螢石
螢石（英語：Fluorite），又稱氟石、砩石，是氟化鈣（CaF2）的礦物形式。它屬於鹵化物礦物。儘管八面體和更複雜的等距形式並不少見，但它以立方晶系結晶。
| 螢石 | |
|---|---|
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| 基本資料 | |
| 類別 | 鹵化物礦物 |
| 化學式 | CaF2 |
| IMA記號 | Flr[1] |
| 施特龍茨分類 | 3.AB.25 |
| 戴納礦物分類 | 9.2.1.1 |
| 晶體分類 | 六八面晶族 (m3m) H-M記號: (4/m 3 2/m) |
| 晶體空間群 | Fm3m (No. 225) |
| 晶胞 | a = 5.4626 Å; Z = 4 |
| 性質 | |
| 分子量 | 78.07 g·mol−1 |
| 顏色 | 無色，但樣品通常由於雜質而顏色深；紫色、淡紫色、金黃色、綠色、藍色、粉色、香檳色、棕色。 |
| 晶體慣態 | 形狀良好的粗大晶體；也呈結節狀、葡萄狀，很少呈柱狀或纖維狀；粒狀，塊狀 |
| 晶系 | 立方晶系 |
| 雙晶 | 常見{111}，互滲透，扁平 |
| 解理 | 八面體，{111}完全，{011}具裂理 |
| 斷口 | 亞貝殼狀至參差狀斷口 |
| 韌性/脆性 | 脆性 |
| 莫氏硬度 | 4（定義礦物） |
| 光澤 | 玻璃光澤 |
| 條痕 | 白色 |
| 透明性 | 透明到半透明 |
| 比重 | 3.175–3.184；如果稀土元素含量高，則為3.56 |
| 光學性質 | 各向同性；弱異常各向異性 |
| 折射率 | 1.433–1.448 |
| 熔性 | 3 |
| 溶解度 | 微溶於水，溶於熱鹽酸 |
| 其他特徵 | 可能熒光、磷光、熱致發光和/或摩擦發光 |
| 參考文獻 | [2][3][4][5] |
純螢石在可見光和紫外光下都是無色透明的，但雜質通常使其成為彩色礦物，並且具有觀賞和寶石用途。在工業上，螢石被用作熔煉的助熔劑，以及用於生產某些玻璃和搪瓷。最純等級的螢石是製造氫氟酸的氟化物來源，它是大多數含氟精細化學品的中間來源。光學透明的螢石鏡片色散低，因此由螢石製成的鏡片色差較小，使它們在顯微鏡和望遠鏡中很有價值。螢石光學器件也可用於遠紫外和中紅外範圍，在這些範圍內，傳統玻璃太不透明而無法使用。
發現與挖掘
螢石通常通過熱液活動在長英質火成岩中形成為晚結晶礦物。[7]它在花崗偉晶岩中尤為常見。它可能作為通過熱液活動形成的礦脈沉積物出現，特別是在石灰岩中。在這樣的脈狀礦床中，它可能與方鉛礦、閃鋅礦、重晶石、石英和方解石有關。螢石也可以作為顆粒或砂岩中的膠結材料作為沉積岩的成分。[7]
它是一種常見的礦物，主要分布在南非、中國、墨西哥、蒙古、英國、美國、加拿大、坦桑尼亞、盧旺達和阿根廷。
世界螢石儲量估計為2.3億噸，最大的儲量在南非（約4100萬噸）、墨西哥（3200萬噸）和中國（2400萬噸）。中國以每年約3噸（2010年）領先世界產量，其次是墨西哥（1.0噸）、蒙古（0.45噸）、俄羅斯（0.22噸）、南非（0.13噸）、西班牙（0.12噸）和納米比亞（0.11噸）。[8][已過時]
顏色
螢石是異色的，這意味着它可以被元素雜質染色。螢石有多種顏色，因此被稱為「世界上最豐富多彩的礦物」。各種色調的彩虹的每一種顏色都由螢石樣品代表，以及白色、黑色和透明的晶體。最常見的顏色是紫色、藍色、綠色、黃色或無色。不太常見的是粉紅色、紅色、白色、棕色和黑色。顏色分區或條帶通常存在。螢石的顏色由雜質、輻射暴露和色心空洞等因素決定。
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方鉛礦上的淡綠色螢石晶體 -
金黃色，略帶紫色的螢石 -
兩個石英之間的獨立紫色螢石簇 -
淺至深酒紅色螢石 -
帶紫色亮點的透明藍綠色螢石 -
草綠色螢石八面體聚集在富含石英的基質上
用途
氟和氟化物的來源
螢石是氟化氫的主要來源，氟化氫是一種用於生產多種材料的商品化學品。氟化氫在濃硫酸的作用下從礦物中釋放出來：
- CaF2(s) + H2SO4 → CaSO4(s) + 2 HF(g)
生成的HF被轉化為氟、碳氟化合物和各種氟化物材料。截至1990年代後期，每年開採50億千克。[9]
天然螢石有三種主要的工業用途。冶金級螢石（60-85%CaF2）是三個等級中最低的，傳統上用作助熔劑以降低鋼鐵生產中原材料的熔點以幫助去除雜質，後來用於生產鋁。陶瓷級螢石（85-95%CaF2）用於製造蛋白色玻璃、搪瓷和炊具。最高級的「酸級螢石」（97%以上的CaF2)，約占美國螢石消費量的95%，用於通過螢石與硫酸反應來製造氟化氫和氫氟酸。[10]
在國際上，酸級螢石也用於生產AlF3和冰晶石（Na3AlF6），它們是鋁冶煉中使用的主要氟化合物。氧化鋁溶解在主要由熔融Na3AlF6和螢石 (CaF2) 組成的電解液中，以允許電解回收鋁。通過添加AlF3完全替代了氟損失，其中大部分與氧化鋁中的過量鈉反應形成Na3AlF6。[10]
寶石
天然螢石礦物具有觀賞和寶石用途。螢石可以鑽成珠子並用於珠寶，儘管由於其相對柔軟，它沒有被廣泛用作半寶石。它也用於裝飾性雕刻。
光學
在實驗室中，氟化鈣通常用作紅外和紫外波長的窗口材料，因為它在這些區域（約0.15µm至9µm）是透明的，並且折射率隨波長的變化極小。此外，該材料受到少量試劑的侵蝕。波長短至157nm，這是用於集成電路光刻的半導體步進制造的常用波長，氟化鈣的折射率在高功率密度下表現出一些非線性，這抑制了其用於此目的。21世紀初，氟化鈣的步進市場崩潰，許多大型製造設施已經關閉。佳能和其他製造商已在鏡頭中使用合成生長的氟化鈣晶體來輔助復消色差設計，並減少光色散。這種用途在很大程度上已被較新的透鏡和計算機輔助設計所取代。作為一種紅外光學材料，氟化鈣被廣泛使用。
