矿物晶体化学 锂辉石

锂辉石

1.【矿物名称及英文名称】

锂辉石，称α-锂辉石spodumene，又称工业味精，玻璃光泽，属于辉石的一种，多产于花岗伟晶岩中，有时可形成粗大晶体，锂辉石是工业上提炼锂元素的优质矿源，但色彩优美且晶体透明的锂辉石（翠绿锂辉石、紫锂辉石）则用作宝石材料，通常宝石级的锂辉石重量都能超过1克拉，超过5克拉的锂辉石也并不罕见。

2.【矿物组分化学组成】

LiAl(SiO3)2或Li2O•Al2O₃•4SiO₂，理论含锂量3.75%(氧化锂8.04%)。化学组成较稳定，常有少量Fe3+、Mn代替6次配位的Al，Na代替Li；可含有稀有元素、稀土元素和Cs的混入物，以及Ga、Cr、V、Co、Ni、Cu、Sn等微量元素。

3.【矿物晶格】

理论组成(wB%)：Li2O 8.07，Al2O3 27.44，SiO2 64.49。单斜晶系，a0=9.463Å，b0=8.392Å，c0=5.218Å，β=110。11'；Z=4。属C2型结构，与C2/c型结构基本类似。M2主要为Li，有时有少量Na。M2-O平均间距2.211Å。M1主要为Al，有时有少量Fe3+。M1-O平均间距1.919 Å，O-O平均间距2.710 Å。[SiO4]链在结构中只有一种，与C2/c型结构不同的是，[SiO4]四面体链是由两种结晶学不同的[SiO4]四面体所组成，呈S扭转。[SiO4]四面体之Si-O平均间距0.1618nm，O-O 平均间距2.640 Å。[SiO4]链之链角为170.5。

（1）晶格价键图或离子堆积图

锂辉石离子棍棒图

锂辉石离子堆积图

（2）X-射线衍射分析（XRD)图及结果

图2.1 锂辉石X 射线衍射图谱

图2.2 锂辉石X 射线衍射图谱

（3）晶格参数等相应的描述

表3 锂辉石ICSD

A.单斜晶系，属C2型结构，与C2/c型结构基本类似。M2主要为Li，有时有少量Na。M2-O平均间距0.2211nm。M1主要为Al，有时有少量Fe3+。M1-O平均间距0.1919nm，O-O平均间距0.2710nm。[SiO4]链在结构中只有一种，与C2/c 型结构不同的是，[SiO4]四面体链是由两种结晶学不同的[SiO4]四面体所组成，呈S扭转。[SiO4]四面体之Si-O平均间距0.1618nm，O-O平均间距0.2640nm。[SiO4]链之链角为170.5。

B.轴双面晶类，C2-2（L2）。常呈柱状晶体，柱面常具纵纹。有时可见巨大晶体（长达16m）。主要单形：平行双面a{100}、b{010}，斜方柱m{110}、n{021}、o{221}、c{001}。双晶依(100)生成。集合体呈(100)发育的板柱状、棒状或致密隐晶块状。

C.解理{110}完全，夹角87；具{100}、{010}裂开。硬度6.5~7。相对密度3.03~3.22。偏光镜下：无色。二轴晶(+)，2V=55~80。Ng=1.662~1.679，Nm=1.655~1.669，Np=1.648~1.663。多色性弱。翠铬锂辉石：Np绿色，Ng无色；紫锂辉石：Np 紫色，Ng无色。一般Na代替Li时Np降低，Ng不受影响，重折率增大。

D.晶格具体参数：

4.【矿物晶体化学】

（1）晶格结点上粒子的化学性质：

锂辉石化学成分和晶体结构比较固定，因而其基本性质比较稳定。锂辉石系LiAl(SiO3)2共有三个变体，分别α-锂辉石、β-锂辉石和γ-锂辉石。α-锂辉石在地质学上通常称锂辉石，是低温稳定变体。β-锂辉石是稳定的高温变体。γ-锂辉石高温亚稳态变体，进一步受热将转变为β-锂辉石。β-锂辉石的结构中允许SiO2

进入晶格，形成β-锂辉石固溶体，其反应式可用下式表示：

Li2O·Al2O3·4SiO2 + nSiO2→ Li2O·Al2O3·(n+4)SiO2(n ≤4)

β-锂辉石游离硅β-锂辉石固溶体

晶体在加热或被紫外线照射时会改变颜色，在阳光作用下也会失去光泽。焙烧至1000℃左右时迅速转变为β型锂辉石，并具热裂性质。β-锂辉石属四方晶系，与凯石英（keatite）成类质同像。锂辉石在约700℃经细研磨和长时间加热即开始

发生转变。锂辉石—β-锂辉石的转变是不可逆的。锂辉石在375~500℃、0.57MPa 压力下可以人工合成。温度低于375℃，在中低压力下合成LiAl[Si2O6]•H2O，天然者称为透锂铝石（bikitaite）。另一高温同质多像变体属六方晶系，与β-石英等结构。

（2）粒子间作用力及价键分析：

在锂辉石的晶体结构中，硅以四配位的形式与氧形成[SiO4]四面体,并以共顶氧的方式沿c轴方向连接成无限延伸的[SiO4]四面体链。铝以六配位的形式与氧形成[AlO6]八面体，并以共棱方式也沿c轴方向连接成无限延伸的“之”字形链。每两个[SiO4]四面体链与一个[AlO6]八面体链形成2:1型的“I”形杆。各“I”形杆之间靠锂并借助于氧连接起来，形成锂辉石的晶体结构。由于类质同像的置换，因此有时有少量的Fe3+取代Al3+也占据M1位置。

锂辉石晶体结构中Si-O键主要为共价键，键强较大，而Li-O和Al-O键离子键特征明显。结构中Li-O键平均键长为0.221nm，Al-O键的平均键长为0.1992，根据鲍林（Pauling）的经验公式计算出Li-O键的离子成分达79.81%，Al-O键的离子键成分达64.30%，因此Li-O键的键强相对较弱。

（3）矿物破碎后表面价键情况及表面化学性质：

锂辉石矿物解离时主要沿Li-O键断裂的方向进行，故矿物解离后破裂表面有较多的Li及少量的Si和Al（当Fe3+取代Al3+时，有事暴露有少量的Fe3+），X 射线光电子能谱的测定结果证实了这一点。锂辉石表面的Li+与液相中的H+进行交换使H+吸附于矿物表面氧区，Si和Al离子端也能吸附OH-，因此锂辉石表面能键合大量羟基，导致矿物在较大的PH值范围内带负电，零电点较低，较易用阳离子捕收剂十二胺浮选，而难以用阴离子捕收剂油酸钠浮选。

(4)矿物可选性：

目前锂辉石的选别方法主要有浮选法、重悬浮液与重液选矿法以及磁选法等。