Fluoryt - Fluorite
| Fluoryt | |
|---|---|
 Ciemnozielony wyizolowany kryształ fluorytu przypominający ścięty ośmiościan , osadzony na osnowie mikowej, z góry Erongo, region Erongo, Namibia (wymiary całkowite: 50 mm × 27 mm, wielkość kryształu: szerokość 19 mm, 30 g)
| |
| Ogólny | |
| Kategoria | Minerał halogenkowy |
|
Formuła (jednostka powtarzalna) |
CaF 2 |
| Klasyfikacja Strunza | 3.AB.25 |
| Kryształowy system | Izometryczny |
| Klasa kryształu | Sześciokąt (m 3 m) Symbol H–M : (4/m 3 2/m) ( cF12 ) |
| Grupa kosmiczna | F m 3 m (nr 225) |
| Komórka elementarna | a = 5,4626 Å; Z = 4 |
| Identyfikacja | |
| Kolor | Bezbarwne, chociaż próbki są często głęboko zabarwione z powodu zanieczyszczeń; Fioletowy, liliowy, złoto-żółty, zielony, niebieski, różowy, szampański, brązowy. |
| Kryształowy zwyczaj | Dobrze uformowane grube kryształy; również guzkowate, botryoidalne, rzadko kolumnowe lub włókniste; ziarnisty, masywny |
| Bliźniacze | Wspólne na {111}, przenikające się, spłaszczone |
| Łupliwość | Oktaedryczny, idealny {111}, rozstanie {011} |
| Pęknięcie | Podmuszlowa do nierównej |
| Wytrwałość | Kruchy |
| Twardość skali Mohsa | 4 (definiujący minerał) |
| Połysk | Szklisty |
| Pasemko | biały |
| Przezroczystość | Przezroczysty do półprzezroczystego |
| Środek ciężkości | 3,175–3,184; do 3,56, jeśli jest bogaty w pierwiastki ziem rzadkich |
| Właściwości optyczne | izotropowy; słaby anomalny anizotropizm |
| Współczynnik załamania światła | 1,433–1,448 |
| Topliwość | 3 |
| Rozpuszczalność | słabo rozpuszczalny w wodzie i w gorącym kwasie solnym |
| Inne cechy | Może być fluorescencyjny , fosforyzujący , termoluminescencyjny i/lub triboluminescencyjny |
| Bibliografia | |
Fluoryt (zwany również fluorytem ) jest mineralną formą fluorku wapnia , CaF 2 . Należy do minerałów halogenkowych . Krystalizuje w izometrycznym pokroju sześciennym , chociaż nierzadkie są formy oktaedryczne i bardziej złożone izometryczne.
Skala twardości Mohsa , w przeliczeniu na zarysowanie stosunku twardości określa wartość 4, jak fluoryt.
Czysty fluoryt jest przezroczysty, zarówno w świetle widzialnym, jak i ultrafioletowym, ale zanieczyszczenia zwykle sprawiają, że jest on barwnym minerałem, a kamień ma zastosowanie ozdobne i lapidarne . Przemysłowo fluoryt jest używany jako topnik do wytapiania oraz do produkcji niektórych szkieł i emalii. Najczystsze gatunki fluorytu są źródłem fluoru do produkcji kwasu fluorowodorowego , który jest pośrednim źródłem większości chemikaliów zawierających fluor . Optycznie przezroczyste soczewki fluorytowe mają niską dyspersję , dzięki czemu soczewki z nich wykonane wykazują mniejszą aberrację chromatyczną , co czyni je cennymi w mikroskopach i teleskopach. Optyka fluorytowa jest również przydatna w zakresie dalekiego ultrafioletu i średniej podczerwieni, gdzie konwencjonalne szkła są zbyt nieprzezroczyste, aby można je było używać.
