鋯英石
鋯英石
鋯英石（Zircon Products）為天然礦物質，用於耐火材料（稱為鋯酸鹽火磚、如鋯鋼玉磚等），鑄型用砂（精型用砂（精密鑄件砂型），陶瓷及搪瓷器具，此外也用於金屬（海綿鋯）、合金、玻璃以及化合物（二氧化鋯、氯氧化鋯、鋯酸鈉、氟鋯酸鉀、硫酸鋯等）。
目錄
基本信息
概述
鋯英砂（鋯英石）多與鈦鐵礦、金紅石、獨居石、磷釔礦等共生于海濱砂中，經水選、電選、磁選等選礦工藝分選後而得到。其理論為：:67.1%；:32.9%。純淨的鋯英砂為無色透明的晶體，常因產地不同、含雜質的種類與數量不同而染成黃、橙、紅、褐等色，硬度7.8，比重4.6－4.71，折射率1.93－2.01，熔點為2550℃。鋯英石用於耐火材料（稱鋯質耐火材料，如鋯剛玉磚，鋯質耐火纖維），鑄造行業鑄型用砂（精密鑄件型砂），精密搪瓷器具，此外也用於玻璃、金屬（海綿鋯）以及鋯化合物（二氧化鋯、氯氧化鋯、鋯酸鈉、氟鋯酸鉀、硫酸鋯等）的生產中。
鋯英石特徵：一般晶形較好，成正方形短柱狀，少數呈長柱狀晶體、雙錐晶體，也有簡單的柱狀及複雜的柱狀和不規則之粒狀等，顏色為白色、淡黃色、黃色、粉紅色，以白色透明居多，條痕無色、金屬光澤，半透明，大部分在熒光燈下發黃光，部分不發光。
化學成分
硅酸鋯；化學組成為Zr[SiO?]，晶體屬四方晶系的島狀結構硅酸鹽礦物。晶體呈短柱狀，通常為四方柱、四方雙錐或復四方雙錐的聚形。鋯石顏色多樣，有無色、紫紅、金黃色、淡黃色、石榴紅、橄欖綠，香檳，粉紅，紫藍，蘋果綠等，一般有無色、藍色和紅色品種。色散高，有金剛光澤。無解理。摩氏硬度7.5-8，比重大，達4.4-4.8。
晶體化學
理論組成(wB%)：ZrO?67.1，SiO2 32.9。有時含有MnO、CaO、MgO、Fe2O3、Al?O3、TR2O3、ThO2、U3O8、TiO2、P2O5、Nb2O5、Ta2O5、H2O等混入物。H2O、TR2O3、U3O8、(Nb,Ta)2O5、P2O5、HfO2等雜質含量較高，而ZrO2、SiO2含量相應較低時，其物理性質也發生變化，硬度和相對密度降低，且常變為非晶態。因而形成多種變種：山口石，TR2O3 10.93%，P2O5 17.7%；大山石，TR2O3 5.3%，P2O5 7.6%；苗木石，TR2O3 9.12%，(Nb,Ta)2O5 7.69%，含U、Th較高；曲晶石，含較高TR2O3、U3O8，因晶面彎曲而故名；水鋯石，含H2O 3~10%；鈹鋯石，BeO 14.37%，HfO2 6.0%；富鉿鋯石，HfO2 可達24.0%。[1]
結構與形態
鋯石在各種火成岩中作為副礦物產出。在鹼性岩和鹼性偉晶岩中可富集成礦，著名的產地有挪威南部和俄羅斯烏拉爾。鋯石也常富集於砂礦中。世界上重要的寶石級的鋯石產於老撾、柬埔寨、緬甸、泰國等地。中國東部的鹼性玄武岩中也有寶石級的鋯石。鋯石是提取鋯和鉿的最重要的礦物原料，也用於國防和航天工業。
鋯石是硅酸鹽類礦物，按其物理性質和化學成份可分為高型和低型兩個變種。結晶完整的晶體多為「高型」；晶體極差或無晶者為「低型」。也有分為高、中、低三種的。但就寶石價值來說，高型鋯石價值較高。
鋯石是天然寶石中折射率僅次於鑽石、色散值很高的寶石，無色透明的鋯石酷似鑽石，是鑽石很好的代用品。常用的鋯石多呈無色、紅褐色、褐紅色、綠色等。但最流行的顏色是藍色和無色兩種，其中以藍色價值較高，且一般都經過人工熱處理。市場上的許多鋯石，都是經過熱處理之後再拿出來銷售。這是因為處理後的寶石比原來的寶石更漂亮、更好銷。
