系统矿物学作业

1蓝晶石（Kyanite）蓝晶石是一种新型耐火材料，属于高铝矿物，抗化学腐蚀性能强、热震机械强度大，受热膨胀不可逆等，是生产不定形材料和电炉顶砖、磷酸盐不烧砖、莫来石砖、低蠕变砖的主要原料，也是一种变质矿物，主要产于区域变质结晶片岩中，其变质相由绿片岩相到角闪岩相。一、矿物基本性质蓝晶石是岛状结构硅酸盐矿物,是蓝晶石族矿物之一。蓝晶石族矿物的化学成分为Al2SiO5,它有三种不同的同质多相变体：蓝晶石、红柱石、夕线石。它们共同的特点是硅均与氧结合成硅氧四面体，有半数的铝与氧结合成铝氧配位八面体。但另半数的铝的配位情况完全不同。蓝晶石晶体（图1）呈扁平的板条状，有时呈放射状集合体。蓝色、带蓝的白色、青色。具完全和中等的两组解理。硬度有明显的异向性，故又名二硬石。平行晶体伸长方向上莫氏硬度为4.5，垂直方向上为6。比重3.53～3.65。区域变质作用产物，在结晶片岩和片麻岩中出现。瑞士、奥地利是知名产地。当加热到1300℃时，蓝晶石变为莫来石，是高级耐火材料。也可提取铝。色丽透明晶体可作宝石，以深蓝色为佳。美国北卡罗来纳州产有深蓝、绿色的宝石蓝晶石。图12蓝晶石矿物特征1）一般特征蓝晶石属于三斜晶系，晶体沿C轴延长并平行（100）呈板柱状，集合体为放射状。解理(100)解理完全，(010)解理中等到完全。横切面上可见两组解理，解理夹角约为74度。硬度5.5~7，表现出极其显著的各向异性。比重:3.53~3.64。薄片中正高突起，一级干涉色、正延性、负光性。条痕不明显，透明至半透明，玻璃光泽。2）成因产状蓝晶石是典型区域变质矿物之一，多由泥质岩变质而成。它主要形成于中级变质作用压力较高的条件下。存在于：区域变质片岩和片麻岩和相关结晶花岗岩及石英岩脉；与石榴石、十字石、云母和石英共生。3）矿石类型1.黑云石榴蓝晶石片麻岩型矿石。主要矿物为蓝晶石、黑云母、斜长石;次要矿物为石英、绢(白)云母、石榴石等。2.蓝晶石绿泥片岩型矿石。主要矿物为蓝晶石、绿泥石;次要矿物为斜长石、黑云母、白云母、石英、石墨等。3.黄玉蓝晶石石英片岩型矿物。主要矿物为石英、蓝晶石、白云母;次要矿物为黄玉、金红石、黄铁矿等。4.伟晶状蓝晶石矿石。主要矿物为石英、蓝晶石;次要矿物为绢(白)云母等。总结蓝晶石的物理特性见表1,其化学特性见表2。表1蓝晶石的物理特性硬度密度（g/cm3）转化温度（℃）体积膨胀率（%）4.0-7.23.56-3.681100-148016-18表2蓝晶石的物理特性SiO2Al2O3CaOMgONa2OK2OFe2O3TiO236.963.1微量类质同像矿物34）矿产的分布情况以及找矿方向我国从四十年代开始对蓝晶石矿产调查以来，特别是七十年代末到八十年代初，做了大量的普查勘探工作，发现蓝晶石矿20余处，分布十几个省区。主要矿床有：江苏沐阳、韩山；河南隐山；河北邢台；内蒙古点布斯庙；新疆布拉盖；山西繁峙；安徽岳西、霍山；辽宁大荒沟；四川汶川；云南热水塘；吉林磐石；陕西详县党河口等。我国的蓝晶石族矿主要分布在纬向构造带、华夏和新华夏系构造带及几组南北向的构造带内，特别是不同的构造带的复合部位则相对密集。如阴山一天山构造带上有新疆库米什、哈密，内蒙丰镇、太仆寺旗，辽宁锦州等;秦岭一昆仑构造带上有新疆皮山、红柳滩，青海互助，甘肃漳县、天水，陕西宝鸡、太白、柞水、丹凤、洋县、城固，河南南阳、镇平，叶县，安徽岳西、宿松等;南岭构造带上有广西玉林、灵山、容县、富川，广东郁南、陆丰、开平等;华夏与新华夏构造带上有黑龙江鸡西，吉林浑春、吉安，辽宁丹东、凤城，山东五莲，江苏沐阳、东海，浙江绍兴、诸暨，福建泉州、长乐、浦田、东山等。河北省西部的邢台、平山、沙河、永年等地蓝晶石族矿主要受太行山经向构造带控制，四川会理、云南元谋的蓝晶石族矿受康滇断裂带控制;安徽东南部及河南南部位于秦岭一昆仑构造带与华夏或新华夏构造带的复合处，蓝晶石族矿产则相对密集。