Historia i etymologia
Słowo fluoryt pochodzi od łacińskiego czasownika fluere , oznaczającego płynąć . Mineralny stosuje się jako strumień w żelazo wytapiania w celu zmniejszenia lepkości w żużlu . Termin flux pochodzi od łacińskiego przymiotnika fluxus , który oznacza płynący, luźny, luźny . Fluoryt mineralny był pierwotnie określany jako fluorospar i został po raz pierwszy omówiony w druku w pracy Bermannvs sive de re metallica dialogus z 1530 r. [Bermannus; lub dialog o naturze metali] Georgiusa Agricoli , jako minerału znanego ze swej użyteczności jako topnika. Agricola, niemiecki naukowiec z doświadczeniem w filologii , górnictwie i hutnictwie, nazwany fluorytu jako neo-latynizacji z niemieckiego Flussspat z Fluss ( strumień , rzeka ) i splunął (oznacza niemetaliczny minerału podobnego do gipsu , spærstān, polowania kamienia , odnosząc do jego krystalicznych projekcji).
W 1852 r. fluoryt nadał nazwę zjawisku fluorescencji , które jest widoczne we fluorytach pochodzących z pewnych miejsc, ze względu na pewne zanieczyszczenia w krysztale. Fluoryt nadał również nazwę jego pierwiastkowi składowemu, jakim jest fluor . Obecnie słowo „fluorspar” jest najczęściej używane dla fluorytu jako towaru przemysłowego i chemicznego, podczas gdy „fluoryt” jest używany mineralogicznie i w większości innych znaczeń.
W kontekście archeologii, gemmologii, studiów klasycznych i egiptologii łacińskie terminy murrina i myrrhina odnoszą się do fluorytu. W książce 37 jego Naturalis Historia , Pliniusz Starszy opisuje go jako cenny kamień z fioletowym i białym mottlingu, którego przedmioty rzeźbione z niego, nagroda Rzymianie.
Struktura
Fluoryt krystalizuje w sześcienny motyw. Bliźniacze kryształy są powszechne i zwiększają złożoność zaobserwowanych nawyków kryształów . Fluoryt ma cztery doskonałe płaszczyzny rozszczepienia, które pomagają w tworzeniu fragmentów oktaedrycznych. Motyw strukturalny przyjęty przez fluoryt jest tak powszechny, że motyw ten nazywa się strukturą fluorytu . Substytucja pierwiastkiem kationu wapnia często obejmuje stront i pewne pierwiastki ziem rzadkich (REE), takie jak itr i cer.
Występowanie i wydobycie
Fluoryt tworzy się jako późno krystalizujący minerał w felsowych skałach magmowych, zazwyczaj w wyniku aktywności hydrotermalnej. Jest szczególnie powszechny w pegmatytach granitowych. Może występować jako osad żylny powstały w wyniku aktywności hydrotermalnej , szczególnie w wapieniach. W takich złożach żył może być związany z galeną , sfalerytem , barytem , kwarcem i kalcytem . Fluoryt można również znaleźć jako składnik skał osadowych w postaci ziaren lub jako materiał cementujący w piaskowcu.
Światowe zasoby fluorytu szacowane są na 230 mln ton (Mt), przy czym największe złoża znajdują się w Afryce Południowej (ok. 41 mln ton), Meksyku (32 mln ton) i Chinach (24 mln ton). Chiny przodują w światowej produkcji z około 3 mln ton rocznie (w 2010 r.), następnie Meksyk (1,0 mln ton), Mongolia (0,45 mln ton), Rosja (0,22 mln ton), RPA (0,13 mln ton), Hiszpania (0,12 mln ton) i Namibia (0,11 mln ton).
