非金属矿石英

2017-06-09

  矿物概况

  石英(英文名:Quartz),化学式为SiO2,无机矿物质,主要成分是二氧化硅,常含有少量杂质成分如Al2O3、CaO、MgO等,为半透明或不透明的晶体,一般乳白色,质地坚硬。石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,晶体属三方晶系的氧化物矿物,即低温石英(a-石英),是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英(b-石英)。石英块又名硅石, 主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料, 也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。

  石英其实也是水晶的统称,因为可作为水晶的矿物,都是由石英切磨产出的,都是同样的成分鉴别等特征,不同的是水晶是可作为宝石级的材料,而石英经过染色后,大部分只能作为玉石类的仿制品,例如:岫岩玉,独山玉等。 石英跟普通砂子、水晶是“同出娘胎”的一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶;二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙;二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石;二氧化硅晶粒小于几微米时,就组成玉髓、燧石、次生石英岩。 蔷薇石英石英是非可塑性原料,其与粘土在高温中生成的莫来石晶体赋予瓷器较高的机械强度和化学稳定性,并能增加坯体的半透明性,是配制白釉的良好原料。日用陶瓷原料所用的有脉石英、石英砂、石英岩、砂岩、硅石、蛋白石、硅藻土等,水稻外壳灰也富含SiO2。

  民国时期多采用景德镇下三宝蓬村所产石英。新中国成立后大多采用星子、都昌、修水等地的石英,尤其是2000年以后,石英用量剧增。釉料中用量为10%~30%,使用前应洗净拣选,除去污物杂质,放在窑内高温煅烧,便于粉碎。

  无色、透明的石英的变种,希腊人称为“Krystallos”,意思是“洁白的冰”,他们确信石英是耐久而坚固的冰。中国古代人认为嘴里含上冷的水晶能够止渴。

  性质结构

  石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分是SiO2 。石英砂的颜色多种多样常为乳白色、无色、灰色。硬度为7,性脆,无解理,贝壳状断口。油脂光泽,相对密度为2.65,其化学、热学和机械性能具有明显的异向性,不溶于酸,微溶于KOH溶液,熔点1750℃。具压电性。

  石英的成分为SiO2。自然界己发现8个同质多像变体,即a-石英、b-石英、a-鳞石英、b-鳞石英、a-方石英、b-方石英、柯石英、斯石英。下图展示了石英同质多像变体的压力-温度关系。除斯石英中的Si呈六方配位具金红石结构外,其余中的Si均为四次配位。[SiO4]结构单元4个角顶的O2-分别与相邻的4个[SiO4]共用而联结成三维延伸的架状结构。

  

SiO2同质多像变体的压力-温度关系


  SiO2同质多像变体的压力-温度关系

  低温变体a-石英的结构为三方晶系,D3-P3121或D3-P3221;ao=0.4913nm,co=0.5405nm;Z=3。[SiO4]四面体以角顶相连,在c轴方向上呈螺旋状排列;并有左、右旋之分,即c轴为31或32。结构上的左、右旋与形态上的左、右形沿用习惯上相反。

  三方偏方面体晶类,常呈完好的柱状晶体,柱面有横纹。常见单形;六方柱m、菱面体r、z、三方双锥s及三方偏方面体x等。菱面体一般r比z发育,且分布普遍。低温及过饱和度低的条件下,呈长柱状晶形;反之则柱状晶形不发育而呈近等轴状。

  双晶十分普遍,常见的重要双晶律有道芬双晶和巴西双晶。道芬双晶由两个左形或右形晶体组成,两个体的偏光面向同一方向旋转,因而仍可作光学材料。巴西双晶由一个左形和一个右形组成,在(0001)切片中由于两个体的偏光面相反,且有不同的干涉色,故不适合作为光学材料。下图为石英常见双晶表。

  

石英常见双晶表


  石英常见双晶表

  主要类型

  石英按品质可分为普通石英砂,精制石英砂,高纯石英砂,熔融石英砂,硅微粉。

  1、普通石英砂:

  SiO2≥90-99%,FeO ≤0.06-0.02%,耐火度1750-1800℃,外观部分大颗粒,表面有黄皮包囊。粒度范围5-220目,可按用户要求粒度生产。主要用途:冶金,墨碳化硅,玻璃及玻璃制品,搪瓷,铸钢,水过滤,泡花碱,化工,喷沙等行业。

  2、精制石英砂:

  SiO2≥99~99.5%,Fe2O3≤0.02~0.015%,精选优质矿石进行复杂加工而成。粒度范围用5~480目,可按用户要求生产,外观白色或结晶状。主要用途:高级玻璃,玻璃制品,耐火材料,熔炼石类,精密铸造,砂轮磨材等。

  3、高纯石英砂:

  SiO2≥99.5-99.9%,FeO≤0.005%,是采用1-3级天然水晶石和优质天然石类,经过精心挑选,精细加工而成。粒度范围1-0.5mm, 0.5-0.1mm,0.1-0.01mm,0.01-0.005mm 不等。

  4、熔融石英砂

  化学成份: SiO2:99.9-99.99%;Fe2O3:10PPM-25PPM; Max Li2O 含量:1-2PPM;Max Al2O3 含量:20-30PPM;Max K2O 含量:20-25PPM;Max Na2O 含量:10-20PPM。物理性能: 外观为无色透明块状,颗粒或白色粉末。 真比重:2.21; 莫氏硬度:7.0;pH值:6.0

  5、硅微粉

  硅微粉:外观为灰色或灰白色粉末。耐火度>1600℃。容重:200~250千克/立方米。

  用途作用

  石英是地球表面分布最广的矿物之一,它的用途也相当广泛。远在石器时代,人们用它制作石斧、石箭等简单的生产工具,以猎取食物和抗击敌人。石英钟、电子设备中把压电石英片用作标准频率;熔融后制成的玻璃,可用于制作光学仪器、眼镜、玻璃管和其它产品;还可以做精密仪器的轴承、研磨材料、玻璃陶瓷等工业原料。

  石英砂是重要的工业矿物原料,广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料等工业。

  此外,石英晶体内含有细小的气泡或液体充填裂隙时,会通过干涉光产生彩虹,能制成精美的首饰。拿破仑的妻子约瑟芬皇后(Empress Josephine)拥有一个令人眼花缭乱的宝石藏品,就是彩虹石英制成的首饰。

  石英因含各种杂质,颜色各异,有以下异种:

  1、水晶(rock crystal):无色透明

  2、紫水晶(amethyst): 紫色透明或半透明,加热可脱色。

  3、蔷薇石英(rose quartz):浅玫瑰色,致密半透明。

  4、烟水晶(smoky quartz):颜色或褐色透明异种。成色原因是在辐射线作用下,Si被Al代替,是四面体产生顺磁中心缺失引起。颜色进一步加深就成为墨晶(black quartz)

  5、黄水晶(citrine): 黄金色或柠檬黄色

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