料容易和其他材料發(fā)生相互作用，導(dǎo)致電氣石粉分散不均勻，發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。稀土可以分散隔離負(fù)離子材料的電極，也可以協(xié)同產(chǎn)生負(fù)離子，進(jìn)一步提高了空氣中負(fù)離子濃度。同時(shí)，稀土離子存在變價(jià)現(xiàn)象，同時(shí)具有氧化性和還原性，會(huì)與水分子電離產(chǎn)生的氫離子發(fā)生反應(yīng)，形成一個(gè)循環(huán)反應(yīng)過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期釋放負(fù)離子的效果[59]。

另外，在遠(yuǎn)洋船只船身的防護(hù)涂料中加入一定量超細(xì)電氣石粉，可以有效吸附海水中的陰離子，還可以借助水的電解形成單分子膜，阻止貝類、藻類等海洋生物附著在船體上生長(zhǎng)，一定程度上避免了有害涂料的使用對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的破壞[60]。

李同信等[61]在水性氟樹脂乳液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的納米級(jí)超細(xì)電氣石粉，制備出一種室內(nèi)用負(fù)離子水性氟涂料。涂料的負(fù)氧離子釋放量達(dá)到4 700 ions/cm3，紅外輻射發(fā)射率為0.92，對(duì)甲醛和氨的去除率超過70%，對(duì)苯的去除率為83.33%。

陳小燕等[62]利用硅烷偶聯(lián)劑KH-570對(duì)3 000目電氣石粉進(jìn)行表面改性處理，作為填料添加到苯丙乳液中，采用原位乳液聚合法制備出一種鋼結(jié)構(gòu)水性重防腐涂料。電氣石添加量為3%的涂料所得涂膜的綜合性能最好，力學(xué)性能提高，鉛筆硬度從B提高到2H，可以耐48 h中性鹽霧腐蝕。

電氣石礦物在作為負(fù)離子涂料添加劑時(shí)，涂料中超細(xì)電氣石粉體添加量同樣會(huì)影響到涂料的負(fù)離子發(fā)生效果，但是添加量過高則會(huì)影響到涂料的外觀和附著力。因此，需要進(jìn)一步平衡負(fù)離子涂料的功能效果和結(jié)構(gòu)效果，在保證結(jié)構(gòu)效果的前提下，盡量提高電氣石粉體添加量，以提升涂料的功能效果。

2.4 光催化

TiO2是一種高活性光催化材料，具有良好的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的抗光氧化性。但是，TiO2產(chǎn)生的光電子與空穴復(fù)合率高，光催化效率較低，影響了TiO2的工業(yè)化應(yīng)用。電氣石具有自發(fā)極化和紅外輻射性能，將電氣石與TiO2制成復(fù)合材料，不僅可以提高TiO2的光催化活性，還兼具兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。

梁金生等[63]將超細(xì)電氣石粉加入到鈦溶膠中，制備得到復(fù)合溶膠，并在紫銅表面鍍膜，形成電氣石/TiO2復(fù)合薄膜。與單純的二氧化鈦薄膜相比，制得的復(fù)合薄膜對(duì)甲基橙的光催化降解能力提高約14%。

孫雙[64]利用溶膠-凝膠法制備電氣石/TiO2復(fù)合粉體，在600 ℃煅燒2 h的條件下獲得銳鈦礦型TiO2。當(dāng)溶膠中摻雜粒徑為0.47 μm、摻雜量為6%的電氣石粉時(shí)，復(fù)合粉體的熒光發(fā)射強(qiáng)度最低，光催化降解甲基橙的效果最好。

韓銅楹[65]采用溶膠-凝膠法制備電氣石/TiO2溶膠。當(dāng)電氣石摻雜量為20%時(shí)，電氣石/TiO2復(fù)合材料對(duì)羅丹明B溶液表現(xiàn)出較好的光催化降解效果，氙燈光源照射60 min降解率達(dá)到98.7%。

電氣石/TiO2復(fù)合材料的光催化效果好，但溶膠凝膠法成本較高，尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，未見成功的工業(yè)化應(yīng)用實(shí)例。因此，簡(jiǎn)化流程和降低生產(chǎn)成本是電氣石/TiO2光催化復(fù)合材料工業(yè)化應(yīng)用必須解決的問題。

2.5 燃油活化

電氣石在3～6.2 μm波段具有較高的紅外輻射發(fā)射率，該波段輻射有利于人體吸收，產(chǎn)生熱效應(yīng)，所以電氣石礦物材料具有保健理療功能。與此同時(shí)，還可以將電氣石礦物材料優(yōu)異的紅外輻射性能用于改善燃油燃燒效率。

