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我国天然水晶和硅石矿产资源概况
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-12-17 10:15:21    浏览次数:
 
天然水晶和硅石矿产资源分布

天然水晶矿石
       水晶的化学成分为 SiO2, 是透明的石英晶体。按照水晶的形成过程,通常使用的水晶有天然水晶和人造水晶两种。据有关资料可知,全世界水晶资源稀少,分布极不平衡,主要分布在南美洲和亚洲地区,其中南美的巴西水晶资源比较丰富,近几十年的出口量占世界的 90%。而目前我国探明的水晶矿藏分布显示出的特点是富矿少,高品级少,共生矿及伴生矿多,开采不易。相对而言江苏省的水晶资源比较丰富,其东海县水晶产量占全国首位,水晶资源储量占全国的1/2。

硅石
       相较天然水晶资源来说,硅石是自然界广泛分布的矿产资源,是以 SiO2为主要化学组成和以石英为主要矿物组分的矿物原料的统称。
       硅石的种类有石英岩,石英砂岩,脉石英以及石英砂等,我国的硅石资源十分丰富,主要特点是类型齐全,分散广泛。硅石按其形成的温度、所含杂质、晶型、气液包裹体含量等各种物理化学性质差异分为四大类:岩浆型、变质型、水热生长型和沉积型。
      岩浆型花岗岩中的石英晶粒、变质型石英中的远古代石英、水热生长型中的伟晶岩石英等纯度高,含气液包裹体少,经提纯加工后有可能代替水晶。岩浆岩石英由高温岩浆缓慢结晶而成,由于岩浆温度高,冷却缓慢,石英体系中的杂质易于析出,因此石英纯度高,气液包裹体少,形成了高品质的石英。
       变质型石英是岩浆岩或沉积岩后期受到温度、压力、溶液等环境的变化,矿物成分和结构在固相条件下发生变化的岩石,变质型石英的含量一般在 85%以上。
      水热生长型分两种,伟晶岩和脉石英。其中伟晶岩在 500~700℃形成,而脉石英在 50~500℃的低温下形成。沉积型石英岩是由松散矿物固结而成,由于沉积物来源复杂,形成温度低,因此石英内含有多种杂质和大量气液包裹体,这种类型的石英不可代替水晶作为高纯二氧化硅产品的原材料。
 
天然水晶和硅石的特性及用途
       水晶中 SiO2含量大于 99.9%以上,属于三方晶系,常呈六棱柱状,内部质点在三维空间呈有规律排列,具有玻璃光泽,贝壳状断口,无解理。水晶的摩氏硬度是 7,且具有方向性;相对密度 2.56~2.66;折射率为 1.544~1.553,具有双折射和旋光性;透光范围约为 200~2500nm;抗压性好,在垂直光轴方向上能承受的最大压力为 2.8 MPa,在平行光轴方向上能承受最大压力为 2.9 MPa;水晶导热性差,而且具有方向性;线膨胀系数小,同时也具有方向性;水晶受压或施加电压能产生压电效应;耐酸、碱性好,除氢氟酸外,不溶于其他酸。
       石英晶型具有多种变体,其中常见的有 α-石英和 β-石英,他们是在不同的温度下形成的两种变体,α-石英属于低温型,β-石英属高温型,它们的化学成分均为 SiO2,但因它们的结构单元 Si-O 四面体连接的角度不同而引起的结构变化,伴随着体积的明显改变,在一定的温度和压力条件下,它们之间存在着相互转化的关系。通常情况下,天然 SiO2的主要同质多相变体有 α-石英、α-鳞石英、α-方石英三种,它们之间发生相变需要的能量较 大 。 在 自然条件下β-石英基本都已转变为 α-石英,即通常所说的石英。
       根据水晶的物理特性其可分为:压电水晶、光学水晶、工艺水晶和熔炼水晶。其中压电水晶是指具有高纯度的水晶单晶体,无任何包裹体、杂质等缺陷的双锥柱状晶体,当晶体受到压力或拉力后产生电荷,又称压电效应。由于水晶具有正逆压电效应性能,而且具有其他压电材料无法比拟的优点,所以被广泛应用于谐振器、滤波器、超声波发生器等各类检测仪器。
       光学水晶是指纯净的无色透明水晶,要求晶体内无双晶、包裹体等杂质或缺陷,紫外光透过率达 85%,经常应用 于 仪 器 仪 表 的 镜 头 。 对 于 不 能 作 为 压 电 水 晶 和光学水晶的水晶材料,既可以制作为水晶工艺品用于观赏也可以作为生产石英玻璃的原料。
       硅石矿物与水晶的化学成分是相同的 , 主 要 成 分 均 为 SiO2, 纯度高的硅石 SiO2含量也可达 99.9%左右。然而硅石一般包含了较多的固体杂质矿物、气液包裹体和密集的气泡。其在传统的工业生产和现代科技中都得到了广泛的应用,如在平板玻璃、铸造工业、工业陶瓷、化学工业等领域都有着无可替代的作用。
 
天然水晶和硅石的杂质
       各地的天然水晶和硅石的形成过程条件的不同,造成了各地天然水晶和硅石品质的差异性。天然水晶和硅石中的包裹体主要有:固体包裹体、液体包裹体、气体包裹体及碳氢化合物包裹体。其中的固体包裹体主要分为原生包裹体和次生包裹体,原生包裹体在晶体的生长和再生时形成,具有一定的外部形态,排列也具有一定的方向性。次生包裹体是在石英形成以后填充裂隙造成的,没有固定的外形,排列方向也不规则,它的分布只与晶体的裂隙分 布相关 。 而 气液包裹体充满了来自矿物介质的液体和气体,多成分散状 , 在气液包裹体中水、二氧化碳和硫化氢是主要成分,少量的包裹体还含有碳酸、甲烷等成分 , 天然水晶和硅石的透明度差就是因为其中的气液包裹体造成的。在高纯石英制品的提纯过程中最为难以处理的就是元素杂质,在石英矿物中元素杂质分为结构性杂质和非结构性杂质,其中结构性杂质又叫晶格杂质 , 是指能在硅氧四面体中取代硅而参与结晶的杂质,主要有 Ge4+、Ti4+、Al3+等;非结构性杂质指以离子吸附或单质包裹体形式存在于石英晶体中的杂质,主要有 Mn2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+等。


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