榍石

矿物

榍石（Sphene）是属单斜晶系的岛状结构硅酸盐矿物。常含钇和铈。单斜晶系，晶形多以单晶体出现，呈扁平的楔形（信封状），横断面为菱形，底面特别发育时，呈板状。蜜黄、褐、绿、黑、玫瑰等颜色。

物质简介

来源与提炼

钛和钙的硅酸盐矿物，在很多岩石（火成岩）中都有它的成分。榍石往往以单个的晶体出现，晶体呈片状。榍石具有玻璃光泽，颜色有黄、褐、绿、黑、红等色调。榍石可以提炼出钛，也可以被当作宝石。

化学组成

成分为CaTi[SiO4]O，晶体属单斜晶系的岛状结构硅酸盐矿物。成分中经常有类质同象混入物而形成变种，如(Y，Ge)2O3含量达12%的称钇榍石，MnO含量达3%的称红榍石。榍石多以单晶体出现，晶形呈扁平的楔形（信封状）。

物理性质

1．晶系单斜晶系

2．习性楔状晶体，常有双晶

3．解理两组明显，可有双晶引起的裂理

4．断口贝壳状

5．硬度 5-6

6．比重 3.3-3.6

8．折射率1.89-2.02

9．双折射率0.130，10×放大镜下可见到刻面棱双影现象

10．光性二轴晶正光性

11．光泽玻璃光泽

12．透明度透明到半透明

13．色散高，约0.051，切磨优良的宝石会有明显的火彩

14．颜色黄色、绿色和褐色，深褐色宝石经热处理可变成橙色或红褐色

15．多色性明显，因体色而变化

16．吸收光谱可显稀土元素线

鉴定要点

1．强光泽，因折射率高RI1.89-2.02，表面的反射能力强；折射仪上表现为负读数；

2．高色散，色散值0.051，成品榍石中可见火彩；

3．强双折射，DR 0.130，肉眼可见双影象，刻面棱双影线距离较宽；

4．特征稀土光谱等为主要区分依据。

成因

榍石是酸性和中性岩浆岩中最常见到的副矿物之一，大晶体产出，在富含钛，铌的碱性正长石及有关的伟晶岩中特富有。而且晶体有时较大，当含有榍石的岩石遭受风化坏后，由于榍石化学性质稳定性较强而富集砂矿中，当榍石遭受到含碳酸热水作用，可分解成方解石，石英和金红石。

主要产地

中国、奥地利瑞士、马达加斯加及巴西等。

合成方法

在榍石固化处理高放射性废物的研究中，对于固化基材榍石的制备，主要是通过液相法进行制备。其中，液相法制备榍石主要有共沉淀法、溶胶- 凝胶法和液相燃烧法3 种。通过这些方法制备榍石，首先是通过一定的化学反应得到无定型的粉体，再将粉体进行煅烧，得到以榍石为主要矿相，包括一些杂质矿相钙钛矿、氧化钛和方英石的固化基材。

共沉淀

共沉淀法在共沉淀法制备榍石的过程中，利用氨水滴加含有硝酸钙、氧氯化钛和六氟环氧丙烷硅酸的水溶液沉淀出氢氧化物。TiOCl2 通过冷冻条件下将TiCl4 稀释到HCl 中制备得到。六氟环氧丙烷硅酸通过将无水硅酸溶于最低浓度为5%的水合HF中得到。Muthuraman M 等人通过向包含有等物质量的硝酸钙、TiOCl2、六氟环氧丙烷硅酸( 其物质的量为0.2 mol) 的溶液中滴加氨水得到共沉淀物。共沉淀物用蒸馏水进行冲洗以除去其含有的过量的氨水，然后空气气氛中在100 ℃干燥12 h 得到。被干燥的氢化物粉体(sphene- I)在700 ℃预煅烧2 h 以除去吸附水，然后在更高的温度下进行煅烧得到榍石。

溶胶凝胶合成

溶胶- 凝胶合成。溶胶- 凝胶法是以硝酸钙、四乙基原硅酸(TEOS，Si(OC2H5)4) 和n- 丁基钛酸盐(Ti(OBun)4) 为原料制备榍石。Muthuraman M 等人将化学计量的TEOS 的乙醇溶液与Ti (OBun)4 的乙醇溶液的混合溶液搅拌30 min 得到透明溶液。为了避免不透明的富钛酸盐沉淀物的形成以保持Ti(OBun)4的乙醇溶液的透明， Ti (OBun)4 的乙醇溶液在与TEOS 混合之前加入HNO3( 每摩尔Ti(OBun)4 配0.2mol HNO3) 。醇盐/ 乙醇的物质的量比维持在大约1:100。醇盐混合物的水解通过加入生成榍石化学计量的硝酸钙的水溶液得以进行，醇盐/ 水的比率保持在1:20。将得到透明的溶液搅拌1 h，在水浴环境下形成凝胶。将形成的凝胶在100 ℃空气气氛下干燥12 h得到sphene- II。干燥后的凝胶(sphene- II)在700 ℃预煅烧2 h，以除去有机物和硝酸盐。

溶液燃烧法

溶液燃烧法。Muthuraman M 等人通过以一定化学计量的硝酸钙、硝酸钛氧、无水硅酸和碳酰肼(H3N2CON2H3) 组成的氧化还原水溶液体系混合物的燃烧制备出sphene- III。硝酸钛氧利用四氯化钛制备得到。浓硅酸( 比表面积为200 m2/g)作为Si 的来源，并且其被分散在氧化还原混合物体系中。燃烧反应在450 ℃预加热的马弗炉中进行。将该非均匀氧化还原混合物快速脱水得到类凝胶物质。类凝胶物质发泡、起泡，燃烧生成一种白色的透明物质。用于燃烧合成榍石的原料比例的实例如下：6 g 硝酸钙、4.77 g硝酸钛氧、1.29 g 无水硅酸、5.72 gH3N2CON2H3。

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