Jedno z największych złóż fluorytu w Ameryce Północnej znajduje się na Półwyspie Burin , Nowa Fundlandia , Kanada. Pierwsze oficjalne rozpoznanie fluorytu na tym obszarze odnotował geolog JB Jukes w 1843 r. Zauważył on występowanie „galeny”, czyli rudy ołowiu i fluorku wapna po zachodniej stronie portu św. Wawrzyńca. Odnotowano, że zainteresowanie komercyjnym wydobyciem fluorytu rozpoczęło się w 1928 roku, kiedy pierwsza ruda została wydobyta w 1933 roku. Ostatecznie w kopalni Iron Springs szyby osiągnęły głębokość 970 stóp (300 m). W rejonie St. Lawrence żyły utrzymują się na dużych długościach, a kilka z nich ma szerokie soczewki. Obszar z żyłami o znanej urabialnej wielkości obejmuje około 60 mil kwadratowych (160 km 2 ). W 2018 r. Canada Fluorspar Inc. ponownie rozpoczęła produkcję górniczą w St. Lawrence; na wiosnę 2019 roku firma planowała zbudować nowy port wysyłkowy po zachodniej stronie Półwyspu Burin jako bardziej przystępny sposób przeniesienia swojego produktu na rynki i z powodzeniem wysłała pierwszy ładunek rudy z nowego portu 31 lipca, 2021. To pierwszy od 30 lat transport rudy bezpośrednio z St. Lawrence.
Kryształy sześcienne o średnicy do 20 cm znaleziono w Dalnegorsku w Rosji. Największy udokumentowany pojedynczy kryształ fluorytu miał sześcian o wielkości 2,12 metra i wadze około 16 ton. Fluoryt występuje również w kopalniach w Caldoveiro szczyt , w Asturii , Hiszpania .
„Niebieski John”
Jeden z najbardziej znanych ze starszych znanych miejscowościach fluorytu jest Castleton w Derbyshire , Anglia , gdzie pod nazwą „Niebieski Derbyshire John”, fioletowo-niebieski fluoryt ekstrahowano z kilku kopalń i jaskiń. W XIX wieku ten atrakcyjny fluoryt był wydobywany ze względu na jego wartość ozdobną. Minerał Blue John jest obecnie rzadki, a każdego roku wydobywa się tylko kilkaset kilogramów do celów ozdobnych i lapidarnych . Wydobycie nadal odbywa się w Blue John Cavern i Treak Cliff Cavern .
Niedawno odkryte złoża w Chinach wytworzyły fluoryt o barwie i prążkowaniu podobnym do klasycznego kamienia Blue John.
Fluorescencja
George Gabriel Stokes nazwał zjawisko fluorescencji od fluorytu w 1852 roku.
Wiele próbek fluorytu wykazuje fluorescencję w świetle ultrafioletowym , właściwość, która bierze swoją nazwę od fluorytu. Wiele minerałów, a także innych substancji, fluoryzuje. Fluorescencja polega na podnoszeniu poziomów energii elektronów przez kwanty światła ultrafioletowego, po którym następuje stopniowy powrót elektronów do poprzedniego stanu energetycznego, uwalniając w tym procesie kwanty światła widzialnego. We fluorycie emitowane światło widzialne jest najczęściej niebieskie, ale występują również czerwone, fioletowe, żółte, zielone i białe. Fluorescencja fluorytu może być spowodowana zanieczyszczeniami mineralnymi, takimi jak itr i iterb , lub materią organiczną, taką jak lotne węglowodory w sieci krystalicznej. W szczególności niebieska fluorescencja obserwowana w fluorytach z niektórych części Wielkiej Brytanii, odpowiedzialna za nazwanie samego zjawiska fluorescencji, została przypisana obecności w krysztale wtrąceń dwuwartościowego europu . Zaobserwowano również, że próbki naturalne zawierające zanieczyszczenia ziem rzadkich, takie jak erb, wykazują fluorescencję w górę , w której światło podczerwone stymuluje emisję światła widzialnego, zjawisko zwykle zgłaszane tylko w materiałach syntetycznych.
Jedną z fluorescencyjnych odmian fluorytu jest chlorofan , który ma kolor czerwonawy lub fioletowy i fluoryzuje jasno szmaragdowo zielony po podgrzaniu ( termoluminescencja ) lub po oświetleniu światłem ultrafioletowym.
