萤石(Fluorite)是一种常见的卤化物矿物,主要成分为 氟化钙 (CaF 2 )。萤石是透明或半透明的,纯净的萤石为无色,常见的颜色有浅绿色至深绿色、蓝、绿蓝、黄、酒黄、紫、紫罗兰色、灰、褐、玫瑰红、深红等,具有明显的玻璃光泽,属于 立方晶系 , 晶体结构 一般为 立方体 和 八面体 ,少见十二面晶体,也存在八面体和立方体相交而成的组合晶体。当它们团簇聚集在一起时,集合体呈粒状、块状、纤维状、球状、土状等。部分样本在受摩擦、加热、紫外线照射等情况下可以发光。
萤石是自然界中较常见的一种矿物,可以与 石英 、 方解石 、 重晶石 、 高岭石 和金属 硫化物 等多种矿物共生,世界多地均产,有5个有效变种。
萤石是一种具有战略意义的非金属矿产资源,应用领域涵盖冶金、化工、建材、陶瓷、航空、制冷、医药、原子能工业、 氟[fú] 化工等传统产业和新兴产业。颜色艳丽,结晶形态美观的萤石标本还可用于收藏、装饰和雕刻工艺品。
基本特征
矿物特征
萤石是一种常见的卤化物矿物,主要成分为 氟化钙 (CaF 2 ),是提取氟的重要矿物。其中Ca含量为51.33%,F含量为48.67%。其中Ca可部分被 ree 所置换,其含量之比为 TR:Ca=1:6。当稀土元素主要为Y时,特称为 萤石, 化学式 为(Ca,Y)F 2-3 即当Y 3+ 置换Ca 2+ 时,为补偿 晶体 中电荷的不平衡,需要额外补充一个F - 。
晶系结构
萤石的主要成分为氟化钙,其 晶体结构 属于 立方晶系 ,空间群为Fm3m (晶胞参数a=b=c=0.5463nm,α=β=γ=90°)。在该结构中,每个钙原子与周围8个氟原子 配位 ;与之对应,每个氟原子被4个钙原子包围,形成理想的四面体结构,钙、氟原子的配位数分别为8和4。典型的“萤石型结构”具体表现为:钙离子(Ca²⁺)占据立方晶胞的角顶和面心位置; 氟化物 (F⁻)分布于晶胞内小 立方体 的中心。该结构也可描述为钙离子构成立方最紧密堆积,氟离子占据所有 四面体空隙 。其中Ca-F键的键长为0.237nm。萤石的常见 晶体 形态包括菱形十二面体,以及其与 八面体 、四六面体、四角三八面体等的聚形。
萤石在 立方体 面上有时出现镶嵌式花纹。萤石的晶体往往出现穿插 双晶 ,即两个晶体相互贯穿所构成的双晶现象。萤石{111}面最易断裂,{110}面次之,{100}面较难断裂,因此{111}面完全解理。 萤立方体晶面上常出现与棱平行的网格状条纹;集合体呈粒状、块状、纤维状、球状、土状等;
物理性质
光学性质
化学性质
萤石中常含杂质为钇、 、硅、铝、铁、镁、 、钐、氧、氯等;萤石可溶于 硫酸 ,在加热后的 氯化氢 中可轻微溶解,微溶于水(水温为18℃时,0.000016克/立方厘米)。
致色机理
萤石颜色多样,是自然界中颜色最多的矿物,有绿、黄、紫、白、蓝、黑等多种颜色。萤石主要致色成因有三种:元素掺杂、 晶体缺陷 以及有机质的混入。
元素掺杂
由于 Ca 2+ 离子半径 (1.06 Å,1 Å=0.1 nm)与 稀土元素 (REE 3+ )、 离子(U 4+ )、 离子(Th 4+ )的离子半径(1.06 ~0.848 Å、0.929 Å、0984 Å)相近,所以萤石中的 Ca 2+ 极易被上述离子取代 。热发光萤石的稀土元素分析表明,绿色萤石的 Y、Ce、La、Nd、 Dy 、 Gd 含量较高,而 紫色萤石 中这六种稀土元素含量较低 。萤石呈紫色是由于含有 放射性元素 U、Th、Ra 等导致的。
