白鎢礦

白鎢礦

白鎢礦(英文:Scheelite)是一種鎢酸鈣化合物,化學式為CaWO4,是鎢的重要礦石。組織結構良好的水晶為收藏家所喜愛,並偶爾作為寶石之用。白鎢礦可經由化學合成方法,如柴氏法等製備,所得的結晶可用作仿鑽、閃爍晶體(scintillator)及固態的激活雷射媒質(Active laser medium)。

基本信息

簡介

白鎢礦白鎢礦

白鎢礦過去叫鈣鎢礦或鎢酸鈣礦,它是重要的鎢礦,是鎢酸鹽礦物。鎢被用於合金鋼和人們熟悉的電燈燈絲。1781年瑞典化學家從白鎢礦中提取了鎢酸。白鎢礦常常呈一種緻密的塊狀或不規則的粒狀,有白色、黃色、褐色、綠色、無色等,具有玻璃光澤。多數白鎢礦都能發出螢光來,顏色在藍、白、黃之間變化。顏色變化是因為其內部所含的鉬或多或少。中國湖南瑤崗仙是世界著名的白鎢礦產地。英文中以白鎢礦中的鎢酸的發現者C.W.舍勒(Scheele)姓氏命名。

物理數據

白鎢礦白鎢礦
硬度:4.5

比重:6.1g/cm3

斷口:參差狀斷口

顏色:灰色、淺黃色、淺紫色或淺褐色,有時帶有綠色、桔黃色或紅色

條痕:黃綠色

透明度:透明到半透明

光澤:油脂光澤或金剛光澤

發光性:螢光,UV短波為亮藍白色

折射率:1.915-1.937,雙折射率為0.016

色散:0.026

光性一軸晶正光性,多色性弱,紫外螢光短波紫外線下呈淺藍色至黃色螢光,吸收光譜可見綠區和黃區有數條吸收線

其他:在短波紫外光下,此礦物發出鮮艷的藍白螢光,一軸晶(),No=1.918-1.92,Ne=1.934-1.937,雙反射率=0.0160-0.0170

物理化學性質

白鎢礦白鎢礦
化學組成:CaWO4,CaO19.47%,WO380.53%

分子式為Ca(WO3)、晶體屬四方晶系的鎢酸鹽礦物。WO3含量為 80.6%。它與黑鎢礦同為鎢的最主要礦石礦物。成分中鎢可部分被鉬成類質同象替代。晶體為近於八面體的四方雙錐狀,通常呈不規則粒狀或緻密塊狀集合體。

無色、白色少見,多為灰色、黃白色或淺紫、淺褐色,也有的帶綠、橘黃甚至帶紅色。油脂光澤或金剛光澤。透明至半透明。解理{111}中等。斷口差參狀。硬度4.5~5。性脆。相對密度5.8~6.2,隨Mo增加而降低。具發光性,在紫外光照射下發淺藍色至黃色螢光(依Mo的含量而定,Mo增加,螢光變淺黃至白)。偏光鏡下:無色。一軸晶(+)。No=1.920,Ne=1.937。

晶體化學

白鎢礦白鎢礦
理論組成(wB%):CaO19.4,WO380.6。其中W與Mo成完全類質同像,成為白鎢礦—鉬鎢礦系列。Mo:W比例可達1:1.4(MoO324%)。高溫時,Mo含量高;與輝鉬礦共生的白鎢礦中,Mo含量也高。部分Ca可被Cu和TR代替,含CuO較高者(達7%)稱為含銅白鎢礦,廣泛分布於鎢-多金屬礦床中。此外,Mn、Fe3+、Nb、Ta、U、Ir、Ce、Pr、Sm、Zn、Nd離子亦可呈類質同像代替進入白鎢礦晶格中,其中Mn2+代替Ca,Fe3+代替W,Nd3+則可代替Ca和W。

結構與形態

白鎢礦白鎢礦
四方晶系,a0=0.525nm,c0=1.140nm;Z=4。晶體結構簡單,由稍扁平的[WO4]四面體和Ca2+沿c軸相間排列而成。四方雙錐晶類,C4h-4/m(L4PC)。晶體常呈四方雙錐,也有的沿{001}呈板狀。主要單形:四方雙錐e{101}、p{111}、h{313}、k{515},平行雙面c{001},還可見四方雙錐β{113}、s{131}。四方雙錐e{101}晶面常具反映四次對稱的斜紋和蝕象,依(110)成雙晶常見。集合體多呈不規則粒狀。

四方雙錐晶類,晶形常呈近於八面體的四方雙錐,也有沿呈板狀。主要單形為四方雙錐e和p,四方雙錐e的晶面常具斜紋和蝕象。依(110)成雙晶。

晶系和空間群:四方晶系,4/m

晶胞參數:a0=5.25牛=11.40牛

粉晶數據:3.1(1)4.76(0.55)3.072(0.3)

鑑定特徵

以色淺,油脂光澤,比重大、在紫外線下發出淡藍色螢光和難熔的特徵作為鑑定特徵。

成因產狀

主要產出於接觸交代礦床中,與石榴子石,符山石,透輝石等礦物伴生,或產於高溫熱液中與黑鎢礦等伴生;