Barwa światła widzialnego emitowanego podczas fluoryzowania próbki fluorytu zależy od miejsca pobrania oryginalnej próbki; różne zanieczyszczenia zawarte w sieci krystalicznej w różnych miejscach. Nie wszystkie fluoryty fluoryzują równie jasno, nawet z tego samego miejsca. Dlatego światło ultrafioletowe nie jest niezawodnym narzędziem do identyfikacji próbek ani do ilościowego określania minerału w mieszaninach. Na przykład, wśród brytyjskich fluorytów, te z Northumberland , County Durham i wschodniej Cumbrii są najbardziej konsekwentnie fluorescencyjne, podczas gdy fluoryty z Yorkshire , Derbyshire i Cornwall , jeśli w ogóle fluoryzują, są na ogół tylko słabo fluorescencyjne.
Fluoryt wykazuje również właściwość termoluminescencji .
Kolor
Fluoryt jest allochromatyczny, co oznacza, że może być zabarwiony zanieczyszczeniami pierwiastkowymi. Fluoryt występuje w szerokiej gamie kolorów i w konsekwencji został nazwany „najbardziej kolorowym minerałem na świecie”. Każdy kolor tęczy w różnych odcieniach jest reprezentowany przez próbki fluorytu wraz z białymi, czarnymi i przezroczystymi kryształami. Najczęstsze kolory to fioletowy, niebieski, zielony, żółty lub bezbarwny. Mniej powszechne są różowe, czerwone, białe, brązowe i czarne. Powszechnie występuje podział na strefy lub pasy kolorów. Kolor fluorytu zależy od czynników, takich jak zanieczyszczenia, narażenie na promieniowanie i brak pustych przestrzeni w centrach barwnych .
Pastelowy zielony kryształ fluorytu na galenie
Złotożółty z nutami fioletowego fluorytu
Wolnostojący fioletowy klaster fluorytu między dwoma kwarcami
Fluoryt w kolorze od jasnego do ciemnego burgunda
Przezroczysty fluoryt w kolorze turkusowym z fioletowymi refleksami
Trawiastozielone ośmiościany fluorytu skupione na matrycy bogatej w kwarc
Zastosowania
Źródło fluoru i fluoru
Fluoryt jest głównym źródłem fluorowodoru , towarowej substancji chemicznej używanej do produkcji szerokiej gamy materiałów. Fluorowodór jest uwalniany z minerału przez działanie stężonego kwasu siarkowego :
Powstały HF jest przekształcany w fluor, fluorowęglowodory i różne materiały fluorkowe. Pod koniec lat 90. wydobywano rocznie pięć miliardów kilogramów.
Istnieją trzy główne typy przemysłowego wykorzystania naturalnego fluorytu, powszechnie określanego w tych branżach jako „fluorspar”, odpowiadające różnym stopniom czystości. Fluoryt klasy metalurgicznej (60–85% CaF 2 ), najniższy z trzech gatunków, był tradycyjnie używany jako topnik do obniżania temperatury topnienia surowców w produkcji stali w celu ułatwienia usuwania zanieczyszczeń, a później w produkcji aluminium . Fluoryt ceramiczny (85–95% CaF 2 ) jest używany do produkcji szkła opalizującego , emalii i przyborów kuchennych. Najwyższy stopień „stopień fluoryt kwasem” (97% lub więcej CaF 2 ), stanowi około 95% zużycia fluorytu w USA, gdzie jest on stosowany, aby fluorowodór i kwasu fluorowodorowego w reakcji fluoryt z kwasem siarkowym .
Na arenie międzynarodowej fluoryt kwasowy jest również używany do produkcji AlF 3 i kriolitu (Na 3 AlF 6 ), które są głównymi związkami fluoru stosowanymi w wytopie aluminium. Tlenek glinu rozpuszcza się w kąpieli, która składa się głównie ze stopionego Na 3 AlF 6 , AlF 3 i fluorytu (CaF 2 ), aby umożliwić elektrolityczne odzyskiwanie aluminium. Straty fluor zastąpiono całkowicie przez dodanie alf 3 , z których większość reakcji z nadmiarem sodu z tlenku glinu, z wytworzeniem Na 3 alf 6 .
