Флюорит - Fluorite

Флюорит
3192M-fluorite1.jpg
Изолированный темно-зеленый кристалл флюорита, напоминающий усеченный октаэдр, установленный на слюдяной матрице, из горы Эронго, регион Эронго, Намибия (общий размер: 50 мм × 27 мм, размер кристалла: ширина 19 мм, 30 г)
Общее
КатегорияГалогенидный минерал
Формула
(повторяющийся блок)
CaF2
Классификация Струнца3.AB.25
Кристаллическая системаИзометрические
Кристалл классШестиугольник (м3м)
Символ H – M: (4 / м 3 2 / м)
(cF12 )
Космическая группаFм3м (№225)
Ячейкаа = 5,4626 Å; Z = 4
Идентификация
цветБесцветный, хотя образцы часто сильно окрашены из-за примесей; Фиолетовый, сиреневый, золотисто-желтый, зеленый, голубой, розовый, шампанское, коричневый.
Хрустальная привычкаХорошо сформированные кристаллы крупного размера; также узловатая, ботриоидальная, реже столбчатая или волокнистая; гранулированный, массивный
TwinningОбычный на {111}, взаимопроникающий, уплощенный
РасщеплениеВосьмигранный, идеальный на {111}, прощальный на {011}
ПереломОт субконхоидальной до неровной
УпорствоХрупкий
Шкала Мооса твердость4 (определяющий минерал)
БлескСтекловидное тело
ПолосаБелый
ПрозрачностьОт прозрачного до полупрозрачного
Удельный вес3.175–3.184; до 3,56 при высоком содержании редкоземельных элементов
Оптические свойстваИзотропный; слабый аномальный анизотропизм
Показатель преломления1.433–1.448
Плавкость3
Растворимостьслабо растворим в воде и в горячем соляная кислота
Другие характеристикиМожет быть флуоресцентный, фосфоресцирующий, термолюминесцентный, и / или триболюминесцентный
использованная литература[1][2][3][4]

Флюорит (также называется плавиковый шпат) является минеральной формой фторид кальция, CaF2. Он принадлежит к галогенидные минералы. Он кристаллизуется в изометрический кубическая привычка, хотя октаэдрические и более сложные изометрические формы не редкость.

В Шкала твердости минералов Мооса, на основе царапина сравнение твердости, определяет значение 4 как флюорит.

Чистый флюорит прозрачен как в видимом, так и в ультрафиолетовом свете, но примеси обычно делают его красочным минералом, а камень имеет орнамент и гранильный использует. В промышленности флюорит используется как поток для плавки, а также для производства некоторых стекол и эмалей. Самые чистые сорта флюорита являются источником фторидов для плавиковая кислота производство, которое является промежуточным источником большинства фторсодержащих тонкие химикаты. Оптически прозрачные прозрачные флюоритовые линзы имеют низкую разброс, поэтому линзы из него демонстрируют меньше Хроматическая аберрация, что делает их ценными в микроскопах и телескопах. Флюоритовая оптика также может использоваться в дальнем ультрафиолетовом и среднем инфракрасном диапазонах, где обычные очки слишком абсорбирующие для использования.

История и этимология

Слово флюорит происходит из латинский глагол дымоход, смысл течь. Минерал используется как поток в железе плавка уменьшить вязкость шлаков. Период, термин поток происходит от латинского прилагательного флюксус, смысл плавный, рыхлый, слабый. Минерал флюорит первоначально назывался фторошпар и впервые был упомянут в печати в работе 1530 г. Bermannvs sive de re Metallica dialogus [Bermannus; или диалог о природе металлов], автор Георгиус Агрикола, как минерал, известный своей полезностью в качестве флюса.[5][6] Агрикола, немецкий ученый, специализирующийся в филология, добыча, и металлургия, назвав плавиковый шпат неолатинизация из Немецкий Flussspat от Fluß (ручей, река ) и Плевать (имеется в виду неметаллических минерал, родственный гипс, spærstān, копье камень, ссылаясь на его кристаллические выступы).[7][8]

В 1852 году флюорит дал название феномену флуоресценция, что заметно во флюоритах из определенных мест из-за наличия в кристалле определенных примесей. Флюорит также дал название своему составному элементу фтор.[2] В настоящее время слово «плавиковый шпат» чаще всего используется для обозначения флюорита как промышленного и химического товара, в то время как «флюорит» используется в минералогии и в большинстве других смыслов.

