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石英(氧化物)

石英是主要造岩矿物之一,一般指低温石英(α-石英),是石英族矿物中分布最广的一个矿物。广义的石英还包括高温石英(β-石英)和柯石英等。 [1] 主要成分是SiO2,无色透明,常含有少量杂质成分,而变为半透明或不透明的晶体,质地坚硬。

石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,晶体属三方晶系的氧化物矿物。 [2] 石英块又名硅石, 主要是生产石英砂 [3] (又称硅砂)的原料, 也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。

石英是由二氧化硅组成的矿物,化学式SiO2。纯净的石英无色透明,因含微量色素离子或细分散包裹体,或存在色心而呈各种颜色,并使透明度降低。具玻璃光泽,断口呈油脂光泽。硬度7,无解理,贝壳状断口。比重2.65。具压电性。 [1]

无色、透明的石英,希腊人称为“Krystallos”,意思是“洁白的冰”,他们确信石英是耐久而坚固的冰。中国古代人认为嘴里含上冷的水晶能够止渴。

2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,石英或方石英形式的晶状硅尘在一类致癌物清单中。 [4]

石英是地球表面分布最广的矿物之一,石英有多种类型,日用陶瓷原料所用的有脉石英、石英砂、石英岩、砂岩、硅石、蛋白石、硅藻土等。跟普通砂子、水晶是“同出娘胎”的一种物质。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。

它的用途也相当广泛。远在石器时代,人们用它制作石斧、石箭等简单的生产工具,以猎取食物和抗击敌人 [2] 。石英钟、电子设备中把压电石英片用作标准频率。熔融后制成的玻璃,可用于制作光学仪器、眼镜、玻璃管和其它产品。还可以做精密仪器的轴承、研磨材料、玻璃陶瓷等工业原料。

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。

民国时期多采用景德镇下三宝蓬村所产石英。新中国成立后大多采用星子、都昌、修水等地的石英,尤其是2000年以后,石英用量剧增。釉料中用量为10%~30%,使用前应洗净拣选,除去污物杂质,放在窑内高温煅烧,便于粉碎。

石英是硅石矿的主要矿物组分。含硅46.70%。有三方晶系的低温石英(α-石英)和六方晶系的高温石英(β-石英)之分。一般所称石英均指低温石英。三方晶系,晶体呈六方柱状,双晶很普遍。通常呈晶簇状、料状、块状集合体。呈多种颜色,无色透明者称为水晶,乳白色者称为乳石英,紫色者称为紫水晶,浅玫瑰色者称为蔷薇石英,烟色者称为烟水晶,褐色者称为茶晶等。玻璃光泽。硬度7,密度2.65g/cm3。不溶于除氢氟酸以外的任何酸。地壳中分布最广的矿物之一,为多种岩石和矿床的矿物组分。用于制造硅胶、水玻璃及各种硅化物和硅酸盐,用作塑料、橡胶的填料。还广泛用于玻璃、陶瓷、石油、冶金、铸造、建材等部门 [5]

石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分是SiO2 。石英砂的颜色多种多样常为乳白色、无色、灰色。硬度为7,性脆,无解理,贝壳状断口。油脂光泽,密度为2.65克/立方厘米,其化学、热学和机械性能具有明显的异向性。不溶于酸,微溶于KOH溶液,熔点1750℃。具压电性。

石英砂按品质可分为普通石英砂,精制石英砂,高纯石英砂,熔融石英砂。

1、普通石英砂

SiO2≥90~99%,FeO ≤0.06~0.02%,耐火度1750~1800℃。外观部分大颗粒,表面有黄皮包囊。粒度范围5~220目,可按用户要求粒度生产。

主要用途:冶金、墨碳化硅、玻璃及玻璃制品、搪瓷、铸钢、水过滤、泡花碱、化工,喷沙等行业。

2、精制石英砂

SiO2≥99~99.5%,Fe2O3≤0.02~0.015%。精选优质矿石进行复杂加工而成。粒度范围用5~480目,可按用户要求生产,外观白色或结晶状。

主要用途:高级玻璃、玻璃制品、耐火材料、熔炼石类、精密铸造,砂轮磨材等。

3、高纯石英砂

SiO2≥99.5~99.9%,FeO≤0.005%。是采用1~3级天然水晶石和优质天然石类,经过精心挑选,精细加工而成。粒度范围1~0.5mm,0.5~0.1mm,0.1~0.01mm,0.01~0.005mm 不等。

4、熔融石英砂

化学成份: SiO2:99.9~99.99%。Fe2O3:10PPM~25PPM。Max Li2O 含量:1~2PPM。Max Al2O3含量:20~30PPM。Max K2O 含量:20~25PPM。Max Na2O 含量:10~20PPM。

物理性能:外观为无色透明块状,颗粒或白色粉末。

真比重:2.21

莫氏硬度:7.0

PH值:6.0

5、硅微粉

硅微粉:外观为灰色或灰白色粉末。耐火度>1600℃。

容重:200~250千克/立方米。

硅微粉的化学成份见下表:

项目

平均值

SiO2

75~96%

Al2O3

1.0±0.2%

Fe2O3

0.9±0.3%

MgO

0.7±0.1%

CaO

0.3±0.1%

NaO

1.3±0.2%

PH值

中性

石英砂是重要的工业矿物原料,广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶,磨料等工业。

1、玻璃

平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品(玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等)、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻 璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料。

2、陶瓷及耐火材料

瓷器的胚料和釉料,窑炉用高硅砖、普通硅砖、碳化硅等的原料。

3、冶金

硅金属、硅铁合金、硅铝合金等的原料或添加剂和熔剂。

4、建筑

混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料(即水泥标准砂)等。

5、化工

硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,无定形二氧化硅微粉等。

6、机械

铸造型砂的主要原料,研磨材料(喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等)。

7、电子

高纯度金属硅、通讯用光纤,晶振,压电水晶等。

8、橡胶和塑料

填料(可提高耐磨性)

9、涂料

填料(可提高涂料的耐候性)

10、航空航天

其内在分子链结构,晶体形状和晶格变化规律。使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应,谐振以及其独特的光学特性。

11、珠宝

石英其实也是水晶的矿物名称,具有相同的化学组成,不同的是宝石级水晶是可作为宝石的材料,可加工而成各种饰品。而多晶体石英岩经过染色后,大部分只能作为玉石类的仿制品,例如:翡翠、岫岩玉、独山玉等。单晶石英也可先经炸裂后经染色仿制碧玺等宝石。 [6]

石英晶体内含有细小的气泡或液体充填裂隙时,会通过干涉光产生彩虹,能制成精美的首饰。拿破仑的妻子约瑟芬皇后(Empress Josephine)拥有一个令人眼花缭乱的宝石藏品,就是彩虹石英制成的首饰。

石英因含各种杂质,颜色各异,有以下异种:

1、水晶(rock crystal):无色透明。

2、紫水晶(amethyst):紫色透明或半透明,加热可脱色。

3、蔷薇石英(rose quartz):浅玫瑰色,致密半透明。

4、烟水晶(smoky quartz):颜色或褐色透明异种。成色原因是在辐射线作用下,Si被Al代替,是四面体产生顺磁中心缺失引起。颜色进一步加深就成为墨晶(black quartz)。

5、黄水晶(citrine): 黄金色或柠檬黄色。

石英属于氧化物和氢氧化物类,无色透明。条痕白色,透明至半透明,玻璃光泽。硬度7,比重2.65g/cm。菱

面体,解理完全,解理面常弯曲。

此图为中国云南省富宁龙三盘的石英(Quartz)的标本照片。

保存单位:中国地质博物馆 [6]


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