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透輝石(Diopside)

[日期:2015-08-13] 閱讀:

  透輝石

  英文:Diopside

  透輝石是輝石中常見的一種,屬單斜晶系,它屬於硅酸鹽礦物,是鈣和鎂的硅酸鹽。透輝石是一種天然的鈣鎂硅酸鹽,透輝石外觀呈灰白色,燒後潔白,是一種非常接近理論成分,有害雜質和燒失量極低的優質透輝石。透輝石是陶瓷常用原料,輝石應用於日用瓷釉中,綜合了滑石和方解石的優點,不僅可以提高釉面的光澤度,半透明性和平整度。而且可降低瓷釉的燒成溫度,擴大燒成範圍。

  礦物簡介

  透輝石,英文名稱diopside,常見顏色為藍綠色至黃綠色、褐色、黃色、紫色、無色至白色,長柱體、粒狀或片狀。光澤為玻璃光澤。透明美麗的透輝石也被視為寶石。在透輝石當中如果含有鉻的話,礦物會帶有綠色,因此透輝石的寶石也常常與其它寶石混淆,例如黃綠色的橄欖石、(綠色)碧璽、金綠寶石等,當然,這就必須倚靠礦物間其它的物理性質差異,才能將它們分辨出來。

  有的透輝石也可能具有貓眼的現象;這樣的寶石,例如石英、綠柱石、金綠石等,如果將它們琢磨出適當的凸圓面,在圓面的中央會有線狀的光線聚集處,形成一條白色亮帶,於是整個寶石看起來就像是貓的眼睛一般,所以稱為貓眼。許多礦物都可能出現貓眼的現象,貓眼現象的成因在於:這些礦物當中都含有許多平行排列的針狀或管狀內含物,當有凸圓面的寶石其底部與這些線狀內含物所在的平面平行時,這些內含物會將光線反射並聚集在寶石的圓頂,產生亮帶、形成貓眼。如果幸運的話,有的透輝石寶石還會有兩條互相垂直的貓眼--十字星彩!據說,星彩透輝石是七月四日的誕生石呢。

  中國人喜愛的翡翠當中也含有透輝石。翡翠在礦物學上屬於硬玉,它是一種輝石類礦物的集合體:其中透輝石的出現帶來了白色、淺綠色,鈣鐵輝石、霓輝石分別呈現出墨綠色、黑綠色,而外來的氧化鐵沉澱則點綴了紅色,這些礦物的組合共同造就了翡翠的美麗顏色。其實,翡翠名稱的由來,就是因為它是由許多不同顏色的礦物顆粒所組成,有時在淺色的基調上綴有紅色和綠色的色團,顏色之美仿如古代具有赤色羽毛的翡鳥與綠色羽毛的翠鳥,因此稱之。

  李商隱《錦瑟》中的詩句:「滄海月明珠有淚,藍田日暖玉生煙」,人人皆耳熟能詳,但是你可能不知道,這名聞遐邇的藍田美玉是由蛇紋石化的透輝石礦物所組成的。藍田玉產於陜西省的藍田縣,因此而得名,玉通常為不透明的黃色或淺綠色,其開採的歷史相當悠久,漢書中就有相關記載,然而由於產量不多,所以漢代以後就漸漸被和闐玉所取代了。

  透輝石與螢石、磷灰石、方解石等礦物一樣,屬於螢光礦物-都可能會發出螢光,也就是說:如果我們利用紫外光、X光等高能量的電磁波光源照射礦物或是加熱礦物,礦物內部的某些微量元素會吸收這些光線、能量,然後又再把這些能量釋放出來,如果恰好釋放出的是可見光的話,當然就會被我們人類的眼睛看到,這就是螢光現象;例如白色的方解石經紫外線照射後,會發出紅光。不過,並不是每一個透輝石都一定會發螢光,如果你家裡有透輝石的標本或寶石,不妨用紫外線照一照它,看看它是不是會「變臉」。

  物理特性

  1、成分:鈣鎂硅酸鹽CaMg(SiO3)2為輝石族CaMg(SiO3)2--CaFe(SiO3)2為類質同象系列;CaMg--caFe中間成員有次透輝石、鐵次透輝石,其中富含Cr的透輝石也稱鉻透輝石(變種)。CaMg(SiO3)2CaFe(SiO3)2透輝石、次透輝石、鐵次透輝石、鈣鐵輝石成分中Mg與Fe成完全類質同象代替,隨著鐵的含量多而顏色由淺至深。

