红柱石与蓝晶石、矽线石为同质多象变体。其英文名称Andalusite来自矿物的首次发现地——西班牙的安达卢西亚Andalusia,但直至在斯里兰卡、特别是在巴西发现宝石级红柱石后,人们才第一次将红柱石归入宝石类别中。
红柱石化学组成为Al2[SiO4]O、晶体属正交(斜方)晶系的岛状结构硅酸盐矿物。与蓝晶石、夕线石成同质多象。通常呈柱状晶体,横断面接近四方形。有些红柱石在生长过程中俘获部分碳质和粘土矿物,在晶体内定向排列,在横断面上呈十字形,称空晶石。集合体形态多呈放射状或粒状,呈放射状的,俗称菊花石1。呈粉红色、玫瑰红色、红褐色或灰白色,玻璃光泽,柱面解理中等。摩斯硬度6.5~7.5,比重3.15~3.16。
红柱石常见于泥质岩和侵入体的接触带,是典型的接触热变质矿物。中国北京西山盛产放射状红柱石。世界其他著名产地有西班牙的安达卢西亚、奥地利的蒂罗尔州、巴西的米纳斯吉拉斯等。
红柱石加热至1300℃变为莫来石,是高级耐火材料,用途同蓝晶石。淡红色或绿色透明的晶体可作宝石。空晶石因在粉红、灰白的底色上衬托有黑十字,常被加工成工艺装饰品。
红柱石有一个变种叫空晶石。在空晶石的剖面会呈现出黑色的十字结构。这种十字结构是红柱石在形成时接收了一些碳和粘土所致。这种空晶石常被制成人们佩带的小饰物。
红柱石一般呈柱状晶体,它的断面差不多是四方形。红柱石的晶体聚在一起成放射状或粒状。对于成放射状的红柱石,人们常称作“菊花石”,意为它们像菊花的花瓣开放一样。
红柱石为粉红色、红色、紫色、绿色、红褐色、灰白色,灰黄色及浅绿色,具有玻璃光泽。有些质量好且透明的红柱石晶体还被当作宝石。
中国对红柱石的开发利用,已展现出广阔的前景。中国红柱石的使用起步较晚,从78年开始对红柱石等高铝矿物资源进行了找矿、评价和勘探,工业上对它的要求则是依据使用条件而变化。2
基本信息晶体形态:斜方双锥晶类,晶体呈柱状。
主要单形有:斜方柱m、n,平面双面c。
晶系和空间群:正交晶系,D122h—Pnnm。
硬度:6.5-7.5。
比重:3.13-3.16g/cm3。
解理:不完全解理。
断口:由交叉好的解理或裂理产生的细长断口。
颜色:常呈灰白色或肉红色、呈兰、绿,紫色者少见。
条痕:白色。
透明度:透明。
光泽:玻璃光泽。
发光性:无。
其他:性脆。2
分布范围根据近几年来对红柱石的找矿效果得知,中国这类矿物资源十分丰富,有利于这类矿物生成的地质条件普遍存在。辽宁、吉林、青海、甘肃、陕西、山东、河南、新疆、福建、湖北、四川,北京等省市都有所发现。许多地区的矿床中红柱石矿物含量较高,且矿物组成简单,贮量多在中型以上。2
工业指标对红柱石矿的开发利用,总的来说,应着眼于经济效益,从各种使用角度提出不同的指标要求。目前国内在这方面尚无统一规定,现参照国家地质总局地生——(1978)1201号、冶金部(78)冶基字第3278号联合颁发的:《关于安排兰晶石普查勘探和矿山设计建设工作的通知》,简述如下:
1、红柱石原矿品级划分(矿物量):边界品位5%,Ⅰ级品≥8%,Ⅱ级品5~8%。
2、可采厚度和夹石剔除厚度均为1米。2
性质矿物组成红柱石多数呈斑状变晶结构。斑晶内含有碳质、石英、云母、金属矿物、石榴石和电气石等。有些伴生矿物如石榴石、碳质等可通过选矿加以回收。
红柱石属于斜方晶系,晶体沿C轴延伸呈斜方柱形。由于柱面夹角为89℃左右,因而外观很象四方柱形。集合体呈放射状、粒状,可见穿插双晶。柱面解(110)完全。薄片无色,有时略带粉红色调,在同一片面上颜色分布往往也不均匀,深浅不一,呈斑点状。平行或对称消光,具微弱多色性:Npi淡红(1.629~1.639),Nm淡绿(1.633~1.639),Ng浅绿(1.637~1.650)。横切面近四方形,有时可见两组近于正交的解理。在红柱石中,有时见有黑色碳质物包裹体(可称空晶石)。利用红柱石多带色的特点可以将它和矽线石加以区别。
内外部显微特征:红柱石包体主要为磷灰石、金红石、白云母、石墨及各种黏土矿物。一些矿物包体还具有十分完整的特征晶形,如短柱状磷灰石微晶和针状金红石等等,气液包体也是红柱石中常见的包体,此外在显微镜下还常见色带、解理、双晶纹等生长结构。空晶石中的包体为黑色碳质包体,呈十字形分布。2