Zastosowania niszowe
Zastosowania lapidarne
Naturalny minerał fluorytowy ma zastosowanie ozdobne i lapidarne . Fluoryt może być wiercony w koralikach i używany w jubilerstwie, chociaż ze względu na względną miękkość nie jest powszechnie stosowany jako kamień półszlachetny. Wykorzystywany jest również do rzeźbień ozdobnych, przy czym fachowe rzeźby wykorzystują podział na strefy kamienia.
Optyka
W laboratorium fluorek wapnia jest powszechnie stosowany jako materiał okienkowy zarówno dla długości fal podczerwonych, jak i ultrafioletowych , ponieważ jest przezroczysty w tych obszarach (od około 0,15 µm do 9 µm) i wykazuje niezwykle małą zmianę współczynnika załamania wraz z długością fali. Ponadto materiał jest atakowany przez kilka odczynników. Przy długościach fal tak krótkich jak 157 nm, powszechnie stosowanej w produkcji półprzewodników do litografii układów scalonych , współczynnik załamania fluorku wapnia wykazuje pewną nieliniowość przy wysokich gęstościach mocy, co hamuje jego wykorzystanie w tym celu. Na początku XXI wieku rynek stepperów fluorku wapnia załamał się, a wiele dużych zakładów produkcyjnych zostało zamkniętych. Canon i inni producenci zastosowali w soczewkach syntetycznie wyhodowane kryształy fluorku wapnia, aby wspomóc projektowanie apochromatyczne i zmniejszyć rozproszenie światła . To zastosowanie zostało w dużej mierze zastąpione przez nowsze okulary i projektowanie wspomagane komputerowo. Jako materiał optyczny na podczerwień fluorek wapnia jest powszechnie dostępny i czasami znany pod nazwą handlową Eastman Kodak „Irtran-3”, chociaż to oznaczenie jest przestarzałe.
Fluorytu nie należy mylić ze szkłem fluoro-korona (lub koroną fluorową), rodzajem szkła niskodyspersyjnego, które ma specjalne właściwości optyczne zbliżone do fluorytu. Prawdziwy fluoryt nie jest szkłem, ale materiałem krystalicznym. Soczewki lub grupy optyczne wykonane przy użyciu tego szkła o niskiej dyspersji jako jednego lub więcej elementów wykazują mniejszą aberrację chromatyczną niż te wykorzystujące konwencjonalne, tańsze elementy ze szkła koronowego i szkła flintowego do tworzenia soczewek achromatycznych . Grupy optyczne wykorzystują kombinację różnych rodzajów szkła; każdy rodzaj szkła załamuje światło w inny sposób. Stosując kombinacje różnych rodzajów szkła, producenci soczewek są w stanie wyeliminować lub znacznie zredukować niepożądane właściwości; najważniejsza jest aberracja chromatyczna. Najlepsze z takich konstrukcji soczewek są często nazywane apochromatycznymi (patrz wyżej). Szkło fluoro-koronowe (takie jak Schott FK51) zwykle w połączeniu z odpowiednim szkłem „flint” (takim jak Schott KzFSN 2) może zapewnić bardzo wysoką wydajność w obiektywach do teleskopów, a także obiektywach mikroskopów i teleobiektywach do aparatów. Pierwiastki fluorytowe są podobnie sparowane z komplementarnymi pierwiastkami „krzemiennymi” (takimi jak Schott LaK 10). Właściwości refrakcyjne fluorytu i niektórych elementów krzemiennych zapewniają niższą i bardziej równomierną dyspersję w widmie światła widzialnego, dzięki czemu kolory są bardziej skupione. Soczewki wykonane z fluorytu są lepsze od soczewek opartych na fluoro-koronie, przynajmniej w przypadku obiektywów do teleskopów dublet; ale są trudniejsze w produkcji i droższe.
Zastosowanie fluorytu w pryzmatach i soczewkach zostało zbadane i promowane przez Victora Schumanna pod koniec XIX wieku. Naturalnie występujące kryształy fluorytu bez defektów optycznych były wystarczająco duże, aby wytworzyć obiektywy mikroskopu.
