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閃鋅礦
來源:互聯網

閃鋅礦(sphalerite)是一種含鋅的硫化物,是提煉鋅的主要礦物原料,含鋅達67.1%。通常也含鐵,當含鐵量大于10%時則被稱為鐵閃鋅礦,此外它還時常含有錳(Mn)、(In)、鎘(Cd)等元素。閃鋅礦顏色含鐵量的影響,不含雜質時為無色,隨著鐵含量的增加,由無色至淺黃色、褐色至黑色。硬度3.5~4,相對密度3.5~4.2,無電磁性,無導電性。部分閃鋅礦有摩擦發光性。

閃鋅礦主要形成于中、低溫熱液成因和接觸矽卡巖型礦床中,且分布較廣,常與方鉛礦共生。主要產出于澳大利亞西班牙墨西哥、巴西、美國、加拿大和中國。閃鋅礦的晶體結構立方晶系,晶體形態常呈四面體或四面體正負形組成的聚形,其標型特征主要有成分標型、物理性質標型和晶體形態標型三種,而成分標型中又包括了單元素標型和比值標型。

閃鋅礦的用途廣泛。在工業領域,閃鋅礦是提煉鋅的重要礦物原料,提煉的鋅主要用途是以鍍鋅鋼和鍍鋅鐵的形式,來保護鐵和其它金屬免受空氣和水的侵蝕,還可作電池、顏料、藥品原料、制造黃銅原料,同時閃鋅礦也是鎘、銦、鎵、鍺等元素最重要的來源;在珠寶領域,閃鋅礦晶體還可用作寶石加工原料;在地質勘探領域,閃鋅礦地質溫度計可用來解決礦床的成因、用來確定礦床形成時礦液的運移方向和通道,還可用于研究礦床的分帶性、礦物的世代及成礦構造等,還可以作為一種地壓計,確定閃鋅礦形成時的壓力;此外,結晶良好的閃鋅礦單晶體,是最佳的紅外窗口材料與發光材料。

主要特性

礦物組成

主要成分硫化鋅(ZnS),含鋅達67.1%,常含有鐵(Fe)、錳(Mn)、銦(In)、鎘(Cd)、鉈(Tl)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、(Se)、銀(Ag)等類質同象混入物。其中,鐵代替鋅最為普遍,最多可達26%。當含鐵量大于10%時則被稱為鐵閃鋅礦

物理特性

手標本中閃鋅礦常為黃色、棕褐色、黑色等顏色(含鐵致色),條痕淺黃色至褐黃色;純閃鋅礦近于無色,隨含鐵量增加由無色至淺黃色、褐色至黑色。金剛光澤、沒藥樹光澤至半金屬光澤。礦物薄片中為灰色、黃色、褐色,顏色不均勻,見多組解理,呈環帶分布,正極高突起,正交偏光鏡下全暗,均質性,折射率為2.37;無雙折射率。有時可見微弱的異常雙折射現象(應力作用所致)(如下圖所示)。色散強,色散值為0.156,透明,解理平行{10}完全;性脆,斷口貝殼狀,硬度3.5~4,相對密度3.5~4.2,無電磁性,無導電性,部分閃鋅礦有摩擦發光性。

結構特征

晶體形態常呈四面體或四面體正負形組成的聚形,晶面上常可見三角形條紋。有時也可呈四面體與菱形十二面體、立方體、三角三四面體等單形形成的聚形(如下圖所示),常見雙晶。常以粒狀或致密塊狀集合體產出。閃鋅礦通常呈粒狀、鐘乳狀、反射狀集合體產出,在砂礦中主要呈棱角狀顆粒或晶屑狀產出。

晶體結構立方晶系;空間群;a=0.5417nm;Z=4。玫瑰晶數據:3.123(100)、1.912(51)、1.633(30)。在閃鋅礦中鐵代替鋅導致晶胞增大。閃鋅礦型結構(如下圖所示),Zn2+分布于單位晶胞的角頂及面心,如將晶胞分為8個小的立方體,則S2-分布在相間的4個小立方體的中心。Zn的配位數為4。面網{110}為Zn2+和S2-的電性中和面,閃鋅礦具有//{110}的6組完全解理。