鋯石的晶體屬四方晶系，a0=0.662nm，c0=0.602nm；Z=4。結構中Zr與Si沿c軸相間排列成四方體心晶胞。晶體結構可視為由[SiO4]四面體和[ZrO8]三角十二面體聯結而成。[ZrO8]三角十二面體在b軸方向以共棱方式緊密連接。
復四方雙錐晶類，D4h-4/mmm（L44L25PC）。晶體呈四方雙錐狀、柱狀、板狀，且形態與成分密切有關。主要單形：四方柱m、a，四方雙錐p、u，復四方雙錐x。可依成膝狀雙晶。可與磷釔礦成規則連生。
理化性能
無色、淡黃、紫紅、淡紅、藍、綠、煙灰色等。玻璃至金剛光澤，斷口油脂光澤。透明到半透明。硬度7.5~8。相對密度4.4~4.8。因常具有放射性而引起自身的非晶化，透明度、光澤、密度、硬度均下降。
X射線照射下發黃色，陰極射線下發弱的黃色光，紫外線下發明亮的橙黃色光。
偏光鏡下
無色至淡黃色，色散強，折射率大。No=1.91~1.96，Ne=1.957~2.04。均質體折射率降低，N=1.60~1.83。
熔點2340~2550℃。氧化條件下，在1300~1500℃穩定；1550~1750℃分解，生成ZrO2 SiO2。線性熱膨脹係數5.0?10-6/℃（200~1000℃），且耐熱震動，穩定性良好。高溫下不與CaO、SiO2、C、Al2O3等反應，抗渣蝕能力強，不粘鋼水。
鋯石按它的結晶程度分為高型（四方晶系，受輻射少或無，晶格沒有或很少發生變化的鋯石），低型（有多種非晶質混合物組成，結晶程度低，晶格變化大），中型（介於高和低之間），硬度由低型到高型發生變化，低型可低至6，高型可高至7.5，密度也一樣從低型到高型逐漸變大，範圍為3.90~4.73，鋯石無解理，斷口呈貝殼狀，鋯石較脆，常見邊角有破損，稱為紙蝕效應。有的鋯石也可具貓眼或星光效應，只是比較罕見。
產狀
鋯英石的產狀幾乎全部都是來自火成岩的副礦物，形成於霞石正常石和鹼性體晶岩中，經風化破壞及雨水搬運到河灘或海灘上。由於鋯英石的密度較大，和鐵砂、金紅石、獨居石及石榴石等一起堆積成砂積礦床。砂積礦床中含鋯英石量一般在30%以下，需進行選礦，常用的選礦方法按礦物的密度不同，首先用搖床除去石英砂;用弱磁選機將鈦鐵礦與石榴石分離出去，再用強磁選機分離出獨居石，最後用浮選法除去金紅石，而得到含鋯英石在95%以上的精礦。[2]
成因類型
鋯英石礦床按其成因可分為脈礦和砂礦兩種類型。具有工業開採價值的鋯英石礦床以砂礦礦床為主。有沖積砂礦、殘積砂礦、濱海砂礦，其中海濱砂礦具有工業開採價值。這些砂礦礦床形成決定了其礦石類型。[3]
合成方法
選礦方法需重、磁、浮、電等方法聯合使用。如果沒有選擇性高的特殊藥劑，單一的浮選方法很難獲得合乎工業要求的精礦產品。
（1） 重選法鋯英石多賦存在鈦鐵礦中，並往往伴生有赤鐵礦、鉻鐵礦以及石榴石等重礦物，因此富集鋯英石在最初階段往往採用重選法，如用搖床先將重礦物與脈石(石英、長石、黑雲母)等分開，然後再用其他選礦手段與其他重礦物分離。
（2） 浮選方法浮選常用的捕收劑為脂肪酸類，如油酸、油酸鈉；礦漿調節劑以蘇打為主，pH=7～8；抑制劑為硅酸鈉；活化劑為硫化鈉和重金屬鹽類如氯化鋯，氯化鐵，也有用草酸調節礦漿至酸性，用胺類或胺類衍生物作捕收劑。
（3） 電選法電選法是利用礦物導電性差異將鈦鐵礦、赤鐵礦、鉻鐵礦、錫石、金紅石等導電礦物與鋯英石、獨居石、石榴石、磷灰石等非導電礦物分離。電選前應預先脫泥分級，烘乾加熱及加藥處理。