著名產地:世界著名的產地有中國四川平武;德國的Saxony、Bohemia;英國的Cornwall;澳洲的NewSouthWales、Queensland;玻利維亞的北部;美國的Nevada,Arizona和California等州;加拿大的BritishColumbia、Yukon和NorthwestTerritories邊界的東方等地。

名稱來源:用來紀念一位18世紀最早發現鎢的瑞典化學家K.W.Scheele(1742-1786),而以其名字命名

原料特點

鎢是一種分布較廣泛的元素,幾乎遍見於各類岩石中,但含量較低。通過有關地質作用加以富集才能形成礦床作為商品礦石開採。鎢在地殼中的平均含量為1.3×10-6,在花崗岩中含量平均為1.5×10-6。鎢在自然界主要呈六價陽離子,其離子半徑為0.68×10-10m。由於W6 離子半徑小,電價高,具有強極化能力,易形成絡陰離子,因此鎢主要以絡陰離子形式[WO4]2-,與溶液中的Fe2 、Mn2 、Ca2 等陽離子結合形成黑鎢礦或白鎢礦沉澱。黑鎢礦結晶溫度為320~240℃,白鎢礦的結晶溫度為300~200℃。

在表生作用中,由於含鎢礦物較穩定,常形成砂礦。但在酸性條件下,含鎢礦物可被分解,並以WO3形式溶於地表水中,在一定條件下形成某些鎢的次生礦物。有時以礦物微粒或離子形式被粘土或鐵錳氧化物吸附而集聚於頁岩、泥質細砂岩及鐵錳礦層中。近年來在古老的變質岩系中發現有層控鎢礦床和鎢的礦源層,說明在變質作用過程中,鎢也能發生某種程度的富集。

鎢的重要礦物均為鎢酸鹽。在成礦作用過程中能與[WO4]2-絡陰離子結合的陽離子僅有幾個,主要有Ca2 、Fe2 、Mn2 、Pb2 ,其次為Cu2 、Zn2 、Al3 、Fe3 、Y3 等,因而礦物種類有限,目前在地殼中僅發現有20餘種鎢礦物和含鎢礦物,即黑鎢礦族:鎢錳礦鎢鐵礦、黑鎢礦;白鎢礦族:白鎢礦(鈣鎢礦)、鉬白鎢礦、銅白鎢礦;鎢華類礦物:鎢華、水鎢華、高鐵鎢華、釔鎢華、銅鎢華、水鎢鋁礦;不常見的鎢礦物:鎢鉛礦、斜鎢鉛礦、鉬鎢鉛礦、鎢鋅礦、鎢鉍礦、銻鎢燒綠石、鈦釔釷礦(含鎢)、硫鎢礦等。儘管已發現的鎢礦物和含鎢礦物有20餘種,但其中具有開採經濟價值的只有黑鎢礦和白鎢礦。黑鎢礦(Fe、Mn)WO4,含WO376%;白鎢礦CaWO4,含WO380.6%。

鑑別

白鎢礦白鎢礦
白鎢礦與螢石均具四組解理,其交角不等於90°。白鎢礦主要產於接觸交代矽卡岩礦床(與輝鉬礦、毒砂、閃鋅礦、石榴石、透輝石等共生〉及高溫熱液礦床(與黑鎢礦、輝鉬礦、黃鐵礦、白雲母、石英等共生〉中,常呈藍灰色、灰白色、黃灰色,光澤較強(有時帶油脂光澤),比重較大,有平行四方雙錐方向的中等解理,硬度小於刀等,依這些特徵可識別。當白鎢礦呈細粒狀或緻密塊狀時,易誤認為石英,但只要用小刀刻劃之,其硬度小於刀,就可否定為石英。還可用螢光燈照射,視其是否發藍色光,如發藍色光則為白鎢礦。此外也可用試鎢的方法檢驗它:礦粉加鹽酸或磷酸在試管中煮沸時,礦物表面染為黃色(WO3反應),加入錫粒煮沸即出現藍色(WO2+WO3),有時因還原作用過分強烈而使溶液呈褐色(WO2)。另一種試鎢的方法是將研細的礦粉置於鋁板上,用水溫潤,加上鹽酸一小滴,稍放片刻後,溶液呈天藍色。

產地

白鎢礦以是18世紀瑞典化學家卡爾·斯契爾(scheele)的名字命名的,他證明了在這種礦物中有氯化鎢的存在。白鎢礦地產地主要有美國康涅迪克州費爾菲爾德區特魯巴里、南達科他州勞倫斯區的卡斯特、加利福尼亞印約區的達爾文、亞利桑那州康奇斯和莫哈韋;加拿大;德國;瑞士;義大利;墨西哥;巴西;秘魯;澳大利亞;日本;朝鮮;中國產有漂亮的晶體。白鎢礦主要產於花崗岩與石灰岩接觸帶的夕卡岩中。中國湖南瑤崗仙是世界著名的白鎢礦產地。