В контексте археологии, геммологии, классических исследований и египтологии латинские термины муррина и миррина относятся к флюориту.[9] В книге 37 его Naturalis Historia, Плиний Старший описывает его как драгоценный камень с пурпурными и белыми пятнами, предметы, вырезанные из него, ценились римлянами.

Структура

Структура фторида кальция CaF2.[10]

Флюорит кристаллизуется в кубической форме. Кристаллическое двойникование является обычным явлением и добавляет сложности наблюдаемым кристалл привычки. Флюорит имеет четыре идеальные плоскости спайности, которые помогают образовывать октаэдрические фрагменты. Структурный мотив, принятый у флюорита, настолько распространен, что его называют структура флюорита. Замена элемента для кальций катион часто включает определенные редкоземельные элементы (РЗЭ), такие как иттрий и церий. Железо, натрий и барий также являются обычными примесями. Некоторые фторид-анионы могут быть заменены хлористый анион.

Возникновение и добыча

черный, шевронная (волнистая, зубчатая) структура
Крупный план поверхности флюорита

Флурит образуется как минерал поздней кристаллизации в фельзический огненный горных пород обычно в результате гидротермальной деятельности.[11] Особенно часто встречается в гранитных пегматитах. Это может произойти как венозное отложение сформированный через гидротермальный активность, особенно в известняках. В таких жильных отложениях это может быть связано с галенит, сфалерит, барит, кварц, и кальцит. Флурит также можно найти в составе осадочных пород в виде зерен или в качестве цементирующего материала в песчанике.[11]

Мировые запасы флюорита оцениваются в 230 млн. тонны (Млн т) с крупнейшими месторождениями в Южная Африка (около 41 млн т), Мексика (32 млн т) и Китай (24 млн т). Китай лидирует в мире по добыче около 3 млн т в год (в 2010 г.), за ним следует Мексика (1,0 млн т), Монголия (0,45 млн т), Россия (0,22 млн т), Южная Африка (0,13 млн т), Испания (0,12 млн т) и Намибия (0,11 млн т).[12][нуждается в обновлении ]

Одно из крупнейших месторождений плавикового шпата в Северной Америке находится в Полуостров Бурин, Ньюфаундленд, Канада. Первое официальное признание плавикового шпата в этом районе было зарегистрировано геологом Дж. Б. Джуксом в 1843 году. Он отметил наличие «галенита» или свинцовой руды и фторида извести на западной стороне гавани Святого Лаврентия. Зарегистрировано, что интерес к коммерческой добыче плавикового шпата начался в 1928 году, когда первая руда была извлечена в 1933 году. В конце концов, на шахте Айрон-Спрингс шахты достигли глубины 970 футов (300 м). В районе Св. Лаврентия вены сохраняются на большой длине, и некоторые из них имеют широкие линзы. Площадь с прожилками известного рабочего размера составляет около 60 квадратных миль (160 км.2).[13][14][15] В 2018 году Canada Fluorspar Inc. снова начала добычу на руднике.[16] в Св. Лаврентии; Весной 2019 года компания планировала построить новый судоходный порт на западной стороне полуострова Бурин как более доступный способ продвижения своей продукции на рынки.[17]

Кубические кристаллы до 20 см в диаметре найдены на Дальнегорск, Россия.[18] Самый крупный зарегистрированный монокристалл флюорита представлял собой куб размером 2,12 м и весом ~ 16 тонн.[19] Флюорит также можно найти в шахтах в Пик Кальдовейро, в Астурия, Испания.[20]

"Голубой Джон"

Одно из самых известных месторождений флюорита - Castleton в Дербишир, Англия, где под именем Дербишир Блю Джонпурпурно-голубой флюорит добывали из нескольких шахт или пещер. В 19 веке этот привлекательный флюорит добывали из-за его декоративной ценности. Минерала Голубой Джон сейчас мало, и ежегодно добывается лишь несколько сотен килограммов для декоративных и гранильный использовать. Майнинг по-прежнему ведется в Пещера Голубого Джона и Пещера Treak Cliff.[21]

Недавно обнаруженные месторождения в Китае дали флюорит с окраской и полосами, похожими на классический камень Голубого Джона.[22]

Флуоресценция

Флуоресцирующий флюорит из рудника Болтсберн, Weardale, North Pennines, Графство Дарем, Англия, Великобритания.

