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螢石
來源:互聯網

螢石(Fluorite)是一種常見的鹵化物礦物,主要成分為氟化鈣(CaF2)。螢石是透明或半透明的,純凈的螢石為無色,常見的顏色有淺綠色至深綠色、藍、綠藍、黃、酒黃、紫、紫羅蘭色、灰、褐、玫瑰紅、深紅等,具有明顯的玻璃光澤,屬于立方晶系晶體結構一般為立方體八面體,當它們團簇聚集在一起時,集合體呈粒狀、塊狀、纖維狀、球狀、土狀等。部分樣本在受摩擦、加熱、紫外線照射等情況下可以發光。

螢石是自然界中較常見的一種礦物,可以與石英、方解石、重晶石、高嶺石和金屬硫化物等多種礦物共生,世界多地均產,有5個有效變種。

螢石是一種具有戰略意義的非金屬礦產資源,應用領域涵蓋冶金、化工、建材、陶瓷、航空、制冷、醫藥、原子能工業、氟[fú]化工等傳統產業和新興產業。顏色艷麗,結晶形態美觀的螢石標本還可用于收藏、裝飾和雕刻工藝品。

基本特征

礦物特征

螢石是一種常見的鹵化物礦物,主要成分為氟化鈣(CaF2),是提取氟的重要礦物。其中Ca含量為51.33%,F含量為48.67%。其中Ca可部分被ree所置換,其含量之比為 TR:Ca=1:6。當稀土元素主要為Y時,特稱為螢石,化學式為(Ca,Y)F2-3即當Y3+置換Ca2+時,為補償晶體中電荷的不平衡,需要額外補充一個F-。

晶系結構

螢石的主要成分為氟化鈣,其晶體結構屬于立方晶系,空間群為Fm3m(晶胞參數a=b=c=0.5463nm,α=β=γ=90°)。在該結構中,每個鈣原子與周圍8個氟原子配位;與之對應,每個氟原子被4個鈣原子包圍,形成理想的四面體結構,鈣、氟原子的配位數分別為8和4。典型的“螢石型結構”具體表現為:鈣離子(Ca2?)占據立方晶胞的角頂和面心位置;氟離子(F?)分布于晶胞內小立方體的中心。該結構也可描述為鈣離子構成立方最緊密堆積,氟離子占據所有四面體空隙。其中Ca-F鍵的鍵長為0.237nm。螢石的常見晶體形態包括菱形十二面體,以及其與八面體、四六面體、四角三八面體等的聚形。

螢石在立方體面上有時出現鑲嵌式花紋。螢石的晶體往往出現穿插雙晶,即兩個晶體相互貫穿所構成的雙晶現象。螢石{111}面最易斷裂,{110}面次之,{100}面較難斷裂,因此{111}面完全解理。螢立方體晶面上常出現與棱平行的網格狀條紋;集合體呈粒狀、塊狀、纖維狀、球狀、土狀等;

物理性質

光學性質

化學性質

螢石中常含雜質為釔、、硅、鋁、鐵、鎂、、釤、氧、氯等;螢石可溶于硫酸,在加熱后的氯化氫中可輕微溶解,微溶于水(水溫為18℃時,0.000016克/立方厘米)。

致色機理

螢石顏色多樣,是自然界中顏色最多的礦物,有綠、黃、紫、白、藍、黑等多種顏色。螢石主要致色成因有三種:元素摻雜、晶體缺陷以及有機質的混入。

元素摻雜

由于 Ca2+離子半徑(1.06 ?,1 ?=0.1 nm)與稀土元素(REE3+)、離子(U4+)、離子(Th4+)的離子半徑(1.06 ~0.848 ?、0.929 ?、0984 ?)相近,所以螢石中的 Ca2+極易被上述離子取代 。熱發光螢石的稀土元素分析表明,綠色螢石的 Y、Ce、La、Nd、Dy、Gd 含量較高,而紫色螢石中這六種稀土元素含量較低 。螢石呈紫色是由于含有放射性元素U、Th、Ra 等導致的。

