輝銻礦(stibnite)是一種含銻的硫化物礦物,其化學成分主要是三硫化二銻(Sb2S3),理論組成為:銻占71.38%,硫占28.62%。晶體呈長柱狀,柱面具縱條紋,集合體以放射狀、晶簇狀或致密粒狀為主。顏色和條痕均為鉛灰色,晶面常因氧化薄膜而呈暗藍色,金屬光澤,一組解理完全。
輝銻礦主要形成于低溫熱液礦床中。,與朱砂、雄黃、雌黃、硫銻鉛礦、方鉛礦、黃鐵礦、白鐵礦、方解石及石英等礦物共生。輝銻礦在全球范圍內分布于加拿大、日本、羅馬尼亞、中國、俄羅斯、玻利維亞和澳大利亞等。其中中國的銻儲量在世界上居首位。
輝銻礦是生產銻和銻化合物的重要原材料,也可用于制作銻制品,如銻白可作防火涂料、搪瓷、陶瓷、橡膠工業中用作充填劑以及阻燃劑等;銻化合物可用來制作安全火柴和膠皮等。醫藥方面,輝銻礦是制造有機銻劑,如葡萄糖酸銻鈉、酒石酸銻鉀等的原料。此外,其還可用作觀賞石,以及將在紅外成像技術、大氣環境監測、生物醫學診斷、汽車行業散熱器等方面有潛在應用。輝銻礦以鉛灰色、柱狀晶形,晶面上有縱紋,解理面上有橫紋為鑒定特征,當特征不明顯時,可氫氧化鉀滴表面,立即出現黃色,隨后變為桔紅色,可證明其為輝銻礦。
采集輝銻礦過程中職業危害因素主要有粉塵(矽塵、銻塵等)、毒物(銻、鉛、砷[shēn]、二氧化硫)和物理因素(噪聲、振動、高溫等),其中最主要的是粉塵。職業性有害因素接觸人群主要分布在銻礦采掘、選礦、冶煉的主要生產作業地點,以男性為主。同時,對環境也會有一定影響,如造成水土流失,土壤質量受損以及重金屬污染等。此外,還會在采礦區出現采空塌陷的問題。
主要特征
礦物組成
輝銻礦化學成分主要為三硫化二銻(Sb2S3),其理論組成(wB%):Sb占71.38%,S占28.62%,成分較固定,含少量砷(As)、鉍(Bi)、鉛(Pb)、鐵(Fe)、銅(Cu),有時也含金(Au)、銀(Ag),其中大多為機械混入物。
物理特性
輝銻礦通常為鉛灰色或鋼灰色,表面常有藍色的色;條痕呈灰黑色;不透明;有金屬光澤,在解理面上尤其顯得強亮。一組解理完全,解理面上常有橫紋(聚片雙晶)。其熔點為1,極易熔融,硬度為2~2.5,相對密度為4.51~4.66,不導電,性脆。
在顯微鏡下觀察輝銻礦,其反射色為白色到灰色,雙反射顯著,非均質性強,從淺棕色變化到灰藍色調,內反射為紅色。
結構形態
輝銻礦屬正交晶系,具有鏈狀結構。其中鏈是由[SbS3]三方錐聯成鋸齒狀的鏈沿c軸延伸,兩個鏈呈[Sb4S6]鏈帶平行(010)排列成層。鏈帶內Sb—S之間以離子鍵金屬鍵相連,鏈帶間以分子鍵相連。Sb配位數7,沿著{010}表現出解理。晶體形態沿結構中鏈體的方向延伸,呈平行c軸的柱狀。
輝銻礦是斜方雙錐晶類,單晶呈柱狀或針狀,主要單形有:斜方柱m{110}、n{210},平行雙面b{010},斜方雙錐s{111}、p{331}、t{341}。柱面具有明顯的縱紋,較大的晶體往往顯現彎曲,常呈柱狀、束狀、放射狀集合體和柱狀晶簇。
形成原因
在地殼中存在多種成因的高溫、高礦化的氣液稱為熱液,熱液在地下近地表處,在較低溫度和較低壓力下,在圍巖裂隙析出或交代圍巖形成礦物,輝銻礦一般產在溫度在200~50℃的低溫熱液的礦床中,且與朱砂、重晶石、方解石、螢石等共生,有時也與雌黃、雄黃、自然金等共生。輝銻礦在中溫熱液型礦床中產量較少,常與方鉛礦、黃鐵礦、砷黃鐵礦等共生。火山升華及溫泉中有時也可產生少量輝銻礦。
