长石

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电气石晶体(d2.5cm,美国)
正长石柱状平行连晶(h22cm,河北)

  长石汉语拼音:Changshi;英语:Feldspar),化学组成为M[T4O8]的架状铝硅酸盐矿物的总称。多数晶体属于单斜晶系或三斜晶系。式中M主要是钾、钠、钙、钡;T是硅和铝;O是氧。英文名称来自德语“feldspath”。当它引入英语时,就变成“feldspar”,“spar”形容易裂开、能形成闪光面的晶石,德语也随之改为“feldspart”。

  长石端元组分主要有4种:K[AlSi3O8](钾长石,Or)、Na[AlSi3O8](钠长石,Ab)、Ca[Al2Si2O8](钙长石,An)、Ba[Al2Si2O8](钡长石,Cn)。许多长石是Or–Ab–An三组分以不同比例混溶而成;其中钾长石和钠长石(Or–Ab)可以在高温条件下完全混溶,温度降低混溶性减小;钠长石与钙长石(Ab–An)在任何温度下都能混溶;钾长石与钙长石(Or–An)几乎不混溶;钾长石和钡长石(Or–Cn)只能形成有限的混溶。

晶体结构

  长石矿物具有相类似的晶体结构。基本结构是[TO4]四面体连接成四元环,一系列四元环连接成沿a轴延伸的折曲状的链,这些链再以共用四面体角顶的形式构成三维的硅(铝)氧骨架,大半径的钾、钠、钙、钡等离子位于骨架内的大空穴里。由钾、钠占据空穴者,称碱性长石或钾钠长石;由钠、钙占据空穴者,称斜长石或钠钙长石;由钡占据空穴者,称钡长石。长石晶体的对称性,取决于铝、硅排列的有序程度及金属阳离子配位数的变化。在高温条件下形成的长石,由于铝和硅呈无序排列,均属单斜晶系;随温度降低,铝占据四面体的有序度增高,使原来由单斜点群镜面联系的四面体不再是等效的,结构就变成三斜晶系对称。通常根据上述晶体化学特征,将长石分为:碱性长石(钾钠长石)、斜长石(钠钙长石)和钡长石3个亚族,但钡长石在自然界分布甚少。

  碱性长石(alkali feldspar)。成分由K[AlSi3O8]和Na[AlSi3O8]构成类质同象系列,晶体属单斜或斜方晶系的长石矿物的总称。其中钾和钠呈简单的替代关系,而铝/硅比为1∶3常数值。碱性长石包括:单斜晶系的透长石、正长石,三斜晶系的微斜长石和歪长石。前三者是K[AlSi3O8]的同质多象变体,统称为钾长石。钾长石成分中,都含有一定数量的钠长石(Ab)分子和低于5%~10%的钙长石(An)分子,有时也含极少量的钡长石(Cn)分子。正长石和微斜长石中,还常有少量铁替代铝。长石结构中Al/Si占位完全无序、有序度为0者,称高透长石;占位完全有序、有序度为1者,称最大微斜长石;有序度小于1的微斜长石,按其有序度的大小又可分为高微斜长石、中微斜长石、低微斜长石。歪长石(Na,K)[AlSi3O8],又称钾高透长石,是Or–Ab系列中较富钠长石的成员(Ab分子含量在63%~90%)。钠长石(Ab)分子超过90%者,称钠长石。钾长石在高温时形成均匀的混晶,温度下降会分离出两种晶体、并互相定向交生、形成条纹长石和反条纹长石。当基体组分是钾长石,条纹组分是钠长石时,称条纹长石;反之,称反条纹长石。在实际工作中,将肉眼可见条纹的,称显纹长石;借用显微镜才能见到条纹的,称隐纹长石。月光石就是钾长石和钠长石定向连生、形成了细密条纹,在特定方向上呈现浅蓝色浮光效应的一种隐纹长石。天河石是一种绿色的微斜长石。冰长石是钾长石的低温变种,其结构介于透长石和最大微斜长石之间,由透长石、正长石、微斜长石等组成的亚隐混合物。

