燒綠石

燒綠石（pyrochlore）CaNb₂O₆F，又稱黃綠石。含Nb₂O₅達到56%。當鈮主要被鉭置換時，則成為細晶石。常含鉭、稀土元素、鈾等。等軸晶系。晶體呈八面體，但多為不規則的粒狀或緻密塊狀集合體。褐色或黃綠色，也有少數為黑色。條痕淡褐或淡黃色。樹脂光澤。硬度5.0-5.5。貝殼狀斷口。密度4.12-4.36。具有強放射性。產於基性岩、偉晶岩或碳酸岩中，往往與鋯石、磷灰石、鈣鈦礦等共生，是提取稀有土元素、鈮、鉭及放射性元素的重要礦物原料。

基本介紹

• 中文名：燒綠石
• 外文名：pyrochlore
• 別稱：黃綠石
• 化學式：CaNb2O6F
• 用途：提取稀土元素、鈮、鉭等元素
• 晶體類型：等軸晶系
• 密度：4.03—5.40g/cm3
• 莫氏硬度：5—5.5

礦物介紹

燒綠石是一種氧化礦物，是提取鈮的重要礦物原料。它的成分中含有鈮、鈉、鈣及稀土、鈾、釷、鋯、鈦等元素，是複雜的氧化礦物，因此人們還可以從中提取鉭、稀土及鈾、釷等。它呈褐到黑色玻璃狀晶體或不規則的塊體狀，具有樹脂光澤或金剛光澤，稍微有些透明。 燒綠石有一個奇怪的特性，用火一燒它就會變成綠色。

燒綠石

化學性質

燒綠石的礦物的成分通式可以用A_2-xB₂X₇表示，理論化學組成：Na₂O為8.52%，CaO為15.41%，Nb₂O₅為73.05%，F為5.22%。A組陽離子Ca、Na常可被U、TR、Y、Th、Pb、Sr、Bi代替，從而出現以下變種：鈰燒綠石，含CeO達13%；水燒綠石，含H₂O 6.8%；鈾燒綠石，含UO₂ 10~20%；釔鈾燒綠石，含UO₂ 9~11%，TR 12%；鈰鈾燒綠石，含Ce₂O₃ 13%，U₃O₈ 7%；鈾鉭燒綠石，含UO₃ 15%，Ta₂O₅ 13%；釔鈾鉭燒綠石，含ΣY₂O₃ 11%，Ta₂O₅ 30%，U₃O₈ 9%；鈾鉛燒綠石，含UO₃ 21%，PbO 7%；鋇鍶燒綠石，含BaO 12%，SrO 6%；鉛燒綠石，含PbO 39%。

結構與形態

等軸晶系，Oh7-Fd3m；a₀=1.020~1.040nm；Z=4。a₀值與Ti含量成反相關；而A組陽離子的成分變化並不引起a₀值的規律變化。B組陽離子Nb呈6次配位，[NbO₆]八面體以共角頂形式沿立方晶胞的[110]方向聯結成鏈。A組陽離子Ca、Na的配位數為8，[(Ca,Na)O₈]立方體彼此共棱並與[NbO₆]八面體共棱相聯。其結構可視為螢石型結構的衍生結構。即螢石結構中的配位立方體的1/2為配位八面體所代替，並減少1個陰離子。

晶體結構

六八面體晶類，Oh-m3m（3L⁴4L³6L²9PC）。常見八面體晶形，亦有八面體與菱形十二面體的聚形。

物理光學性質

物理性質：燒綠石晶體呈八面體或八面體與菱形十二面體的聚形，顏色為淡黃色、淺紅棕色至棕黃色，含鈾、釷的燒綠石顏色變深，甚至變為灰黑至黑色金剛至油脂光澤，貝殼狀斷口。莫氏硬度5—5.5，密度4.03—5.40g/cm³。

光學性質：薄片中黃白色或不同色調的褐色、淺紅色、無色。變生的燒綠石顏色較深，為褐一黑褐色，並且色調分布不均勻，正突起很高。均質體，有時具弱非均質性。n=1.96～2.27。常見環帶構造。反射光下灰色，反射率：R=8.2一13.7。內反射為褐、橙、黃色。以八面體晶形，高正突起，均質性為鑑別特徵。