  2、結晶特點:單斜晶系,晶體發育完好時呈柱狀、粗短柱狀,也有晶體碎塊、水蝕卵石。

  3、顏色:無色、灰色、淡綠、深綠、褐色和黑色。

  4、品種:a鉻透輝石:為鮮豔的綠色,顏色由鉻所致;b星光透輝石:黑色,為四射不對稱星光;c青透輝石:晶體細小,顏色為深紫色、藍色,極少見。

  5、力學性質:H5SG3.30(3.26-3.32)星光可為3.35,兩組明顯解理以近90o相交。

  6、光學性質:二軸(+)RI1.67-1.70DR0.025,低色散(0.013)多色性弱到中等,鉻透輝石具有明顯的黃色和綠色的多色性。玻璃光澤,透明到不透明。

  7、光譜:鉻透輝石顯示鉻譜,紅區有一雙線(690nm)、635、655和670nm處有三條弱吸收帶,藍綠區508、505有吸收線,490nm有一吸收帶。其它品種光譜不典型。

  8、.光學效應:貓眼和星光效應。星光是由定向拉長狀磁鐵礦包體所造成,具有磁性;

  9、發光性:SW紫外光下發出藍或乳白色和橙黃色螢光;LW紫外光下有時發出淺紫色光。

  10、產狀產地:產於富含Ca的變質岩中和金伯利巖中(鉻透輝石);產地有巴西、意大利、緬甸、南非、西伯利亞、巴基斯坦、印度等地。

  性能特徵

  白色、灰綠、淺綠至翠綠、綠色。條痕無色至淺綠。解理{110}完全,解理夾角87;具{100}和[010]裂開。硬度5.5~6。相對密度3.22~3.56。

  偏光鏡下:無色至黃綠色。二軸晶(+),2V=50~62。 Ng=1.694~1.757,Nm=1.672~1.730,Np=1.664~1.732(摺射率除Nm=1.730外,均為合成端員的數據)。透輝石物性變化與成分具有明顯的依賴關係。顏色隨著Mg被Fe2+代替量的增大,由無色逐漸變為綠色,多色性亦增強,摺射率隨Fe2+量的增大而增大,且 Fe3+、Al的代替亦使摺射率增高,Ng和相對密度亦隨Fe2+量的增高而增大。

  熔劑性能

  透輝石開始變形溫度1170℃,軟化溫度1280℃,熔融溫度1390℃,軟化範圍110℃,熔化範圍10℃。由

  於透輝石中CaO、MgO為44.4%。在坯體中引入大量的CaO、MgO降低了坯體的酸度、熔融溫度和玻璃相的粘度,它易潤濕Al2O3、SiO2顆粒,能迅速促進坯體的燒結,起到了強礦化劑的作用。使用透輝石的釉面磚素燒溫度比葉臘石質坯體降低120℃,比硅灰石質坯體降低80℃,燒成週期比葉臘石質、硅灰石質坯體力勞動縮短8小時以上;釉燒溫度比葉臘石質釉面磚降低80℃,比硅灰石質降低40℃,燒成週期比葉臘石質釉面磚縮短7小時,比硅灰石質釉面磚縮短2小時。這表明透輝石的熔劑性能比葉臘石、硅灰石的更好。

  透輝石在1000~1100℃範圍內,急劇熔解於鹼金屬的鋁硅酸鹽熔劑。一方面可析出新的鈣長石晶體,另一方面促進了坯料中游離石英的熔解。最終素中的殘餘石英量減少,機械強度和熱穩定性提高,素坯的燒結溫度可降低到釉燒溫度1100℃。

  工藝性能

  透輝石為柱狀、針狀晶體,無吸附水,層間水,燒失量很低僅為0.22%~1.4%,而粘土的燒失量高達17%左右。透輝石坯體吸水率低,它屬於瘠性材料,能有效減少陶瓷坯體的收縮。透輝石與粘土等組成坯料,由於粘土顆粒很細並有很強的可塑性和粘合能力,而透輝石顆粒較粗且為針狀或柱狀晶體,粗細堆積均勻,坯體內部存在很小的空隙,構成了排水通道,它就賦於泥漿壓濾脫水和泥餅幹燥較快的特性,可以實現快速幹燥。使用透輝石的坯料成型性能好,坯料幹燥強度大,不易產生夾層等缺陷的優良性能。

