石英(演讲版).ppt

石英 由二氧化硅组成的矿物 半透明或不透明的晶体 一般乳白色 质地坚硬 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 水晶是化学组成上的同一种物质 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 石英属于架状硅酸盐结构 Si4 的排列方式与金刚石结构完全相同 在距离最近且完全等距离的每2个Si4 之间插入O2 就构成了a 方石英的晶体结构 石英在玻璃工业中是一种主要原料 石英在不同热力学条件下形成多种变体 同质多晶 它们之间转化关系如图所示 在上述各种石英变体中 纵向之间的变化均不涉及晶体结构中键的破裂和重建 转变时质点只需稍作位移 键角稍作调整 转变过程迅速 这种转变称为位移型转变 横向之间的转变都涉及到键的破裂和重建 过程比较缓慢 这种转变称为重建型转变 图画出了这两种转变的示意图 前者结构没有遭到彻底破坏 只是稍作调整 后者结构彻底瓦解 重新组建成另一种结构 石英的3个主要变体a 石英 a 鳞石英 a 方石英之间在结构上的主要差别 在于 SiO4 连接方式不同 a 石英没有对称中心 键角150 a 鳞石英有对称平面 键角180 a 方石英有对称中心 键角180 石英的形态 石英的形态决定其应用 而形态由形成时的温度和压力 如下表是石英的各稳定形态 石英的形态变化图 石英 quartz 石英是天然界最常见的低温石英 其晶体结构为正六面体 包括燧石 玉髓 玫瑰 乳白色的 烟石英 石英木化石 恐龙骨化石 玛瑙 石英 正六面体结构 石英 石英 石英 石英木化石玛瑙 石英 石英晶体结构 石英 quartz 石英为斜六面体结构 在花岗岩中的石英颗粒为 石英 石英斜六面体结构 石英 花岗岩 石英颗粒 鳞石英的组成及特性 鳞石英 Tridymite 是SiO2在870 1470 之间的稳定相 温度更高时转变为方石英 较低温度时转变为 石英 但非常缓慢 再造式转变 在有碱金属氧化物或卤化物等矿化剂存在时可加速转变 能冷却至870 以下 冷却时发生两个位移式转变 B2 鳞石英 高温鳞石英 163 B1 鳞石英 中温鳞石英 117 鳞石英 低温鳞石英 结构与形态 B2 鳞石英六方晶系 a0 0 503nm c0 0 822nm Z 4 SiO4 形成 0001 的结构层 层内6个四面体中有3个顶点向上 三个顶点向下相间排列 即四面体的L3都平行于 0001 连成六方环 再分别与上 下的六方环顶点相连形成三维骨架 氧原子呈简单六方紧密堆积 鳞石英为斜方晶系 复六方双锥晶类 D6h 6 mmm L66L27PC 一般呈 0001 的六方板状晶体 双晶非常普遍 双晶面 1016 的接触双晶或穿插双晶常见 物理性质 无色 白色 玻璃光泽 硬度7 相对密度2 22 200 偏光镜下 无色透明 人工合成鳞石英 二轴晶 2V 36 Ng 1 473 Nm 1 470 Np 1 469 产状与组合 在酸性火山岩中形成于870 1470 常作为斑晶产出 低于117 转变为 鳞石英 后者常见于中酸性喷出岩基质或气孔中 与方石英 透长石等共生 鉴定特征 晶形 硬度及产状 X射线衍射分析法可准确鉴定 工业应用 是硅质耐火材料中的主要物相 磷石英晶体由 SiO4 四面体公用顶点连接成三维骨架 硅原子相当于六方ZnS中Zn和S的位置 氧原子介于两个硅原子之间 磷石英 尽管磷石英的形成温度是870C 正常低岩浆温度范围 磷石英一般以低温下富硅土石形式存在 并且在大多数状态下以亚稳状态的产生 磷石矿大多是不透明的黑曜岩存在 磷石英 磷石英 方石英 在低温下方石英地下形成岩浆 由于低温下一般以火山岩的存在 如黑禇石以及一些沉积岩 它以亚稳状态存在 它可能在快速生长的动力下 形成高度开放结构 方石英 立方SiO2 