Wraz z pojawieniem się syntetycznie hodowanych kryształów fluorytu w latach 50. i 60. XX wieku można go było używać zamiast szkła w niektórych wysokiej jakości elementach optycznych teleskopów i obiektywów aparatu . W teleskopach elementy fluorytowe umożliwiają uzyskanie wysokiej rozdzielczości obrazów obiektów astronomicznych przy dużych powiększeniach . Canon Inc . produkuje syntetyczne kryształy fluorytu , które są wykorzystywane w ich lepszych teleobiektywach . Stosowanie fluorytu w soczewkach teleskopowych spadło od lat 90. XX wieku, ponieważ nowsze konstrukcje wykorzystujące szkło fluoro-koronowe, w tym trójki, oferowały porównywalną wydajność przy niższych cenach. Fluoryt i różne kombinacje związków fluoru można przekształcić w kryształy syntetyczne, które mają zastosowanie w laserach i specjalnej optyce dla UV i podczerwieni.
Narzędzia do naświetlania dla przemysłu półprzewodników wykorzystują elementy optyczne z fluorytu dla światła ultrafioletowego o długości fali około 157 nanometrów . Fluoryt ma wyjątkowo wysoką przezroczystość na tej długości fali. Soczewki obiektywów fluorytowych są produkowane przez większe firmy mikroskopowe (Nikon, Olympus , Carl Zeiss i Leica). Ich przepuszczalność dla światła ultrafioletowego umożliwia ich zastosowanie w mikroskopii fluorescencyjnej . Fluoryt służy również do korygowania aberracji optycznych w tych soczewkach. Nikon wcześniej wyprodukował co najmniej jeden obiektyw aparatu z fluorytem i syntetycznym elementem kwarcowym (105 mm f/4,5 UV) do tworzenia obrazów w ultrafiolecie . Konica wyprodukowała soczewkę fluorytową do swoich lustrzanek – Hexanon 300 mm f/6,3.
Obrazy
Kryształy fluorytu na wystawie w Cullen Hall of Gems and Minerals, Houston Museum of Natural Science
Fluoryt i sfaleryt z kopalni Elmwood, hrabstwo Smith, Tennessee, USA
Przezroczysta kula botryoidalnego fluorytu osadzona na krysztale kalcytu
Fluoryt z barytem, z kopalni Berbes, obszar górniczy Berbes, Ribadesella, Asturia, Hiszpania
Fluoryt z kopalni Diana Maria, Weardale, Anglia, Wielka Brytania
Fluoryt z kopalni El Hammam, prefektura Meknes, region Meknes-Tafilalet, Maroko
Ropucha wyrzeźbiona we fluorycie. Długość 8 cm (3 cale).
.jpg)
Źródło gazu fluorowego w przyrodzie
W 2012 r. pierwsze źródło naturalnie występującego gazu fluorowego znaleziono w kopalniach fluorytu w Bawarii w Niemczech. Wcześniej sądzono, że gazowy fluor nie występuje naturalnie, ponieważ jest tak reaktywny i szybko reaguje z innymi chemikaliami. Fluoryt jest zwykle bezbarwny, ale niektóre różne formy znalezione w pobliżu wyglądają na czarne i są znane jako „cuchnący fluoryt” lub antozonit . Minerały zawierające niewielkie ilości uranu i jego produktów potomnych uwalniają promieniowanie wystarczająco energetyczne, aby wywołać utlenianie anionów fluorkowych w strukturze do fluoru, który zostaje uwięziony wewnątrz minerału. Kolor cuchnącego fluorytu wynika głównie z pozostałych atomów wapnia . Ciała stałego fluoru-19 NMR przeprowadzono na gazu zawartego w antozonite stwierdzono obecność piku przy 425 ppm, co jest zgodne z F 2 .
Zobacz też
- Lista krajów według produkcji fluorytu
- Lista minerałów
- Fluorek magnezu – stosowany również w optyce UV
Bibliografia
Ten artykuł zawiera materiał z domeny publicznej z dokumentu United States Geological Survey : „Fluorspar” (PDF) .