石榴石 - 粉体技术网

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矿物介绍

       矿物简介
       石榴石（Granat）是一组物理性质和结晶习性相同的石榴石族矿物的统称。石榴石一般呈大小不等的结晶颗粒，具有硬度适、熔点较高、韧性好、化学稳定性好等特点。
       石榴石化学通式为A₃B₂[SiO4]₃。其中A表示二价阳离子，以 Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺等离子为主；B代表三价阳离子，多为Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、V³⁺及Zr³⁺等。三价阳离子半径相近，彼此间易发生类质同像代替。二价阳离子则不同，由于Ca²⁺比Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺等离子的半径大，难于与之发生类质同像代替。因此，通常将石榴石划分为两个系列：
     （1）铝质系列：Mg₃Al₂(SiO₄)₃－Fe₃Al₂(SiO₄)₃－Mn₃Al₂(SiO₄)₃
      是以半径较小的Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺等二价阳离子和以Al³⁺为主要三价阳离子组成的类质同象系列，常见品种有镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石。
     （2）钙质系列：Ca₃Al₂(SiO₄)₃－Ca₃Fe₂(SiO₄)₃－Ca₃Cr₂(SiO₄)₃
      是大半径的二价阳离子Ca²⁺为主的类质同象系列，常见的有钙铝榴石、钙铁榴石、钙铬榴石。
此外，一些石榴石的晶格还附加有OH^-离子，形成含水的亚种，如水钙铝榴石等。由于广泛的类质同象替代，石榴石的化学成分通常很复杂，自然界石榴石的成分通常是类质同象替代的过渡态，很少有端员组分的石榴石存在。石榴石的主要品种见表1。

表1 石榴石的种属及性质

名称	化学式	晶形	密度 g/cm³	硬度	颜色	产状
镁铝榴石	Mg₃Al₂[SiO₄]₃	四角三八面体	3.71	7.5	暗红或玫瑰色	产于超基性岩，特别是金伯利岩中
锰铝榴石	Mn₃Al₂[SiO₄]₃	四角三八面体	4.18	7~7.5	深红、桔红或褐红色	产于花岗伟晶岩和区域变质岩中
铁铝榴石	Fe₃Al₂[SiO₄]₃	四角三八面体	4.32	7~7.5	褐红或暗红	产于花岗伟晶岩和区域变质岩中
钙铝榴石	Ca₃Al₂[SiO₄]₃	菱形十二面体	3.53	6.5~7	黄褐、黄绿色	产于夕卡岩中
钙铁榴石	Ca₃Fe₂[SiO₄]₃	菱形十二面体与四角三八面体聚形	3.83	7	褐、黄绿色	产于夕卡岩中
钙铬榴石	Ca₃Cr₂[SiO₄]₃	晶体较小	3.78	7.5	鲜绿色	产于富铬的超基性岩中

       石榴石矿床目前尚无地质勘探工作规范。一般地质勘探工作只求到C级储量。勘探工程间距：C级储量100~150m，D级储量200~300m。地表采用刻槽法采样，采出的样品先淘洗，再手选，选出的精矿仅对个别试样作化学分析，以确定石榴石的种属。矿物种类一般需通过物理测试来鉴别。通常测其抗压强度和硬度。在地质勘探工作中，如发现有宝石级石榴石，应当采大样，并选出宝石级石榴石，以进行鉴定。
       中国石榴石矿床主要分布在四川阿坝、湖北枣阳、大冶、湖南岳阳、花容，吉林延边、江苏东海、黑龙江呼玛、山西和顺、河北邢台、陕西安康以及安徽、浙江、内蒙古等地。
石榴石目前主要用作磨料，结晶好的用作宝石。其次为滤料和建筑材料的骨料。