Джордж Габриэль Стоукс назвал феномен флуоресценция из флюорита, в 1852 г.[23][24]

Многие образцы флюорита демонстрируют флуоресценция под ультрафиолетовое излучение, свойство, получившее свое название от флюорита.[23] Многие минералы, как и другие вещества, флуоресцируют. Флуоресценция включает в себя повышение энергетических уровней электронов квантами ультрафиолетового света с последующим постепенным падением электронов в их предыдущее энергетическое состояние, высвобождая при этом кванты видимого света. Во флюорите излучаемый видимый свет чаще всего синий, но также встречаются красный, фиолетовый, желтый, зеленый и белый цвета. Флуоресценция флюорита может быть связана с минеральными примесями, такими как иттрий и иттербий, или органические вещества, такие как летучие углеводороды в кристаллической решетке. В частности, голубая флуоресценция наблюдается у флюоритов из определенных частей Великобритания ответственный за название самого явления флуоресценции, приписывают наличию включений двухвалентных европий в кристалле.[25]

Одна флуоресцентная разновидность флюорита - это хлорофан, который имеет красноватый или пурпурный цвет и ярко светится изумрудно-зеленым цветом при нагревании (термолюминесценция ), или при освещении ультрафиолетом.

Цвет видимого света, излучаемого при флуоресценции образца флюорита, зависит от того, где был взят исходный образец; различные примеси были включены в кристаллическую решетку в разных местах. Также не весь флюорит флуоресцирует одинаково ярко, даже в одном месте. Следовательно, ультрафиолетовый свет не является надежным инструментом ни для идентификации образцов, ни для количественной оценки минералов в смесях. Например, среди британских флюоритов флюориты из Нортумберленд, Графство Дарем, и восточная Камбрия являются наиболее стабильно флуоресцентными, тогда как флюорит из Йоркшир, Дербишир, и Корнуолл, если они вообще флуоресцируют, обычно слабо флуоресцируют.

Флюорит также проявляет свойство термолюминесценция.[26]

цвет

Флюорит аллохроматичен, что означает, что он может быть окрашен элементарными примесями. Флюорит бывает самых разных цветов, поэтому его называют «самым красочным минералом в мире». Каждый цвет радуги в различных оттенках представлен образцами флюорита, а также белыми, черными и прозрачными кристаллами. Наиболее распространенные цвета - фиолетовый, синий, зеленый, желтый или бесцветный. Реже встречаются розовый, красный, белый, коричневый и черный. Обычно присутствует цветовая зональность или полосатость. Цвет флюорита определяется такими факторами, как примеси, воздействие радиации и отсутствие пустот. центры окраски.

Использует

Источник фтора и фторида

Флюорит - основной источник фтороводород, товарный химикат, используемый для производства широкого спектра материалов. Фтороводород выделяется из минерала под действием концентрированных серная кислота:

CaF2(s ) + H2ТАК4CaSO4 (s) + 2 HF (г )

Образующийся HF превращается во фтор, фторуглероды, и различные фторидные материалы. По состоянию на конец 1990-х годов ежегодно добывалось пять миллиардов килограммов.[27]

Существует три основных типа промышленного использования природного флюорита, обычно называемого «плавиковым шпатом» в этих отраслях промышленности, которые соответствуют разным степеням чистоты. Флюорит металлургического качества (60–85% CaF2), самый низкий из трех классов, традиционно использовался в качестве поток для понижения температуры плавления сырья в сталь производство, чтобы помочь удалить примеси, а затем в производстве алюминий. Флюорит керамического сорта (85–95% CaF2) используется при изготовлении опалесцирующий стекло, эмали, и кухонная утварь. Высший сорт, «кислый флюорит» (97% или более CaF2), составляет около 95% потребления флюорита в США, где он используется для производства фтороводород и плавиковая кислота путем реакции флюорита с серная кислота.[28]