圖集
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休斯頓自然科學博物館卡倫寶石和礦物館展出的螢石晶體 -
螢石和閃鋅礦，產自美國田納西州史密斯縣埃爾姆伍德礦 -
葡萄狀螢石半透明球在方解石晶體上 -
含重晶石的螢石，產自西班牙阿斯圖里亞斯Ribadesella貝爾貝斯礦區貝爾貝斯礦 -
來自英國英格蘭威爾代爾戴安娜瑪麗亞礦的螢石 -
來自摩洛哥梅克內斯-塔菲拉勒特區梅克內斯縣El Hammam礦的螢石 -
用螢石雕刻的蟾蜍。長8厘米（3英寸）。
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參考資料
- ^ Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 2021, 85 (3): 291–320. Bibcode:2021MinM...85..291W. S2CID 235729616. doi:10.1180/mgm.2021.43
.
- ^ Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C. (編). Fluorite. Handbook of Mineralogy (PDF). III (Halides, Hydroxides, Oxides). Chantilly, VA, US: Mineralogical Society of America. [December 5, 2011]. ISBN 0962209724. （原始內容 (PDF)存檔於2012-02-13）.
- ^ Fluorite （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. Mindat.org
- ^ Fluorite （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. Webmineral.com
- ^ Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis, 1985, Manual of Mineralogy, pp. 324–325, 20th ed., ISBN 0-471-80580-7
- ^ Tabor, D. Mohs's Hardness Scale - A Physical Interpretation. Proc. Phys. Soc. B. 1954, 67 (3): 249 [19 January 2022]. Bibcode:1954PPSB...67..249T. doi:10.1088/0370-1301/67/3/310.
- ^ 7.0 7.1 Deer, W. A. An introduction to the rock-forming minerals. London: The Mineralogical Society. 2013. ISBN 978-0-903056-27-4. OCLC 858884283.
- ^ Fluorspar （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. USGS.gov (2011)
- ^ Aigueperse, Jean; Paul Mollard; Didier Devilliers; Marius Chemla; Robert Faron; Renée Romano; Jean Pierre Cuer. Fluorine Compounds, Inorganic. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. 2005. ISBN 3527306730. doi:10.1002/14356007.a11_307.
- ^ 10.0 10.1 Miller, M. Michael. Fluorspar （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, USGS 2009 Minerals Yearbook
- ^ The Crawford Cup. British Museum. [20 December 2014]. （原始內容存檔於2015-10-25）.
外部連結
- Educational article about the different colors of fluorites crystals from Asturias, Spain （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- An educational tour of Weardale Fluorite
- Illinois State Geologic Survey
- Illinois state mineral （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Barber Cup （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） and Crawford Cup （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, related Roman cups at British Museum