  斜长石(plagioclase)。化学成分为Na[AlSi3O8]-Ca[AlSi3O8]类质同象系列(Ab-An)的长石矿物的总称。绝大多数晶体属三斜晶系。化学组成中,常含有少量的钾长石(Or)和钡长石(Cn);钾长石的含量是随着组成中钠长石含量的增高而增多;此外还含有少量的铁、钛、锰、镁、钡、锶等。斜长石可分为6个矿物亚种:钠长石(albite,Ab100~90An0~10)、奥长石(oligoclase,Ab90~70An10~30)、中长石(andesine,Ab70~50An30~50)、拉长石(labradorite,Ab50~30An50~70)、培长石(botownite,Ab30~10An70~90)、钙长石(anothite,Ab10~0An90~100)。其中钠长石有三个变体:单钠长石(monalbite)、高钠长石(highalbite)、低钠长石(lowalbite)。这些亚种、变体的准确鉴别,需借助显微镜和X射线分析手段。通常也按An0~30、An30~60、An60~100分别称为酸性、中性、基性斜长石;还常用含An组分摩尔百分数的多少,给斜长石不同的牌号。如成分为Ab80An18Or2的奥长石,牌号为18。在斜长石矿物中,除高温条件下形成的An小于12%单钠长石属单斜晶系外,均属三斜晶系。在钠钙长石系列中,由于钙长石的C0值为钠长石的两倍,使二者在常温下不能形成连续的固溶体,从而产生一系列固溶体离溶或连生的现象。所谓晕长石(peristerite)就是An2~An25范围内,由两种斜长石呈叶片状连生所组成,由于这种连生能表现出浅蓝色至乳白色的晕彩,因此而得名。类似晕长石连生现象广泛分布在An25~An90范围里,如呈蓝紫彩斑状的拉长晕彩、存在于An347~An358斜长石中的勃吉尔德连生和An67~An90斜长石中的胡腾洛赫连生等。不同斜长石晶片的密集连生所呈现的晕彩效应,是光在一系列连生体界面上的反射及干涉造成的。斜长石的环带构造十分发育。当晶体核部An含量高于边部时,称正常环带;反之,称为反环带。无论是正常环带,还是反环带,从晶体核部到边部的成分变化都有连续和不连续之分。由An含量不同的斜长石多次反复构成的环带,称韵律环带。斜长石的环带构造,为研究矿物生成条件提供丰富的信息。

晶体及双晶

  长石晶体常呈柱状或板柱状。长石双晶十分发育,双晶律多达20余种。长石本是无色透明或白色,常被杂质染成浅黄、粉红、深灰、黄褐等色。有的长石在转动时,呈现变彩效应,如月光石,其彩晕是钾长石与钠长石定向连生所致;当斜长石中含有金属包裹体,可呈现砂金效应,如日光石,是斜长石中含有赤铁矿、针铁矿等微细晶片,而呈现出红色或金黄色彩特征。长石莫氏硬度6。密度以钡长石最高,达3.39克/厘米3。碱性长石和斜长石密度在2.56~2.76克/厘米3范围内变化,随成分中An含量的增高而增大,随Or含量的增高而减小。有两组完全至中等解理。单斜晶系的长石,两组解理夹角为90°;三斜晶系的长石,夹角接近于90°。

分布和用途

  长石是地壳中分布最广的矿物,约占地壳总重量50%,是岩浆岩沉积岩变质岩重要的造岩矿物。自然界的长石并不稳定,在风化作用热液作用条件下,易分解为高岭石绢云母沸石葡萄石等。富含钙长石的碱性长石,易转变成绿帘石黝帘石方解石等矿物,同时释放出钠长石分子。

  长石是重要的工业矿物。主要用作陶瓷坯料和釉料、玻璃熔剂、搪瓷配料和磨料等。天河石、日光石、月光石等色泽艳丽的长石,可作为彩石和宝石中国主要长石产地有陕西临潼山西闻喜山东新泰湖南衡山四川旺苍南江辽宁凤城海城北京等。

