[科普中國]-鱗石英

鱗石英與石英、方英石等同為SiO2的同質(zhì)多晶變體。鱗石英包括了三種變體：屬六方晶系的高溫鱗石英和中溫鱗石英，以及屬于斜方晶系的低溫鱗石英。一般所稱鱗石英均指低溫鱗石英。晶體常具高溫變體的六方片狀或板狀的假像。無色或白色。破璃光澤。硬度6.5。比重2.3。產(chǎn)于酸性火山巖的牢洞中。

簡介【化學(xué)組成】 SiO2，成分中常含少量雜質(zhì)，特別是A1、Na、K和Ca。

【物理性質(zhì)】 有高溫變體與低溫變體之分。高溫變體即β一鱗石英，屬六方晶系。低溫變體即α一鱗石英，屬斜方晶系。兩者的轉(zhuǎn)變溫度為117℃。晶體呈假六方片狀，有時呈花瓣?duì)罨虻郀罴象w。顏色為無色、白色、灰白。硬度6.5。比重2.3。

【光學(xué)性質(zhì)】 薄片中無色透明。具顯著負(fù)突起。合成的鱗石英折射率為Np一1.469，Nm一1.469，Ng一1.473。形狀為六邊形片狀，有時見到條狀切面。成單獨(dú)晶體者少見，通常均成集合體，并呈迭瓦狀、網(wǎng)狀、球粒狀、扇形排列。可具氣體包體。偶而具差的柱面解理。正交偏光間雙折射率很低，呈現(xiàn)暗灰干涉色。雙晶常見并很特征，呈一端薄一端厚的楔形，同一鱗石英切面一般包含2～3個這樣的楔形雙晶單體。在較粗顆粒中可以見到類似白榴石那樣復(fù)雜的雙晶葉片。條狀切面具平行消光和負(fù)延長符號。二軸晶正光性，光軸角一般較大(大于75°)，較高溫的變體光軸角可小至0°，成一軸晶。但由于結(jié)晶比較細(xì)小，故不易察見它的干涉圖。常溫下，鱗石英不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厥ⅰ?/p>

【鑒定特征】 與方英石不易區(qū)別。不同之處在于：鱗石英是正光性，方英石是負(fù)光性；方英石的折射率略高于鱗石英，前者大于1.484，而后者不會超出1.483；兩者晶形也不相同，薄片中鱗石英為六邊形，而方英石則呈四方形。

【產(chǎn)狀】 鱗石英幾乎總是產(chǎn)于比較酸性的年青的噴出巖，例如流紋巖、黑曜巖、安山巖及中酸性熔接凝灰?guī)r、凝灰?guī)r之中。它在這些巖石中呈散染狀分布在基質(zhì)內(nèi)或出現(xiàn)于氣孔中，常和堿性長石共生。鱗石英很可能是與氣體作用有關(guān)的一種晚期形成礦物。1

鱗石英的形成機(jī)理早年測定鱗石英的晶格構(gòu)造屬于斜方晶系：ao=0.988nm；bo=1.71nm；Co=1.63nm，Z=64。該結(jié)果被ASTM卡片(3.0227)引用，于1400℃，5h熱處理后得到的低溫相。另一卡片2.0242的d值略有差異。有的資料稱其晶格構(gòu)造可能是假六方系，說不太清楚。顯微鏡鑒定表明確系雙軸晶，正光性，符合斜方晶系規(guī)則。

石英轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)方石英和鱗石英屬于格子重建型轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變可通過固相反應(yīng)和液相析晶兩種途徑完成。

1、固相反應(yīng)發(fā)生的轉(zhuǎn)變

石英轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)方石英屬于固相反應(yīng)過程。隨著熱過程對石英顆粒的作用，首先在石英顆粒的內(nèi)、外自由表面進(jìn)行反應(yīng)，而后逐漸向內(nèi)部擴(kuò)展。硅氧四面體之間發(fā)生斷鍵有利于四面體移動，促使格子重建。由石英和已形成的亞穩(wěn)方石英之間的結(jié)晶取向的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性表明，轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下進(jìn)行的。當(dāng)有外來陽離子參與作用時，則會使反應(yīng)加速。對于不同類型和價(jià)態(tài)的陽離子來說，促使重建的作用亦有差異，按其作用的程度排列于下：

Li+>Na+>K+>Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+>Fe2+>Mn2+>Zn2+

一般而言，外來離子對方石英化作用與形成液相無關(guān)。不過從相變動力學(xué)考慮，當(dāng)有液相存在時，可使方石英化顯著加強(qiáng)，可以設(shè)想，外來陽離子是經(jīng)過一個非晶質(zhì)表面而進(jìn)人β一石英晶格的，由于晶格有些變形，Si—O-Si鍵受到減弱或破壞，結(jié)果使相變活化能降低。

