架状硅酸盐矿物的类型与用途

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架状硅酸盐矿物的主要类型与用途
架状硅酸盐:具有由一系列[ZO4]四面体以角顶相连成三维无限伸展的架状硅氧骨干的硅酸盐矿物。

除极个别例外,几乎所有架状硅氧骨干中的每个[ZO4]四面体均以其全部的四个角顶与相邻四面体共用而相连接,所有的O2-全为桥氧。

当Z全部为Si4+时,硅氧骨干本身电荷以达平衡,不能再与其他阳离子相键合。

石英族矿物的晶体结构正好就是如此。

因此,从化学组成上石英族矿物(SiO2)归属于氧化物矿物。

但不少人从结构角度把它们归属于架状结构硅酸盐矿物。

为了能有剩余的负电荷再与其他金属阳离子相结合,一般的架状硅氧骨干中均有部分Si4+被Al3+或较少被Be2+、B+3等类质同象替代。

故绝大多数架状结构硅酸盐矿物都是铝硅酸盐。

与骨架相结合的金属阳离子主要是电价低而半径大的K+、Na+、Ca2+、Ba2+等。

架状硅氧骨干中四面体连接的形式多种多样,随矿物而异。

但从其中往往可以分割出某些形式的环、链等次一级的构筑单元。

例如方钠石的硅氧骨架可看成由一系列四元环或六元环再连接而成;长石则可视为由一系列四元环首先连成平行a轴的曲轴状双链,由后者再连接而成架状硅氧骨干。

由于架状硅氧骨干是一个三维的骨架,它在不同方向上的展布一般不如链状和层状硅氧骨干那样具有明显的异向性,因而架状结构硅酸盐矿物常表现出呈近于等轴状的外形,具多方向的解理,双折射率小等特点。

此外,架状硅氧骨干所围成的空隙都较大,与之结合的又主要是大半径的碱和碱土金属离子,因而架状结构硅酸盐矿物还表现出比重小,折射率低,多数呈无色或浅色,多色性和吸收性都不明显。

只有少数具有过渡元素的矿物,往往具有特殊的颜色,多色性、吸收性也较明显,折射率、双折射率和比重也相对偏大。

根据各种矿物性质的不同,架状硅酸盐可以分为石英族、长石族、似长石、绿柱石、堇青石、沸石族。

石英族
石英化学成分主要为SiO2。

在自然界中的石英石的主要成份为石英,常含有少量杂质成分,如Al2O3,CaO,MgO等,它有多种类型。

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。

石英外观常呈无色、白色、乳白色、灰白半透明状态,莫氏硬度为7,断面具玻璃光泽或脂肪光泽,比重因晶型而异,变动于2.22~2.65之间。

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。

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。

应用领域及用途
1,玻璃
平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品(玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等)、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料。

2,陶瓷及耐火材料
瓷器的胚料和釉料,窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅等的原料、
3,冶金
硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、熔剂。

4,建筑
混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料(即水泥标准砂)等。

5,化工
硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,无定形二氧化硅微粉等。

6,机械
铸造型砂的主要原料,研磨材料(喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等)。

7,电子
高纯度金属硅、通讯用光纤等。

8,橡胶、塑料
填料(可提高耐磨性)。

9,涂料
填料(可提高涂料的耐候性)。

10,航空、航天
其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律,使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振以及其独特的光学特性。


