[科普中国]-鳞石英

鳞石英与石英、方英石等同为SiO2的同质多晶变体。鳞石英包括了三种变体：属六方晶系的高温鳞石英和中温鳞石英，以及属于斜方晶系的低温鳞石英。一般所称鳞石英均指低温鳞石英。晶体常具高温变体的六方片状或板状的假像。无色或白色。破璃光泽。硬度6.5。比重2.3。产于酸性火山岩的牢洞中。

简介【化学组成】 SiO2，成分中常含少量杂质，特别是A1、Na、K和Ca。

【物理性质】 有高温变体与低温变体之分。高温变体即β一鳞石英，属六方晶系。低温变体即α一鳞石英，属斜方晶系。两者的转变温度为117℃。晶体呈假六方片状，有时呈花瓣状或迭瓦状集合体。颜色为无色、白色、灰白。硬度6.5。比重2.3。

【光学性质】 薄片中无色透明。具显著负突起。合成的鳞石英折射率为Np一1.469，Nm一1.469，Ng一1.473。形状为六边形片状，有时见到条状切面。成单独晶体者少见，通常均成集合体，并呈迭瓦状、网状、球粒状、扇形排列。可具气体包体。偶而具差的柱面解理。正交偏光间双折射率很低，呈现暗灰干涉色。双晶常见并很特征，呈一端薄一端厚的楔形，同一鳞石英切面一般包含2～3个这样的楔形双晶单体。在较粗颗粒中可以见到类似白榴石那样复杂的双晶叶片。条状切面具平行消光和负延长符号。二轴晶正光性，光轴角一般较大(大于75°)，较高温的变体光轴角可小至0°，成一轴晶。但由于结晶比较细小，故不易察见它的干涉图。常温下，鳞石英不稳定，易转变为低温石英。

【鉴定特征】 与方英石不易区别。不同之处在于：鳞石英是正光性，方英石是负光性；方英石的折射率略高于鳞石英，前者大于1.484，而后者不会超出1.483；两者晶形也不相同，薄片中鳞石英为六边形，而方英石则呈四方形。

【产状】 鳞石英几乎总是产于比较酸性的年青的喷出岩，例如流纹岩、黑曜岩、安山岩及中酸性熔接凝灰岩、凝灰岩之中。它在这些岩石中呈散染状分布在基质内或出现于气孔中，常和碱性长石共生。鳞石英很可能是与气体作用有关的一种晚期形成矿物。1

鳞石英的形成机理早年测定鳞石英的晶格构造属于斜方晶系：ao=0.988nm；bo=1.71nm；Co=1.63nm，Z=64。该结果被ASTM卡片(3.0227)引用，于1400℃，5h热处理后得到的低温相。另一卡片2.0242的d值略有差异。有的资料称其晶格构造可能是假六方系，说不太清楚。显微镜鉴定表明确系双轴晶，正光性，符合斜方晶系规则。

石英转变为亚稳方石英和鳞石英属于格子重建型转变，这种转变可通过固相反应和液相析晶两种途径完成。

1、固相反应发生的转变

石英转变为亚稳方石英属于固相反应过程。随着热过程对石英颗粒的作用，首先在石英颗粒的内、外自由表面进行反应，而后逐渐向内部扩展。硅氧四面体之间发生断键有利于四面体移动，促使格子重建。由石英和已形成的亚稳方石英之间的结晶取向的统计相关性表明，转变是在固态下进行的。当有外来阳离子参与作用时，则会使反应加速。对于不同类型和价态的阳离子来说，促使重建的作用亦有差异，按其作用的程度排列于下：

Li+>Na+>K+>Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+>Fe2+>Mn2+>Zn2+

一般而言，外来离子对方石英化作用与形成液相无关。不过从相变动力学考虑，当有液相存在时，可使方石英化显著加强，可以设想，外来阳离子是经过一个非晶质表面而进人β一石英晶格的，由于晶格有些变形，Si—O-Si键受到减弱或破坏，结果使相变活化能降低。