在大的构造带内，凡属压性或压扭性剪切断裂及紧密褶曲发育的部位，蓝晶石和矽线石往往形成较富的矿体;红柱石的成矿有利部位则是中酸性侵人岩与富铝的泥质或砂泥质岩石的接触变质带。如河南省南阳隐山蓝晶石矿，位于南襄断坳的北缘、三叠一侏罗纪断陷南侧、伏牛一大别弧形构造带与新华夏构造带复合部位，紧密线性褶曲发育，成矿条件较好。矿化带内蓝晶石含量约20%以上，在多组构造交叉处最富，达70~90%。北京太平山、灰峪、红山口等地的红柱石产于燕山期花岗岩与石炭一二叠系富铝的泥质或炭质岩的接触变质带中，呈斑杂状、浸染状和放射状结构，矿体规模不大，最长约2000米，红柱石含量5~15%，最高可达30%。蓝晶石族矿物虽然产于变质带内，但并非所有变质带都有产出或都能富集成具工业意义的矿床。一般说来，蓝晶石和矽线石主要赋存于绢云(白云或二云)石英片岩及石英岩，云母绿泥石片岩、石榴蓝晶长英黑云母片岩、十字蓝晶石榴黑云母片岩、石榴(或含石墨)黑云斜长片麻岩或变粒岩、变质岩系中的石英脉和伟晶岩脉、石英钾长(二长)变粒岩等;其中绢云石英片岩和石英岩的含矿性最佳，矿床规模大含量亦高(10~20%)，如安徽凉亭河、江苏韩山、河南隐山等，变质岩系中的石英脉和伟晶岩脉的蓝晶石和矽线石的含量虽可达70~85%，但矿体多为规模很小的团块或矿巢，如内蒙点布斯庙新疆达尔哈特等.红柱石主要赋于富铝的泥质或泥质岩石与中酸性侵人体接触而变质的角岩、板岩、片岩和中酸性富铝火山喷发岩蚀变带内的次生石英岩中，属于前者的居多，如北京房山、吉林二道甸子、四川会理等。4蓝晶石族矿物的成矿层位较多，其大致的规律是：北方地区以太古界和元古界老地层为主，南方地区以古生界和新生界地层为主。根据蓝晶石族矿物的成矿条件和赋存规律，在我国寻找蓝晶石族矿物应注意如下几点:1.应在三大纬向构造带、华夏和新华夏系构造带和几组经向构造带内，特别是秦岭一昆仑构造带及上述几组构造带的复合部位开展工作。2.压性或压扭性断裂及褶曲发育地段和中酸性侵入体的接触带应给予特别重视。3.在有利于成矿的变质岩区要注意寻找石英岩或云母石英片岩型的蓝晶石或矽线石富矿点。4.布置找矿或勘探工程时，要特别注意压性或压扭性断层的两侧和破碎带、紧密褶曲的脊部及槽部、几组断裂或褶皱的复合处，这些部位常是矿体或富矿段的赋存处。5.安徽、河南和陕西三省的南部是秦岭一昆仑构造带的断裂构造发育和岩浆活动强烈地段及淮阳山字构造区，对蓝晶石族矿物的成矿极为有利，应加强这些地区的普查找矿工作。对于已发现的矿点(凉亭河、隐山、迥龙山)应进一步工作，以期找到大而富的矿床。6.内蒙、河北、辽宁等地的石炭一二叠系富铝岩层与燕山期花岗岩接触的变质带及浙江、福建等地的上侏罗系火山岩发育地段是寻找红柱石的有利地区，红柱石的普查找矿工作应重点在这些地区进行。二、蓝晶石工艺特性及主要用途1.蓝晶石的工艺特性(1)热膨胀性：蓝晶石矿物在加热过程中转化为莫来石和蓝晶石的混合物，在这个转化过程中，矿物伴随着体积膨胀，并且形成良好的英来石针状网络，体积膨胀率16－18%。蓝晶石加热至1000℃时无变化,在1300℃以上逐渐转变为莫来石和白硅石。蓝晶石在转化为莫来石的过程中,将产生一定的体积膨胀。体积膨胀分为平缓期、剧化期、下降期。平缓期:当温度在1100~1300℃时,样品体积膨胀不大,蓝晶石分解缓慢,莫来石化不完全,晶体微小。剧化期:当温度达到1300~1450℃时,蓝晶石快速分解,莫来石化渐趋完全,体积膨胀很大,约在1450℃时达到最大。下降期:当温度超过1450℃时,蓝品石已完全分解,莫来石化完成,晶体开始发育,物料基本不5再膨胀。蓝晶石的膨胀性是评价其质量的重要依据,蓝晶石颗粒越大,体积膨胀也越大,反之则越小;蓝晶石的膨胀性不仅与颗粒有关,还与纯度有关,纯度越高,膨胀就越大,随着Al2O3含量的增高,其线膨胀也增大。(2)稳定性：蓝晶石矿物生产耐火材料稳定性比粘土质耐火材料高1.5倍。蓝晶石耐火砖比粘土砖的损耗低43%，比粘土砖寿命长150－200炉。此外,蓝晶石还具有良好的体积稳定性,对酸碱甚至氢氟酸具有惰性。