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低温石曲的左形和右形的理想晶形
石英(quartz)

  化学成分为SiO2晶体属三方晶系的氧化物矿物,即低温石英(α -石英)。是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英(β-石英)。中国古代最早称石英为“水玉”。东汉末年的《神农本草经》中已称为石英,并按颜色将其分为6种,与现代对石英某些变种的划分完全吻合。在西方到中世纪才出现quartz一词。

目录

性质

  低温石英是 SiO2的所有同质多象中唯一在常温常压下稳定的变体。晶体有左形和右形之别(见图),较常呈带尖顶的六方柱状晶体(见彩图)产出,柱面上有横纹,而其类似于六方双锥状的尖顶实际上系由两个菱面体单形所组成。在人造晶体上常可出现底轴面,其晶面不平整,由许多波纹状小圆丘组成。双晶极为普遍,已知的双晶律多达20余种,其中以道芬律(Dauphine law)和巴西律 (Brazillaw)双晶最为常见。前者亦称电双晶, 由两个右形晶或两个左形晶以 c轴为双晶轴贯穿而成。当加热晶体使之转变为高温石英时,道芬双晶便消失,然后降温变回到低温石英时,如条件控制适当,可使双晶不再产生而成为单晶体。巴西律双晶亦称光双晶,由一个右形晶与一个左形晶以(11娛0)为双晶面贯穿而成。它不能通过加热使之消失。这两种双晶在外形上和在偏光显微镜下的岩石薄片观察中,均与单晶体极为相似,它们的存在对石英晶体的利用有严重影响,常须借助于对某些特殊现象的观察和腐蚀试验等来识别。石英的集合体通常呈粒状、块状及晶簇、晶腺等。

  纯净的石英无色透明,但大多因含微量色素离子或细分散包裹体,或因具有色心而呈各种颜色,并使透明度降低。玻璃光泽,断口常显油脂光泽。摩斯硬度 7。解理仅薄片中偶尔可见,断口贝壳状至次贝壳状。比重2.650。具强压电性和旋光性,其电轴和光轴分别平行于水平和直立结晶轴,但石英的“热电”效应实质上是由热应力引起的压电效应。由色心引起的颜色,如烟水晶的烟黄至黑色,紫水晶的紫色,当加热至230~260℃以上即退色,受高能射线辐照后则又重新呈色。色心的产生与晶体结构中微量的Al3+或Fe3+对Si4+的异价类质同象置换有关。无色的水晶也都含有微量的 Al3+,可因受辐照出现色心变为烟黑色。

变种

  石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而分为许多变种。

  显晶质变种主要有:水晶,无色透明。紫水晶,紫色,俗称紫晶。烟水晶,烟黄、烟褐至近于黑色,俗称茶晶、烟晶或墨晶。黄水晶,浅黄色透明。蔷薇石英,玫瑰红色,俗称芙蓉石。乳石英,乳白色。砂金石,因含赤铁矿或云母等细鳞片状包裹体而显斑点状闪光,俗称金星玛瑙或东陵石。此外,石英晶体常可含有金红石电气石或阳起石等的针状、发状包裹体,如晶体本身透明时,则俗称为鬃晶。

  隐晶质变种可分为两类。一类由纤维状微晶组成,包括:石髓(玉髓),半透明,蜡状光泽,因颜色不同还可细分,如光石髓、绿石髓、血石髓等。玛瑙,为胶体成因的细致密状石髓,常由不同颜色的条带或花纹相间分布而构成,亦有单色的,多呈青灰色,俗称胆青玛瑙;杂色玛瑙随颜色或花纹不同还可分为缟玛瑙(截子玛瑙)、缠丝玛瑙、苔纹玛瑙等。玛瑙都呈晶腺产出,中心常为显晶质的石英或空腔,若空腔中含有明显可见之液态包裹体的,俗称玛瑙水胆。虎眼石,俗称木变石,褐黄色,由石英交代纤维状的青石棉而成,当垂直纤维方向微微转动观察时,显现丝绢般闪光之移动光带的所谓活光,状似虎眼。另一类隐晶质变种由粒状微晶组成,常含其他矿物的混入物,不透明,具贝壳状至次贝壳状断口,主要有:燧石,灰至黑色,俗称火石。碧玉(碧石)因含氧化铁杂质而呈暗红色或绿黄、青绿等色。

产状

  石英是最重要的造岩矿物之一,在火成岩变质岩沉积岩中均有广泛分布,是花岗岩类岩石、片麻岩片岩砂岩、某些砾岩及砂的主要矿物成分,著名的南京雨花石即是雨花台砾石层中的玛瑙砾石和碧玉砾石。此外,石英也是大多数热液脉的主要脉石矿物。有些石英变种往往有特定的产状。如蔷薇石英几乎总是呈块状产于伟晶岩中;燧石通常呈结核或层状产于白垩层或灰岩、白云岩中;玛瑙为低温热液的胶体成因产物,主要产于基性喷出岩的孔洞中。具工业价值的水晶矿主要为热液型、伟晶岩型和残积、冲积成因。巴西是世界最著名的水晶出产国,曾产出一直径2.5米、高5米、重达40余吨的水晶晶体。

用途

  石英是人类最早认识和利用的矿物。在生活于距今约80万至60多万年间的蓝田猿人和北京猿人的化石层中,即发现有大量用乳石英、燧石及水晶等制作的石器。自石器时代之后直至大约19世纪,除燧石广泛用作火石取火外,石英主要只是一些晶莹丽润的变种被用于制作高级器皿、工艺美术品和宝石等,后期则还用水晶和烟水晶磨制眼镜镜片。在近代科学技术中,石英有着多方面的用途。无双晶、无瑕疵的水晶(不小于6×6×6毫米)是极重要的压电材料,用于制作石英谐振器和滤波器,它们有极高的频率稳定性,误差可小于10-9。无巴西律等双晶(但允许存在道芬律双晶)的无色水晶,还是重要的光学材料,它对光谱的红外和紫外部分也有良好的透明性,用以制作光谱棱镜、透镜及其他光学装置。除黄水晶、紫水晶、蔷薇石英、砂金石、虎眼石、玛瑙、石髓及鬃晶等仍作为宝石或工艺美术材料利用外,经加热部分退色的烟水晶,也充作黄水晶作宝石用;色泽差的玛瑙和石髓还用于制作研磨器具。较纯净的一般石英则大量用作玻璃原料、研磨材料、硅质耐火材料及瓷器配料等。此外,不纯的石英砂则是重要的建筑材料。水晶可以人工合成。人造水晶,晶体大的可重达数千克,具黄、棕、蓝、紫等色用作宝石的水晶也能人工合成。

高温石英

  石英的高温变体(见石英族矿物)。晶体通常呈六方双锥状,柱面不发育或缺失。接触双晶常见。主要作为斑晶产于酸性火山岩中。常温常压下均已转变为低温石英,但可保留高温石英的晶形。

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