輝銻礦的具體形成如下,在成礦流體中,銻在堿性條件下,以羥分子形式()遷移,當它們在向淺部運移的過程中,溫度逐漸下降,硫化氫溶解度增大,離解出大量的氫離子,或硫化氫被氧化,產生氫離子,流體pH值下降。當溫度繼續降低,流體中溶解的硫化氫分子數增多,小部分與之反應生成輝銻礦,大部分轉化成,溫度和pH值進一步降低,硫銻配位化合物被分解形成輝銻礦。
分布區域
輝銻礦在全球范圍內分布于加拿大、墨西哥、秘魯、日本、羅馬尼亞、中國、德國、意大利、法國、英國等。其中中國的銻儲量在世界上是最多的,湖南省、廣東省、廣西壯族自治區、貴州省、云南省都生產輝銻礦。其中位于湖南省冷水江市的錫礦山,是中國最大的銻業基地,被稱為“世界銻都”,錫礦山銻礦為世界級超大型銻礦床,位于冷水江市東北約15公里處,地處湘中構造盆地的南緣、白馬山—龍山東西向構造帶的北緣,由老礦山、童家院、物華、飛水巖四個礦床組成,礦體呈層狀、似層狀、側羽狀、條帶狀、囊狀產出。礦石為單一輝銻礦,礦石組合有石英—輝銻礦、石英—方解石—輝銻礦、方解石—輝銻礦等,以前兩種礦石為主,占礦床總儲量的90%以上。此外,俄羅斯、玻利維亞和澳大利亞等國也是銻資源的主產地。
應用領域
輝銻礦是生產銻和銻化合物的重要原材料,也可用于制作銻制品。
工業領域
五氧化二銻(包括三氧化二銻和五氧化二銻)是一種優質阻燃劑,阻燃劑是銻應用的最大領域,約占世界銻總消費量的70%。銻白(三氧化二銻)可通過輝銻礦加熱去硫制得,其與氯結合,可制成防火涂料,銻白還可在搪瓷、陶瓷、橡膠工業中用作充填劑,同時也用于合成纖維、?建筑材料、安全膠卷、大功率電路元件、高溫絕緣材料、汽車內部裝飾以及有機合成的催化劑等,在汽油中加入少量銻白可使其完全燃燒,從而減少尾氣對環境的污染。超細銻白生產的阻燃劑是生產染料、催化劑、交聯劑TAIC的重要原料,其作為阻燃劑的用量還在逐年增加。此外,五硫化二銻是橡膠的紅色顏料,而五硫化銻用于橡膠工業和制作獸藥。此外,三硫化銻或純的輝銻礦可用于生產彈藥、鞭炮、印刷機、抽水機以及起重機等的零件。
其他銻合金及銻化合物用途也十分廣泛:含銻鉛基合金耐腐蝕,是生產槳輪船用蓄電池電極板、化工泵、化工管道、電纜包皮的首選材料;高純度銻及銻金屬互化物(銻、銀銻、鎵銻等)也是生產半導體和熱電裝置的理想材料;生銻(Sb2S3)的燃點低,是制作雷管和安全火柴的配料,也可用于生產發煙劑;在玻璃工業中,采用焦銻酸鈉作為澄清劑和脫色劑,大大提高了電視機玻殼(顯像管)和光學玻璃的質量。
觀賞石
輝銻礦可作為觀賞石,在地大逸夫博物館的礦物巖石展廳,有一塊產自中國江西的輝銻礦晶簇標本,造型優美,針狀或柱狀晶體長而完整,在世界上居首位。
醫藥領域
輝銻礦是制造有機銻劑,如葡萄糖酸銻鈉、酒石酸銻鉀等的原料。其中葡萄糖酸銻鈉是治療黑熱病的首選藥;酒石酸氧銻鉀和銻273都是治療血吸蟲病的藥物。
潛在的應用領域
