电气石粉体表面改性增白研究
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摘要
摘 要
电气石是一种独特的自发电极性矿物，是研究晶体电性的代表性矿物，也
是电性利用最普遍、在当今的社会各个领域应用最广泛的矿物之一。由于其自
然电极的存在，电气石被广泛的应用于环境保护、生活生产等许多领域，如环
境治理、生态领域、生活日用品、涂料工业、电磁屏蔽等。
本文就电气石的粒度对白度和负离子的影响进行了研磨实验。得出随着粒
度的减小，白度增加，但负离子的释放数目随之减小。
通过对改性之后的粉体的白度和负离子释放率的研究得出最佳的包覆工
艺条件为：原料的粒度根据实际的需要进行选择，包覆量最佳为在电气石粉体
和二氧化钛质量比 1：1 时，反应温度越高越好，最好接近水的沸点，中和的最
佳终点 pH 值为 6，中和速度为 26.5ml/min，电气石粉体浓度为 9％。最佳的煅
烧工艺条件为：煅烧时间为 0.5 小时。煅烧的温度则是根据不同实际的需要对
二氧化钛的晶型的要求而定，在 500℃以下为锐钛型二氧化钛，在 500℃～800
℃之间为锐钛型和金红石型共存，超过 850℃时就全部转化为金红石型二氧化
钛。
该研究的创新点是：首次采用沉淀反应方法在电气石粉体表面包覆 TiO2，
不仅提高了电气石粉体的白度，而且增加了电气石粉体的负离子释放率，改性
之后的电气石粉体白度从原来的 15.9%提高到 60%以上，负离子也由 600 个/cm3
左右提高到 3000 个/cm3以上，从而为拓展电气石的用途打下了良好的基础。这
样电气石粉体就可以运用于白色涂料颜料和纺织等工业领域，具有广阔的市场
前景，能够产生较高的实际应用价值和经济价值。论文得出的最佳制备工艺条
件为该项目的中试放大奠定了基础。
Tourmaline is a kind of mineral which has the spontaneous electrode quality ; as
the representative mineral, which can help us study crystal electricity. and it is also
one of the minerals which are utilized most generally in many fields now. Because
of the exist of spontaneous electrode, Tourmalines are applied in many fields ,such
as in the protection of environment, ecological field, commodity, the industry of
dope, electromagnetism shielding and so on.
The experiment of grinding has been carried out in order to study the affection of
the size of tourmaline powder on the white degree and negative ion.The results
shows that as the size of tourmaline powder minishs, the white degree increases and
the number of negative ion released reduce at the same time .
After the primal powder being modified, we made a research on its the white
degree and the release ratio of negative ion, we got the best condition for coating
technics as follows:choosing the granularity of material by the demand of facts; the
best amount coated presents when the proportionment of the quality of tourmaline
power and ceria power is 1:1; the higher is the temperature, the better is the result ,
pH=6 is best for neutralization, the neutralization velocity is 26.5ml/min,the
consistence of the tourmalin powder is 9%。 The best condition for calcining as
follows : the time is half an hour at 500 centigrade, the calcine temperature is
depended on the demands of it`s use in fact ,we got anatase when the temperature is
below 500 centigrade, when the temperature is between 500 centigrade and 800
centigrade, both anatase and rutitle exist, and we got rutitle when the temperature
is above 850 centigrade.
The innovation of this research is that we first use the method of deposition in
covering tourmalin by TiO2. It improves the white degree of tourmalin, from 15.9 %
to 60%, and the release ratio of negative ion from 600 unit/cm3 to 3000 unit/cm3above.
These are important to expend the use of tourmalin. This kind tourmalin powder has a
broad foreground in application. It can be used in producing white paint and white
coating field, and also in the spinning field. It will create great valueapplications and
-II-
ABSTRACT
economy. This paper gives the elements to the expending of the best condition for
producing.