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。

长石族
长石的类质同象替代很发育,它们的化学组成常用OrxAby、Anz(x+y+z=100)表示。

Or、Ab和An分别代表KAlSi3O8、NaAlSi3O8和CaAl2Si2O83种组分。

以某二组分为主,可划分为两个类质同象系列:碱性长石系列(即Or-Ab系列);斜长石系列(即Ab-An系列)。

Or与An组分间只能有限地混溶,不形成系列。

长石的基本结构单位是四面体,它由4个氧原子围绕一个硅原子或铝原子而构成。

每一个这样的四面体都和另一个四面体共用一个氧原子,形成一种三维的骨架。

大半径的碱或碱土金属阳离子位于骨架内大的空隙中,配位数为8(在单斜晶系长石中)或9(在三斜晶系长石中)。

长石晶体多数呈板状或沿某一结晶轴延伸的板柱状。

双晶现象十分普遍,双晶律多达20多种。

常见的有钠长石律、曼尼巴律、巴温诺律、卡斯巴律、肖钠长石律双晶。

它们分别存在于三斜晶体或单斜与三斜晶体中。

长石常见乳白色,但常因含有杂质而被染成
黄、褐、浅红、深灰等色,有的还可具有美丽的变彩或晕色。

有两组完全解理,其夹角90°(单斜晶系)或近于90°(87°)(三斜晶系)。

比重2.56~2.76之间,随成分中An含量增高而增高,随Or的增多而减少。

莫氏硬度为6~6.5。

富含钾或钠的长石主要用于陶瓷工业、玻璃工业及搪瓷工业;含有铷和铯等稀有元素的长石可作为提取这些元素的矿物原料;色泽美丽的长石可作为装饰石料和次等宝石。

地壳中最常见的矿物就是长石,甚至在月球上和陨石中也常见到它们。

在地下15公里深度的范围内,长石所占的地壳总重量竟达到60%。

长石是构成火成岩的主要成分,在变质岩和沉积岩中也很常见。

性质及应用
长石的硬度波动于6-6.5,比重波动于2-2.5,性脆,有较高的抗压强度,对酸有较强的化学稳定性。

钾长石颜色多为肉红色,也有灰、白褐色。

钠长石为白、灰及浅黄色,钙长石为白色或浅灰色。

长石是一种含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物,它有很多种,如钠长石、钙长石、钡长石、钡冰长石、微斜长石、正长石、透长石等。

它们都具有玻璃光泽,颜色多种多样,有无色的,有白色、黄色、粉红色、绿色、灰色、黑色等等。

有些透明,有些半透明。

长石本身应该是无色透明的,之所以有色或不完全透明,是因为含有其他杂质。

有些成块状,有些成板状、有些成柱状或针状等等。

一般在火山岩和变质岩中存在的长石都很小,只有0.1~10毫米,在斑岩中可达5~10厘米,而在伟晶岩中有的可达数十米。

长石是陶瓷和玻璃工业的原料。

有的长石具有美丽的变彩或晕色,可被用作宝石的材料。

似长石
有一些矿物的成分与长石相似,它们被称为似长石矿物。

霞石与白榴石便是最常见和最主要的似长石矿物,霞石它为含钠和钾的铝硅酸盐。

霞石的晶体一般呈六方柱状、短柱状或厚板状,晶体聚集在一起成粒状、块状。

颜色一般为灰白,也可以是浅色的黄、绿、褐、蓝、红等。

它们具有玻璃样的光泽,因为断裂处会呈现出油脂样的光泽,故又称脂光石。

在玻璃和陶瓷工业中,它们可以作长石的代用原料。

因为含铝,也可作为提炼铝的原料。

霞石正长岩、
一种深成碱性岩。

灰、浅绿、浅黄褐色。

中粗粒。

具似花岗结构。

主要由碱性长石(65%~70%)、霞石(15%~025%)和碱性暗色矿物(10%~15%)组成。

碱性长石主要为正长石、歪长石、微斜长石和钠长石;碱性暗色矿物以霓辉石、霓石、钠铁闪石、富铁钠闪石为主。

辉石类矿物的环带构造发育。

常见磁铁矿、钛铁矿、磷灰石、锆石、榍石等副矿物。

主要岩石变种有:①云霞正长岩。

主要由钾长石、钠长石、霞石和铁黑云母组成。

②流霞正长岩。

主要由正长石(57%)、霞石(20%~25%)、霓石、辉石、角闪石及少量黑云母、钠长石组成。

③钠霞正长岩。

其主要特征是其中的长石均为钠长石。

典型的钠霞正长岩由板状霞石(15%~30%)、长柱状钠长石(50%~70%)及少量暗色矿物组成。

在自然界,多呈岩床、岩株产出。

常与碱性正长岩、碱性花岗岩、碱性辉长岩等一起组成杂岩体。

与其有关的矿产有铌、钽、稀土、锆和铀等。

霞石的应用
霞石用作坯用原料除节能外,有如下独特作用。

我们认为这些独特作用,有助于提高中国陶瓷产品的档次和品位。


霞石在釉面砖坯体中的特殊作用:釉面砖由于烧成温度低,坯体瓷化温度低吸水率高,易造成水晶坯体膨胀系数过低釉面开裂和坯体吸湿膨胀,坯体反弹及釉面剥落等致命弱点。

霞石粉用于釉面砖坯体中,有助于提高低温坯体的瓷化程度,改善坯体膨胀系数。

加固坯釉结合程度,拓宽釉面砖使用范围、增大销售额等作用。


霞石在耐磨砖及抛光砖坯体中的独特作用:耐磨砖和抛光砖同属于玻化砖。

霞石粉的加入有以下几点重要作用:a.提高传质和传热速度,有助于水分及烧失的外排和热的扩散,有助于快速干燥和快速烧成;b.相对较高的铝含量,有助于拓宽烧成温度范围,减少变形等质量缺陷;c.钾、钠的高度互熔,使坯体呈半透明状,使耐磨砖及抛光砖有独特的质感;d.钾、钠对坯体着色有利,能丰富产品花色品种,减少色料用量;e.霞石还能克服抛光砖抛后反弹的质量缺陷。