結構電解質

燒綠石結構化合物可以看作有序、具有氧空位的螢石結構氧化物，如圖下所示。燒綠石結構氧化物通常可以用A₂B₂O₆O_1-δ表示。可以看出，結構中具有一定的氧空位。晶體的空間群為Fm3m，離子半徑較大的A位離子處於16d格位，較小的B位離子占據16c格位，六個氧離子處於48f格位，剩餘的氧離子隨機占據8b格位。燒綠石結構氧化物在高溫時具有良好的穩定性，並且在許多領域具有潛在的套用價值，因此很長一段時間內受到了人們的關注，例如：它可以用作固體電解質、氧電極和催化劑等。

Tuller課題組對燒綠石結構氧離子導體進行了深入的研究，研究主要集中在Gd₂Ti₂O₇和Gd₂Zr₂O₇體系，其中Gd₂（Ti_1-xZr_x）₂O₇固溶體引起了他們極大的興趣。當x=0時，固溶體為離子絕緣體；當x=l時，固溶體呈現出較高的離子電導率，石的大小控制了離子電導率與電子電導率的比值。他們在Gd₂Ti₂O₇的A位和B位分別摻雜Ca²⁺及Al³⁺，摩爾百分比為10%的CaO摻雜Gd₂Ti₂O₇體系在1 000℃時，離子電導率為5 x10^-2 S·cm^-1，遠遠高於未摻雜的Gd₂Ti₂O₇（10^-4 S·cm^-1）；固溶體的電導活化能從0.94 eV降低到0.63 eV。採用Al³⁺取代Ti⁴⁺ （x≤0.1）後也觀察到了類似的現象。當摻雜離子的含量較高時，化合物的電導率迅速降低。不同氧分壓條件下的電導率測試表明：固溶體的離子電導和電子電導的比例與CaO的含量密切相關。在低氧分壓範圍內，固溶體呈現出N型電導；在中氧分壓與高氧分壓範圍內，分別表現為離子電導與P型電導。隨著Ca²⁺含量的增加，氧離子的導電範圍逐漸擴展，例如，800℃時，摩爾百分比為0. 25%的CaO摻雜的Gd₂Ti₂O₇固溶體的離子導電的氧分壓範圍為10^-4~10^-12 atm；而對於摩爾百分比為5%的CaO摻雜的固溶體來說，離子導電的氧分壓範圍擴展到10^-1~ 10 ^{- 20} atm。實驗結果表明，摻雜的燒綠石體系的電導率與穩定的2rO₂處於同一個數量級，但是前者的電子電導比例較大，作為固體氧化物燃料電池的固體電解質還需要進一步的研究。

燒綠石結構氧化物（A2B2O6O1-δ）的晶體結構示意圖

成因產狀與產

燒綠石可以產於多種岩體中。產於霞石正長岩及鹼性正長岩體中，共生礦物有鈉長石、鋯石、磷灰石、鈦鐵礦、榍石、黑雲母、易解石、褐簾石、鈮鐵金紅石、鈮鈣礦；產於鈉閃石正長岩中，與鋯石、星葉石、螢石等共
生；產於鈉長石化鹼性偉晶岩中，與鋯石、鈮鈰釔礦、鈉長石、磷灰石、霓石、鹼性角閃石共生；產於碳酸岩中，與鋯石、鈰鈣鈦礦、鈣鈦礦、磷灰石、磁鐵礦共生；產於花崗岩與白雲岩的外接觸帶中，與鈉長石、霓石、鎂鈉鐵閃石、重晶石、螢石、鈮鐵礦、易解石等共生；產於鈉長石花崗岩中，與鈉閃石、黃玉、冰晶石等共生。

內蒙古白雲鄂博、扎魯特旗巴爾哲；新疆拜城波孜果爾、尉犁闊克塔格西；湖北竹山廟埡；遼寧賽馬。

鑑定特徵

根據八面體晶形、均質性和高突起，可與其他鈮鉭礦物區別。與鈣鈦礦族礦物的區別在於燒綠石在薄片中比較透明，折射率較鈣鈦礦低。晶形上也不同，鈣鈦礦呈立方體，燒綠石為八面體。