电气石是一种独特的自发电极性矿物，是研究晶体电性的代表性矿物，也
是电性利用最普遍、在当今的社会各个领域应用最广泛的矿物之一。由于其自
然电极的存在，电气石被广泛的应用于环境保护、生活生产等许多领域，如环
境治理、生态领域、生活日用品、涂料工业、电磁屏蔽等。
本文就电气石的粒度对白度和负离子的影响进行了研磨实验。得出随着粒
度的减小，白度增加，但负离子的释放数目随之减小。
通过对改性之后的粉体的白度和负离子释放率的研究得出最佳的包覆工
艺条件为：原料的粒度根据实际的需要进行选择，包覆量最佳为在电气石粉体
和二氧化钛质量比 1：1 时，反应温度越高越好，最好接近水的沸点，中和的最
佳终点 pH 值为 6，中和速度为 26.5ml/min，电气石粉体浓度为 9％。最佳的煅
烧工艺条件为：煅烧时间为 0.5 小时。煅烧的温度则是根据不同实际的需要对
二氧化钛的晶型的要求而定，在 500℃以下为锐钛型二氧化钛，在 500℃～800
℃之间为锐钛型和金红石型共存，超过 850℃时就全部转化为金红石型二氧化
钛。
该研究的创新点是：首次采用沉淀反应方法在电气石粉体表面包覆 TiO2，
不仅提高了电气石粉体的白度，而且增加了电气石粉体的负离子释放率，改性
之后的电气石粉体白度从原来的 15.9%提高到 60%以上，负离子也由 600 个/cm3
左右提高到 3000 个/cm3以上，从而为拓展电气石的用途打下了良好的基础。这
样电气石粉体就可以运用于白色涂料颜料和纺织等工业领域，具有广阔的市场
前景，能够产生较高的实际应用价值和经济价值。论文得出的最佳制备工艺条
件为该项目的中试放大奠定了基础。
Tourmaline is a kind of mineral which has the spontaneous electrode quality ; as
the representative mineral, which can help us study crystal electricity. and it is also
one of the minerals which are utilized most generally in many fields now. Because
of the exist of spontaneous electrode, Tourmalines are applied in many fields ,such
as in the protection of environment, ecological field, commodity, the industry of
dope, electromagnetism shielding and so on.
The experiment of grinding has been carried out in order to study the affection of
the size of tourmaline powder on the white degree and negative ion.The results
shows that as the size of tourmaline powder minishs, the white degree increases and
the number of negative ion released reduce at the same time .
After the primal powder being modified, we made a research on its the white
degree and the release ratio of negative ion, we got the best condition for coating
technics as follows:choosing the granularity of material by the demand of facts; the
best amount coated presents when the proportionment of the quality of tourmaline
power and ceria power is 1:1; the higher is the temperature, the better is the result ,
pH=6 is best for neutralization, the neutralization velocity is 26.5ml/min,the
consistence of the tourmalin powder is 9%。 The best condition for calcining as
follows : the time is half an hour at 500 centigrade, the calcine temperature is
depended on the demands of it`s use in fact ,we got anatase when the temperature is
below 500 centigrade, when the temperature is between 500 centigrade and 800
centigrade, both anatase and rutitle exist, and we got rutitle when the temperature
is above 850 centigrade.
The innovation of this research is that we first use the method of deposition in
covering tourmalin by TiO2. It improves the white degree of tourmalin, from 15.9 %
to 60%, and the release ratio of negative ion from 600 unit/cm3 to 3000 unit/cm3above.
These are important to expend the use of tourmalin. This kind tourmalin powder has a
broad foreground in application. It can be used in producing white paint and white
coating field, and also in the spinning field. It will create great valueapplications and
-II-
ABSTRACT
economy. This paper gives the elements to the expending of the best condition for
producing.