霞石在外墙砖坯体中的独特作用:霞石在外墙砖坯体中也有以下几点独特作用:a、
引入霞石、滑石、硅灰石的外墙砖坯体,在烧成过程中会产生自释釉现象,这种自释釉呈亚光透明状。

用该外墙砖装饰墙面具有独特的质感和光感;b、用渗有霞石的配方生产外墙砖用文化石,更加逼似天然花岗岩、细晶岩和辉绿岩。


霞石在卫生洁具坯体中的独特作用:传统卫生洁具干燥周期长,烧成周期长,烧成温度高。

霞石的加入能提高泥浆的比重和流速,加快石膏对水分的吸收,以及水分的外排,并能提高坯体的挺性,霞石对降低卫生洁具烧成温度、烧成周期的瓷体的透明度也有独特作用。

、霞石在高档日用瓷中的独特作用:高档滑石瓷和骨灰瓷是中央办公厅指定外交专用瓷,霞石有助于MgO、P2O5在玻璃相中的溶解和分散,使其晶体细小,从而达到高的透光度,使外观精美,内涵丰富。

霞石在低温釉料中的作用:霞石与硼镁石、铅锌矿低温熔烧及锂长石相结合,可以配制出纯生1120~1180℃烧成各种釉料,并能使白釉细腻柔和、质感丰富。

、霞石在熔块生产中的应用:用霞石替代钾、钠长石烧制熔块,可以少用或不用纯碱硝石,从而减轻了纯碱硝石对炉壁耐材的侵蚀。

此外,还可以避免有毒气体NO等的排放。

沸石族
沸石的一般化学式为:AmBpO2p·nH2O,结构式为A(x/q)、[、(AlO2)x、(SiO2)y、]、n(H2O)、其中:A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子,B为Al和Si,p为阳离子化合价,m为阳离子数,n为水分子数,x为Al原子数,y为Si原子数,(y/x)通常在1~5之间,(x+y)是单位晶胞中四面体的个数自然界已发现的沸石有30多种,较常见的有方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等,都以含钙、钠为主。

它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。

晶体所属晶系随矿物种的不同而异,以单斜晶系和正交晶系(斜方晶系)的占多数。

方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形,片沸石、辉沸石呈板状,毛沸石、丝光沸石呈针状或纤维状,钙十字沸石和辉沸石双晶常见。

纯净的各种沸石均为无色或白色,但可因混入杂质而呈各种浅色。

玻璃光泽。

解理随晶体结构而异。

莫氏硬度中等。

比重介于
2.0~2.3,含钡的则可达、2.5~2.8。

沸石主要形成于低温热液阶段,常见于喷出岩气孔中,也见于热液矿床和近代温泉沉积中。

沸石可以借水的渗滤作用,以进行阳离子的交换,其成分中的钠、钙离子可与水溶液中的钾、镁等离子交换,工业上用以软化硬水。

沸石的晶体结
构是由硅(铝)氧四面体连成三维的格架,格架中有各种大小不同的空穴和通道,具有很大的开放性。

碱金属或碱土金属离子和水分子均分布在空穴和通道中,与格架的联系较弱。

不同的离子交换对沸石结构影响很小,但使沸石的性质发生变化。

晶格中存在的大小不同空腔,可以吸取或过滤大小不同的其他物质的分子。

工业上常将其作为分子筛,以净化或分离混合成分的物质,如气体分离、石油净化、处理工业污染等。

用途
主要用着吸附剂和干燥剂、催化剂、洗涤剂。

其他用途(污水处理、土壤改良剂、饲料添加剂)。

天然沸石是一种新兴材料,被广泛应用于工业、农业、国防等部门,并且它的用
途还在不断地开拓。

沸石被用作离子交换剂、吸附分离剂、干燥剂、催化剂、水泥混
合材料。

在石油、化学工业中,用作石油炼制的催化裂化、氢化裂化和石油的化学异
构化、重整、烷基化、歧化;气、液净化、分离和储存剂;硬水软化、海水淡化剂;特殊干燥剂(干燥空气、氮、烃类等)。

