螢石（Fluorite）又稱氟石。自然界中較常見的一種礦物，可以與其他多種礦物共生，世界多地均產(chǎn)，有5個有效變種。等軸晶系，主要成分是氟化鈣（CaF?）。結(jié)晶為八面體和立方體。晶體呈玻璃光澤，顏色鮮艷多變，質(zhì)脆，莫氏硬度為4，熔點1360℃，具有完全解理的性質(zhì)。部分樣本在受摩擦、加熱、紫外線照射等情況下可以發(fā)光。

該礦物來自火山巖漿，在巖漿冷卻過程中，被巖漿分離出來的氣水溶液內(nèi)含氟，在溶液沿裂隙上升的過程里，氣水溶液中的氟離子與周圍巖石中的鈣離子結(jié)合，形成氟化鈣，冷卻結(jié)晶后即形成螢石。存在于花崗巖、偉晶巖、正長巖等巖石內(nèi)。

因質(zhì)脆軟而不常被用作寶石。在工業(yè)方面，螢石是氟的主要來源，能夠提取制備氟元素及其各種化合物。而顏色艷麗，結(jié)晶形態(tài)美觀的螢石標(biāo)本可用于收藏、裝飾和雕刻工藝品。

礦物歷史

新石器時代，中國的河姆渡人就曾選用螢石作裝飾。螢石的開采及挖掘起源于古埃及時期，當(dāng)時的人們廣泛的用螢石制作塑像及圣甲蟲形狀的雕刻。古羅馬時期，螢石作為名貴石料廣泛地用于酒杯和花瓶的制作，古羅馬人甚至相信螢石酒杯會使人千杯不醉。

1529年德國礦物學(xué)家格奧爾格·阿格里科拉（G.Agricola）在他的著作中最早提到了螢石，1556年他在研究螢石的過程中，發(fā)現(xiàn)了螢石是低熔點的礦物，在鋼鐵冶煉中加入一定量的螢石，不僅可以提高爐溫，除去硫、磷等有害雜質(zhì)，而且還能同爐渣形成共熔體混合物，增強活動性、流動性，使渣和金屬分離。1670年德國玻璃工人契瓦哈特（Selewanhardt）偶然將螢石與硫酸混在一起，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了一種具有刺激性氣味的煙霧，從而引起人們對螢石化學(xué)特性的重視。1771年瑞典化學(xué)家卡爾·威廉·舍勒（Scheele）將螢石和硫酸作用制成了由氫元素和一個不知名元素化合而成的酸，同時還發(fā)現(xiàn)這種酸能蝕刻玻璃。

螢石的開采大約是1775年始于英國，到1800年至1840年間美國的許多地方也相繼開采，但大量開采乃是在發(fā)展和推廣平爐煉鋼以后。

在1797年，意大利工程師Carlos Ant?nio Napion將該礦物正式命名為“Fluorite”，此詞源于拉丁語“Fluere”，意為“流動”。因其常被用作熔煉金屬中的助溶劑。

1813年法國物理學(xué)家安德烈·瑪麗·安培（Ampère）把杜勒曾經(jīng)制備的這種不知名的元素定名為氟元素，取其第一個字母“F”為元素符號，列入元素周期表第二周期第七族，屬于鹵族元素。

1825年“Fluorescence”一詞誕生，意為熒光，源于螢石在紫外線照射下可以散發(fā)熒光的屬性。

1886年法國化學(xué)家亨利·莫瓦桑（Moissan）首次從螢石中分離出氣態(tài)的氟元素，揭示出螢石是由鈣元素和氟元素化合組成的礦物，定名為氟化鈣（CaF?）。

形成過程

螢石來自火山巖漿的殘余物中，在巖漿冷卻過程中，被巖漿分離出來的氣水溶液中含有許多物質(zhì)，以氟為主，在溶液沿裂隙上升過程中，溫度降低，壓力減小，氣水溶液中的氟離子與周圍巖石中的鈣離子結(jié)合，形成氟化鈣，經(jīng)過冷卻結(jié)晶后就得到了螢石。

生長環(huán)境

螢石礦為花崗巖、偉晶巖、正長巖中的副礦物。在碳酸巖、堿性侵入巖中和火山周邊的噴氣孔旁均能夠發(fā)現(xiàn)螢石。該種亦沉積于熱液礦脈及層控礦床內(nèi)。在砂巖的自然銜接處螢石會產(chǎn)生粘合劑的作用。

與螢石共生的礦物有：白鎢礦、磷灰石、黃玉、錫石、黑鎢礦、黃鐵礦、方解石、閃鋅礦、天青石、白云母、石英、方鉛礦、白云石、黃銅礦、鈉長石、尖晶石、菱錳礦、重晶石。

理化性質(zhì)