引文
参考文献
1 潘兆橹著.结晶学及矿物学(下册).北京,地质出版社,1985 年:131
2 Nakamura Tand KuboT.Tourmaline group crystals reaction with
water[J].Ferroe lectrics,1992,137:13～31
3 梁金生,金宗哲,王静等.环境净化功能（Ce，Ag）/TiO2 纳米材料表面能带结
构的研究.硅酸盐学报 2001,29(5):500～501
4 吴瑞华,汤云晖,张晓晖.电气石的电场效应及其在环境领域中的应用前景.岩
石矿物杂志 . 2001 年,20(4):474～476
5 叶锡模著.普通化学.杭州,浙江大学出版社.1993:231～233
6 王子龙,李献. 电气石及其制造方法. 中国专利：CN1287888,2001
7 郑水林著.非金属矿加工与应用.北京,化学工业出版社.2003：161～163
8 Kimura,sosuke. Torumaline-containg coatings and deodorant products
using the same. JP:10053725 A2，1998
9 Okada,Kazumori;Sakamoto Fumio;Sotoya,shinji .Paper sheet containing
zeolites and rourmaline for maintaining freshness JP：10248484 A
2,1998
10 Manda Yoshiki，Taniguchi,Masahru,Miyata Masataka. Patches
containing rourmaline,far-IR-generating mineral powders,and/or
semiconductor powders, JP：10179764 A2，1998
11 Kan,Kuniyoshi. Tourmaline gel for liniment, JP：10265392 A2，1998
12 Asahara,Takaaki. Porous tourmaline molded products with good
iohization properties, JP:10017378 A2,1998
13 Kubo,Watanabe.Wiper blade utilizing piezoelectricity of tourmaline
and method for manufacture of the same,USP:639514
14 Sato Takashi. Tourmaline in manufacture of healthy tobacco,
JP:09299073 A2,1997
15 Sotoya ,Saneharu;Nanba,Takashi.. Mineral compositions and their use in
shower heads for water purification, JP：10081577 A2，1998
-47-
北京工业大学工学硕士学位论文
16 邵艳群,唐电.纳米级二氧化钛的表面包覆技术.中国粉体技
术.1999,5(5):18～20 页
17 Ilene M.Reinitz , George R.Rossman.自然辐射在电气石呈色中的作用.
矿物学（地质科学译丛）.1990 ,7(2)：1～4
18 Sugihra,Suzuki,Rayon fiber containing tourmaline particles and
method for the preparation thereof,USP:5863653
19 Sugihare,Nakamura,Komiya,etc.Polyvinyl alcohol fiber containing
tourmaline particles,USP:5928784
20 KUSAKARI YOSHIO.Resin containing tourmaline powder,JP:11335485
21 张志湘,冯安生,郭珍旭.电气石的自发极化效应在环境与健康领域的应用.中
国非金属矿工业导刊.2003 (1):47～49
22 冀志江,金宗哲,梁金生等.电气石对水体 PH 值的影响.中国环境科学 .2002
22（6）:515～519
23 汤云晖,吴瑞华,障西焕.电气石对含Cu2+废水的净化原理探讨.岩石矿物学杂
志. 2002,21(2):192～194
24 金宗哲,梁金生,王静.保健抗菌净化材料.中国建材科技.2001,(3):53～56
25 Qureshi AA,Akram M,Khan MA,Khattak NU,etc Study of the tectonic
uplift history of the sillai patti granitic neiss ,Pakistan:constraints
from zircon fission-taack dating[J] RADIATION MEASUREMENTS
34（1－6）345－348 JUN 2001
26 王鸣义，俞明康，姚龙夫等.用于棉纺织业的涤纶短纤维新产品开发.合成纤
维.2002,31(1)：46～47
27 魏健,刘渝燕,张开永.电气石应用专属性研究.非金属矿. 2003,26(1):34～
36
28 杨如增,杨满珍,廖宗廷等.天然黑色电气石红外辐射特性研究.同济大学学
报. 2002,30(2): 183～185
29 冀志江.电气石自极化及应用基础研究, 中国建材研究院博士论文. 2002：
80~113
30 张立德.超微粉体制备与应用技术【M】.北京，中国石化出版社.2001：33～
