萤石(Fluorite)又称氟石,等轴晶系,结晶为八面体和立方体。主要成分是氟化钙(CaF₂)。晶体呈玻璃光泽,纯净的萤石为无色,常见的颜色有浅绿色至深绿色、蓝、绿蓝、黄、酒黄、紫、紫罗兰色、灰、褐、玫瑰红、深红等。18质脆,莫氏硬度为4,熔点1360℃,具有完全解理的性质。部分样本在受摩擦、加热、紫外线照射等情况下可以发光。231萤石是自然界中较常见的一种矿物,可以与其他多种矿物共生,世界多地均产,1有5个有效变种。

该矿物来自火山岩浆,在岩浆冷却过程中,被岩浆分离出来的气水溶液内含氟,在溶液沿裂隙上升的过程里,气水溶液中的氟离子与周围岩石中的钙离子结合,形成氟化钙,冷却结晶后即形成萤石。4存在于花岗岩、伟晶岩、正长岩等岩石内。1

因质脆软而不常被用作宝石。在工业方面,萤石是氟的主要来源,能够提取制备氟元素及其各种化合物。而颜色艳丽,结晶形态美观的萤石标本可用于收藏、装饰和雕刻工艺品。3

(概述图来源:5

矿物历史

新石器时代,中国的河姆渡人就曾选用萤石作装饰。萤石的开采及挖掘起源于古埃及时期,当时的人们广泛的用萤石制作塑像及圣甲虫形状的雕刻。古罗马时期,萤石作为名贵石料广泛地用于酒杯和花瓶的制作,古罗马人甚至相信萤石酒杯会使人千杯不醉。4

1529年德国矿物学家格奥尔格·阿格里科拉(G. Agricola)在他的著作中最早提到了萤石,1556年他在研究萤石的过程中,发现了萤石是低熔点的矿物,在钢铁冶炼中加入一定量的萤石,不仅可以提高炉温,除去硫、磷等有害杂质,而且还能同炉渣形成共熔体混合物,增强活动性、流动性,使渣和金属分离。7

1670年德国玻璃工人契瓦哈特(Selewanhardt)偶然将萤石与硫酸混在一起,发生化学反应,产生了一种具有刺激性气味的烟雾,从而引起人们对萤石化学特性的重视。1771年瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒(Scheele)将萤石和硫酸作用制成了由氢元素和一个不知名元素化合而成的酸,同时还发现这种酸能蚀刻玻璃。7

萤石的开采大约是1775年始于英国,到1800年至1840年间美国的许多地方也相继开采,但大量开采乃是在发展和推广平炉炼钢以后。7

在1797年,意大利工程师Carlos Antônio Napion将该矿物正式命名为“Fluorite”,此词源于拉丁语“Fluere”,意为“流动”。因其常被用作熔炼金属中的助溶剂。

1813年法国物理学家安德烈·玛丽·安培(Ampère)把杜勒曾经制备的这种不知名的元素定名为氟元素,取其第一个字母“F”为元素符号,列入元素周期表第二周期第七族,属于卤族元素。7

1825年“Fluorescence”一词诞生,意为荧光,源于萤石在紫外线照射下可以散发荧光的属性。

1886年法国化学家亨利·莫瓦桑(Moissan)首次从萤石中分离出气态的氟元素,揭示出萤石是由钙元素和氟元素化合组成的矿物,定名为氟化钙(CaF₂)。7

形成过程

萤石来自火山岩浆的残余物中,在岩浆冷却过程中,被岩浆分离出来的气水溶液中含有许多物质,以氟为主,在溶液沿裂隙上升过程中,温度降低,压力减小,气水溶液中的氟离子与周围岩石中的钙离子结合,形成氟化钙,经过冷却结晶后就得到了萤石。4

生长环境

萤石矿为花岗岩、伟晶岩、正长岩中的副矿物。在碳酸岩、碱性侵入岩中和火山周边的喷气孔旁均能够发现萤石。亦可沉积于热液矿脉及层控矿床内。在砂岩的自然衔接处萤石会产生粘合剂的作用。