作为宝石的长石

月光石
天河石
日光石
拉长石
  • 长石(月光石,天河石,日光石,拉长石)
  • 英文名称:fledspar(moonstone, amazonite; sunstone, labradorite)
  • 矿物名称:长石(正长石,微斜长石;奥长石,拉长石)。
  • 材料性质:
    • 化学成分:XAlSi3O8;X为Na、K、Ca等。
    • 结晶状态:晶质体。
    • 晶系:
      • 月光石,天河石:单斜或三斜晶系。
      • 日光石,拉长石:三斜晶系。
    • 晶体习性:板状,短柱状晶形。常发育卡氏双晶、聚片双晶、格子状双晶等。
    • 常见颜色:常见无色至浅黄色、绿色、橙色、褐色。
      • 月光石:无色至白色,常见蓝色、无色或黄色等晕彩。
      • 天河石:亮绿或亮蓝绿至浅蓝色,常见绿色和白色的格子状色斑。
      • 日光石:黄、橙黄至棕色,具红色或金色砂金效应。
      • 拉长石:灰至灰黄色、橙至棕色、棕红色、绿色,具有蓝色、绿色以及橙色、黄色、金黄色、紫色和红色晕彩。
    • 光泽:玻璃光泽,断口呈玻璃光泽至珍珠光泽或油脂光泽。
    • 解理:两组完全解理。
    • 摩氏硬度:6~6.5。
    • 密度:2.55g/cm³~2.75g/cm³。
      • 月光石:2.58(±0.03g/cm³。
      • 天河石:2.56(±0.02g/cm³。
      • 日光石:2.65(+0.02,-0.03)g/cm³。
      • 拉长石:2.70(±0.05g/cm3。
    • 光性特征:非均质体,二轴晶,正光性或负光性。
    • 多色性:通常无,也可有无至浅黄。
    • 折射率:1.51~1.57。
      • 月光石:1.518~1.526(±0.010)。
      • 天河石:1.522~1.530(±0.004)。
      • 日光石:1.537~1.547(+0.004,-0.006)。
      • 拉长石:1.559~1.568(±0.005)。
    • 双折射率:0.005~0.010。
      • 月光石:0.005~0.008。
      • 天河石:0.008(通常不可测)。
      • 日光石:0.007~0.010。
      • 拉长石:常为0.009。
    • 紫外荧光:无至弱,白、紫、红、黄等色。
      • 月光石:在长波紫外光下呈弱蓝色的荧光,短波下呈现弱橙红色的荧光。
    • 吸收光谱:通常不特征。
    • 放大检查:解理,双晶纹,气液包体,聚片双晶,针状包体等。
      • 月光石:可见“蜈蚣状”包体,指纹状包体,针状包体。
      • 天河石:常见网格状色斑。
      • 日光石:常见红色或金色的板状包体,具金属质感。
      • 拉长石:常见双晶纹,晕彩。
    • 特殊光学效应:晕彩效应,猫眼效应,砂金效应,星光效应。


陶瓷业中所用的长石有哪几种?

  在自然界中,纯的长石较为少见。陶瓷业中所用的大多是钾钠长石和钾长石。在地壳形成时,由于钾长石、钠长石、钙长石在高温下能够互溶,所以天然长石大多是这几种长石的互溶体。这些长石矿中常含有白云母、黑云母、石英等杂质。黑云母会使白釉带色,故必须除去后才能用于配釉。

长石在胎釉中起什么作用?

  长石在胎釉中起助熔剂作用,相当于中国古代高温釉中的釉灰。西方硬质瓷的胎釉中都要配人相当量的长石。中国古代南方地区的胎釉中,除了个别例外,一般都不配人长石。中国南方地区瓷胎的显微结构中经常可以看到少量长石的存在,那是因为南方瓷胎都用瓷石为主要原料,而瓷石本身含有一定量的长石之故。

为什么极大多数中国历代南方瓷胎中都不配石英和长石?

  高岭、长石、石英是西方硬质瓷胎的三种主要原料,但在中国南方地区历代瓷胎中,除了个别例外,极大多数不在配方中另加石英和长石,这是因为南方瓷胎都用瓷石作为主要原料,瓷石本身含有大量石英和少量长石,故不需另外再加。北方瓷胎历来用高岭或高铝粘土为主要原料,有时加入一定量的长石,但从来不加石英。

长石在陶瓷工业中的作用是什么?

  长石在瓷坯和坯釉中都起着重要作用。

  ①长石在瓷坯中的作用:1)与石英一样都是瘠性原料,在坯内可增快坯件干燥,减少干燥收缩和变形。2)长石作为熔剂物质,能降低陶瓷产品的烧成温度。3)长石加热到1100℃以上熔融后生成玻璃态物质具有熔解其它物质的能力,能促使高岭土与其它瓷土的颗粒,互相扩散,相互渗透,因而加速坯体莫来石晶体的生成和发育。4)长石熔融成玻璃态后,填充于各结晶颗粒之间,气孔率显著下降,减少了空隙,使坯体致密,可提高制品的机械强度及电气性能。

  长石在瓷釉中的作用:1)长石和石英等原料高温熔化后所形成的玻璃态物质是稳层的主要成份。2)熔点低,易玻化。在1100℃就开始熔融,高温下生成的长石玻璃能溶解粘土及石英等原料。3)能使釉有较高的光泽度,透明融亮。4)熔融范围宽,熔融物粘度高。5)降低釉子的膨胀系数及高温流动性。6)耐侵蚀性能好。

  1949年前采用景德镇附近浮梁县天宝乡和江西贵溪县龙虎山所产的长石,柴窑改煤窑后推广“长石釉”,其用量剧增,主要采用江西星子、修水以及湖南平江所产的长石。

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