52
-48-
参考文献
31 Jerry Wayne, Decker..Re:Excellent. Theory of Lightning-condensation charge
separation http://www.keelynet.com/interact /archive/00002298.htm
32 徐卡秋，戴晓雁，陈世途. 金红石型云母钛珠光颜料的合成研究.精细化
工.2002，19（4）：227～228
33 汤云辉. 电气石的表面吸附与电极反应研究.中国地质大学博士论文.2002：
55～58
34 孙秀果. 纳米二氧化钛粉体的表面包覆及性能研究 .河北师范大学同等学
历硕士论文.2002：44～49
35 丁延伟，范崇政. 纳米二氧化钛的表面包覆研究. 现代化工. 2001.，7（1）
36 张巨丰，侯耀永，高珑桥等. 非均匀成核法涂覆改性纳米 SiC 粉体表面研
究.硅酸盐学报。1998，21（6）763～764
37 程学群. 纳米 TiO2 表面改性及其在涂料中的应用. 机械科学研究院硕士论
文,2003：
38 王庆淼，赵振河，宋心远. 新型颜料包覆体的合成及其在涂料染色中的应
用.纺织高校基础科学学报. 1998，11（3）：205
39 喻志刚，袁荞龙，应圣康. TiO2－SiO2 复合微粒的研究【J】.2000，17（4）：
72
40 Kubo.United States Patent.Apparatus and method for producing air containing
minus alkali ion[P] ,5728288 March 17,1998
41 程隆棣，王静，李方田等. 负氧离子纤维 Sirofil 纺纱工艺设计及产品性能
测试. 功能性纺织产品及纳米技术应用. 2003（1）
42 Mstsumura K,et al .Ecological uses of tourmaline proceedings first inernational
sympsium on enviton mentally conccious design and inverse
manufacturing[J]1999,2(1~3) :912~915
43 Tabnaka,M,;Miyake,K.;Sakudo,N.etc. Review of Scientific Instruments.
Development of a microwave ion source for negative oxygen ion beam
production. V66,n10,Oct 1995,4911
44 张景昌. 空气中负氧离子的形成及其浓度衰减规律.纺织基础科学学
报.,1994，7(4)
45 Wu,H-F. Study of temperature and pressure effects of negative chemical
-49-
北京工业大学工学硕士学位论文
ionization mass spectrometry using methane and oxygen as reagent gases in an
external source ion trap mass spectrometer. Journal of Mass Spectrometry , v
35,n 8,Aug 2000,p1049
46 Van der Heide,P.A.W(Univ of Western Ontario) Systematic study of the
characteristic velocities of the negative secondary ion emissions of H,O and
matrix species from Sc,Ti,V,co,Ni and Cu substrates. Surface Science, v
365,n 2 ,Sep 20,1996 ,p 477~481
47 Hartley,D.M.(Univ of Maryland Baltimore county);Rous,P.J. Tunneling
theory of negative ion decay an surfaces . Surface Science ,v 341, n 1-2 ,Nov
1,1995 p 218
48 Attenberger, W. (Institut fur Physik, Universitat augsburg); Thorwarth,G.;
Manova, D. etc. Interface properties of TiOon Si formed by
simultaneous implantation and deposition of titanium and oxygen ions. Surface
and Coatings Technology. V142-144 July ,2001 . p 412
49 Viornery C,Chevolot Y,Leonard D,etc. Surface modification of titanium with
phosphonic acid to improve bome bonding;characterzation by XPS and To
–SI MS【J】 Lang muir ，2002，18（7）2582－2583
50 王世兴，王命泰，雷勇等. 纳米 TiO2 的高分子“锚定位”包覆. 无机材料
学报 . 2002, 15(1) ：47～49
51 李哲，金明芝，赫伟等. 黑电气石中的电子非局域化和次近邻效应 .科学通