套用價值

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世界上開採出的白鎢礦,80%用於優質鋼的冶煉,15%用於生產硬質鋼,5%其他用於其他用途。鎢可以製造槍械、火箭推進器的噴嘴、切削金屬,是一種用途較廣的金屬。

18世紀50年代,化學家曾發現鎢對鋼性質的影響。然而,鎢鋼開始生產和廣泛套用是在19世紀末和20世紀初。

1900年在巴黎世界博覽會上,首次展出了高速鋼。因此,鎢的提取工業從此得到了迅猛發展。這種鋼的出現標誌了金屬切割加工領域的重大技術進步。鎢成為最重要的合金元素。

1900年,俄國發明家А.Н.Ладыгин首先建議在照明燈泡中套用鎢。在1909年Кулидж制定基於粉末冶金法,採用壓力加工的工藝方法之後,鎢才有可能在電真空技術中得到廣泛的套用。

1927——1928年採用以碳化鎢為主成分研製出硬質合金,這是鎢的工業發展史中的一個重要階段。這些合金各方面的性質都超過了最好的工具鋼,在現代技術中得到了廣泛的使用。

鎢以純金屬狀態和以合金系狀態廣泛套用於現代技術中,合金系狀態中最主要的是合金鋼、以碳化鎢為基的硬質合金、耐磨合金和強熱合金。

礦業簡史

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從1783年西班牙首次用炭從黑鎢礦中提取了金屬鎢至今有200餘年的鎢礦開發、冶煉、加工歷史。中國對世界鎢業發展作出了舉世矚目的貢獻。我國鎢礦於1907年發現於江西省大余縣西華山,鎢礦開採始於1915~1916年(據《中國礦床發現史·江西卷》,1996年)。此後在南嶺地區相繼發現不少鎢礦區,生產不斷擴大,至第一次世界大戰末期,鎢精礦產量達到萬噸,躍居世界鎢精礦產量首位,至今仍居世界第1位。

中國鎢礦資源豐富。開發鎢礦地質調查工作,由翁文灝先生創始於1916年,爾後在河北、江西、廣東、廣西等省(區)分別做了一些探測工作。20世紀三四十年代,對贛、湘、粵、桂、滇等省(區)的一些鎢礦床進行了較系統的地質調查,特別是對贛南地區的鎢礦,先後有燕春台、查宗祿、周道隆、徐克勤、丁毅、張兆瑾、馬振圖等地質學家做了頗有成就的地質調查研究。其中,徐克勤、丁毅所著《江西南部鎢礦地質志》(1943),對贛南幾十年鎢礦床分別作了系統的論述,堪稱我國第一部鎢礦地質專著。這些地質前輩的工作成果,不僅為後來地質勘探工作奠定了基礎,而且也為當時開採贛南鎢礦提供了重要依據。

1935年江西省成立了資源委員會鎢業管理處,統一價格,收購鎢砂。1938年西華山建立礦場,投資經營東西大巷,進行坑采。抗戰勝利後改為資源委員會第一特種礦產管理處西華山工程處。據不完全統計,西華山鎢礦至新中國成立前,共采出鎢砂近5萬t。1937年成立大吉山鎢礦工程處,收回民窿開鑿第九中段,開始國營生產。

在30~40年代,不僅發現了大量黑鎢礦,而且白鎢礦也有陸續發現。資源委員會礦產測勘處金耀華、楊博泉於1943年對雲南省文山縣老君山地區進行礦產地質調查時,首次發現接觸交代型白鎢礦床(夕卡岩型白鎢礦床),著有《雲南文山老君山白鎢礦床之成因及其意義》論文(地質論評,1943,№.Ⅷ)。1947年徐克勤又在湖南省宜章瑤崗仙和尚灘發現了白鎢礦床,並寫專文報導。

新中國成立後,為振興鎢業,在五六十年代開展了前所未有的大規模鎢礦地質普查和勘探工作。由原重工業部、冶金部、地質部所屬地質勘探部門,迅速地對贛、湘、粵以及閩、桂、滇等省區的鎢礦開展全面普查勘探工作,在第一個五年計畫期間(1953~1957年),為贛南西華山、大吉山、巋美山、盤古山等“四大名山”黑鎢礦床作為重點礦山建設項目以及在湘南、粵北、桂東北等地區的鎢礦建設礦山,提供了可靠的地質成果,作為採選設計的依據。60~80年代,為保礦山、保建設和鎢業持續發展,繼續進行了大量地質勘查工作,在華南和西北甘肅等地又發現並探明了一批大型、超大型鎢礦,為中國鎢業可持續發展,準備了充足的礦產資源。

在大量地質勘探工作基礎上,從50~70年代建成了原中央直屬企業的礦山有20多座和一大批地方國營的中小型礦山,到80年代以來,國營鎢礦山形成生產礦石總能力達870萬t。年產鎢精礦4~5萬t(WO3含量)。

常見礦物(三)

根據晶體化學的分類方案,碳酸鹽、硫酸鹽、鉻酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、磷酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽等幾種均屬於含氧鹽類,是常見礦物中一大類。

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