內含物:閃鋅礦流體包體發育,可見固態包體、雙晶紋、色帶等。

形成原因

閃鋅礦主要形成于中、低溫熱液成因和接觸矽卡巖型礦床中,常與方鉛礦共生。氧化后易成菱鋅礦。閃鋅礦常見于各種熱液成因礦床中,是分布最廣的鋅礦物。在高溫熱液礦床中的閃鋅礦,通常富含Fe、In、Se和Sn,并且鐵閃鋅礦砷黃鐵礦磁黃鐵礦,有時與黃銅礦、方黃銅礦等共生。在中低溫熱液礦床中的閃鋅礦則含Cd、Ga、Ge和Tl。閃鋅礦往往與方鉛礦共生,有時還出現各種硫鹽礦物,如硫銻鉛礦等。此外,閃鋅礦還產于火成巖巖脈、接觸變質礦床,以及沉積巖中。

閃鋅礦中鐵的含量與形成溫度有關,高溫時形成的含鐵量高,顏色較深,晶胞參數增大;而低溫形成的含鐵量低,色淺。因此,鐵含量多少是閃鋅礦形成溫度的標志。同時鐵含量也與壓力有關,鐵含量隨壓力增高而降低(在閃鋅礦中的Fe2+為4次配位,壓力的增高限制了四次配位Fe2+的穩定范圍)。因此閃鋅礦可作為地質溫-壓計。在氧化帶中,閃鋅礦分解形成易溶于水的ZnSO4,并隨著流水遷移,若遇到石灰巖,可與之反應形成菱鋅礦ZnCO3。因此,在鉛鋅礦床的氧化帶中,鋅的次生礦物比鉛的少。

產地

閃鋅礦主要產出于澳大利亞西班牙墨西哥、巴西、美國、加拿大和中國。其中澳大利亞的布羅肯希爾、美國的密西西比州河谷等地是世界著名的閃鋅礦主要產地。中國主要產地有青海錫鐵山、仁化縣凡口礦、云南金頂等。

應用領域

工業領域

閃鋅礦是重要的鋅礦石;大約95%的原生鋅是從閃鋅礦中提取的。閃鋅礦提煉的鋅主要用途是以鍍鋅鋼和鍍鋅鐵的形式,來保護鐵和其它金屬免受空氣和水的侵蝕;也可用于生產黃銅,中國和印度過去大量生產黃銅,而在歐洲貨船開始進行橫渡太平洋的貿易活動中,黃銅為一重要的貿易項目;氧化鋅大量用于橡膠制造業中,也用作白色顏料;干電池制造業中也采用大量氧化鋅;鋅也是制藥工業的重要原料,用作營養增補劑、油膏、洗發劑和其他制劑,其碳酸根已作為農藥使用等。

此外,由于閃鋅礦微量元素含量可變,它也是其他幾種金屬的重要來源,例如替代鋅的鎘、鎵、鍺、和銦。

寶石

閃鋅礦的高折射率使閃鋅礦擁有奪目的金剛光澤,近三倍于鉆石的色散值使它具有閃耀非凡的火彩。凈度高、色澤亮麗、品質上乘的閃鋅礦晶體可用作寶石加工原料,晶形完整、自形程度高者可作礦晶觀賞石,閃鋅礦逐漸走入人們視野,成為收藏界的新寵。

地質勘探

閃鋅礦可作為地質溫度計使用,隨著閃鋅礦晶格中鐵含量的增加,閃鋅礦向纖鋅礦的轉化點要降低,如果礦物的熱力學數據為已知,那么在一定條件下,某些元素在混合晶體中的含量可以用作最可靠的地質溫度計。如可用來解決礦床的成因,礦床生成溫度是礦床成因分類的重要因素,而FeS-ZnS系則被認為是測定金屬礦床實際生成溫度的較為可靠的手段,它能提供熱液礦床溫度范圍的確切數據。還可以用來確定礦床形成時礦液的運移方向和通道,因為許多金屬礦床中存在著明顯的溫度梯度,這種溫度遞降的方向即標出礦液的流動方向。此外,還可用于研究礦床的分帶性、礦物的世代及成礦構造等。