  透輝石釉面磚坯體燒成後生成鈣長石、菫青石、方石英等礦物所產生放熱效應較普通釉面磚燒成後生成的鈣長石、莫來石、方石英的熱效應小,反應比較平穩。同時透輝石釉面磚中石英加入量比普通面磚少,可以快速預熱和冷卻,並能大大減小釉面磚冷卻收縮。由於透輝石釉面磚膨脹系數小,可以快速冷卻,這可防止釉面析晶和坯體內Fe2+再氧化成Fe3+,從而提高釉面磚的光澤度和白度。透輝石礦物構成網狀結構,玻璃分佈骨架之間,這種網狀空隙有利於釉層的滲透,使坯、釉較好結合。因此,透輝石釉面磚的機械強度、收縮率、產品格率皆優於其它材質的釉面磚。

  結構形態

  單斜晶系,a0=0.9746~0.9845nm,b0=0.8899~0.9024nm,c0=0.5251~0.5245nm,β=105。 38'~104。44';Z=4。[SiO4]四面體以兩角頂相連成單鏈,平行c軸延伸,鏈間由中小陽離子M1(Mg、Fe,六次配位)和較大陽離子 M2(Ca,有時有少量Na,8次配位)構成的較規則的M1-O八面體和不規則的M2-O多面體共稜組成的鏈聯結。在空間上,[SiO4]鏈和陽離子配位多面體鏈皆沿c軸延伸,在a軸方向上作週期堆垛。在富鋁的輝石中,6次配位的Al將使晶格常數a0、b0減小,4次配位的Al將使晶格常數增大。

  斜方柱晶類,C2h-2/m(L2PC)。常呈柱狀晶體。常見單形:平行雙面{100}、{010}及斜方柱{110}、{111}等。晶體橫斷面呈正方形或八邊形。常見依(100)、(001)成簡單雙晶和聚片雙晶。

  理論組成(wB%):CaO25.9,MgO18.5,SiO255.6。次要組分Al2O3一般為1~3%,可高達8%;Al3+可替代Mg2+和 Fe2+,也可替代Si,若替代Si超過7%,稱鋁透輝石;富含Cr2O3者稱為鉻透輝石,是金伯利巖的特徵礦物之一。Ni和Ti含量一般<1%。但Al2O3高時,TiO2含量可達2~3%。這種富鋁鈦的透輝石中,存在著Mg2+Si4+=Ti4+Al3+的異價類質同像代替。Fe3+和Mn可少量存在,Na可少量代替Ca。如果NaAl[Si2O6]或NaFe[Si2O6]組分超過10%而小於20%時,分別稱為含硬玉、含霓石的透輝石;如果大於20%小於50%,則稱為硬玉-透輝石、霓石-透輝石。

  礦物組成

  透輝石廣泛分佈於基性與超基性巖中,在夕卡巖中與石榴石、符山石、硅灰石、方解石等共生。天然透輝石主要為熱液及岩漿成團,它也是含硅的碳酸鹽原巖變質的特徵礦物,在中國分佈很廣。按純度和共生礦物天然透輝石可分為七大類。各類天然透輝石礦在陶瓷工業中都能找到合適的用途。

  第一類為高純透輝石礦,僅含少量的方解石雜質礦物,偶爾可見石英和透閃石。它可以作為無線電陶瓷(高頻瓷)、電子陶瓷(高鋁瓷)、高壓電瓷、陶瓷顏料、釉料及穩定性好的結構陶瓷的原料。

  第二類為透輝石和石英共生礦,透輝石含量在一半以上,雜質礦物除石英外還有方解石,它可以作為高壓電瓷、釉料及熱穩定性好的結構陶瓷原料。

  第三類和第四類為礦物組成最為複雜的礦石,它們含有波動範圍極大的硅灰石、方解石和石英。按各種礦物的比例將它們稱為硅灰石-方解石-透輝石和硅灰石-透輝石。這兩類礦物還可能含有透閃石、長石、方柱石、黑雲母、木石、花崗岩等礦物。從化學成分看,熔劑氧化物含量很高,同時著色氧化物的含量也不低,所以,它們主要作為彩陶、釉面磚和鑄石的原料。