（4） 磁選法重礦物中磁性礦物有鈦鐵礦、赤鐵礦、鉻鐵礦、石榴石、黑雲母、獨居石等；鋯英石為非磁性礦物或弱磁性礦物（某些礦床中鋯英石中含有鐵則為弱磁性）。磁選方法分乾式和濕式兩種。乾式磁選需將入選物料加熱乾燥、分級等預處理而後才能進行分選。而濕式強磁場磁選機其分選粒度較寬、粒度下限可達20μm，因此當鋯英石粒度細時採用濕式磁選機較為適宜。
鑑定特徵
鋯石在酸性和鹼性岩漿岩中廣泛分布，基性岩和中性岩中亦常產出。
四方短柱狀，四方雙錐狀。硬度大，金剛光澤。與金紅石的區分是硬度大，金紅石有完全解理。與錫石區別是鋯石的密度較小。與獨居石區別是鋯石具四方柱狀晶形，且硬度較大。
鋯石主要鑑定特徵有：高折射率、強光澤、高雙折射率、高密度、高色散和典型的光譜特徵等。
由於鋯石色彩豐富，而且顏色深淺程度變化較大，因此，鋯石可與任何顏色、透明度的寶石相混。最易於相混的寶石有鑽石、尖晶石、金綠寶石、藍寶石、紅寶石、石榴子石、鋯石寶石、托拍石等。
鋯石首飾十分精美，越來越多的新娘結婚的時候不會選擇點鑽做的首飾，而是選擇性價比更高的鋯石首飾，非常炫彩奪目。去海邊、日常佩戴這種首飾都是非常漂亮迷人！
佩戴注意事項
鋯石是常見的寶石用礦物，但是鋯石往往含有放射性元素，故而有些鋯石有放射性，特別是綠色的鋯石，最好不要作為首飾佩戴，這樣的鋯石很可能有放射性。而且如果是首飾用的鋯石，低型鋯石也是不能接受的，低型鋯石是由於放射性而晶體變為非晶體的鋯石，也是有放射性的。
鋯石的評價與選購。主要依據因素是顏色、淨度、切磨的款式和重量。鋯石的最為流行的顏色為無色和藍色，以藍色者價值較高。無色鋯石：是寶石級鋯石的最優質品種，因其色散度高，透明無色，常用做鑽石的代用品。藍色鋯石：是鋯石的優質品種，價值最高，以鮮艷的藍色，透明無暇和高的色散倍受人喜愛。鋯石性脆，硬度比鑽石低的多，當做飾品佩帶時必須小心。
處理
（一）熱處理
熱處理可以改變鋯石的顏色，也可以改變鋯石的類型。
1.改變顏色
不同產地的鋯石經熱處理會出現不同的顏色。
1、在還原的條件下進行熱處理可產生藍色或無色的鋯石。其中最重要的是越南紅褐色的鋯石原料，經熱處理後產生無色、藍色、金黃色，這是寶石首飾中最常見的品種。熱處理步驟如下：
首先樣品放在封閉的坩堝里（一般放1kg），放進爐子中，在減壓還原的條件下進行加熱900~1000°C，約可使30%的樣品達到寶石級。剩下70%顏色差但淨度好的藍色鋯石，再經進一步加熱可產生無色的鋯石。這一步熱處的目的是去除鋯石中的褐色色調，以產生無色的鋯石，同時產生白霧狀效果。
2、在氧化條件下進行熱處理，溫度達到900°C時可產生金黃色和無色的鋯石，有些樣品可呈紅色。上述熱處理兩個步驟下來仍未達到寶石級顏色的樣品也可以在這種氧化條件下熱處理成無色或金黃色的鋯石。
經熱處理可得到無色、藍色、黃色及橙紅色鋯石。但有些熱處理鋯石受到強烈日光照射或隨時間推移會部分甚至全部恢復原色。如藍色鋯石產生不悅目的綠藍色或褐藍色，這種部分恢復的鋯石有時放在有木炭的坩堝里，加熱至800~900°C，又可完全轉為藍色。此現象與因產地不同而導致的鋯石中雜質成分的差異有密切關係。
.改變類型
加熱至1450°C，持續長時間的熱處理可引起硅和鋯石重結晶，將低型的鋯石轉向高型的鋯石。經這種處理，低、中、高型的鋯石都能提高密度（可達4.7g/cm3），具有較高的折射率和清楚的吸收線，同時還可以提高透明度和明亮程度。熱處理引起的重結晶還可產生纖維狀微晶，形成貓眼。
經熱處理的鋯石表面或稜角處容易發生碎裂和小破坑。