性质结构
       石榴石是一种岛状结构的铝（钙）硅酸盐矿物，在矿物学上分为氧化铝系和氧化钙系二大类。石榴石的化学成分变化较大，一般化学式为A₃B₂[SiO₄]₃，其中A代表二阶钙、镁、铁、锰等阳离子，B代表三价铝、铁、铬、锰等阳离子。同一名称的石榴石产地不同，其化学组分也有差异。
       石榴石属等轴晶系；O¹⁰_h-Ia3d;a₀=1.146～1.248 nm；Z=8。晶体结构中，孤立的［SiO₄］四面体由B类阳离子(Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、V³⁺等)所组成的配位八面体［BO₆］联结；其间形成一些较大的可视为畸变立方体空隙由A类阳离子占据，成畸变的立方体配位多面体［AO₈］。图1示出了钙铝石榴子石Ga₃Al₂［SiO₄］₃的晶体结构。
      石榴石常呈完好晶形（图2），菱形十二面体晶面上常有平行四边形长对角线的聚形纹。有时可见到感应面。集合体常为致密粒状或致密块状。
石榴石典型的物理化学性质可见表2

图1钙铝榴石的晶体结构

图2石榴子石的晶形

表2 石榴石族矿物的典型性质

系别	矿物名称	化学式	晶型	莫氏硬度	密度 g/cm³	折射率	熔点 °C	颜色
氧化铝系	铁铝石榴石	Fe₃Al₂[SiO₄]₃	四角三八面体	7～7.5	4.32	1.830	1180	褐红、棕红、粉红、橙红
	镁铝石榴石	Mg₃Al₂[SiO₄]₃	四角三八面体	7.5	3.58	1.714	1260～1280	紫红、血红、橙红、玫瑰色
	锰铝石榴石	Mn₃Al₂[SiO₄]₃	四角三八面体	7～7.5	4.19	1.800	1200	褐红、桔红、深红
氧化钙系	钙铝石榴石	Ca₃Al₂[SiO₄]₃	菱形十二面体	6.5～7	3.59	1.734	1180	黄褐、黄绿、红褐
	钙铁石榴石	Ca₃Fe₂[SiO₄]₃	菱形十二面体与四角三八面体聚形	7	3.86	1.887	1170～1200	褐黑、黄绿
	钙铬石榴石	Ca₃Cr₂[SiO₄]₃	晶体较少	7.5	3.90	1.860		鲜绿

用途作用
      石榴石主要用作磨料、水质滤料、装饰材料和宝石原料等。
      磨料是石榴石用量最大的市场。高等级品可用于研磨、抛光玻璃、陶瓷等材料，也可作为敷涂料制成砂纸、砂布、砂轮等，用来抛光各种金属、木材、橡胶和塑料。低级品常用来清除铝和其他软质金属的表面氧化层。可用作飞机厂的抛磨和擦洗材料、钢结构材料的抛磨材料。水射流清洗和切割技术的发展也导致石榴石用量增加。磨料多选用铁铝榴石和镁铝榴石。
      滤料在深度水处理的过滤系统中，主要选用铁铝榴石作为水质过滤砂，分为粒度2.36～1mm的粗料和0.3～0.6mm的细料。少量作为完全惰性介质使用于反渗透前的预处理中。用于压力过滤器，石榴石砂的有效粒径为0.4～0.6mm，相对密度为3.8，充填于粗砂颗粒间隙，产生降低孔隙度和增加水流/渗透弯曲度的效果，因此，石榴子石混合介质砂能清除掉的粒度范围较广，且能以高流速操作，有极好的过滤质量和高产量。
      滤砂必须满足：①筛上颗粒的极小值和筛下颗粒的极大值均有狭窄的粒度分布；②具有良好的机械强度，颗粒形态不受负荷影响；③可抵抗粒间及颗粒与容器边缘的研磨作用；④颗粒形状以次棱角、圆形为佳，化学性质稳定，能经受各种酸、碱性水侵蚀。
       另外，还可作为宝石材料，在仪表工业上，也可用来制造钟表或精密仪器、仪表的轴承。国外已有将石榴石和镓(Ga)、钆(Gd)等用于计算机方面的报道。

非金属矿应用