  第五類為含有磷灰石的透輝石礦,礦石中還常含有方解石,可作地面磚和鑄石的原料。

  第六類為石英-透輝石礦,石英的含量常高於透輝石的含量,有時還含有少量的方解石和硅灰石,可作為工業玻璃和硅酸鹽耐火磚的原料。

  第七類為方解石-透輝石礦,這類礦物的透輝石含量較低,透輝石可看方解石礦的雜質礦物,主要用作膠凝材料的原料。

  鑒別方法

  顏色:綠色、黃褐色、黑色

  RI:1.67-1.70DR0.025二軸(+)

  SG:3.30(3.26-3.32)

  多色性:明顯

  內含物:放大觀察可見雙影像,晶體包體,星光透輝石可見黑色的拉長狀磁鐵礦。

  光譜:鉻透輝石顯示鉻譜

  應用領域

  透輝石於70年代在國外首先被使用,主要原因是國外陶瓷工業面臨三大問題:一是擁有優質高嶺土的國家所產的高嶺土主要用於造工業而使陶瓷工業的原料日漸枯竭;二是陶瓷工業本身面臨能源問題,需要尋找節能原料;三是用於陶瓷工業的長石原料不足,而且價格較貴,雖然人們也找到了硅灰石作為其代用品,並能實現低溫快燒,但硅灰石也不能滿足需要,因此透輝石才開始被利用。直到80年代末90年代初,中國才在陶瓷工業使用透輝石。透輝石是一種新型的陶瓷工業礦產資源,以致中國近兩年出版的有關礦產資源的大型專著都未涉及透輝石。

  建築陶瓷

  透輝石是具有獨特功能和廣闊應用前景的多功能材料。在升溫過程中,透輝石無晶型轉變,無燒失,熱膨脹性能好,能迅速促進坯體的燒結,起到了強礦化劑的作用。透輝石能實現陶瓷的低溫快燒,提高陶瓷的性能,廣泛應用於電瓷、建築陶瓷和日用陶瓷工業,是一種很好的新型節能添加劑和陶瓷原料。在建築陶瓷工業中,透輝石的綜合性能比硅灰石好;對於高頻瓷,透輝石瓷比滑石更優良。人們應進一步對透輝石進行開發和研究,以拓寬其應用範圍,更好地利用這一自然界非再生的、重要的礦產資源。

  採用透輝石一高嶺石一石英系列配方研製低溫二次快燒釉面磚,素燒溫度1080~1120℃,素燒時間80min,釉燒溫度1040~1080℃,釉燒時間80min,所研製的透輝石釉面磚各項性能指標都達到GB4100-83《白色陶質釉面磚》標準要求。與粘土-葉臘石配方相比,素坯燒成溫度降低70~90℃,釉燒時間相比於多孔窯減少16~18h,素燒相比於倒焰窯減少約70h,節能效益明顯。加入40%透輝石的釉面磚素燒週期12h,釉燒週期8h,素燒溫1080℃,釉燒渡1040℃,比傳統的長石質釉面磚燒成週期縮短3至5倍,燒成溫度降低 100~200℃,具有較強的抗摺強度、熱膨脹係數低、收縮小等優良特性,其經濟效益是十分可觀的。

  在具有80年代國際先進水平、年產100萬平方米的高級釉面磚生產線上的試產階段,原配方燒成過程經常出現風驚,產量還不到設計能力,同時產品濕膨脹較大,後龜裂嚴重,質量難以提高。新配方以紅粘土和30%的透輝石為主要原料,解決了試產階段遇到的難題,提高了產品質量,降低了坯體素燒溫度和單位產量煤耗,縮短了素燒、釉燒時間,產品抗壓強度提高,超過原設計能力20%,創下了年產120萬平方米的新記錄,並使產品打入了國際市場,企業穫得了明顯的經濟效益和社會效益。

  在瓷質磚生產中,加入7%~15%的透輝石,坯體瓷化溫度低,燒成範圍寬(1160~1180℃),坯釉結合性能好,坯體尺寸規整不變形。由於透輝石為粒狀,不含結晶水和發揮物,具有良好的熱膨脹特性和助熔效果,其有利於快速升溫和成瓷後的快速冷卻,可顯著縮短燒成週期,降低成本,更易幹加工和粉碎,縮短坯料球磨時間,減少原料加工過程中的能耗。

