1 天然水晶和硅石礦產(chǎn)資源分布
天然水晶礦石
硅石
硅石的種類(lèi)有石英巖，石英砂巖，脈石英以及石英砂等，我國的硅石資源十分豐富，主要特點(diǎn)是類(lèi)型齊全，分散廣泛。硅石按其形成的溫度、所含雜質(zhì)、晶型、氣液包裹體含量等各種物理化學(xué)性質(zhì)差異分為四大類(lèi)：巖漿型、變質(zhì)型、水熱生長(cháng)型和沉積型。
巖漿型花崗巖中的石英晶粒、變質(zhì)型石英中的遠古代石英、水熱生長(cháng)型中的偉晶巖石英等純度高，含氣液包裹體少，經(jīng)提純加工后有可能代替水晶。巖漿巖石英由高溫巖漿緩慢結晶而成，由于巖漿溫度高，冷卻緩慢，石英體系中的雜質(zhì)易于析出，因此石英純度高，氣液包裹體少，形成了高品質(zhì)的石英。
變質(zhì)型石英是巖漿巖或沉積巖后期受到溫度、壓力、溶液等環(huán)境的變化，礦物成分和結構在固相條件下發(fā)生變化的巖石，變質(zhì)型石英的含量一般在 85%以上。
水熱生長(cháng)型分兩種，偉晶巖和脈石英。其中偉晶巖在 500～700℃形成，而脈石英在 50～500℃的低溫下形成。沉積型石英巖是由松散礦物固結而成，由于沉積物來(lái)源復雜，形成溫度低，因此石英內含有多種雜質(zhì)和大量氣液包裹體，這種類(lèi)型的石英不可代替水晶作為高純二氧化硅產(chǎn)品的原材料。
2 天然水晶和硅石的特性及用途
水晶中 SiO2含量大于 99.9%以上，屬于三方晶系，常呈六棱柱狀，內部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈有規律排列，具有玻璃光澤，貝殼狀斷口，無(wú)解理。水晶的摩氏硬度是 7，且具有方向性；相對密度 2.56～2.66；折射率為 1.544～1.553，具有雙折射和旋光性；透光范圍約為 200～2500nm；抗壓性好，在垂直光軸方向上能承受的最大壓力為 2.8 MPa，在平行光軸方向上能承受最大壓力為 2.9 MPa；水晶導熱性差，而且具有方向性；線(xiàn)膨脹系數小，同時(shí)也具有方向性；水晶受壓或施加電壓能產(chǎn)生壓電效應；耐酸、堿性好，除氫氟酸外，不溶于其他酸。
石英晶型具有多種變體，其中常見(jiàn)的有 α-石英和 β-石英，他們是在不同的溫度下形成的兩種變體，α-石英屬于低溫型，β-石英屬高溫型，它們的化學(xué)成分均為 SiO2，但因它們的結構單元 Si-O 四面體連接的角度不同而引起的結構變化，伴隨著(zhù)體積的明顯改變，在一定的溫度和壓力條件下，它們之間存在著(zhù)相互轉化的關(guān)系。通常情況下，天然 SiO2的主要同質(zhì)多相變體有 α-石英、α-鱗石英、α-方石英三種，它們之間發(fā)生相變需要的能量較 大 。 在 自然條件下β-石英基本都已轉變?yōu)?α-石英，即通常所說(shuō)的石英。
根據水晶的物理特性其可分為：壓電水晶、光學(xué)水晶、工藝水晶和熔煉水晶。其中壓電水晶是指具有高純度的水晶單晶體，無(wú)任何包裹體、雜質(zhì)等缺陷的雙錐柱狀晶體，當晶體受到壓力或拉力后產(chǎn)生電荷，又稱(chēng)壓電效應。由于水晶具有正逆壓電效應性能，而且具有其他壓電材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應用于諧振器、濾波器、超聲波發(fā)生器等各類(lèi)檢測儀器。
光學(xué)水晶是指純凈的無(wú)色透明水晶，要求晶體內無(wú)雙晶、包裹體等雜質(zhì)或缺陷，紫外光透過(guò)率達 85%，經(jīng)常應用 于 儀 器 儀 表 的 鏡 頭 。 對 于 不 能 作 為 壓 電 水 晶 和光學(xué)水晶的水晶材料，既可以制作為水晶工藝品用于觀(guān)賞也可以作為生產(chǎn)石英玻璃的原料。
硅石礦物與水晶的化學(xué)成分是相同的 ， 主 要 成 分 均 為 SiO2， 純度高的硅石 SiO2含量也可達 99.9%左右。然而硅石一般包含了較多的固體雜質(zhì)礦物、氣液包裹體和密集的氣泡。其在傳統的工業(yè)生產(chǎn)和現代科技中都得到了廣泛的應用，如在平板玻璃、鑄造工業(yè)、工業(yè)陶瓷、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域都有著(zhù)無(wú)可替代的作用。
3 天然水晶和硅石的雜質(zhì)
各地的天然水晶和硅石的形成過(guò)程條件的不同，造成了各地天然水晶和硅石品質(zhì)的差異性。天然水晶和硅石中的包裹體主要有：固體包裹體、液體包裹體、氣體包裹體及碳氫化合物包裹體。其中的固體包裹體主要分為原生包裹體和次生包裹體，原生包裹體在晶體的生長(cháng)和再生時(shí)形成，具有一定的外部形態(tài)，排列也具有一定的方向性。次生包裹體是在石英形成以后填充裂隙造成的，沒(méi)有固定的外形，排列方向也不規則，它的分布只與晶體的裂隙分 布相關(guān) 。 而 氣液包裹體充滿(mǎn)了來(lái)自礦物介質(zhì)的液體和氣體，多成分散狀 ， 在氣液包裹體中水、二氧化碳和硫化氫是主要成分，少量的包裹體還含有碳酸、甲烷等成分 ， 天然水晶和硅石的透明度差就是因為其中的氣液包裹體造成的。在高純石英制品的提純過(guò)程中最為難以處理的就是元素雜質(zhì)，在石英礦物中元素雜質(zhì)分為結構性雜質(zhì)和非結構性雜質(zhì)，其中結構性雜質(zhì)又叫晶格雜質(zhì) ， 是指能在硅氧四面體中取代硅而參與結晶的雜質(zhì)，主要有 Ge4+、Ti4+、Al3+等；非結構性雜質(zhì)指以離子吸附或單質(zhì)包裹體形式存在于石英晶體中的雜質(zhì)，主要有 Mn2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+等。
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