2、从液相析出鳞石英的过程

鳞石英是亚稳方石英溶解在液相中析品的产物。液相的组成和性质决定着离解后形成的硅氧阴离子团的复杂程度，基团中0/Si比值增大，阴离子团变小。

a一鳞石英晶格为硅氧四面体构成的六方层状构造。若液相能够促进鳞石英晶格的建立，其中就应含有足够数量的层状阴离子团，此时氧硅比等于2.5比较适宜。液相组成复杂，氧硅比愈高，溶解亚稳方石英的能力愈强，相应的液相粘度愈低，有利于鳞石英晶格的形成。而鳞石英的析出则要求液相中氧硅比最好能接近于2，但液相有如此高的Si02含量，鳞石英析出的难度就大，这是生产工艺过程中互为制约的控制条件。

经验总结表明，当硅酸盐液相中SiO2的摩尔分数在80%～90%时，鳞石英生成量最多；超过90%，鳞石英生成量就急剧下降，以氧硅比来衡量，当比值为2.16～2.23时，鳞石英生成量可达95%～98%；而当氧硅比增大，且含有过多的阳离子时，鳞石英的析出能力亦将下降。

另外，鳞石英化亦可通过固相反应完成，即以阳离子扩散方式完成相变过程。这时，液相对固相表面的润湿，主要表现在促使阳离子扩散进而促使其转化。因此，当在石英中加入CaO和Li2O时，在低于共熔点不存在液相的情况下，亦能观察到鳞石英的生成。关于鳞石英形成机理的论述颇多，观点尚不能完全统，不过，有一点是确定的，即纯Si02相不可能转化成鳞石英。

值得一提的是，由石英转变为亚稳方石英以及由亚稳方石英转化为a一鳞石英的总体积效应(+16.3%)对在显微结构研究中，解释裂纹的萌生和扩展有重要意义。2

鳞石英结构硅砖用细分散的二氧化硅，尤其是用从生产金属硅和硅合金的冶炼炉废气中回收的二氧化硅粉尘，可以制造出所有的二氧化硅都以鳞石英形式存在的耐火砖。这种粉尘具有胶体性质，非常细分散，其比表面为15～20m2/g。粉尘先用水润湿、然后加入石灰。石灰用量为混合料重量的1～5%，石灰可为生石灰、消石灰、石灰乳等，其中以消石灰为最好。石灰的加入，除了对形成鳞石英起促进作用外，同时使物料具有弱碱性(pH8～9)，这种弱碱性对使物料具有适当的可塑性是非常有利的。

配料充分混匀以后，再加入铵盐细粉，其加入量与石灰用量大致相同或多一些。所用铵盐必须能使钙沉淀为基本上不溶解的盐。符合要求的铵盐有碳酸铵，碳酸氢铵，草酸铵，磷酸铵等。

料制备好以后，压制成砖，然后烧成。看来不溶解的钙盐沉淀对方石英转化为鳞石英具有很好的催化作用。烧成制度最好是这样，先加热到800～900℃之间，在此温度下煅烧一定时间，然后升高到1300～1500℃，再继续煅烧。如果制造多孔耐火材料，则可往配料中加入成孔物质，如锯末，膨胀聚苯乙烯等。

二氧化硅粉料与水的配比为7～20：10(重量比)。根据需要，成孔物质的加入量，如锯末或其他类似材料，与水的比例为3～8：10(重量比)。应当着重指出，这种硅砖的总烧成时问为50小时，远比用普通原料制造硅砖(长达200～250小时)的烧成时间大大缩短。这意味着这种硅砖的生产费用较低，并可提高窑炉的生产能力。

当配料中加有锯末或其他有机材料并以这样短的烧成周期烧成时，应当强调温度在500℃左右时必须缓慢升温。为了保证含碳物质完全排除，又不致因含碳物质氧化造成砖内过热和废气排出太快引起开裂，最好在500℃下保温10小时左右。

同时还发现，在800～900～范围内的烧成曲线不应太陡，如在此温度范围内能保温4～10小时，则可获得最好的结果。虽然有时在此温度内烧快一点也能得到好的结果，但快烧往往造成砖的收缩严重。在800～900℃范围内慢速加热的主要目的在于使无定形二氧化硅转化为极不规则的、而在高温下却很容易转化为鳞石英的方石英。3

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学