銻化物材料在第三代紅外探測器焦平面陣列、中遠紅外量子級聯激光器、量子點激光器、超高速低功耗低噪聲放大器、熱光伏電池組件等方面都取得了較大進展。新型的高性能銻化物器件也將在紅外成像技術、大氣環境監測、生物醫學診斷、多功能數字雷達系統、移動通信、熱光伏發電系統等眾多高新技術領域中獲得廣泛的應用。
銻化物材料是公認的熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizate,TPV)首選材料,在砷化銦襯底外延生長銦砷銻磷制備的TPV電池,其光譜響應的截止波長可2.5~3.4μm,是很有發展潛力的研究方向。此外,銻是提高液態錫鉛焊料抗氧化性最常用、最經濟的合金元素,因此可用在汽車行業散熱器中。
開采
輝銻礦一般采用地下開采中的斜井開拓,房柱采礦法、分段采礦法。其采礦工藝最初是用人工開采、人工背運、棉花燈照明的獨眼井開采。后來采用風鉆鑿眼、炸藥爆破開采。
斜井開拓法
斜井開拓法以斜井為主要開拓巷道,適用于開采緩傾斜礦體,特別適用于開采礦體埋藏不深而且礦體傾角為20°~40°的礦床。這種方法的特點是施工簡單、階段石門短、基建工程量少、基建期短、見效快,但斜井生產能力低,因此更適用于中小型金屬礦山,尤其是小型礦山。
房柱采礦法
房柱采礦法分為采礦圓形礦柱的房柱采礦法、槽形礦柱的房柱采礦法以及分段采礦法。其中圓形礦柱的房柱采礦法一般都在頁巖下保留一層臨時護頂礦層,以便在礦房回采過程中避免上盤巖石片落,保護頂板的完整。礦房直交走向布置,運輸平巷布置在下盤圍巖中,用漏斗與礦房性心動過速通。采礦工作是借局部留礦的方法,以向上梯段工作面進行?。崩落的礦石用人力或電耙運至運輸平巷裝車。
槽形礦柱的房柱采礦法是在礦塊中以逆傾斜方向自運輸水平向通風水平回采的礦房。礦房采空后,沿傾斜方向后退,用扇形炮眼依次崩落槽形礦柱。由礦柱中崩落的礦石用電耙運至下盤脈外巷道裝車。實踐證明,采空后的頂板具有暫時的穩定性,是順利應用該法的必要條件。
分段采礦法
分段采礦法就是自分段巷道(沿走向或垂直走向布置)崩礦的空場采礦法。采用該法時,是將階段劃分為礦塊來開采,每一礦塊包括礦房、房間礦柱、頂柱和底柱,先采礦房后采間柱、頂柱和底柱。
相關歷史
早在1世紀,希臘醫生第奧斯科里德在他編著的《中華人民共和國藥典》中講到銻硫化物礦石輝銻礦,婦女們用來描眉畫眼。
中國是世界上發現、利用銻礦較早的國家之一。據《漢書·食貨志》記載:?“王莽居攝,變漢制,鑄作錢幣均用銅,淆以連錫。”《史記》記載: ?“長沙出連錫。”秦公一號大墓出土文物的秦朝箭,經光譜分析含銻,由此可知中國對銻的利用很早。明朝末年(1541)發現了世界最大的銻礦產地——湖南錫礦山,但當時把銻誤認為錫,故錫礦山以此得名,至清光緒十六年(1890)經化驗始知是銻。光緒二十三年(1897)創辦“積善”?廠,為錫礦山最早的銻煉廠,使中國的“連錫”轉入銻生產的時代。
1908年湖南華昌公司從法國引進揮發焙燒法,開始用此法煉銻。隨著機械制造業的興起,銻的用途和需求量擴大,繼開發錫礦山之后又先后開發了桃江縣板溪、新邵龍山、桃源沃溪等地銻礦,使湖南銻業居全中國之首。接著,貴州省、云南省、廣西壯族自治區等省區也相繼開采一些銻礦。從1908年以后數十年間,中國產銻量占世界總量50%以上。1941年國民政府資源委員會設立錫礦山工程處,建立了北礦區實驗煉廠和南礦區煉廠,收砂煉銻。新中國成立后,開始根據南礦區為硫化礦、北礦區為氧化礦與硫化礦各半的特點,分別進行擴建,各自建成了選礦和冶煉工藝不同的采、選、冶生產系統,生產有很大發展。