报. （3） ：225～227
52 韦敏. TiO2 阳光下光催化氧化降解燃料的研究. 西南石油学院硕士论
文.2002：11～16
53 张登松，马寒冰，施利毅. 金红石型二氧化钛表面包覆的若干研究,应用化
工.2003，32（6）45～46
54 雷景轩，马学鸣，朱丽慧. 液相包覆技术及其在材料制备总的应用. 材料科
学与工程. 总第 77 期 Mar. 2002 ，20（1）：93~95
55 龚先政. 云母钛珠光颜料的形成机理研究 .化工矿物与加工. 2002（6）：13～
14
1 潘兆橹著.结晶学及矿物学(下册).北京,地质出版社,1985 年:131
2 Nakamura Tand KuboT.Tourmaline group crystals reaction with
water[J].Ferroe lectrics,1992,137:13～31
3 梁金生,金宗哲,王静等.环境净化功能（Ce，Ag）/TiO2 纳米材料表面能带结
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using the same. JP:10053725 A2，1998
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2,1998
10 Manda Yoshiki，Taniguchi,Masahru,Miyata Masataka. Patches
containing rourmaline,far-IR-generating mineral powders,and/or
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11 Kan,Kuniyoshi. Tourmaline gel for liniment, JP：10265392 A2，1998
12 Asahara,Takaaki. Porous tourmaline molded products with good
iohization properties, JP:10017378 A2,1998
13 Kubo,Watanabe.Wiper blade utilizing piezoelectricity of tourmaline
and method for manufacture of the same,USP:639514
14 Sato Takashi. Tourmaline in manufacture of healthy tobacco,
JP:09299073 A2,1997
15 Sotoya ,Saneharu;Nanba,Takashi.. Mineral compositions and their use in
shower heads for water purification, JP：10081577 A2，1998
-47-
北京工业大学工学硕士学位论文
16 邵艳群,唐电.纳米级二氧化钛的表面包覆技术.中国粉体技
术.1999,5(5):18～20 页
17 Ilene M.Reinitz , George R.Rossman.自然辐射在电气石呈色中的作用.
矿物学（地质科学译丛）.1990 ,7(2)：1～4
18 Sugihra,Suzuki,Rayon fiber containing tourmaline particles and
method for the preparation thereof,USP:5863653
19 Sugihare,Nakamura,Komiya,etc.Polyvinyl alcohol fiber containing
tourmaline particles,USP:5928784
20 KUSAKARI YOSHIO.Resin containing tourmaline powder,JP:11335485
21 张志湘,冯安生,郭珍旭.电气石的自发极化效应在环境与健康领域的应用.中
国非金属矿工业导刊.2003 (1):47～49
22 冀志江,金宗哲,梁金生等.电气石对水体 PH 值的影响.中国环境科学 .2002
22（6）:515～519
23 汤云晖,吴瑞华,障西焕.电气石对含Cu2+废水的净化原理探讨.岩石矿物学杂
志. 2002,21(2):192～194
24 金宗哲,梁金生,王静.保健抗菌净化材料.中国建材科技.2001,(3):53～56
25 Qureshi AA,Akram M,Khan MA,Khattak NU,etc Study of the tectonic
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34（1－6）345－348 JUN 2001
26 王鸣义，俞明康，姚龙夫等.用于棉纺织业的涤纶短纤维新产品开发.合成纤
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27 魏健,刘渝燕,张开永.电气石应用专属性研究.非金属矿. 2003,26(1):34～
36
28 杨如增,杨满珍,廖宗廷等.天然黑色电气石红外辐射特性研究.同济大学学
报. 2002,30(2): 183～185
29 冀志江.电气石自极化及应用基础研究, 中国建材研究院博士论文. 2002：
80~113
30 张立德.超微粉体制备与应用技术【M】.北京，中国石化出版社.2001：33～
52
-48-
参考文献
31 Jerry Wayne, Decker..Re:Excellent. Theory of Lightning-condensation charge