晶體缺陷

螢石晶體缺陷產生的原因主要有四種:①放射性元素輻照;②Na+、K+進入晶格造成F空位;③變價雜質離子(稀土等)的氧化;④壓力產生的晶格損傷。螢石與圍巖中常含有 U 和 Th 等放射性元素,從而形成了放射場。螢石受到放射性元素輻照,形成晶體缺陷 ,促進膠體鈣形成,導致螢石顏色加深。一 般螢石含 U、Th 越多,顏色也越深 。Na+、K+以類質同象方式進入螢石晶格中,增加螢石中稀土元素含量,有利于缺陷形成,從而影響熱釋光。稀土元素本身不是色素離子,但在熱力和輻射條件下易發生電價變化、電子遷移和電荷轉換,導致螢石對不同光波的選擇吸收和透射。

有機質混入

演化程度較高的有機質以細小包裹體形式存在于螢石晶體中,導致螢石顏色變深。黑色螢石內部具有大量微小空洞,許多演化程度較高的無定形態有機質(瀝青、固態烴類等)附著于洞壁,導致螢石顏色加深

形成過程

螢石主要形成于熱液作用,常為熱液脈中的主要礦物,或作為金屬礦石(尤其是鉛和銀)中的脈石礦物出現。熱水流體,即熱液是在地熱增溫、巖漿、構造作用及地幔熱源作用下形成的。熱液與火山噴發沉積等不斷發生反應,從圍巖中不斷萃取F-,形成含F熱液,含F熱液在熱對流、沉積壓實作用、礦物相變、構造運動等驅動力驅動下,與周圍巖石中的Ca2+結合,形成氟化鈣(CaF2),經過冷卻結晶后就得到了螢石。

礦床分類

螢石的礦床工業類型可分為兩種:

產于硅酸鹽巖石中的螢石礦床

花崗石流紋巖頁巖砂巖等,主要共生礦物為石英、其次含少量方解石重晶石方鉛礦閃鋅礦等。

產于石灰巖中的螢石礦床

主要共生礦物有方解石、重晶石及各種金屬硫化物、如閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦黃鐵礦等。

此外螢石亦可產于沉積巖中,常和石膏硬石膏、方解石、白云石等共生。偶爾也作為次生礦物見于礦床氧化帶。

分布區域

螢石主要分布于美國、哥倫比亞加拿大英國納米比亞,以及奧地利瑞士意大利德國、捷克和斯洛伐克、原蘇聯、澳大利亞南非泰國等地。例如,美國的伊利諾伊州肯塔基州等就產紫、紫羅蘭、藍、黃、褐等色及無色透明螢石,新罕布什爾州紐約州產鮮綠色螢石,哥倫比亞產綠色等色的螢石。加拿大安大略省產無色透明螢石晶體。英國康瓦爾產白、藍、紫羅蘭、淡紅褐等色螢石。納米比亞產帝王綠螢石。中國各個省區幾乎都找到了螢石資源,其中寶石級螢石主要分布于浙江省、安徽、江西省福建省河南省、湖北、湖南省廣西壯族自治區四川省貴州省青海省、新疆等地。

主要用途

螢石是氟化學工業重要的基礎原料,廣泛應用于冶金、煉鋁、玻璃、陶瓷、水泥、化學、光學等領域,其產品氫氟酸及氟樹脂、氟橡膠、氟涂料、含氟精細化學品等在航空航天、醫藥、電子電力、軍事工業等多個領域發揮著關鍵作用。

不同品位的螢石精礦有不同用途,例如酸級螢石(特級品)是氟化工行業所必需的原料,可與硫酸在一定條件下反應生成氫氟酸;較低品位塊礦螢石主要應用在冶金工業,能提高熔融液流動性,同時降低熔點及燃耗,且能夠有效脫除 P、S。同時金屬的強度及可鍛性能得到增強。