На международном уровне кислотный флюорит также используется в производстве AlF.3 и криолит (Na3AlF6), которые являются основными соединениями фтора, используемыми при выплавке алюминия. Глинозем растворяется в ванне, состоящей в основном из расплавленного Na3AlF6, AlF3, и флюорит (CaF2) для электролитического восстановления алюминия. Потери фтора полностью компенсируются добавлением AlF.3, большая часть которых реагирует с избытком натрия из оксида алюминия с образованием Na3AlF6.[28]

Ниша использует

Crawford Cup (римский, 50-100 гг. Н.э.) в коллекции британский музей.[29] Изготовлен из флюорита.

Гранильное использование

Природный минерал флюорит имеет орнаментальную и гранильный использует. Флюорит можно высверливать в бусинах и использовать в ювелирных изделиях, хотя из-за его относительной мягкости он не широко используется в качестве полудрагоценных камней. Он также используется для декоративной резьбы, причем искусная резьба использует зональность камня.

Оптика

В лаборатории фторид кальция обычно используется в качестве материала окон для обоих инфракрасный и ультрафиолетовый длины волны, поскольку он прозрачен в этих областях (от 0,15 мкм до 9 мкм) и демонстрирует чрезвычайно низкое изменение показатель преломления с длиной волны. Кроме того, материал подвергается воздействию нескольких реагентов. На таких коротких длинах волн, как 157 нм, обычная длина волны, используемая для полупроводник изготовление шагового двигателя для Интегральная схема литография, показатель преломления фторида кальция показывает некоторую нелинейность при высоких плотностях мощности, что препятствует его использованию для этой цели. В первые годы 21 века рынок степперов фторида кальция рухнул, и многие крупные производственные предприятия были закрыты. Canon и другие производители использовали синтетически выращенные кристаллы компонентов фторида кальция в линзах, чтобы помочь апохроматический дизайн, и уменьшить рассеивание света. Это использование было в значительной степени заменено новыми очками и компьютерным дизайном. В качестве материала для инфракрасной оптики фторид кальция широко доступен и иногда известен Eastman Kodak торговая марка «Иртран-3», хотя это обозначение устарело.

Флюорит не следует путать с фторокоронным (или фторированным) стеклом, разновидностью стекло с низкой дисперсией который имеет особые оптические свойства, приближающиеся к флюориту. Настоящий флюорит - это не стекло, а кристаллический материал. Линзы или Оптические группы изготовлены с использованием этого стекла с низкой дисперсией, поскольку один или несколько элементов демонстрируют меньше Хроматическая аберрация чем те, которые используют обычные, менее дорогие корона стекло и бесцветное стекло элементы, чтобы сделать ахроматическая линза. Оптические группы используют комбинацию различных типов стекла; каждый вид стекла преломляет свет по-другому. Используя комбинации разных типов стекла, производители линз могут нейтрализовать или значительно уменьшить нежелательные характеристики; хроматическая аберрация является наиболее важной. Лучшую из таких конструкций линз часто называют апохроматической (см. Выше). Стекло с фторокоронкой (например, Schott FK51) обычно в сочетании с подходящим "кремневое" стекло (например, Schott KzFSN 2) могут обеспечить очень высокие характеристики в объективах телескопов, а также в объективах микроскопов и телеобъективах камер. Флюоритовые элементы аналогично сочетаются с дополнительными «кремневыми» элементами (такими как Schott LaK 10).[30] Преломляющие свойства флюорита и некоторых кремневых элементов обеспечивают более низкую и более однородную дисперсию по всему спектру видимого света, тем самым сохраняя более близкую фокусировку цветов. Линзы, изготовленные из флюорита, превосходят линзы на основе фторсодержащей короны, по крайней мере, для двойных телескопических объективов; но их труднее производить и дороже.[31]

Использование флюорита для изготовления призм и линз было изучено и продвигалось Виктор Шуман ближе к концу 19 века.[32] Кристаллы флюорита естественного происхождения без оптических дефектов были достаточно большими для изготовления объективов микроскопа.

