基本介紹
- 中文名：鱗石英
- 外文名：tridymite
- 分子式：SiO2
- 形狀：晶體呈假六片方狀
- 顏色：無色、白色、灰色
- 硬度：6.5
- 相對密度：2.3
簡介,鱗石英的形成機理,鱗石英結構矽磚,
簡介
【化學組成】 SiO2，成分中常含少量雜質，特別是A1、Na、K和Ca。
【物理性質】 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。兩者的轉變溫度為117℃。晶體呈假六方片狀，有時呈花瓣狀或迭瓦狀集合體。顏色為無色、白色、灰白。硬度6.5。比重2.3。
【光學性質】 薄片中無色透明。具顯著負突起。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。成單獨晶體者少見，通常均成集合體，並呈迭瓦狀、網狀、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，呈現暗灰干涉色。雙晶常見並很特徵，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複雜的雙晶葉片。條狀切面具平行消光和負延長符號。二軸晶正光性，光軸角一般較大(大於75°)，較高溫的變體光軸角可小至0°，成一軸晶。但由於結晶比較細小，故不易察見它的干涉圖。常溫下，鱗石英不穩定，易轉變為低溫石英。
【鑑定特徵】 與方英石不易區別。不同之處在於：鱗石英是正光性，方英石是負光性；方英石的折射率略高於鱗石英，前者大於1.484，而後者不會超出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。
【產狀】 鱗石英幾乎總是產於比較酸性的年青的噴出岩，例如流紋岩、黑曜岩、安山岩及中酸性熔接凝灰岩、凝灰岩之中。它在這些岩石中呈散染狀分布在基質內或出現於氣孔中，常和鹼性長石共生。鱗石英很可能是與氣體作用有關的一種晚期形成礦物。
鱗石英的形成機理
早年測定鱗石英的晶格構造屬於斜方晶系：ao=0.988nm；bo=1.71nm；Co=1.63nm，Z=64。該結果被ASTM卡片(3.0227)引用，於1400℃，5h熱處理後得到的低溫相。另一卡片2.0242的d值略有差異。有的資料稱其晶格構造可能是假六方系，說不太清楚。顯微鏡鑑定表明確係雙軸晶，正光性，符合斜方晶系規則。
石英轉變為亞穩方石英和鱗石英屬於格子重建型轉變，這種轉變可通過固相反應和液相析晶兩種途徑完成。
1、固相反應發生的轉變
石英轉變為亞穩方石英屬於固相反應過程。隨著熱過程對石英顆粒的作用，首先在石英顆粒的內、外自由表面進行反應，而後逐漸向內部擴展。矽氧四面體之間發生斷鍵有利於四面體移動，促使格子重建。由石英和已形成的亞穩方石英之間的結晶取向的統計相關性表明，轉變是在固態下進行的。當有外來陽離子參與作用時，則會使反應加速。對於不同類型和價態的陽離子來說，促使重建的作用亦有差異，按其作用的程度排列於下：
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。不過從相變動力學考慮，當有液相存在時，可使方石英化顯著加強，可以構想，外來陽離子是經過一個非晶質表面而進人β一石英晶格的，由於晶格有些變形，Si—O-Si鍵受到減弱或破壞，結果使相變活化能降低。
2、從液相析出鱗石英的過程
鱗石英是亞穩方石英溶解在液相中析品的產物。液相的組成和性質決定著離解後形成的矽氧陰離子團的複雜程度，基團中0/Si比值增大，陰離子團變小。
a一鱗石英晶格為矽氧四面體構成的六方層狀構造。若液相能夠促進鱗石英晶格的建立，其中就應含有足夠數量的層狀陰離子團，此時氧矽比等於2.5比較適宜。液相組成複雜，氧矽比愈高，溶解亞穩方石英的能力愈強，相應的液相粘度愈低，有利於鱗石英晶格的形成。而鱗石英的析出則要求液相中氧矽比最好能接近於2，但液相有如此高的Si02含量，鱗石英析出的難度就大，這是生產工藝過程中互為制約的控制條件。
經驗總結表明，當矽酸鹽液相中SiO2的摩爾分數在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，以氧矽比來衡量，當比值為2.16～2.23時，鱗石英生成量可達95%～98%；而當氧矽比增大，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完成，即以陽離子擴散方式完成相變過程。這時，液相對固相表面的潤濕，主要表現在促使陽離子擴散進而促使其轉化。因此，當在石英中加入CaO和Li2O時，在低於共熔點不存在液相的情況下，亦能觀察到鱗石英的生成。關於鱗石英形成機理的論述頗多，觀點尚不能完全統，不過，有一點是確定的，即純Si02相不可能轉化成鱗石英。
值得一提的是，由石英轉變為亞穩方石英以及由亞穩方石英轉化為a一鱗石英的總體積效應(+16.3%)對在顯微結構研究中，解釋裂紋的萌生和擴展有重要意義。
鱗石英結構矽磚
用細分散的二氧化矽，尤其是用從生產金屬矽和矽合金的冶煉爐廢氣中回收的二氧化矽粉塵，可以製造出所有的二氧化矽都以鱗石英形式存在的耐火磚。這種粉塵具有膠體性質，非常細分散，其比表面為15～20m2/g。粉塵先用水潤濕、然後加入石灰。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作用外，同時使物料具有弱鹼性(pH8～9)，這種弱鹼性對使物料具有適當的可塑性是非常有利的。
配料充分混勻以後，再加入銨鹽細粉，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澱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。
料製備好以後，壓製成磚，然後燒成。看來不溶解的鈣鹽沉澱對方石英轉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，然後升高到1300～1500℃，再繼續煅燒。如果製造多孔耐火材料，則可往配料中加入成孔物質，如鋸末，膨脹聚苯乙烯等。
二氧化矽粉料與水的配比為7～20：10(重量比)。根據需要，成孔物質的加入量，如鋸末或其他類似材料，與水的比例為3～8：10(重量比)。應當著重指出，這種矽磚的總燒成時問為50小時，遠比用普通原料製造矽磚(長達200～250小時)的燒成時間大大縮短。這意味著這種矽磚的生產費用較低，並可提高窯爐的生產能力。
當配料中加有鋸末或其他有機材料並以這樣短的燒成周期燒成時，應當強調溫度在500℃左右時必須緩慢升溫。為了保證含碳物質完全排除，又不致因含碳物質氧化造成磚內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。
同時還發現，在800～900～範圍內的燒成曲線不應太陡，如在此溫度範圍內能保溫4～10小時，則可獲得最好的結果。雖然有時在此溫度內燒快一點也能得到好的結果，但快燒往往造成磚的收縮嚴重。在800～900℃範圍內慢速加熱的主要目的在於使無定形二氧化矽轉化為極不規則的、而在高溫下卻很容易轉化為鱗石英的方石英。