物理

光澤 玻璃質(zhì)，晶體較大時呈陰暗色澤 韌性 質(zhì)脆，易碎

透明度 透明至半透明 解理 完全解理，平行{111}晶面族，解理能高。尤其是當(dāng)晶體呈八面體時，其可在毫無損傷的情況下被分解。但當(dāng)樣本較大時，解理易產(chǎn)生斷裂及劃痕

顏色 無色、紫色、丁香色、金黃色、綠色、藍(lán)色、粉紅色、香檳色、棕色裂理在{011}晶面族下裂理模糊粗糙

劃痕 白色 斷口 參差狀或亞貝殼狀斷口

莫氏硬度 4 比重 3.00-3.25

熔點 1360℃ 密度 3.175-3.56克/立方厘米（測量數(shù)據(jù)）；3.181克/立方厘米（計算數(shù)據(jù)）。通常范圍3.175-3.184，在晶體夾雜雜質(zhì)時會增加密度

感光 當(dāng)紅、綠螢石被加熱至100℃以上時會產(chǎn)生磷光。在紫外線照射下，螢石會發(fā)出熒光，呈藍(lán)、紫色、綠、紅或黃色。部分螢石光感較強，直接暴露于光線中或摩擦其表面就能使其發(fā)光。當(dāng)螢石受到照射時，其礦物內(nèi)的電子在外界能量的刺激下，會由低能狀態(tài)進(jìn)入高能狀態(tài)，當(dāng)外界能量刺激停止時，電子又由高能狀態(tài)轉(zhuǎn)入低能狀態(tài)，在此過程中就會發(fā)光。螢石在日光燈照射后可發(fā)光數(shù)十小時，這種光相對微弱，白晝看不見，夜里看就很明亮。

光學(xué)

類型 等方性 表面起伏 平滑適中

相對照度值 n=1.433-1.448 色散 無

雙折射 螢石所形成的雙折射極其細(xì)微，甚至為無。常在被切割或壓縮的形態(tài)下產(chǎn)生不規(guī)則的微弱雙折射，一般出現(xiàn)于平行片晶至{001}晶面族

化學(xué)

化學(xué)式 CaF2 中文名 氟化鈣

常含雜質(zhì) 釔、鈰、硅、鋁、鐵、鎂、銪、釤、氧、氯 溶解度 溶于硫酸，在加熱后的氯化氫中可輕微溶解，微溶于水（水溫為18℃時，0.000016克/立方厘米）

結(jié)晶構(gòu)造

螢石的多數(shù)結(jié)晶為八面體和立方體，少見十二面晶體。也有八面體和立方體相交而成的組合晶體。解理痕跡在多數(shù)晶體上有呈現(xiàn)，從較大晶體上剝落的解理塊也很常見。

在八面體結(jié)晶下，解理塊較扁平、呈三角形；立方晶體的解理塊為扁的長方體。螢石的晶體往往出現(xiàn)穿插雙晶，即兩個晶體相互貫穿所構(gòu)成的雙晶現(xiàn)象。也有團(tuán)簇而成的共生立方晶體，或為顆粒狀、葡萄狀、球狀或不規(guī)則大塊。

螢石晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，這種結(jié)構(gòu)是以陽離子所形成的面心密堆為基礎(chǔ)，其四面體間隙位置由陰離子填充。Ca2 離子位于立方面心的結(jié)點位置上，Ca2 配位數(shù)為8。F-離子位于立方體內(nèi)8個小立方體的中心，而F-的配位數(shù)是4。

晶系 等軸晶系（立方晶系） 晶胞參數(shù) 軸長a=5.4626埃

礦物類 m3m(4/m32/m)-六八面體類 晶胞體積 163.00立方埃

空間群 Fm3m 晶胞原子數(shù) 4

孿晶 螢石在{111}晶面族上，多為互相穿插的立方晶體，也有形成尖晶石雙晶律的情況，晶體形態(tài)常為立方體{001}，有時為八面體{111}，十二面體{011}較為少見，亦有六八面體和二十四面體偶爾出現(xiàn)。以上形狀的聚型晶體也經(jīng)常發(fā)生。{001}平滑具光澤；{111}粗糙無光澤。從{013}開始，晶體的不均勻發(fā)展有時會使晶體變形，如微小的立方晶體聚合生長成一個較大的八面體，或于早期生出的單晶的角落處形成一塊過度生長的較大晶體。其他形狀的結(jié)晶還有泥土狀、柱狀、球狀或葡萄狀