与萤石共生的矿物有:白钨矿、磷灰石、黄玉、锡石、黑钨矿、黄铁矿、方解石、闪锌矿、天青石、白云母、石英、方铅矿、白云石、黄铜矿、钠长石、尖晶石、菱锰矿、重晶石。9

理化性质

物理

光泽

玻璃质,晶体较大时呈阴暗色泽

韧性

质脆,易碎

透明度

透明至半透明

解理

完全解理,平行{111}晶面族,解理能高。尤其是当晶体呈八面体时,其可在毫无损伤的情况下被分解。但当样本较大时,解理易产生断裂及划痕

颜色

无色、紫色、丁香色、金黄色、绿色、蓝色、粉红色、香槟色、棕色

裂理

在{011}晶面族下裂理模糊粗糙

划痕

白色

断口

参差状或亚贝壳状断口

莫氏硬度

4

比重

3.00-3.25

熔点

1360℃

密度

3.175-3.56克/立方厘米(测量数据);3.181克/立方厘米(计算数据)。通常范围3.175-3.184,在晶体夹杂杂质时会增加密度

感光

当红、绿萤石被加热至100℃以上时会产生磷光。在紫外线照射下,萤石会发出荧光,呈蓝、紫色、绿、红或黄色。部分萤石光感较强,直接暴露于光线中或摩擦其表面就能使其发光。当萤石受到照射时,其矿物内的电子在外界能量的刺激下,会由低能状态进入高能状态,当外界能量刺激停止时,电子又由高能状态转入低能状态,在此过程中就会发光。萤石在日光灯照射后可发光数十小时,这种光相对微弱,白昼看不见,夜里看就很明亮4

(参考资料:

光学

类型

等方性

表面起伏

平滑适中

相对照度值

n=1.433-1.448

色散

双折射

萤石所形成的双折射极其细微,甚至为无。常在被切割或压缩的形态下产生不规则的微弱双折射,一般出现于平行片晶至{001}晶面族

(参考资料:

化学

化学式

CaF2

中文名

氟化钙

常含杂质

钇、铈、硅、铝、铁、镁、铕、钐、氧、氯

溶解度

溶于硫酸,在加热后的氯化氢中可轻微溶解,微溶于水(水温为18℃时,0.000016克/立方厘米)

(参考资料:

结晶构造

萤石的多数结晶为八面体和立方体,少见十二面晶体。也有八面体和立方体相交而成的组合晶体。解理痕迹在多数晶体上有呈现,从较大晶体上剥落的解理块也很常见。

在八面体结晶下,解理块较扁平、呈三角形;立方晶体的解理块为扁的长方体。萤石的晶体往往出现穿插双晶,即两个晶体相互贯穿所构成的双晶现象。也有团簇而成的共生立方晶体,或为颗粒状、葡萄状、球状或不规则大块。7

萤石晶体结构为立方晶系,这种结构是以阳离子所形成的面心密堆为基础,其四面体间隙位置由阴离子填充。Ca2+离子位于立方面心的结点位置上,Ca2+配位数为8。F-离子位于立方体内8个小立方体的中心,而F-的配位数是4。10

晶系

等轴晶系(立方晶系)

晶胞参数

轴长a=5.4626埃

矿物类

m3m(4/m32/m)-六八面体类

晶胞体积

163.00立方埃

空间群

Fm3m

晶胞原子数

4

孪晶

萤石在{111}晶面族上,多为互相穿插的立方晶体,也有形成尖晶石双晶律的情况

晶体形态

常为立方体{001},有时为八面体{111},十二面体{011}较为少见,亦有六八面体和二十四面体偶尔出现。以上形状的聚型晶体也经常发生。{001}平滑具光泽;{111}粗糙无光泽。从{013}开始,晶体的不均匀发展有时会使晶体变形,如微小的立方晶体聚合生长成一个较大的八面体,或于早期生出的单晶的角落处形成一块过度生长的较大晶体。其他形状的结晶还有泥土状、柱状、球状或葡萄状