螢石在建材工業中的應用主要是充當水泥生產過程中的礦化劑,起到降低燒結溫度、節能降耗的作用。

由于螢石是光性均質體,對紅外線及紫外線有較好的透過性。因此,螢石是制造復消色差透鏡(光學物鏡、輻射紫外線及紅外線的材料等)的理想光學材料。

由于螢石的顏色多種,和特殊的文化屬性,人們利用螢石制造出精美工藝品。從技法上分,有浮雕、鏤空雕和圓雕,從工藝上分,有雕刻件、車件、拋光件、球體件、原生態晶體件以及標本件、組合件等八大件。

鑒別方法

螢石的晶體結構存在“空洞”,很容易被其他離子填充,所以在自然界中,無色透明的純凈螢石極其稀少。這種結構缺陷,同時也讓螢石成為顏色最豐富的石頭,因為含有鐵、鎂、銅等顯色離子,螢石幾乎可以呈現任何一種顏色。

螢石可以進行改色加工,加熱處理在螢石中較為常見,通過加熱可使暗藍至黑色螢石變成藍色。一般來說,這種加熱處理的螢石很難鑒別,其顏色在300℃以下的環境中是穩定的。 在螢石加工過程中,還會經常充填塑料或樹脂,其主要目的是愈合表面裂隙,使其在加工或佩戴時不產生裂隙。經充填處理的螢石的鑒定主要有以下幾個方面:

歷史文化

早在新石器時代,中國長江流域下游以南的河姆渡遺址人就曾選用螢石作裝飾品了,距今已有近7000年的悠久歷史。

螢石的開采及挖掘起源于古埃及時期,當時的人們廣泛用螢石制作塑像蜣螂形狀的雕刻。英國曾盛產螢石——主要產于德比郡卡斯爾頓歐丁露天礦場——“藍色約翰”特定的礦床,最早由古羅馬人開采,大量用于雕刻制作酒杯使用。古羅馬人甚至相信螢石酒杯會使人千杯不醉。18世紀初約翰·柯克和約瑟夫·霍爾采螢石礦時,偶然發現古羅馬時代的古礦井,所采螢石主要用于制作時尚花瓶(如倫敦自然史博物館珍藏的18世紀中期制作的“藍色約翰”花瓶)、珠寶首飾及其他裝飾品,時至今日仍然如此。

15世紀時,在古歐洲,螢石才擁有了自己的名字Fluorspar。1529年,德國礦物學家阿格里科拉在他的著作中首次提到螢石具有優良的性能;1556年阿格里科拉發現螢石具有低熔點(1360℃)的特性而能用作“助熔劑”,在鋼鐵冶煉中加入一定量的螢石,不僅可以提高爐溫,除去硫、磷等有害雜質,而且還能同爐渣形成共熔體混合物,增強活動性、流動性,使渣和金屬分離;1670年德國玻璃工人契瓦哈特(Selewanhardt)偶然將螢石與硫酸混在一起,發生化學反應,產生了一種具有刺激性氣味的煙霧,從而引起人們對螢石化學特性的重視。1771年,瑞典化學家杜勒將螢石與硫酸反應制成了氫氟酸(HF);1886年,法國化學家亨利·莫瓦桑(Moissan)首次從螢石中分離出氣態的氟元素,發現螢石是由鈣元素和氟元素化合而成的礦物,定名為氟化鈣(CaF?)。螢石因在近代工業中起到了巨大的推動作用被載入史冊。

參考資料 >

科普丨認識螢石.福建自然資源科普中心微信公眾平臺.2025-01-11

螢石.海南省海洋地質調查局.2023-03-07

礦物名稱(中文) 螢石(氟石) 礦物分類 氟化物.國家巖礦化石標本資源共享平臺.2023-03-07

螢石.中國石油大學地球科學與技術學院.2023-03-07

Fluorite.mindat.org.2023-03-13

浙江武義:“螢石藝術”的“金名片”.中國報道網.2023-04-12

螢石走進克拉時代.中國質量新聞網.2023-03-07

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