С появлением синтетически выращенных кристаллов флюорита в 1950-60-х годах его можно было использовать вместо стекла в некоторых высокопроизводительных оптический телескоп и объектив элементы. В телескопах флюоритовые элементы позволяют получать изображения астрономических объектов с высоким разрешением при высоком разрешении. увеличения. Canon Inc. производит синтетические кристаллы флюорита, которые используются в лучшем телеобъективы. Использование флюорита для линз телескопов сократилось с 1990-х годов, поскольку новые конструкции с использованием фторокоронного стекла, включая тройное стекло, предлагают сопоставимые характеристики по более низким ценам. Флюорит и различные комбинации фторидных соединений могут быть превращены в синтетические кристаллы, которые находят применение в лазерах и специальной оптике для УФ и инфракрасного излучения.[33]

Инструменты экспонирования для полупроводник промышленность использует флюоритовые оптические элементы для ультрафиолетовое излучение в длины волн из примерно 157 нанометры. Флюорит обладает уникально высокой прозрачностью на этой длине волны. Флюорит линзы объектива производятся более крупными фирмами по производству микроскопов (Nikon, Олимп, Карл Цейсс и Leica). Их прозрачность для ультрафиолетового света позволяет использовать их для флуоресцентная микроскопия.[34] Флюорит также служит для коррекции оптические аберрации в этих линзах. Nikon ранее произвел по крайней мере один объектив камеры с флюоритовым и синтетическим кварцевым элементом (105 мм f / 4,5 УФ) для производства ультрафиолетовые изображения.[35] Konica произвел флюоритовый объектив для своих зеркальных фотоаппаратов - Hexanon 300 mm f / 6.3.

Картинки

Источник газообразного фтора в природе

В 2012 году первый источник природного газа фтора был обнаружен на флюоритовых рудниках в Баварии, Германия. Ранее считалось, что газообразный фтор не возникает в природе, потому что он настолько реактивен и может быстро реагировать с другими химическими веществами.[36] Флюорит обычно бесцветен, но некоторые различные формы, обнаруженные поблизости, выглядят черными и известны как «зловонный флюорит» или антозонит. Минералы, содержащие небольшое количество уран и его дочерние продукты выделяют излучение с достаточной энергией, чтобы вызвать окисление фторид-анионов внутри структуры до фтора, который остается внутри минерала. Цвет зловонного флюорита обусловлен преимущественно кальций оставшиеся атомы. Фтор-19 твердый ЯМР проведенный на газе, содержащемся в антозоните, показал пик при 425 ppm, что согласуется с F2.[37]

Смотрите также

использованная литература

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Геологическая служба США документ: «Плавиковый шпат» (PDF).