构型中的Si 与金刚石结构中C原子一样 形成A4堆积 O原子位于Si Si连线的中心位置附近 形成三维网络状低密度结构 离子晶体已过渡到共价晶体 晶体中Si原子与周围4个氧原子 在四面体顶点方向 成键 氧原子只和2个Si原子配位 Si与O的配位数分别降到4 2 方石英 方石英 柯石英 柯石英是石英在几万巴 1巴 10的5次方帕 的超高压变质作用下形成的 通常要在地下80公里左右地层中才达到这种高压 它和橄榄岩通常都是上地幔的岩石产物 自然产出的柯石英 晶粒大小在5 50 m 1953年人工合成柯石英 晶体与石膏相似 它是从35千帕压力 500 800 的SiO2熔融体中析出 1960年 柯石英首次在美国阿利桑那陨石坑中发现 在德国 阿拉伯的陨石坑中也有发现 形成于冲击变质作用有关 柯石英是硅原子成四次配位的SiO2各同质多象中结构最紧密的一种变体 亦称单斜石英 通常呈小于5微米的粒状产出 无色透明 玻璃光泽 无解理 摩斯硬度约为8 在5 的冷氢氟酸中近于不溶 但易溶于热浓氢氟酸中 柯石英Coesite 柯石英埋藏于地壳下深层 超石英 超石英又名斯石英 重石英 是一种超硬超重的二氧化硅同质多形体 它属于四方晶系 在超硬材料氧化亚硼被发现之前 它曾经长期被认为是已知最硬的氧化物 在常温常压下 斯石英处于亚稳定态 会缓慢地发生相变 转变为普通石英 但是该相变是如此缓慢 以至于其迄今还没有被观察到 斯石英首先由苏联高压物理学家斯提肖夫 SergeyM Stishov 于1961年人工合成 斯石英也因斯提肖夫而得名 天然的斯石英由美籍华裔地质学家赵景德 EdwardC T Chao 于1962年在美国亚利桑那州的一处陨石撞击坑中发现 斯石英的密度为4 287g cm3 是密度最大的二氧化硅同质多形体 它的晶体结构有四方对称性 空间点群为P42 mnm 对称性编号136 皮尔森符号表示为tP6斯石英在相当于地球内部360公里以上深度的压强 超过100千巴 下可以形成并且是稳定的 但在常压下若加热到数百度就会发生相变而转化为普通石英 在陨石撞击事件中 由于岩石的温度会强烈升高 因而有可能观察不到斯石英的存在 超石英Stishovite 超石英与金红石同构 它在极压下 以至于四面体二氧化硅分解 并以硅六面折叠存在 大多是陨星坑形成的 蛋白石Opal 存在是在化学上类似于硅的硅土 但在矿物结构内含有大量不定量的水分 水的含量在2和20 之间变化 加上昂贵的含6 10 的蛋白石 昂贵的蛋白石由无定形的硅土的小球以规责的序列包装组成的 白光被这些层面衍射 并被彩光的光谱分解 造成蛋白石高价 蛋白石Opal 蛋白石Opal 石英的应用 1 冶金工业 主要用于制造耐火材料 硅砖 冶炼硅质合金 硅铁 硅锰 硅铬 和作熔剂 质纯的可制结晶硅 结晶硅是生产单晶硅的主要原料 又可制硅铝和有机硅 2 玻璃工业 是制造玻璃的主要原料 可制造各种平板玻璃 夹丝玻璃 压花玻璃 空心玻璃 泡沫玻璃 玻璃砖 各类包装瓶罐 玻璃器皿如 啤酒瓶 玻璃杯 保温瓶及装饰品 可以制造光学玻璃 玻璃仪器 玻璃纤维 导电玻璃 玻璃不及防射线特种玻璃 也可做成耐火砖作玻璃熔窑的窑衬 3 建筑工业 可作重要的建筑基石 碎石可作道路充填石及铁路道砟 砂与沥青混合可铺路 石英还可作硅酸盐水泥的校正材料 也可作沙子水泥配料 加气混凝土 普通制品等 4 化学工业 硅石可制作各种硅化物和硅酸盐及硝酸盐 质佳者可作耐酸性的硫酸塔中的充填物 也可制造水玻璃 硅胶 干燥剂 石油精炼催化剂 制造外墙涂料 马路画线漆等 5 研磨业 石英岩和石英砂岩可制作磨石 油石 砂纸及碳酸硅等研磨材料 石英砂也多用来锯石料 磨光玻璃 磨金属制品及石器制品的表面 石英也用于琢磨珠宝 6 其它工业 可作搪瓷和陶瓷原料 质纯者广泛用于无线电工业 超声波技术及现代国防和尖端技术 纯的石英岩具有旋光性和透过紫外线性能 可