(3)耐火度高：一般粘土质耐火材料的耐火度为1670－1770℃，而蓝晶石的耐火材料通常大于1790℃，最高大于1850℃。(4)不可逆性：蓝晶石矿物煅烧成莫来石，是一个不可逆的转化。在温度1810℃以下它是稳定的。因此莫来石耐火材料具有高温下体积稳定、膨胀率低、抗化学腐蚀性强、机械强度高和抗热冲击能力强的特点。2.蓝晶石的主要用途蓝晶石矿物主要用作生产耐火材料、氧化铝、硅铝合金和金属纤维等用途。作耐火材料有如下优点：(1).高温下体积稳定，不收缩。(2)比其他高铝耐火材料生成本低。(3)性能好。比粘土砖损耗低压43%，耐火度高达1825°C以上。(4)节约能源。热容比粘土砖高12%，用于马丁炉可缩短冶炼时间，能耗少。(5)加入不定形耐火材料中作高温膨胀剂，使产品在高温下不收缩和剥落。主要应用于冶金、建材、机械、化工、轻工、核工业告等行业。制作硅铝合金和金属纤维的优点：（1）比用合成法（用熔炼金属硅和电解铝）或用电热还原高岭土等方法成本低，经济效益高。（2）可满足制造汽车、宇宙飞船和雷达部件的特殊技术要求道的，冶金、机械、宇航等工业部门。下面列举一些蓝晶石的研究与应用洛阳耐火材料研究院与鸡西特种耐火材料厂利用鸡西的硅线石精矿、南阳的蓝晶石精矿和6苏州的高岭土,用泡沫法研制出性能稳定、结构均匀、体积密度小耐压强度高、隔热性能好的高级隔热耐火制品。它适用于温度高或含碳还原气氛的窑炉。产品经测定,体积密度为0.58g/c,常温耐压强度为4.7~7.9MPa,1350℃保温12h的重烧线收缩为0.6%~1.2%,0.1MPa下的荷重软化温度为1300℃351.8℃的导热系数为0.19W/(m·K)。制品为多孔结构,孔呈圆形、椭圆形,孔径为50~100μm,孔壁厚度小于50μm。主要矿物相为莫来石,占40%,玻璃相占25%，其余为残留的蓝晶石与矽线石。宋继芳等利用蓝晶石精矿作主要原料,高铝矾土作辅助原料,按照A／S为2.55配料,经过简单的工艺流程可以制得优质的莫来石。研究表明,提高A/值可以降低莫来石形成的起始温度,改变A/S值对莫来石的晶粒形态也有一定的影响;蓝晶石所含杂质及自身的粒度对蓝晶石转化成莫来石有一定的影响。一般来说,蓝晶石颗粒越细,其转化成莫来石的温度越低,而杂质含量越多则转化温度越高;适当提高烧成温度,延长保温时间,莫来石晶体可以发育完善。这是提高制品性能的有效措施。此外,利用蓝晶石高温一次永久性膨胀特性,直接加入不定形耐火材料(如浇注料、可塑料、胶泥)中作高温膨胀剂。只要加入5%~15%就能提高制品的荷重软化温度、耐压强度,改善烧后线变化指标,消除不定形耐火材料在高温和冷却过程中产生的收缩裂纹、剥落以及影响使用寿命等弱点，从而延长炉衬寿命。在高铝水泥中加入5%~l5%的蓝晶石,可制成蓝晶石水泥,耐火温度高达l650℃,可应用于军工建筑。用蓝晶石高铝矿物生产的铝酸盐纤维,可用于制作汽车、宇宙飞船和雷达的零部件。世界上对蓝晶石类矿物的开发利用越来越重视，特别是几个发达的国家，如在日本，蓝晶石是耐火混凝土、可塑料、高铝水泥的重要原料；美国和一些国家用蓝晶石预烧制成各种牌号的莫来石质熟料，广泛地应用于陶瓷和精密铸造等部门；苏联用蓝晶石－硅线石精矿制造的轻质砖。采用蓝晶石作膨胀剂配制的不定型耐火材料在加热炉上的试用是成功的，其表面裂纹少，使用中跑火现象也少，使用效果较好。总之蓝晶石是不定型耐火材料良好的膨胀剂。此外，蓝晶石是天然的止痛剂、可以降血压，治疗发烧与感染，对泌尿和生殖系统、甲状腺、副甲状腺、肾上腺、喉咙与大脑方面的疾病也有疗效。它也可以帮助减肥，对小脑活动与身体的肌肉也有益处。7三、蓝晶石开发现状及发展趋势随着工业利用范围的扩大，蓝晶石精矿需求量将会不断增长，其增长率一般每年为5－7%，在钢铁工业方面增长率每年为10%。预计明年中国冶金工业需用蓝晶石量可达4－6万吨；电器、无线电、化学瓷、高强瓷等行业需用蓝晶石量可达1.4万吨；若加强出口能力，