  1. ^ Энтони, Джон В .; Бидо, Ричард А .; Bladh, Kenneth W .; Николс, Монте К. (ред.). «Флюорит». Справочник по минералогии (PDF). III (галогениды, гидроксиды, оксиды). Шантильи, Вирджиния, США: Минералогическое общество Америки. ISBN  0962209724. Получено 5 декабря, 2011.
  2. ^ а б Флюорит. Mindat.org
  3. ^ Флюорит. Webmineral.com
  4. ^ Hurlbut, Cornelius S .; Кляйн, Корнелис, 1985 г., Руководство по минералогии, с. 324–325, 20 изд., ISBN  0-471-80580-7
  5. ^ «Открытие фтора». История фтора.
  6. ^ составлено Александром Сеннингом. (2007). Словарь химиоэтимологии Эльзевьера: почему и откуда химическая номенклатура и терминология. Амстердам: Эльзевир. п. 149. ISBN  978-0-444-52239-9.
  7. ^ Харпер, Дуглас. «флюорит». Интернет-словарь этимологии.
  8. ^ Харпер, Дуглас. "лонжерон". Интернет-словарь этимологии.
  9. ^ Джеймс Харрелл 2012. Энциклопедия египтологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, драгоценные камни.
  10. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  11. ^ а б Дир, В. А. (2013). Знакомство с породообразующими минералами. Лондон: Минералогическое общество. ISBN  978-0-903056-27-4. OCLC  858884283.
  12. ^ Плавиковый шпат. USGS.gov (2011)
  13. ^ Реактивация плавиковой шахты Святого Лаврентия в Сент-Лоуренсе, Нидерланды. Burin Minerals Ltd. (9 апреля 2009 г.).
  14. ^ Ван Альстайн, Р. Э. (1944). «Месторождения плавикового шпата Святого Лаврентия, Ньюфаундленд». Экономическая геология. 39 (2): 109. Дои:10.2113 / gsecongeo.39.2.109.
  15. ^ Стронг, Д. Ф .; Фрайер, Б. Дж .; Керрич, Р. (1984). «Происхождение месторождений плавикового шпата Святого Лаврентия, о чем свидетельствуют флюидные включения, редкоземельные элементы и изотопные данные». Экономическая геология. 79 (5): 1142. Дои:10.2113 / gsecongeo.79.5.1142.
  16. ^ [1]
  17. ^ CFI ищет новое место для морского порта в Сент-Лоуренсе, Нидерланды
  18. ^ Корбель, П., Новак, М. (2002) Полная энциклопедия минералов, Продажа книг, ISBN  0785815201.
  19. ^ Риквуд, П. С. (1981). «Самые большие кристаллы» (PDF). Американский минералог. 66: 885–907.
  20. ^ «Шахта Кальдовейро, Тамеза, Астурия, Испания». mindat.org.
  21. ^ Хилл, Грэм; Холман, Джон (2000). Химия в контексте. Нельсон Торнс. ISBN  0174482760.
  22. ^ Форд, Тревор Д. (1994). «Плавиковый шпат Голубой Джон». Геология сегодня. 10 (5): 186. Дои:10.1111 / j.1365-2451.1994.tb00422.x.
  23. ^ а б Стокс, Г. Г. (1852). «Об изменении преломляемости света». Философские труды Лондонского королевского общества. 142: 463–562. Дои:10.1098 / рстл.1852.0022.
  24. ^ Стокс, Г. Г. (1853). «Об изменении преломляемости света. № II». Философские труды Лондонского королевского общества. 143: 385–396, с. 387. Дои:10.1098 / рстл.1853.0016. JSTOR  108570. S2CID  186207789.
  25. ^ Прзибрам, К. (1935). «Флуоресценция флюорита и двухвалентного иона европия». Природа. 135 (3403): 100. Bibcode:1935Натура.135..100П. Дои:10.1038 / 135100a0. S2CID  4104586.
  26. ^ Маккивер, С. В. С. (1988). Термолюминесценция твердых тел.. Издательство Кембриджского университета. п. 9. ISBN  0-521-36811-1.
  27. ^ Aigueperse, Жан; Пол Моллар; Дидье Девилье; Мариус Чемла; Роберт Фарон; Рене Романо; Жан-Пьер Куэр (2005). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a11_307. ISBN  3527306730.
  28. ^ а б Миллер, М. Майкл. Плавиковый шпат, Ежегодник полезных ископаемых USGS 2009
  29. ^ "Кубок Кроуфорда". британский музей. Получено 20 декабря 2014.
  30. ^ «Интерактивная диаграмма Аббе». SCHOTT AG. 2019 г.. Получено 20 февраля, 2018.
  31. ^ Руттен, Харри; ван Венроой, Мартин (1988). Оценка и конструкция оптики телескопа. Willmann-Bell, Inc.
  32. ^ Лайман, Т. (1914). «Виктор Шуман». Астрофизический журнал. 38: 1–4. Bibcode:1914ApJ .... 39 .... 1л. Дои:10.1086/142050.
  33. ^ Каппер, Питер (2005). Объемный рост кристаллов электронных, оптических и оптоэлектронных материалов. Джон Уайли и сыновья. п. 339. ISBN  0-470-85142-2.
  34. ^ Rost, F. W. D .; Олдфилд, Рональд Джоуэтт (2000). Фотография с микроскопом. Издательство Кембриджского университета. п. 157. ISBN  0-521-77096-3.
  35. ^ Рэй, Сидней Ф. (1999). Научная фотография и прикладная визуализация. Focal Press. С. 387–388. ISBN  0-240-51323-1.
  36. ^ Первое прямое доказательство того, что элементарный фтор встречается в природе. Labspaces.net (06.07.2012). Проверено 5 августа 2013.
  37. ^ Холерс, Нил (1 июля 2012 г.) Наконец-то фтор обнаружен в природе | Мир химии. Rsc.org.

внешние ссылки