（二）輻照處理
鋯石的輻照處理與熱處理結果是相反的逆變化過程。幾乎所有經熱處理得到的高型鋯石改變品經輻照處理（X射線、γ射線、高能電子等）都可以恢復熱處理前的顏色，甚至變深。天然產出的鋯石在輻照下也會發生變色，如無色鋯石在X射線照射下可變成深紅色、褐紅色或紫色、橘黃色；藍色鋯石在X射線輻照下可變成褐色—紅褐色。但這類輻照改色鋯石往往不穩定，在光照或加熱時很快恢復原狀。
工業用途
提取Zr、Hf的主要礦物原料。鋯石的主要工業用途如下：耐火材料;型砂材料;陶瓷原料；寶石原料。
鋯石極耐高溫，其熔點達2750。並耐酸腐蝕。世界上有80%的鋯石直接用於鑄造工業、陶瓷、玻璃工業以及製造耐火材料。少量的鋯石用於鐵合金、醫藥、油漆、製革、磨料、化工及核工業。極少量的鋯石用於冶煉金屬鋯。
含ZrO265～66%的鋯英石砂因其耐熔性(熔點2500℃以上)而直接用作鑄造廠鐵金屬的鑄型材料。鋯英石砂具有較低的熱膨脹性、較高的導熱性，而且較其他普通耐熔材料有較強的化學穩定性，因此優質鋯英石和其他各種粘合劑一起有良好的粘結性而用於鑄造業。鋯英石砂也用作玻璃窯的磚塊。而鋯英石砂和鋯英石粉與其他耐熔材料混合還有其他用途。
鋯英石和白雲石一起在高溫下反應生成二氧化鋯或鋯氧(ZrO2)。鋯氧也是一種優質耐熔材料，雖然其晶形隨溫度而變。穩定的鋯氧還含有少量的鎂、鈣、鈧或釔的氧化物，穩定的鋯氧熔點接近2700,它抗熱震，在一些冶金應用中比鋯英石反應差。穩定的鋯氧導熱性低，在工業鋯氧中，二氧化鉿作耐熔物使用是無害的。
金屬形式存在的鋯，主要用於化學工業和核反應堆工業，以及用於要求耐蝕、耐高溫、特殊熔合性能或吸收特殊中子的其他工業，在美國，鋯總消耗量中約有8%用於這些工業，而鉿金屬的唯一有意義的應用是用在軍艦的核反應堆。
鋯金屬用多段提煉法獲得。最初鋯英石在電爐中和焦炭反應產生碳氫化鋯，然後氯化生成四氯化鋯。鎂還原四氯化鋯法（Thekrollprocess）包括四氯化物的還原，它把鎂金屬放在一種惰性的氣體中，用來獲得海綿狀鋯金屬。可以用碘化物熱離解法精煉高純度鋯金屬，在這一過程中，依靠金屬和碘蒸氣在200℃的溫度下發生反應，並將易揮發的碘送往連接器中，使鋯成為易揮發碘的形態，從而與大多數雜質分離。大約在1300℃的溫度下，碘化物在加熱的燈絲上被分離。燈絲上附着高純度的鋯。釋放出來的碘從燈絲中轉移，這種產物稱為鋯晶棒。
發展
泰國、斯里蘭卡為鋯英石的主要產出國。斯里蘭卡以產各種顏色鋯英石著稱，泰國為寶石級鋯英石的主要來源地。其他產出國還有緬甸、法國、澳大利亞、坦桑尼亞等。我國也產寶石級鋯英石；海南蓬萊產紅色鋯英石；福建明溪產無色或白色鋯英石巨晶。
鋯英石的市場供應與鈦和其他礦物的產量密切相關，其他礦物生產的市場波動會對鋯英石的生產產生直接影響。因此要繼續研究和發現鋯的代用物。 鋯英石是一種在當今社會用途非常廣泛的一種資源，它是提取鋯和鉿的最重要礦物原料，也可以用於國防和航天工業。鋯英石儲量雖然比較豐富，但在我國乃至世界，存在着很多的對鋯英石不合理利用的情況，造成了資源的浪費。發展新技術、運用合理的操作技術等都是我們在鋯英石產業上應該想到的問題，應該解決的問題。
相關文化
在西方人看來，佩帶紅鋯石可以起到催眠作用，可以驅走瘟疫，戰勝邪惡。現今有些國家把鋯石和綠松石一起作為「十二月誕生石」，象徵成功和必勝。高型鋯石是岩漿早期結晶的礦物，不含放射性元素，對人體無害。世界上最著名的藍色鋯石，重208克拉，現珍藏於美國紐約自然歷史博物館。
相關視頻