槍晶石是少見的接觸變質礦物，張慧敏等人曾對其礦物特徵進行了研究 ，天然槍晶石基本為粒狀集合體，呈無色、淺玫瑰色或菸灰色。本身具有玻璃光澤、半透明到透明狀。溶於硝酸，略溶於鹽酸。經前人研究發現，槍晶石（3CaO· 2SiO2 ·CaF2）是一種氟矽酸鹽，單斜晶體。
基本介紹
- 中文名：槍晶石
- 外文名：Cuspidine
- 學科：冶金工程
- 含有元素：3CaO· 2SiO2 ·CaF2
- 分類：接觸變質礦物
- 領域：冶煉
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簡介
槍晶石是少見的接觸變質礦物，天然槍晶石基本為粒狀集合體，呈無色、淺玫瑰色或菸灰色。本身具有玻璃光澤、半透明到透明狀。溶於硝酸，略溶於鹽酸。經前人研究發現，槍晶石是一種儔矽酸鹽，單斜晶體。其局部結構特徵為兩個矽氧四面體間以橋氧相接，同時和四個鈣八面體以共邊或共角的方式相連。
在冶金保護渣套用中，析晶溫度比較低的槍晶石起著關鍵作用。21世紀的環保問題越來越重要，為了研發無氟保護渣，採用以鈣鋁黃長石和矽鈣石為主相取代槍晶石為主相的析晶路線開發裂紋敏感的亞包晶鋼用保護渣，雖然可以滿足析晶和控制傳熱的要求，但這類礦相析出溫度高，鑄坯在結晶器內發生粘結和漏鋼的幾率增大。所以無氟保護渣的開發沒有取得很大的進展，故研究槍晶石的微觀結構具有重要意義。
槍晶石升溫拉曼光譜
記錄了晶型隨溫度變化的拉曼光譜，圖6是升溫過程中於設定溫度下測得的槍晶石拉曼光譜。高溫圖譜顯示隨著溫度的升高，分子內鍵長變長，鍵長與鍵角分布變寬，鈣八面體與矽氧四面體的非橋氧鍵逐漸被瓦解，導致高頻區峰強越來越弱，峰形逐漸展寬。隨溫度的升高，高頻區譜峰有明顯紅移趨勢，中頻區譜峰位置基本不變，直到待測樣品明顯熔融後才有紅移傾向。
圖6與固態晶體相比，溫度升高，槍晶石結構單元開始漸漸變得無序，至熔融時，鈣八面體與矽氧四面體間的連線變得鬆弛不穩定，被認為是與Ca-O振動和骨架振動相關的低頻峰逐漸消失，而高頻段呈明顯的包絡線狀（峰位890cm-1），且中頻區仍可見矽氧四面體間橋氧的對稱伸縮振動（峰位640cm-1）。熔融後這兩處譜峰仍保留，表明槍晶石熔體中依舊以二聚體的侍結構為主，外圍結構變得鬆弛。而高頻區峰強的迅速變弱，峰形展寬顯著，是矽酸鹽趨向熔融的標誌。在溫度低於1673 K時，樣品內部以Q1結構為主，溫度升高以後Q0結構相應增多，這說明，槍晶石的二聚體結構隨著溫度的升高部分被瓦解。
槍晶石降溫拉曼光譜
槍晶石的產生是由於保護渣在連鑄坯殼與結晶器之間存在溫度梯度，最靠近坯殼的保護渣為熔融層，溫度沿著結晶器的方向依次降低，溫度下降過程中，槍晶石析出，從而起到潤滑坯殼、控制傳熱的目的。故研究槍晶石在降溫過程中的結構變華裔義重大。圖7為槍晶石降溫拉曼光譜，由圖中發現，槍晶石的析晶溫度較低，由於實驗室條件限制，降溫速度不能與連鑄現場工況相比，導致槍晶石相的析出率不高。實驗結果顯示有類矽灰石相析出。
圖7總結
拉曼光譜儀是物質結構研究的重要方法之一，它可以實現對待測樣品的高溫原位檢測，尤其對矽酸鹽結構研究被認為是一種非常有效的手段。與紅外光譜法、X衍射分析法、核磁共振光譜法等比較起來具有很大的優越性。通過對槍晶石樣品的高溫原位檢測，可以得到結構有序性、相變等信息，從而分析氟對槍晶石結構的影響。