晶体缺陷
萤石晶体缺陷产生的原因主要有四种:①放射性元素辐照;②Na + 、K + 进入晶格造成F空位;③变价杂质离子( 稀土 等)的氧化;④压力产生的晶格损伤。萤石与围岩中常含有 U 和 Th 等放射性元素,从而形成了放射场。萤石受到放射性元素辐照,形成晶体缺陷 ,促进胶体钙形成,导致萤石 颜色加深 。一 般萤石含 U、Th 越多,颜色也越深 。Na + 、K + 以类质同象方式进入萤石晶格中,增加萤石中 稀土元素 含量,有利于缺陷形成,从而影响 热释光 。稀土元素本身不是色素离子,但在热力和辐射条件下易发生电价变化、 电子 迁移和电荷转换,导致萤石对不同光波的选择吸收和透射。
有机质混入
演化程度较高的有机质以细小 包裹体 形式存在于萤石 晶体 中,导致萤石颜色变深。黑色萤石内部具有大量微小空洞,许多演化程度较高的无定形态有机质( 沥青 、固态烃类等)附着于洞壁,导致萤石 颜色加深 。
形成过程
萤石主要形成于热液作用,常为热液脉中的主要矿物,或作为金属 矿石 (尤其是铅和银)中的脉石矿物出现。 热水 流体 ,即热液是在地热增温、 岩浆 、构造作用及 地幔 热源作用下形成的。热液与 火山喷发 沉积等不断发生反应,从围岩中不断 萃取 F - ,形成含F热液,含F热液在热对流、沉积压实作用、矿物 相变 、 构造运动 等驱动力驱动下,与周围岩石中的Ca 2+ 结合,形成 氟化钙 (CaF 2 ),经过冷却结晶后就得到了萤石。
矿床分类
萤石的 矿床工业类型 可分为两种:
产于硅酸盐岩石中的萤石矿床
如 花岗石 、 流纹岩 、 页岩 及 砂岩 等,主要共生矿物为 石英 、其次含少量 方解石 、 重晶石 、 方铅矿 及 闪锌矿 等。
产于石灰岩中的萤石矿床
主要共生矿物有方解石、重晶石及各种金属 硫化物 、如闪锌矿、方铅矿、 黄铜矿 、 黄铁矿 等。
此外萤石亦可产于 沉积岩 中,常和 石膏 、 硬石膏 、 方解石 、 白云石 等共生。偶尔也作为次生矿物见于矿床氧化带。
分布区域
萤石主要分布于美国、 哥伦比亚 、 加拿大 、 英国 、 纳米比亚 ,以及 奥地利 、 瑞士 、 意大利 、 德国 、 捷克斯洛伐克 、原苏联、 澳大利亚 、 南非 、 泰国 等地。例如,美国的 伊利诺伊州 、 肯塔基州 等就产紫、紫罗兰、蓝、黄、褐等色及无色透明萤石, 新罕布什尔州 和 纽约州 产鲜绿色萤石,哥伦比亚产绿色等色的萤石。加拿大 安大略省 产无色透明萤石 晶体 。英国康瓦尔产白、蓝、紫罗兰、淡红褐等色萤石。纳米比亚产 帝王绿 萤石。中国各个省区几乎都找到了萤石资源,其中宝石级萤石主要分布于 浙江省 、安徽、 江西省 、 福建省 、 河南省 、湖北、 湖南省 、 广西壮族自治区 、 四川省 、 贵州省 、 青海省 、新疆等地。
2026年3月,自然资源部发布消息显示,中国新一轮找矿突破战略行动再添新成果,四川省冕宁县牦牛坪矿区、甘肃宕昌发现稀土、萤石、重晶石、锑等固体矿产,其中冕宁县牦牛坪矿区萤石矿探明储量2747778吨。 4月29日,自然资源部发布消息显示,中国萤石等14种矿产储量居世界第一。
主要用途
萤石是氟 化学工业 重要的基础原料,广泛应用于冶金、炼铝、玻璃、陶瓷、水泥、化学、光学等领域,其产品 氢氟酸 及氟树脂、氟橡胶、氟涂料、含氟精细化学品等在航空航天、医药、电子电力、 军事工业 等多个领域发挥着关键作用。