在轻工行业用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、涂料充填剂和素质颜色等。

在国防、空间技术、超真空技术、开发能源、电子工
业等方面,用作吸附分离剂和干燥剂。

在建材工业中,用作水泥水硬性活性掺和料,烧制人工轻骨料,制作轻质高强度板材和砖。

在农业上用作土壤改良剂,能起保肥、保水、防止病虫害的作用。

在禽畜业中,作饲料(猪、鸡)的添加剂和除臭剂等,可
促进牲口成长,提高小鸡成活率。

在环境保护方面,用来处理废气、废水,从废水废
液中脱除或回收金属离子,脱除废水中放射性污染物。


在医学上沸石用于血液、尿中氮量的测定。

沸石还被开发成为保健用品,用于抗
衰老,去除体内积累的重金属。


在生产中沸石常用于砂糖的精制、新型墙材(加气混凝土砌块)原料,随着实心
黏土砖逐步退出舞台,新型墙体材料应用比例目前已达到80%墙体材料生产企业以煤
矸石、粉煤灰、陶粒、炉渣、轻质工业废渣、重质建筑垃圾、沸石等为主料,积极开
发新型墙体材料。

堇青石
堇青石(iolite)是一种硅酸盐矿物,它可呈无色,但通常具有浅蓝或浅紫色,玻璃
光泽。

堇青石还具有一个特点,它们会在不同的方向上发出不同颜色的光线,这叫多
色性。

品优色美的堇青石被当做宝石,除此以外,堇青石没有什么工业上的用途。


青石产于片岩、片麻岩及蚀变火成岩中。

人们因此也称堇青石为二色石。

人工可以合、
成镁堇青石,用于耐火材料。


化学式:镁铝硅酸盐(2MgO·2Al2O3·5SiO2),晶系:斜方晶系,硬度:7.5-8,比重:2.57-2.61,折射率:1.542-1.551,属玻璃光泽,双折射率:0.009,断口:贝壳状断口,断口处呈油脂
光泽。

内含物:内含物亦有相当大的变易、有赤铁矿、针铁矿、磷灰石,锆石或其他的气液二相包裹体。

产於斯里兰卡的堇青,内含大量定向排列的赤铁矿和针铁矿薄六方形小片、呈红色、有如血点、故名血滴堇青石。

堇青石的颜色近似蓝宝石,所以又称之为水蓝宝石。

更因为它具有蓝宝石的颜色及光泽且价格又比蓝宝石便宜很多,因此更被戏称为穷人家的蓝宝石,堇青石的能量是相当稳定的且不能以加热的方式来改变它的颜色是一种货真价实的宝石。

,堇青石的主要产地为巴西,印度,斯里兰卡,缅甸,马达加斯加,中国台湾的兰屿也有少量的发现,而堇青石的颜色有蓝色,浅蓝色,浅紫色,浅黄色,及淡褐色,说到颜色就不得不提一下堇青石最重要的一项特征也就是它的二色性,这也是大家用肉眼来区分堇青石与蓝宝石的最大不同点,何谓二色性呢?用简单的话来描述就是同一颗宝石在不同的角度看上去呈现出两种不同的颜色(如图),在它的多色性中最常出现的颜色为蓝色,紫色,淡黄色(或无色),也因为这样堇青石又被称为二色石。

堇青石依其种类细分为三种,即铁堇青石,.堇青石和血点堇青石。


绿柱石
绿柱石又称为“绿宝石”,化学式为Be3Al2(SiO3)6,,其中含有氧化铍(BeO)14.1%,氧化铝(Al2O3)19%,氧化硅(SiO2)66.9%。

六方晶系,晶体呈六方柱形,柱面有纵纹,晶体可能非常小,但也可能长达几米。

硬度为7.5-8,比重为 2.63-2.80。

纯净的绿柱石是无色的,甚至可以是透明的。

但大部分为绿色,也有浅蓝色,黄色,白色和玫瑰色的,有玻璃光泽。

英语绿柱石一词来源于希腊语“海水般的蓝绿色”(beryllos)。

,绿柱石是铍-铝硅酸盐矿物。

它的几个变种颜色不一,有淡蓝色的(叫海蓝宝石),有深绿色的(叫祖母绿),有金黄色的(叫金绿柱石),有粉红色的(叫铯绿柱石)等等,蜜黄色的比较常见。

绿柱石一般为六方柱形晶体,呈现的颜色一般多为各种绿色。

绿柱石是炼铍的主要矿物原料,色泽美丽者是珍贵的宝石,如祖母绿,海蓝宝石。

绿柱石是铍-铝硅酸盐矿物。

它的几个变种颜色不一,有淡蓝色的(叫海蓝宝石),有深绿色的(叫祖母绿),有金黄色的(叫金色绿柱石),有粉红色的(叫铯绿柱石)等等,其中浅蓝绿色的最为常见。

绿柱石一般为六方柱形晶体,呈现的颜色一般多为各种颜色。

绿柱石作为矿物主要应用于提取金属铍。

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