燃油是由一系列烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴、多環(huán)芳烴和添加劑組成的液態(tài)混合物。研究發(fā)現(xiàn)[66-67]，燃油中C-C鍵共振可以吸收波長(zhǎng)為3.2～3.6 μm輻射，C=C與C≡C鍵則分別吸收波長(zhǎng)為4.4～4.7 μm與5.8～6.2 μm的輻射。燃油分子被紅外輻射材料活化處理時(shí)，吸收了紅外輻射材料釋放出的輻射，并將能量?jī)?chǔ)存于燃油分子內(nèi)部。當(dāng)燃油進(jìn)入燃燒室后，存儲(chǔ)的能量會(huì)以爆炸動(dòng)能形式釋放，進(jìn)而提高燃油分子內(nèi)能，所以在燃燒時(shí)只需提供較小熱能就可打斷燃油分子中碳碳共價(jià)鍵，從而提高燃燒效率，改善動(dòng)力性能。電氣石礦物材料在3～6.2 μm波段具有較高紅外輻射率，故利用電氣石礦物材料對(duì)燃油進(jìn)行活化處理，可以提高燃油車的節(jié)能減排效果。

李珍等人[68]以水玻璃為激發(fā)劑，使電氣石粉體顆粒被硅氧化合物包覆交聯(lián)形成地聚物，制備的紅外輻射地聚物材料全波段紅外發(fā)射率提高到0.93，優(yōu)于純電氣石粉體(0.88)，具有良好的機(jī)械性能，適用性強(qiáng)。

梁金生等[69]將稀土元素添加到電氣石粉，經(jīng)600～1 000 ℃的熱處理加工成紅外輻射粉體，將其涂抹到燃油經(jīng)過的管道或容器的表面，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

黃東[70]將超細(xì)電氣石粉分別與摻TiO2的Fe-Mn-Cu和Fe-Mn-Cu-Co尖晶石材料按照一定比例混合，分別選擇環(huán)氧樹脂、葡萄糖改性三聚氰胺樹脂和水玻璃作為黏結(jié)劑，制備成涂層材料，全波段紅外發(fā)射率分別達(dá)到0.75、0.80和0.83。柴油經(jīng)過復(fù)合涂層的活化處理，分子中相關(guān)基團(tuán)振動(dòng)吸收峰增強(qiáng)，隨著被活化的分子數(shù)目增多，柴油表面張力和黏度明顯減小。

電氣石礦物材料作為燃油活化材料應(yīng)用、將電氣石制備成地聚物或有機(jī)復(fù)合材料時(shí)，無(wú)機(jī)或有機(jī)黏結(jié)劑在一定程度上也會(huì)影響到材料的紅外輻射率。同時(shí)，粉末涂抹的方法在長(zhǎng)期燃油沖刷條件下容易造成材料脫落。涂抹到燃料經(jīng)過的管道、容器表面的電氣石礦物材料與燃油的接觸面積小，接觸時(shí)間短，不利于充分發(fā)揮紅外輻射材料對(duì)燃油的活化效果。因此，有必要制備出高效、耐用的電氣石燃油活化材料，方能突顯出電氣石礦物材料優(yōu)異的紅外輻射性能。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)電氣石資源豐富，分布較廣，許多金屬和非金屬礦床中都伴生有電氣石礦物。但是，由于電氣石的深加工和利用程度不高，導(dǎo)致大量電氣石得不到高效利用。近些年來，在礦物材料加工和應(yīng)用研究的推動(dòng)下，天然電氣石礦物加工和利用進(jìn)程逐漸加速。在加強(qiáng)電氣石結(jié)構(gòu)、性能、加工和應(yīng)用研究的同時(shí)，還應(yīng)加大電氣石資源的開發(fā)和保護(hù)力度。電氣石礦物材料從簡(jiǎn)單利用升級(jí)到精細(xì)加工和復(fù)合利用是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)非金屬礦物材料的研究和應(yīng)用也具有極大的借鑒意義和指導(dǎo)意義。電氣石礦物材料未來的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)趨勢(shì)：

(1)電氣石選礦提純工藝技術(shù)水平的自動(dòng)化和規(guī)?；?/p>

(2)低能耗、高效的電氣石粉碎技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)。

(3)改性電氣石功能性填料在高檔橡膠、塑料、纖維和涂料中配方研究，推動(dòng)高附加值電氣石礦物材料產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化。

(4)基于電氣石的紅外輻射性能的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)具有人體保健功能或環(huán)境保護(hù)優(yōu)化功能的電氣石礦物復(fù)合材料的產(chǎn)品。