名稱來源
最初婦女們用來描眉畫眼,稱為“stibium”,意思是?“美麗的眼睛”,這成為銻的拉丁名稱和元素符號Sb的來源。其英文名為“stibnite”,原意為“反對僧侶”,據說古代西方國家的一些僧侶中,曾有許多人患有癩病,他們試圖服用輝銻礦來治療,可是許多服用輝銻礦的僧侶不但沒有恢復健康,反而病情惡化,一個個地死去了。后來人們為了記住這件事,所以取名“stibnite”。
鑒定
輝銻礦以鉛灰色、柱狀晶形,晶面上有縱紋,解理面上有橫紋為鑒定特征,當特征不明顯時,可將氫氧化鉀滴于礦物表面,立即出現黃色,隨后變為桔紅色。
與相似礦物的區別
方鉛礦
輝銻礦與方鉛礦容易混淆:輝銻礦具有柱狀或針狀晶體、柱面有縱紋,比重小,有一向完全的解理,而方鉛礦呈立方體結晶,比重大,?完全的立方體解理。方鉛礦熔點高,輝銻礦熔點低,碎片尖端用火柴易燒熔,在鏡下輝銻礦強非均質性,方鉛礦為均質性。
輝鉍礦
輝銻礦與輝鉍礦很相似,但輝銻礦條痕(粉末)與40%KOH能起反應形成桔紅色斑點,而輝鉍礦則與KOH不起作用。在鏡下輝鉍礦有較高的反射率,亮黃和有較明顯的解理,由此可以區別。
車輪礦、脆硫銻
輝銻礦與車輪礦、脆硫銻礦容易混淆。在鏡下,車輪礦硬度較大,具較弱的雙反射和非均質性,脆硫銻鉛礦顯不甚清楚的雙反射和非均質性。
真假鑒別
在野外鑒別真假輝銻礦有五種辦法。
危害
人體危害
采集輝銻礦過程中職業危害因素主要有粉塵、毒物和物理因素,其中最主要的是粉塵。職業性有害因素接觸人群主要分布在銻礦采掘、選礦、冶煉的主要生產作業地點,以男性為主。
采礦過程中常見的粉塵有矽塵、銻塵等。其中銻塵是一種混合性粉塵,常以銻塵、銻煙或蒸氣混合形式存在于車間空氣中,除含銻外,尚含有矽塵、鉛、砷等。銻塵除能引起皮炎和銻中毒外,還能引起銻末沉著癥(或稱銻肺塵病)。此病患者一般癥狀輕微,無明顯體征,如合并銻中毒時可出現乏力、頭痛、頭暈、失眠、食欲減退、惡心和肌肉痙攣等癥狀。常見的合并癥有喉炎,支氣管炎,肺氣腫和肺感染等。銻塵對心臟也常有影響,心電圖檢查常出現T波異常。
其分布主要在銻冶煉廠和冶金化工廠,常見有銻、鉛、砷、二氧化硫等。危害最嚴重的是銻。
主要是噪聲、振動、高溫。噪聲主要產生于鑿巖工、運搬工、選礦工、抽風及壓風機操作工、絞車司機等。振動主要存在于鑿巖工。高溫作業存在于冶煉過程的各種澆注工和熔煉工,如焙燒爐、鼓風爐、反射爐、烘干爐、銻白爐等,以鼓風爐、焙燒爐、反射爐為最重要。
環境危害
采集輝銻礦不僅對人體有一定危害,同時,對環境也會有一定影響,如造成水土流失嚴重,土壤質量受損,重金屬污染等。此外,還會在采礦區出現采空塌陷的問題。
參考資料 >
輝銻礦.中國大百科全書.2024-03-09
輝銻礦.中國大百科全書.2024-03-09
六種不容小覷的戰略性礦產資源,你都認識嗎?.中科院地質地球所.2024-03-29
地質之花 光榮綻放.中國地質調查局.2024-03-09