萤石：一种神奇的矿物

萤石：一种神奇的矿物

萤石（Fluorite）是一种常见的卤化物矿物，主要成分为氟化钙（CaF2）。它不仅具有绚丽的色彩和独特的晶体结构，还在多个工业领域发挥着重要作用。本文将从矿物特征、物理化学性质、致色机理、形成过程、分布与应用等多个方面，全面介绍这种神奇的矿物。

基本特征

萤石是一种常见的卤化物矿物，主要成分为氟化钙（CaF2），是提取氟的重要矿物。其中Ca含量为51.33%，F含量为48.67%。其中Ca可部分被稀士元素所置换，其含量之比为 TR:Ca=1:6。当稀士元素主要为Y时，特称为钇萤石，化学式为(Ca，Y)F2-3即当Y置换Ca时，为补偿晶体中电荷的不平衡，需要额外补充一个F。

晶系结构

萤石主要由氟化钙组成，具有空间群为Fm3m的立方晶体结构（a＝b＝c＝0.5463 nm，α＝β＝γ＝90°），钙原子与周围八个氟原子配位。相反，氟原子被四个钙原子包围，形成理想的四面体，其配位数分别为8和4。也可看成Ca成立方最紧密堆积，F离子占据所有四面体空隙。Ca－F键的长度为0.237 nm。

氟化钙的原子结构图

萤石在立方体面上有时出现镶嵌式花纹。萤石{111}面最易断裂，{110}面次之，{100}面较难断裂，因此{111}面完全解理。萤立方体晶面上常出现与棱平行的网格状条纹；集合体呈粒状、块状、纤维状、球状、土状等；

物理性质

光学性质

化学性质

萤石中常含杂质为钇、铈、硅、铝、铁、镁、铕、钐、氧、氯等；萤石可溶于硫酸，在加热后的氯化氢中可轻微溶解，微溶于水（水温为18℃时，0.000016克/立方厘米）。

致色机理

萤石颜色多样，是自然界中颜色最多的矿物，有绿、黄、紫、白、蓝、黑等多种颜色。萤石主要致色成因有三种：元素掺杂、晶体缺陷以及有机质的混入。

萤石

元素掺杂

由于 Ca离子半径（1.06 Å，1 Å＝0.1 nm）与稀土元素（REE）、铀离子（U）、钍离子（Th）的离子半径（1.06 ～0.848 Å、0.929 Å、0984 Å）相近，所以萤石中的 Ca极易被上述离子取代 。热发光萤石的稀土元素分析表明，绿色萤石的 Y、Ce、La、Nd、Dy、Gd 含量较高，而紫色萤石中这六种稀土元素含量较低 。萤石呈紫色是由于含有放射性元素U、Th、Ra 等导致的。

紫色萤石

晶体缺陷

萤石晶体缺陷产生的原因主要有四种：①放射性元素辐照；②Na、K进入晶格造成F空位；③变价杂质离子（稀土等）的氧化；④压力产生的晶格损伤。萤石与围岩中常含有 U 和 Th 等放射性元素，从而形成了放射场。萤石受到放射性元素辐照，形成晶体缺陷 ，促进胶体钙形成，导致萤石颜色加深。一 般萤石含 U、Th 越多，颜色也越深 。Na、K以类质同象方式进入萤石晶格中，增加萤石中稀土元素含量，有利于缺陷形成，从而影响热释光。稀土元素本身不是色素离子，但在热力和辐射条件下易发生电价变化、电子迁移和电荷转换，导致萤石对不同光波的选择吸收和透射。

有机质混入

演化程度较高的有机质以细小包裹体形式存在于萤石晶体中，导致萤石颜色变深。黑色萤石内部具有大量微小空洞，许多演化程度较高的无定形态有机质（沥青、固态烃类等）附着于洞壁，导致萤石颜色加深。

形成过程

萤石主要形成于热液作用，常为热液脉中的主要矿物，或作为金属矿石(尤其是铅和银)中的脉石矿物出现。热水流体，即热液是在地热增温、岩浆、构造作用及地幔热源作用下形成的。热液与火山喷发沉积等不断发生反应，从围岩中不断萃取F，形成含F热液，含F热液在热对流、沉积压实作用、矿物相变、构造运动等驱动力驱动下，与周围岩石中的Ca结合，形成氟化钙（CaF2），经过冷却结晶后就得到了萤石。

矿床分类

萤石的矿床工业类型可分为两种：

产于硅酸盐岩石中的萤石矿床

如花岗岩、流纹岩、页岩及砂岩等，主要共生矿物为石英、其次含少量方解石、重晶石、方铅矿及闪锌矿等。

产于石灰岩中的萤石矿床

主要共生矿物有方解石、重晶石及各种金属硫化物、如闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黄铁矿等。