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32 徐卡秋，戴晓雁，陈世途. 金红石型云母钛珠光颜料的合成研究.精细化
工.2002，19（4）：227～228
33 汤云辉. 电气石的表面吸附与电极反应研究.中国地质大学博士论文.2002：
55～58
34 孙秀果. 纳米二氧化钛粉体的表面包覆及性能研究 .河北师范大学同等学
历硕士论文.2002：44～49
35 丁延伟，范崇政. 纳米二氧化钛的表面包覆研究. 现代化工. 2001.，7（1）
36 张巨丰，侯耀永，高珑桥等. 非均匀成核法涂覆改性纳米 SiC 粉体表面研
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37 程学群. 纳米 TiO2 表面改性及其在涂料中的应用. 机械科学研究院硕士论
文,2003：
38 王庆淼，赵振河，宋心远. 新型颜料包覆体的合成及其在涂料染色中的应
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39 喻志刚，袁荞龙，应圣康. TiO2－SiO2 复合微粒的研究【J】.2000，17（4）：
72
40 Kubo.United States Patent.Apparatus and method for producing air containing
minus alkali ion[P] ,5728288 March 17,1998
41 程隆棣，王静，李方田等. 负氧离子纤维 Sirofil 纺纱工艺设计及产品性能
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42 Mstsumura K,et al .Ecological uses of tourmaline proceedings first inernational
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44 张景昌. 空气中负氧离子的形成及其浓度衰减规律.纺织基础科学学
报.,1994，7(4)
45 Wu,H-F. Study of temperature and pressure effects of negative chemical
-49-
北京工业大学工学硕士学位论文
ionization mass spectrometry using methane and oxygen as reagent gases in an
external source ion trap mass spectrometer. Journal of Mass Spectrometry , v
35,n 8,Aug 2000,p1049
46 Van der Heide,P.A.W(Univ of Western Ontario) Systematic study of the
characteristic velocities of the negative secondary ion emissions of H,O and
matrix species from Sc,Ti,V,co,Ni and Cu substrates. Surface Science, v
365,n 2 ,Sep 20,1996 ,p 477~481
47 Hartley,D.M.(Univ of Maryland Baltimore county);Rous,P.J. Tunneling
theory of negative ion decay an surfaces . Surface Science ,v 341, n 1-2 ,Nov
1,1995 p 218
48 Attenberger, W. (Institut fur Physik, Universitat augsburg); Thorwarth,G.;
Manova, D. etc. Interface properties of TiOon Si formed by
simultaneous implantation and deposition of titanium and oxygen ions. Surface
and Coatings Technology. V142-144 July ,2001 . p 412
49 Viornery C,Chevolot Y,Leonard D,etc. Surface modification of titanium with
phosphonic acid to improve bome bonding;characterzation by XPS and To
–SI MS【J】 Lang muir ，2002，18（7）2582－2583
50 王世兴，王命泰，雷勇等. 纳米 TiO2 的高分子“锚定位”包覆. 无机材料
学报 . 2002, 15(1) ：47～49
51 李哲，金明芝，赫伟等. 黑电气石中的电子非局域化和次近邻效应 .科学通
报. （3） ：225～227
52 韦敏. TiO2 阳光下光催化氧化降解燃料的研究. 西南石油学院硕士论
文.2002：11～16
53 张登松，马寒冰，施利毅. 金红石型二氧化钛表面包覆的若干研究,应用化
工.2003，32（6）45～46
54 雷景轩，马学鸣，朱丽慧. 液相包覆技术及其在材料制备总的应用. 材料科
学与工程. 总第 77 期 Mar. 2002 ，20（1）：93~95
55 龚先政. 云母钛珠光颜料的形成机理研究 .化工矿物与加工. 2002（6）：13～
14