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闪锌矿(英语:Sphalerite)是一种硫化物矿物,化学式为ZnS。[5]它是最重要的锌矿石。闪锌矿存在于多种矿床类型中,但主要存在于沉积喷流型、密西西比河谷型和块状硫化物矿床中。它与方铅矿、黄铜矿、黄铁矿(和其他硫化物)、方解石、白云石、石英、菱锰矿和萤石伴生。[6]
闪锌矿 | |
---|---|
基本资料 | |
类别 | 硫化物矿物 |
化学式 | ZnS |
IMA记号 | Sp[1] |
施特龙茨分类 | 2.CB.05a |
戴纳矿物分类 | 02.08.02.01 |
晶体分类 | 六面体 (43m) H-M记号:(4 3m) |
晶体空间群 | F43m (No. 216) |
晶胞 | a = 5.406 Å; Z = 4 |
性质 | |
颜色 | 浅至深棕色、红棕色、黄色、红色、绿色、浅蓝色、黑色和无色。 |
晶体惯态 | 自面体晶体——形成良好的晶体,表现出良好的外部形状。粒状——通常在基质中以自面体到半面体晶体的形式出现。 |
晶系 | 立方 |
双晶 | 简单的接触孪晶或复杂的层状形式,双轴[111] |
解理 | [011]完全解理 |
断口 | 参差状到贝壳状 |
莫氏硬度 | 3.5–4 |
光泽 | 金刚光泽,树脂光泽,油脂光泽 |
条痕 | 棕白色,淡黄色 |
透明性 | 透明到半透明,富含铁时不透明 |
比重 | 3.9–4.2 |
光学性质 | 各向同性 |
折射率 | nα = 2.369 |
其他特征 | 荧光和摩擦发光 |
参考文献 | [2][3][4] |
德国地质学家欧内斯特·弗里德里希·格洛克在1847年最早发现了闪锌矿,并根据希腊语sphaleros命名,意思是“欺骗”,因为这种矿物难以识别。[7]
闪锌矿以面心立方闪锌矿结构结晶,[9][10]这种结构以此矿物命名。该结构属于六面体晶体种类(空间群F43m)。在结构中,硫和锌(或铁离子)都占据了面心立方晶胞的点,两个晶格相互位移,而硫原子与它们呈四面体配位。反之亦然。[11]与闪锌矿相似的矿物包括闪锌矿族中的矿物,包括闪锌矿、碲汞矿、方硫镉矿、黑辰砂、方硒锌矿和灰硒汞矿。[12]这种结构与金刚石结构密切相关。[9]闪锌矿的六方晶型是纤锌矿。[12]纤锌矿是较高温度的多形体,在高于1,020 °C(1,870 °F)的温度下稳定。[13]闪锌矿晶体结构中硫化锌的晶格常数为0.541nm。[14]闪锌矿可被发现为假晶型,其晶体结构为方铅矿、黝铜矿、重晶石和方解石。[13][15]闪锌矿可以有尖晶石规则孪晶,其中孪晶轴为[111]。[12]
该材料可以被认为是二元端点ZnS和FeS之间的三元化合物,其成分为ZnxFe(1-x)S,其中x的范围可以从1(纯ZnS)到0.6。
所有天然闪锌矿都含有一定浓度的各种杂质,一般在晶格中取代锌的阳离子位置;最常见的阳离子杂质是镉、汞和锰,但镓、锗和铟也可能以相对较高的浓度存在(数百至数千ppm)。[16][17]镉可以替代高达1%的锌,而锰通常存在于具有铁丰度高的闪锌矿中。[12]阴离子位置的硫可以被硒和碲取代。[12]这些杂质的丰度受闪锌矿形成的条件控制;地层温度、压力、元素可用性和流体成分是重要的控制因素。[17]
闪锌矿具有完美的十二面体解理,有六个解理面。[9][18]在纯粹的形式中,它是一种半导体,但随着铁含量的增加而转变为导体。[19] 在矿物硬度的莫氏硬度范围内,它的硬度为3.5 - 4 。[20]
它可以通过完美的解理、独特的树脂光泽和深色品种的红棕色条纹与类似矿物区分开来。[21]
纯净的硫化锌是一种宽带隙半导体,带隙约为3.54电子伏特,这使得纯物质在可见光谱中是透明的。增加铁含量会使材料变得不透明,而各种杂质可以赋予晶体多种颜色。[20]在薄片中,闪锌矿呈现出非常高的正浮凸,呈无色至淡黄色或棕色,无多色性。[6]
根据杂质的不同,它会在紫外线下发出荧光。
闪锌矿的折射率(通过钠光测量,平均波长589.3 nm)从纯ZnS时的2.37到铁含量为40%时的2.50不等。[6]闪锌矿在交叉偏振光下是各向同性的,但如果闪锌矿与其多形体纤锌矿共生,则会发生双折射;双折射可以从0(0%纤锌矿)增加到0.022(100%纤锌矿)。[6][13]
闪锌矿是重要的锌矿石;大约95%的原生锌是从闪锌矿中提取的。[22]然而,由于其微量元素含量可变,闪锌矿也是其他几种金属的重要来源,例如替代锌的镉[23]、镓[24]、锗[25]、和铟[26]。这种矿石最初被矿工称为blende(来自德语blind或deceiving),因为它类似于方铅矿,但不产生铅。[21]
闪锌矿中的锌用于生产黄铜,这是一种铜与3 – 45%锌的合金。[18]黄铜物体的合金主要元素成分提供了证据,证明闪锌矿被伊斯兰用于生产黄铜,早在公元7世纪至16世纪之间的中世纪时代。[27] 在公元12世纪至13世纪(晋朝)中国北方的黄铜胶结过程中也可能使用了闪锌矿。[28]与黄铜类似,闪锌矿中的锌也可用于生产某些类型的青铜;青铜主要是铜与锡、锌、铅、镍、铁和砷等其他金属形成合金。[29]
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