閃鋅礦還可以作為一種地壓計用,在300~700℃范圍內,閃鋅礦中含FeS量是壓力的函數,壓力越高,FeS含量越少。當測出閃鋅礦中含FeS量和溫度后,即可確定閃鋅礦形成時的壓力。

其他

結晶良好的閃鋅礦單晶體,是最佳的紅外窗口材料與發光材料。

礦物開采

開采

絕大多數鋅礦石都采用地下開采法開采,這是由鋅礦床的性質決定的,在開采鋅礦石的過程中,有4種傳統的方法,即礦房-立柱法、仰采留礦回采法、剝離-充填法以及方陣法。一般情況下,礦房-立柱法是利用開采室開采平坦或浸染礦石的一種方法,它采用廢棄的巖礦柱支撐開采室的頂部。層狀礦體大多采用這種方法,但在具體運用中會略有變化。在仰采留礦回采過程中,礦石是在連續或傾斜的開采面上開采的,礦石的拖運面逐漸向里延伸。在每一個開采面上,通過斜道將充分破碎的礦石運出,以保證采礦場頂部和底部的工作面,剩余的碎礦石則作為下一個開采面的基底。剝離-充填法以及方陣法的成本較高,僅適用于高品位的銀-鉛-鋅礦山或銅-鋅礦山。

浮選

閃鋅礦的可浮性在很大程度上取決于其中所含的雜質。一般來說,閃鋅礦是一種較難浮選的硫化礦物,特別是含鐵高的鐵閃鋅礦更是如此。但含Cd、Cu、Pb、Ag這類雜質時,可浮性則有所提高。閃鋅礦的表面存在有各種離子與鋅類質同象從而組成同晶形化合物,由此提供了閃鋅礦天然活化的條件。

對不同礦區的天然閃鋅礦,用乳缽濕磨,在缺氧不加捕收劑和起泡劑的條件下,用單泡管浮選,pH值為6.8時,回收率在50%左右;若有氧存在,則礦物失去其天然可浮性。在相同的礦樣試驗中,若用Cu2+離子活化,則浮選回收率均能達到100%。礦物表面的處理方法對閃鋅礦的天然可浮性影響亦很大,瓷磨的閃鋅礦顯出了一定程度的天然可浮性,而鋼磨則無可浮性;這是由于磨礦過程中產生了還原狀態的鐵,它對閃鋅礦的抑制作用很強。

標型特征

礦物的標型特征是指不同成因的同種礦物,由于其形成時的物理化學條件有所不同,而在其成分、微觀結構、晶形、物理性質上反映出一定的差異,如此種差異現象具有明顯的特征而可作為成因上的標志者,此種特征稱為標型特征。閃鋅礦的標型特征主要有成分標型、物理性質標型和晶體形態標型三種,而成分標型中又包括了單元素標型和比值標型。其中礦物在成分上的標型特征是一切標型特征的研究基礎,物理性質的標型是根據礦物硬度、反射率、晶胞參數等物理性質進行的劃分,晶體形態標型與礦床的成因密切相關。

成分標型

閃鋅礦的主要化學成分為Zn和S,但實際上閃鋅礦往往富集有Fe、Mn、Cd、Ga、In、Cu、Sn(錫)、Ti、Ge、Hg等元素,其次為Ag、Co(鈷)、Ni(),不同成因類型的閃鋅礦,其富集元素的種類不同。熱液型礦床中閃鋅礦以富集Fe、Cu、Bi(鉍)、Te()、Ag、Sn為特點,斷裂型礦床中除上述元素含量中等外,以相對富集Ga、Ge、Ti為特點;層控型礦床中相對富集Cd、Hg、Ni為特點。

單元素標型

Fe、Mn標型:由于Zn2+、Fe2+、Mn2+均具有四位配位,三者離子半徑相似,易產生類質同象。故閃鋅礦中往往含有Fe、Mn,層控型Pb-Zn礦中Fe大于6%,巖漿熱液型、斑巖型鉛鋅礦中閃鋅礦含Fe變化范圍大;對Mn來講,熱液型閃鋅礦中相對富Mn,多在千分之幾以上,而層控型則極低,多為萬分之幾到十萬分之幾。