2、從液相析出鱗石英的過程

鱗石英是亞穩(wěn)方石英溶解在液相中析品的產(chǎn)物。液相的組成和性質(zhì)決定著離解后形成的硅氧陰離子團(tuán)的復(fù)雜程度，基團(tuán)中0/Si比值增大，陰離子團(tuán)變小。

a一鱗石英晶格為硅氧四面體構(gòu)成的六方層狀構(gòu)造。若液相能夠促進(jìn)鱗石英晶格的建立，其中就應(yīng)含有足夠數(shù)量的層狀陰離子團(tuán)，此時氧硅比等于2.5比較適宜。液相組成復(fù)雜，氧硅比愈高，溶解亞穩(wěn)方石英的能力愈強(qiáng)，相應(yīng)的液相粘度愈低，有利于鱗石英晶格的形成。而鱗石英的析出則要求液相中氧硅比最好能接近于2，但液相有如此高的Si02含量，鱗石英析出的難度就大，這是生產(chǎn)工藝過程中互為制約的控制條件。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)表明，當(dāng)硅酸鹽液相中SiO2的摩爾分?jǐn)?shù)在80%～90%時，鱗石英生成量最多；超過90%，鱗石英生成量就急劇下降，以氧硅比來衡量，當(dāng)比值為2.16～2.23時，鱗石英生成量可達(dá)95%～98%；而當(dāng)氧硅比增大，且含有過多的陽離子時，鱗石英的析出能力亦將下降。

另外，鱗石英化亦可通過固相反應(yīng)完成，即以陽離子擴(kuò)散方式完成相變過程。這時，液相對固相表面的潤濕，主要表現(xiàn)在促使陽離子擴(kuò)散進(jìn)而促使其轉(zhuǎn)化。因此，當(dāng)在石英中加入CaO和Li2O時，在低于共熔點(diǎn)不存在液相的情況下，亦能觀察到鱗石英的生成。關(guān)于鱗石英形成機(jī)理的論述頗多，觀點(diǎn)尚不能完全統(tǒng)，不過，有一點(diǎn)是確定的，即純Si02相不可能轉(zhuǎn)化成鱗石英。

值得一提的是，由石英轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)方石英以及由亞穩(wěn)方石英轉(zhuǎn)化為a一鱗石英的總體積效應(yīng)(+16.3%)對在顯微結(jié)構(gòu)研究中，解釋裂紋的萌生和擴(kuò)展有重要意義。2

鱗石英結(jié)構(gòu)硅磚用細(xì)分散的二氧化硅，尤其是用從生產(chǎn)金屬硅和硅合金的冶煉爐廢氣中回收的二氧化硅粉塵，可以制造出所有的二氧化硅都以鱗石英形式存在的耐火磚。這種粉塵具有膠體性質(zhì)，非常細(xì)分散，其比表面為15～20m2/g。粉塵先用水潤濕、然后加入石灰。石灰用量為混合料重量的1～5%，石灰可為生石灰、消石灰、石灰乳等，其中以消石灰為最好。石灰的加入，除了對形成鱗石英起促進(jìn)作用外，同時使物料具有弱堿性(pH8～9)，這種弱堿性對使物料具有適當(dāng)?shù)目伤苄允欠浅Ｓ欣摹?/p>

配料充分混勻以后，再加入銨鹽細(xì)粉，其加入量與石灰用量大致相同或多一些。所用銨鹽必須能使鈣沉淀為基本上不溶解的鹽。符合要求的銨鹽有碳酸銨，碳酸氫銨，草酸銨，磷酸銨等。

料制備好以后，壓制成磚，然后燒成?？磥聿蝗芙獾拟}鹽沉淀對方石英轉(zhuǎn)化為鱗石英具有很好的催化作用。燒成制度最好是這樣，先加熱到800～900℃之間，在此溫度下煅燒一定時間，然后升高到1300～1500℃，再繼續(xù)煅燒。如果制造多孔耐火材料，則可往配料中加入成孔物質(zhì)，如鋸末，膨脹聚苯乙烯等。

二氧化硅粉料與水的配比為7～20：10(重量比)。根據(jù)需要，成孔物質(zhì)的加入量，如鋸末或其他類似材料，與水的比例為3～8：10(重量比)。應(yīng)當(dāng)著重指出，這種硅磚的總燒成時問為50小時，遠(yuǎn)比用普通原料制造硅磚(長達(dá)200～250小時)的燒成時間大大縮短。這意味著這種硅磚的生產(chǎn)費(fèi)用較低，并可提高窯爐的生產(chǎn)能力。

當(dāng)配料中加有鋸末或其他有機(jī)材料并以這樣短的燒成周期燒成時，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)溫度在500℃左右時必須緩慢升溫。為了保證含碳物質(zhì)完全排除，又不致因含碳物質(zhì)氧化造成磚內(nèi)過熱和廢氣排出太快引起開裂，最好在500℃下保溫10小時左右。

同時還發(fā)現(xiàn)，在800～900～范圍內(nèi)的燒成曲線不應(yīng)太陡，如在此溫度范圍內(nèi)能保溫4～10小時，則可獲得最好的結(jié)果。雖然有時在此溫度內(nèi)燒快一點(diǎn)也能得到好的結(jié)果，但快燒往往造成磚的收縮嚴(yán)重。在800～900℃范圍內(nèi)慢速加熱的主要目的在于使無定形二氧化硅轉(zhuǎn)化為極不規(guī)則的、而在高溫下卻很容易轉(zhuǎn)化為鱗石英的方石英。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)