不同品位的萤石精矿有不同用途,例如酸级萤石(特级品)是氟化工行业所必需的原料,可与 硫酸 在一定条件下反应生成氢氟酸;较低品位块矿萤石主要应用在冶金工业,能提高熔融液流动性,同时降低 熔点 及燃耗,且能够有效脱除 P、S。同时金属的强度及可锻性能得到增强。
萤石在建材工业中的应用主要是充当水泥生产过程中的 矿化剂 ,起到降低烧结温度、节能降耗的作用。
由于萤石是光性均质体,具有低折射率、非常低的色散的特性,且对紫外线、红外线有高滤光性,用其打磨的镜片比普通玻璃镜头具有更少的色差。因此,萤石在制造复消色差透镜、光学物镜、光谱仪棱镜、防辐射紫外线及红外线窗口器件等高质量光学元件时不可或缺。
由于萤石的颜色多种,和特殊的文化属性,人们利用萤石制造出精美工艺品。从技法上分,有 浮雕 、镂空雕和圆雕,从工艺上分,有雕刻件、车件、抛光件、球体件、原生态 晶体 件以及标本件、组合件等八大件。
鉴别方法
萤石的 晶体结构 存在“空洞”,很容易被其他离子填充,所以在自然界中,无色透明的纯净萤石极其稀少。这种 结构缺陷 ,同时也让萤石成为颜色最丰富的石头,因为含有铁、镁、铜等显色离子,萤石几乎可以呈现任何一种颜色。
萤石可以进行 改色 加工,加热处理在萤石中较为常见,通过加热可使暗蓝至黑色萤石变成蓝色。一般来说,这种加热处理的萤石很难鉴别,其颜色在300℃以下的环境中是稳定的。 在萤石加工过程中,还会经常充填塑料或 树脂 ,其主要目的是愈合表面裂隙,使其在加工或佩戴时不产生裂隙。经充填处理的萤石的鉴定主要有以下几个方面:
历史文化
早在 新石器时代 ,中国长江流域下游以南的 河姆渡遗址 人就曾选用萤石作装饰品了,距今已有7000多年的悠久历史。
萤石的开采及挖掘起源于 古埃及 时期,当时的人们广泛用萤石制作 塑像 及 蜣螂 形状的雕刻。 英国 曾盛产萤石——主要产于 德比郡 卡斯尔顿欧丁露天矿场——“蓝色约翰”特定的矿床,最早由古罗马人开采,大量用于雕刻制作酒杯和花瓶使用。 古罗马 人甚至相信萤石酒杯会使人千杯不醉。18世纪初约翰·柯克和约瑟夫·霍尔采萤石矿时,偶然发现古罗马时代的古矿井,所采萤石主要用于制作时尚花瓶(如 伦敦自然史博物馆 珍藏的18世纪中期制作的“蓝色约翰”花瓶)、珠宝首饰及其他装饰品,时至今日仍然如此。
15世纪时,在古欧洲,萤石才拥有了自己的名字Fluorspar。1529年, 德国 矿物学家 阿格里科拉 在他的著作中首次提到萤石具有优良的性能;1556年阿格里科拉发现萤石具有低 熔点 (1360℃)的特性而能用作“助熔剂”,在钢铁冶炼中加入一定量的萤石,不仅可以提高炉温,除去硫、磷等有害杂质,而且还能同炉渣形成共熔体 混合物 ,增强活动性、流动性,使渣和金属分离;1670年德国玻璃工人契瓦哈特(Selewanhardt)偶然将萤石与 硫酸 混在一起,发生化学反应,产生了一种具有刺激性气味的烟雾,从而引起人们对萤石化学特性的重视。1771年, 瑞典 化学家 卡尔·舍勒 (Scheele)将萤石与硫酸反应制成了由氢元素和一个不知名元素化合而成的酸,同时还发现这种酸能蚀刻玻璃。1886年, 法国 化学家 亨利·莫瓦桑 (Moissan)首次从萤石中分离出气态的氟元素,发现萤石是由钙元素和氟元素化合而成的矿物,定名为 氟化钙 (CaF₂)。萤石因在近代工业中起到了巨大的推动作用被载入史册。