Cd標型:Cd的晶體化學性質與Fe、Mn、Zn極為相似,CdS與MnS、FeS一樣以四次配位進入閃鋅礦的晶格,從理論上講,高溫時Fe2+(Mn2+)置換Zn2+,隨著溫度降低,FeS從閃鋅礦中游離出來,形成細分散的磁黃鐵礦于閃鋅礦中,Cd則呈四次配位的CdS進入閃鋅礦中,因此通常認為淺色閃鋅礦為低溫形成,含Cd高;深色閃鋅礦為高溫形成,含Cd低。當Fe<6%時,二者呈反消長關系,當Fe在6%~11%時,二者呈正消長關系,當Fe>11%時,又呈反消長關系,因此閃鋅礦中Cd不但與溫度、Fe、Mn有關,而且與成礦物質來源有關。

In的標型:In3+是典型的分散元素,具有親硫性,四次配位時離子半徑為0.88?,其共價半徑(1.44?)與Zn2+(1.25A)相似,故常賦存閃鋅礦中。層控型礦床的閃鋅礦貧In且變化幅度小;巖漿熱液型、火山型、斑巖型礦床中閃鋅礦一般富集In且變化幅度大。In隨閃鋅礦的形成溫度升高而增大。

Ga、Ge、Hg的標型:Ga3+,Ge4+屬于分散元素。四次配位時兩者離子半徑分別為0.55?和0.48?,為保持電價平衡,閃鋅礦中可能出現2Ge3++Hg3+替代4Zn2+,Ge4++Hg2+替代3Zn2+,故Ga、Ge、Hg在閃鋅礦中往往組合在一起,三者呈正相關。一般來說,層控型礦床閃鋅礦中富集Ga、Ge、Hg,巖漿熱液型、火山型和斑巖型閃鋅礦則貧Ga、Ge、Hg。

比值標型

閃鋅礦中Ga、In含量隨礦物形成溫度而變化,成礦溫度越高,In含量越大,Ga略微降低,反之,Ga升高而In降低。巖漿熱液型、火山型、斑巖型閃鋅礦Ga/In<1,而層控型Ga/In往往很大。

標型特征與礦床成因的相互關系

閃鋅礦的各種標型特征與礦床成因的相互關系下表所示。

歷史

早在公元7世紀的伊斯蘭教,閃鋅礦就被用于生產黃銅,在公元12世紀至13世紀(晉朝)中國北方的黃銅膠結過程中也可能使用了閃鋅礦。的發現也與從閃鋅礦有關,1875年,勒科克·德·布瓦博德蘭(LecoqdeBoisbaudran)在閃鋅礦礦石(ZnS)中提取鋅的原子光譜上觀察到了兩條從未見過的新譜線,其波長在417nm處。經過細致的分析之后,他確定這是一個新的元素,從而發現了金屬鎵(Gallium)。

名稱來源

閃鋅礦的英文名稱sphalerite來自希臘語sphaleros,意思是背信棄義,因為它顏色多變(鐵含量增加時,它的顏色變深)。

品質鑒定

辨顏色

真正的閃鋅礦有一個鮮明的特征,一般都是黃褐或棕黑色,很象脂松香的顏色。不具備這個特有顏色,就是假閃鋅礦。

看條痕

真正的閃鋅礦的條痕呈白色或黃褐色,否則為假礦。

看硬度

真正的閃鋅礦的硬度為4,比較硬,用小鐵釘或小刀才劃得動。過軟或過硬,都不是真正的閃鋅礦。

看晶體情況

真正的閃鋅礦常呈粒狀集合體,晶石常有三角形花紋。否則,為假礦。

試驗鑒定

可用HNO3將它溶解后,加入硫氰汞鉀,立即生成羽毛狀、箭頭狀及十字狀的硫汞鋅小晶體。

加入稀鹽酸后觀察是否反應生成硫化氫,并散發出類似于臭雞蛋的氣味。

參考資料 >

閃鋅礦.geologyscience.2024-03-25

閃鋅礦.地球科學與技術學院.2024-03-25

Zinc Statistics and Information.USGS.2024-03-19

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