萤石晶体（材料科学报告） .doc

萤石晶体（材料科学报告） 姓名：鲁亚平 班级：10光伏班 学号：10366023 萤石又称氟石，是一种常见的卤化物矿物，它的成分为氟化钙，是提取氟的重要矿物。萤石有很多种颜色，也可以是透明无色的。透明无色的萤石可以用来制作特殊的光学透镜。萤石在紫外线或阴极射线照射下长发出蓝绿色荧光，故名。萤石中的钙又是可被钇、铈等稀土元素同类同像置换。当YF3或CeF3的含量达到10%以上时分别成为钇萤石和铈萤石。萤石常呈立方体晶体，其次为八面体和菱形十二面体，常由两个立方体相互贯穿而形成双晶集合体呈粒状或致密块状，常呈绿或紫红色，较少白色、酒黄色或无色。玻璃光泽，色散低，透红外线、紫外线能力强。主要性质及结构化学成分： CaF2 ,Ca:51.1%,F:48.9%。常见颜色：绿、蓝、棕、黄、粉、紫、无色等。 光泽：玻璃光泽至亚玻璃光泽。 解理：四组完全解理。111 面 摩氏硬度： 4 。 密度： 3.18( + 0.07 ， 0.18)g/cm 3 。 沉淀平衡常数：Ksp=10 -6 光性特征：均质体。 多色性：无。 折射率： 1.434( 0.001) 。 双折射率：无。 紫外荧光：随不同品种而异，一般具很强荧光，可具磷光。 吸收光谱：不特征，变化大，一般强吸收。 放大检查：色带，两相或三相包体，可见解理呈三角形发育。 特殊光学效应：变色效应。 结晶状态：晶质体 晶系：等轴晶系 晶体习性：常呈立方体、八面体、菱形十二面体及聚形，也可呈条带状致密块状集合体（正常结晶应该是立方体，但是111面的完全解理，使得很多萤石晶体破碎后成规则的八面体，不要认为萤石结晶就是成八面体）。晶体结构：晶胞为面心立方结构，每个晶胞含有4个钙离子和8个氟离子。为AX2型化合物的典型结构之一。阳离子位于立方晶胞的角顶和面心，具八次配位；阴离子位于八分之一晶胞小立方体的中心，具四次配位。其结构属立方晶系，其空间群为Fm3m，点群为m3m，a=0.545nm，z=4，其晶胞结构如图(a)所示，其中钙离子位于立方体内八个小立方体的中心。氟化钙晶胞中质点的坐标是：钙离子（0 0 0），（1/2 1/2 0），（1/2 0 1/2），（0 1/2 1/2），氟离子（1/4 1/4 1/4），（3/4 3/4 1/4），（3/4 1/4 3/4），（1/4 3/4 3/4），（3/4 3/4 3/4），（1/4 1/4 3/4），（1/4 3/4 1/4），（3/4 1/4 1/4）。如果用紧密堆积方式考虑，则钙离子安莉芳紧密堆积排列，而氟离子填充于全部四面体空隙之中。此外图（c）中所示为萤石晶体结构以配位多面体相连的方式，图中立方体是Ca-F立方体，钙离子位于立方体中心，氟离子位于立方体顶角，立方体之间以共棱方式相连。在萤石晶体结构中，由于钙离子形成的紧密对集中八面体空隙全部空着，因此，在结构中，八个氟离子之间就有一个较大的“空洞”，这些“空洞”为氟离子的迁移扩散提供了条件，所以萤石结构中往往存在氟离子的扩散机制。成因及产状萤石是一种多成因的矿物。（1）内生作用中主要是由热液作用形成，与中低温的金属硫化物和碳酸盐共生。热液的萤石矿床有两类：一是产于石灰岩中的萤石脉，共生矿物主要是方解石，石英很少。有时与重晶石、铅锌硫化物伴生。另一种是建于流纹岩、花岗岩、片岩中产出的萤石脉，共生矿物主要是石英。（2）沉积型，在沉积岩中成层状与石膏、硬石膏、方解石和白云石共生，或作为胶结物以及砂岩中的碎屑矿物产出。 开采及制法中国已发现的萤石矿床，由于矿体多呈急倾斜脉状,延深也较大，故多数矿山采用地下开采法,或者浅部露天开采、深部地下开采。采矿方法以浅孔留矿法为主。选矿方法一般有两种，一种原矿经手选生产合格精矿,二是手选尾矿和贫矿。采用浮选法富集萤石。选矿原则流程因矿石类型而异，如石英-萤石类矿石。生产矿山：江西省德安县萤石矿,河北省平泉县杨树岭萤石矿，河北省灵寿县百信萤石矿,内蒙古自治区化德县秋灵沟萤石矿，辽宁省义县地藏寺萤石矿,浙江省义乌市萤石矿，广丰县铜山萤石矿,安徽省广德县萤石矿，福建省光泽县东风萤石公司光泽萤石矿,山东省蓬莱县氟石矿，河南省信阳县明港萤石矿等。工业上用萤石（氟化钙 CaF2）和浓硫酸来制造氢氟酸。加热到250时，这两种物质便反应生成氟化氢。反应方程式为： CaF2+ H2SO4 2 HF + CaSO4 这个反应生成的蒸气是氟化氢、硫酸和其他几种副产品的混合物。在此之后氟化氢可以通过蒸馏来提纯。 萤石的优化处理：（1）热处理：常将黑色、深蓝色热处理蓝色，稳定，避免300以上的受热，不易检测。（1）充填处理：用塑料或树脂充填表面裂隙，以保证加工时不裂开。 辐照处理：无色的萤石辐照成紫色，但见光很快褪色，很不稳定。