  應用劣質透輝石製釉面磚。燒成溫度在1030~1100℃範圍內,比傳統粘土質釉面磚燒成溫度低200℃左右,生產週期60~120分鐘,吸水率19%~21%。具有機械強度高,熱穩定性好,吸濕膨脹低等優良特點,大大節省能源,使釉面磚成本大幅度降低,綜合經濟效益十分可觀。

  透輝石是釉面磚衛生陶瓷低溫快燒的好原料,用於釉面磚的熔塊的較少。如在釉面磚熔塊用透輝石代替方解石、滑石和部分石英有利於熔塊熔制,降低釉燒溫度和釉的膨脹係數,有利於降低釉料成本。透輝石低溫低膨脹乳濁釉的釉燒溫度1040~1080℃,釉燒時間90~120min,釉面白度78~79,釉面光澤度90%~100%,熱膨脹係數7.14×10-6/℃,無色差,對透輝石素坯有良好的適應性,熱穩定性好。

  在主要含石英、伊利石、高嶺石和赤鐵礦的紅黃粘土外牆配料中,引入10%的透輝石,組成中CaO、MgO含量顯著上升,Al2O3含量下降,原配方中主要以K2O--Na2O-Fe3O4形成低共熔物,新配方中主要以CaO- MgO--K2O--Na2O--Fe2O3形成低共熔物,其助熔效果明顯加強,燒成溫度由1130℃下降到1100℃,燒成週期45min,由於透輝石燒失量小,無多晶轉變,晶體呈柱狀,可使配料脫水快,噴霧產量提高,生坯料易成型和幹燥,整個過程的合格率提高。透輝石的引入,使磚緻密、強化、產品的吸水率由8.15%下降到5.93%,抗彎強度由27.82MPa提高到29.97MPa,從而改善了產品質量。

  以質量百分比:透輝石30~40、葉蠟石10~20、長石5~15、軟質粘土20~30、砂石5~10製成的無釉瓷質磚,燒成溫度1170℃±10℃,燒成週期 48min。其吸水率:0.1%~0.2%;抗摺強度:45~50MPa;總收縮率:5%~6%,熱穩定性:經20~30次急冷急熱循環未出現炸裂或裂紋。因此,透輝石的引入,降低生產成本,節約能源;縮短燒成週期;熱穩定性好,提高機械強度[16]。

  日用陶瓷

  透輝石既能應用於建築衛生陶瓷的工業中,也能應用於日用陶瓷的工業中。在高嶺石、瓷石中加入5%~15%的透輝石,SiO2/Al2O3控制在4.23 以下,在1240~1280℃的燒成範圍內,製品達到日用細瓷的標準。坯料在低溫還原燒成制定下燒成的大型扁平製品,具有較高的透明度,釉面白中泛青,具有景德鎮的傳統風味。燒成溫度降低到1260℃左右,在節能與提高窯具使用壽麵方面,將具有顯著的經濟效益。

  電瓷應用

  由於透輝石是一種熔劑性礦物,對高壓電瓷坯料的成瓷過程和瓷體性能產生

  好的作用。在高壓電瓷坯料中加入3%~5%的透輝石,就可降低100℃的燒成溫度。若加入10%~20%的透輝石,作為電瓷坯料主要原料之一時,在降低燒成溫度的同時還可改觀電瓷的介電損耗、體積電阻率、工頻電強度等電氣性能,使瓷體強度提高16%~74%。

  用線度較高(>90wt%)的透輝石礦可代替滑石作為高頻瓷的主要原料,生產工藝和設備無需改變,燒成溫度降低50℃左右,各項性能指標均能符合技術要求。適當降低配料中碳酸鋇的用量和增加透輝石原料用量,可以增大熔體的溫度粘度,從而將坯體燒結範圍拓寬到30~40℃。透輝石瓷比滑石瓷的優點還在於它不存在老化問題,大大提高了瓷件的可靠性和使用壽命。透輝石瓷優良介電性能和較好的機械性能,這歸結於晶相的穩定和細長的針晶特徵。

  藥用功能

  透輝石又被戲稱為「哭泣石」,因為水晶醫療學者認為透輝石具有催人淚下的功能,從而達到治療精神創傷的效果。透輝石能給予配戴者以創造力。透輝石還常與愛情和承諾等字眼聯繫在一起。水晶醫療學者還稱,如將透輝石配戴靠胸的地方(如鑲入項墜裡),將有益於人的心、肺及循環系統。一些人還認為透輝石有益於健康、和睦、舒解精神壓力。所以透輝石往往被用來收藏。

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