表面性能红柱石本身无电磁性,但其表面性质又决定着表面断裂键的类型和断裂程度,这与其结晶化学过程有关。它的晶体被破碎时将产生高能组合优势的阳离子Al3+、Fe2+等。红柱石表面亲水,破碎后其上部分存在有金属阳离子。零电点PH为7.2,一般比硅酸盐破碎物要高。
红柱石矿物由Al-O键和Si-O键组成。铅氧体PH=9时,出现零电点。而石英在PH=2或稍大于2时,就出现零电点。由此可以认为铝氧硅酸盐矿物的零电点在2~9之间,这个性质有利于它们的分选提纯。2
化学组分红柱石是无水硅酸盐,属于兰晶石族。其化学式为Al2O3·SiO2或Al2O[SiO4]。2
理论化学组分Al2O3 63.1%,SiO2 36.9%,但是由于成矿结晶、蚀变、风化等原因,晶格中常含有Ag、Fe、Ti等一些杂质,致使化学分析结果偏离理论值。2
光学性质薄片中无色,微带粉色,颜色分布不均匀。
二轴晶。Np=1.629-1.640,Nm=1.633-1.644,Np=1.639-1.651。2V=-86°。
弱多色性:Np-淡红,Nm、Ng-淡绿。2
工艺特性工业上利用红柱石,主要是取其耐高温的特性。红柱石在常压下加热至1350℃以后,开始转化成与原晶体平行的针状莫来石。莫来石晶体是铝硅酸盐在高温作用下唯一稳定的形式,其理论转化率为87.64%。
红柱石在加热转化成莫来石的过程中,可以形成良好的莫来石网络,体积膨胀约4%。这是一种不可逆的晶体转化,一经转化,则具有更高的耐火性能。耐火度可达1800℃以上,且耐骤冷骤热、机械强度大、抗热冲击力强、抗渣性强、荷重转化点高,并具有极高的化学稳定性(甚至不溶于氢氟酸)和极强的抗化学腐蚀性。3
主要用途鉴于红柱石具有的物化性能,是已知的优质耐火材料之一。它除用作冶炼工业的高级耐火材料,技术陶瓷工业的原料以外。还可冶炼高强度轻质硅铝合金,制作金属纤维以及超音速飞机和宇宙飞船的导向型之用。据报导,国外尚利用富铝红柱石进行煤的气化和制作雷达天线罩。一部分结晶良好、色泽鲜艳的也可制作工艺品和装饰品。从七十年代开始,红柱石已广为我国工业生产所重视,其应用领域也在迅速扩大。红柱石经过煅烧后形成的莫来石具有很高的耐火度、化学稳定性和机械强度,因此在冶金、建材及其他工业部门得到广泛应用。3
制作不定形耐火材料这对提高高温操作等冶金工艺有着特殊的效益。不定形耐火材料不经烧成而直接利用,可节约燃料能源,而它在高温下体积稳定,则对其使用寿命影响很大。实践中,若烧注料和可塑料按配比使用时,会含有一定量的粘土和无机物结合剂,因而造成不定形耐火材料高温和冷却过程中收缩,出现裂缝和剥落,缩短耐火材料的使用寿命。为了控制和减少耐火材料制品在长期高温下收缩,若在配料中加入定量的红柱石,利用膨胀稳定的特性,就可消除不定形材料的上述收缩小现象,延长材料的使用寿命可达五年之久。3
耐火砖红柱石煅烧后制成型材,可用于热风炉、热风塔、再热炒等关键部位。也可用于各种辅助性浇注和操作设备,还可以制作窑炉设施、高温铝硅酸盐绝缘体、翻砂模面料。使用红柱石制成的耐火纤维作炉衬,比之耐火土或轻质砖炉衬可节能30~50%。利用红柱石耐火砖除可减少燃料消耗,增加稳定性外,还可节约40%以上一般耐火材料的消耗。
生产硅铝合金、氧化铝和铝金属的原料:因红柱石Al2O3含量高,铁、钛和钙等氧化物杂质含量低,用于生产含铝60%的硅铝合金时,可以不用氧化铝,即可简化生产程序又可提高生产工效。3
利用方法国内于1978年开始红柱石的勘探工作,并陆续进行红柱石选矿试验室探索工作,这些工作的特点是:未按耐火材料制品的要求,对红柱石精矿粒度的组成,(粗粒构成骨架细粒为填料)考虑选别流程。都是采用磁选——浮选。磁选——重选——浮选等联合选别流程。原矿含红柱石10-18%左右,所获得的红柱石精矿含Al2O3 55-57%左右,红柱石矿物回收率60%左右。采用的选矿设备均为国内80年代中期生产的设备。在国外南非是世界上最大的红柱石生产和出口国。
南非各地采用的选别流程基本上大同小异,在流程中均采用重介质旋流器预先富集,然后采用强磁选来把关,这是南非生产红柱石有效的选矿方法,最终可获得含Al2O3≥58%,Fe2O3≤0.9%的红柱石精矿。
法国红柱石呈细粒嵌布。先将矿石磨至1.6mm用磁选法排除磁性物,使红柱石得到富集,再采用重介质旋流器两次提纯,可获得红柱石精矿含Al2O358%,Fe2O31.0%。
法国达姆瑞查公司于1987年首推新浮选法,PH值