(参考资料:

自然分布

世界分布

较主要的萤石矿床区域位于:英国康沃尔、卡斯尔顿、德比郡、达勒姆;法国多姆山;瑞士勃朗峰;德国黑森林;西班牙阿斯图里亚斯;俄罗斯达利涅戈尔斯克;哈萨克斯坦卡拉奥巴;中国湖南;墨西哥奇瓦瓦州、科阿韦拉、杜兰戈;美国纽约、俄亥俄州、伊利诺斯州、田纳西州、科罗拉多州、新墨西哥州;加拿大安大略湖、不列颠哥伦比亚省;秘鲁瓦努科;纳米比亚;巴基斯坦。

中国分布

我国地处环太平洋成矿带,萤石资源十分丰富。中国萤石矿分布如下图所示。1820

已探明萤石资源分布在27个省(直辖市、自治区)但萤石资源主要集中在东部地区。其中,浙江省、内蒙古自治区、福建省、江西省和湖南省萤石资源储量合计占全国储量的70%多。20

中国萤石矿床以大中型为主,已勘查的271处萤石矿床中,大型矿床41处,中型89处,大中型矿床数量占48%,其储量/资源量占93%21,目前中国共圈定出10个萤石矿矿集区。

中国的萤石矿床划分为3种矿床类型,即:热液充填型、沉积改造型和伴生型22,以热液充填型、沉积改造型萤石矿为主,主要分布于东径95°以东地区。大地构造分区属天山-兴蒙造山系:华北陆块北缘、秦祁昆造山系、西藏-三江造山系东端以及扬子陆块、华南武夷-云开-台湾造山系。这些萤石矿床的形成受区域深大断裂控制,受火山、岩浆活动的影响21

按照《重要矿产和区域成矿规律研究技术要求》对成矿区带划分和研究的要求及原则,参照区域成矿规律研究项目组提出的《中国成矿区带划分方案》中全国I、Ⅱ、Ⅲ级成矿区带划分成果和地质背景研究项目组提出的《中国大地构造单元划分》方案,王吉平等(2015)在划分的Ⅱ级成矿区带成矿省的基础上,结合全国亚级成矿区带和中国大地构造单元划分,并考虑萤石矿成矿条件和分布特征,提出中国萤石矿亚级成矿区带划分方案21

有效变种

呕吐石(Antozonite)

有些萤石的内部含有微量的铀金属,当铀元素持续地放出电离辐射时,萤石结构中的部分钙原子与氟原子便会逐渐分离,此时内部含有游离氟的萤石变种,被称作呕吐石。当该矿物碎裂时,所释放出的游离氟可以与气态水发生反应,形成臭氧和氟化氢,继而发出臭氧的怪味。

蓝块萤石(Blue John)

具有紫、白色(或紫、黄色)相间的带状纹路的的萤石变种。其蓝紫色条纹的形成原因尚不明确。在显微镜分析下未能在该变种中发现任何如高锰酸钾或烃等可以导致蓝紫色花纹的杂质。但由于蓝块萤石的晶格错位,萤石原有的原子结构会产生移位或被干扰,也有可能在物理方面改变该种呈现的颜色。13

磷绿萤石(Chlorophane)

具有热释光特性的萤石,受到加热后会发出绿色亮光。磷绿萤石中含有锰、铝、镁、微量的铁和钠等杂质。14

铈钇矿(Yttrocerite)

萤石变种,化学式为(Ca,Ce,Y)F2。当萤石化学结构中的部分钙元素被铈元素和钇元素替代后,就会变成铈钇矿。

钇萤石(Yttrofluorite)

萤石变种,化学式为(Ca,Y)F2。当萤石化学结构中的部分钙元素仅被钇元素替代时,就会形成钇萤石。

应用领域

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