此外萤石亦可产于沉积岩中，常和石膏、硬石膏、方解石、白云石等共生。偶尔也作为次生矿物见于矿床氧化带。

分布区域

萤石主要分布于美国、哥伦比亚、加拿大、英国、纳米比亚，以及奥地利、瑞士、意大利、德国、捷克和斯洛伐克、原苏联、澳大利亚、南非、泰国等地。例如，美国的伊利诺斯州、肯塔基州等就产紫、紫罗兰、蓝、黄、褐等色及无色透明萤石，新罕布什尔州和纽约州产鲜绿色萤石，哥伦比亚产绿色等色的萤石。加拿大安大略产无色透明萤石晶体。英国康瓦尔产白、蓝、紫罗兰、淡红褐等色萤石。纳米比亚产祖母绿色萤石。中国各个省区几乎都找到了萤石资源，其中宝石级萤石主要分布于浙江、安徽、江西、福建、河南、湖北、湖南、广西、四川、贵州、青海、新疆等地。

主要用途

萤石是氟化学工业重要的基础原料，广泛应用于冶金、炼铝、玻璃、陶瓷、水泥、化学、光学等领域，其产品氢氟酸及氟树脂、氟橡胶、氟涂料、含氟精细化学品等在航空航天、医药、电子电力、军事工业等多个领域发挥着关键作用。

不同品位的萤石精矿有不同用途，例如酸级萤石（特级品）是氟化工行业所必需的原料，可与硫酸在一定条件下反应生成氢氟酸；较低品位块矿萤石主要应用在冶金工业，能提高熔融液流动性，同时降低熔点及燃耗，且能够有效脱除 P、S。同时金属的强度及可锻性能得到增强。

萤石在建材工业中的应用主要是充当水泥生产过程中的矿化剂，起到降低烧结温度、节能降耗的作用。

由于萤石是光性均质体，对红外线及紫外线有较好的透过性。因此，萤石是制造复消色差透镜（光学物镜、辐射紫外线及红外线的材料等）的理想光学材料。

由于萤石的颜色多种，和特殊的文化属性，人们利用萤石制造出精美工艺品。从技法上分，有浮雕、镂空雕和圆雕，从工艺上分，有雕刻件、车件、抛光件、球体件、原生态晶体件以及标本件、组合件等八大件。

萤石翡翠宝石银手镯

鉴别方法

萤石的晶体结构存在“空洞”，很容易被其他离子填充，所以在自然界中，无色透明的纯净萤石极其稀少。这种结构缺陷，同时也让萤石成为颜色最丰富的石头，因为含有铁、镁、铜等显色离子，萤石几乎可以呈现任何一种颜色。

萤石可以进行改色加工，加热处理在萤石中较为常见，通过加热可使暗蓝至黑色萤石变成蓝色。一般来说，这种加热处理的萤石很难鉴别，其颜色在300℃以下的环境中是稳定的。 在萤石加工过程中，还会经常充填塑料或树脂，其主要目的是愈合表面裂隙，使其在加工或佩戴时不产生裂隙。经充填处理的萤石的鉴定主要有以下几个方面：

• 放大检查缝隙
• 热针测试可熔树脂和塑料
• 紫外荧光观察，充填的塑料和树脂可有特征荧光
• 辐照处理：无色的萤石通过辐照可产生紫色。辐照处理的萤石极不稳定，遇光就会褪色，因此这种处理方法不具实用价值。

历史文化

早在新石器时代，中国长江流域下游以南的河姆渡人就曾选用萤石作装饰品了，距今已有近7000年的悠久历史。

英国曾盛产萤石——主要产于德比郡卡斯尔顿欧丁露天矿场——“蓝色约翰”特定的矿床，最早由古罗马人开采，大量用于雕刻制作酒杯使用。18世纪初约翰·柯克和约瑟夫·霍尔采萤石矿时，偶然发现古罗马时代的古矿井，所采萤石主要用于制作时尚花瓶（如英国自然历史博物馆珍藏的18世纪中期制作的“蓝色约翰”花瓶）、珠宝首饰及其他装饰品，时至今日仍然如此。

15世纪时，在古欧洲，萤石才拥有了自己的名字Fluorspar。1529年，德国矿物学家阿格里科拉在他的著作中首次提到萤石具有优良的性能；1556年阿格里科拉发现萤石具有低熔点（1360℃）的特性而能用作“助熔剂”；1771年，瑞典化学家杜勒将萤石与硫酸反应制成了氢氟酸（HF）；1886年，法国化学家莫桑首次从萤石中分离出气态氟元素并定名为氟化钙（CaF₂）。萤石因在近代工业中起到了巨大的推动作用被载入史册。