矿石类型 萤石的矿石类型以矿物成分的不同,可分为石英一萤石型、方解石-萤石型、碳酸盐-萤石型、硫化物一萤石型、重晶石-萤石型、硅质岩萤石型,详见表1。 表1 萤石的矿石类型矿石类型矿 石 特 征单一萤石型矿石几乎由单一萤石矿物组成,含少量石英、方解石多呈脉状产出石英-萤石型主要矿物为萤石、石英,萤石含量可达8090%,含少量方解石、重晶石和硫化物硫化物-萤石型矿物组成基本与石英萤石型相同,不同的是含较多的重金属硫化物,有时铅、锌矿含量可达工业品位方解石-萤石型主要矿物为萤石、方解石,方解石含量可达30%以上,硫化物有方铅矿、闪锌矿和黄铁矿。铅锌含量有时可达工业品位重晶石-萤石型主要矿物为重晶石，萤石，重晶石含量达1040%，在矿体中，重晶石和萤石呈垂直分带。伴生矿物有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和少量方解石硅质岩萤石型沉积成因的矿石,萤石呈细粒浸染状、胶结物状、条(纹)带-微层状、团块状及扁透镜状分布于页岩、云母石英片岩、石英岩等硅质岩中碳酸盐萤石型沉积成因的矿石,萤石呈细粒状分布于石灰岩、大理岩,与方解石或白云石组成粒状共结镶嵌结构或变晶结构,有的组成条纹、条带状、微层到薄层状构造实际用途: 萤石的用途十分广泛，随着科学技术的进步，应用前景越来越广阔。目前主要用于冶金行业制生产炼铝熔剂冰晶石的原料，化工行业制氢氟酸、各利氟盐及制冷剂氟利昂的原料，建材行业行业作装饰材料，其次用于轻工、光学、雕刻和国防工业。因此，根据用途要求，目前我国萤石矿产品主要有四大系列品种，即萤石块矿、萤（氟）石精矿、萤石粉矿和光学、雕刻萤石。 （一）冶金工业 萤石具有能降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使渣和金属很好分离，在冶炼过程中脱硫、脱磷，增强金属的可煅性和抗张强度等特点。因此，它作为助熔剂被广泛应用于钢铁冶炼及铁合金生产、化铁工艺和有色金属冶炼。冶炼用萤石矿石一般要求氟化钙含量大于，并对主要杂质二氧化硅也有一定的要求，对硫和磷有严格的限制。硫和磷的含量分别不得高于.%和.%。其产品质量按照中华人民共和国国家标准-萤石块矿执行。 （二）化学工业 萤石另一重要用途是生产氢氟酸。氢氟酸是通过酸级萤石（氟石精矿）同硫酸在加热炉或罐中反应而产生出来的，分无水氢氟酸和有水氢氟酸，它们都是一种无色液体，易挥发，有强烈的刺激气味和强烈的腐蚀性。它是生产各种有机和无机氟化物和氟元素的关键原料。在制铝工业中，氢氟酸用来生产氟化铝、人造冰晶石、氟化钠和氟化镁。 在航空、航天工业中，氢氟酸主要用来生产喷气机液体推进剂，导弹喷气燃料推进剂。在原子能工业中，氢氟酸主要用来制造，再经氟化生成，通过气体扩散法或气体离心法分离U。 氢氟酸是有机氟化工的基础原料，它通过与氯仿和四氯化碳相互作用，生产毒性小、化学稳定性高的氟化的含氯烃和碳氟化合物，作冷冻剂，空气溶胶促进剂，溶剂聚合物的中间体和碳氟化合物树脂和弹性体。 氢氟酸与四氯化碳反应制成氟利昂（通常以表示）。氟利昂除作为冷冻剂外，还广泛用于喷雾剂、灭火剂、氟塑料等。 在医药方面，氟有机化合物还可以制造含氟抗癌药物，含氟可的松，含氟碳人造血液。 在无机氟化工业中，可以生产杀虫剂、防腐剂、防护剂、添加剂、助熔剂和抗氧化剂等。 化学工业对萤石产品的质量要求很高，一般要求CaF2含量在，二氧化硅和碳酸钙是有害杂质，要严格限制。目前，我国萤（氟）石精矿的质量要求按中华人民共和国-氟石精矿标准执行。 （三）建材工业 萤石也广泛应用于玻璃、陶瓷、水泥等建材工业中，其用量在我国占第2位。 在玻璃工业中，萤石作为助熔剂、遮光剂加入，它能促进玻璃原料的熔化。不同玻璃，萤石加入量不同。普通玻璃板材，萤石加入量为炉料的；碱性玻璃球，萤石的加入量为；氧化玻璃，萤石加入量则为；白色、乳色、彩色玻璃的生产过程中，萤石除作为助溶剂外，还作遮光剂，加入量为炉料的。玻璃工业对萤石的质量要求较严格，要求CaF2;Fe2O3.。 在水泥生产中，萤石作为矿化剂加入。萤石能降低炉料的烧结温度，减少燃料消耗，同时还能增强烧结时熟料液相粘度，促进硅酸三钙的形成。在水泥生产中，萤石加入量在一般情况下为至.。水泥工业对萤石质量要求不严，一般CaF2含量在以上即可，对杂质含量要求也不作具体规定。 在陶瓷工业中，萤石主要用作瓷釉，它能在瓷釉生产过程中起到助色和助熔作用。如在红色瓷釉中加入萤石后能色泽光亮鲜艳，在陶瓷生产瓷釉中的萤石加入量一般约。 萤石还应用于搪瓷工业和铸石生产中，其加入量分别为和。 在建材工业中，由于用途不同，对萤石质量要求也不相同。目前，我国用于建材工业的萤石质量要求在中华人民共和国国家标准-萤石粉矿中作了规定。 因萤石在光