自然分布

較主要的螢石礦床區(qū)域位于：英國康沃爾、卡斯?fàn)栴D、德比郡、達(dá)勒姆；法國多姆山；瑞士勃朗峰；德國黑森林；西班牙阿斯圖里亞斯；俄羅斯達(dá)利涅戈爾斯克；哈薩克斯坦卡拉奧巴；中國湖南；墨西哥奇瓦瓦州、科阿韋拉、杜蘭戈；美國紐約、俄亥俄州、伊利諾斯州、田納西州、科羅拉多州、新墨西哥州；加拿大安大略湖、不列顛哥倫比亞省；秘魯瓦努科；納米比亞；巴基斯坦。

有效變種

嘔吐石（Antozonite）

有些螢石的內(nèi)部含有微量的鈾金屬，當(dāng)鈾元素持續(xù)地放出電離輻射時，螢石結(jié)構(gòu)中的部分鈣原子與氟原子便會逐漸分離，此時內(nèi)部含有游離氟的螢石變種，被稱作嘔吐石。當(dāng)該礦物碎裂時，所釋放出的游離氟可以與氣態(tài)水發(fā)生反應(yīng)，形成臭氧和氟化氫，繼而發(fā)出臭氧的怪味。

藍(lán)塊螢石（Blue John）

具有紫、白色（或紫、黃色）相間的帶狀紋路的的螢石變種。其藍(lán)紫色條紋的形成原因尚不明確。在顯微鏡分析下未能在該變種中發(fā)現(xiàn)任何如高錳酸鉀或烴等可以導(dǎo)致藍(lán)紫色花紋的雜質(zhì)。但由于藍(lán)塊螢石的晶格錯位，螢石原有的原子結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生移位或被干擾，也有可能在物理方面改變該種呈現(xiàn)的顏色。

磷綠螢石（Chlorophane）

具有熱釋光特性的螢石，受到加熱后會發(fā)出綠色亮光。磷綠螢石中含有錳、鋁、鎂、微量的鐵和鈉等雜質(zhì)。

鈰釔礦（Yttrocerite）

螢石變種，化學(xué)式為(Ca,Ce,Y)F2。當(dāng)螢石化學(xué)結(jié)構(gòu)中的部分鈣元素被鈰元素和釔元素替代后，就會變成鈰釔礦。

釔螢石（Yttrofluorite）

螢石變種，化學(xué)式為(Ca,Y)F2。當(dāng)螢石化學(xué)結(jié)構(gòu)中的部分鈣元素僅被釔元素替代時，就會形成釔螢石。

主要價值

螢石是唯一一種可以提煉大量氟元素礦物。同時其還被用于煉鋼中的助溶劑以除去雜質(zhì)。該礦物在制作生產(chǎn)玻璃和搪瓷時也有應(yīng)用。此外，在光學(xué)領(lǐng)域?qū)τ谖炇男枨罅枯^大。其人工合成晶體長大后可以制成多種透鏡。如用螢石制造的照相機(jī)鏡頭，因其具有非常低的色散，所以由其打磨成的鏡片比選用普通玻璃的鏡頭具有更少的色差。

螢石的顏色鮮艷豐富，晶體光滑無暇，被稱之為“世界上最鮮艷的寶石”。但因其硬度低，所以通常情況下不能被用作珠寶。但正因螢石質(zhì)地柔軟，所以當(dāng)出現(xiàn)足夠大的晶體時，便可以相對容易的用它來雕刻裝飾物。該礦物在礦石收藏家中十分流行。尤其是一些品相良好的標(biāo)本可以出現(xiàn)很高的價格。

工業(yè)應(yīng)用

三氟化硼

螢石須為制酸級產(chǎn)品，利用發(fā)煙硫酸的脫水作用，在適當(dāng)溫度下，可使硼酸脫水得到三氧化硼晶體。反應(yīng)式為：

2H?BO?(s)→B?O?(s) 3H?O(l) Q

在重鉻酸鉀作用下，三氧化硼、螢石粉、發(fā)煙硫酸混合加熱，即可得到三氟化硼氣體。反應(yīng)式為:

3H?SO?(l) B?O?(s) 3CaF?(s)→3CaSO?(s) 2BF?(g) 3H?O(l)

綜合反應(yīng)式為：

3H?SO?(l) 2H?BO?(s) 3CaF?(s)→3CaSO?(s) 2BF?(g)↑ 6H?O(l) Q

氟化氫

回轉(zhuǎn)窯法：螢石、H?SO?在回轉(zhuǎn)窯中發(fā)生的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度維持在200-270℃，主反應(yīng)是：

CaF?(s) H?SO?(l)→2HF(g) CaSO?(s)

該主反應(yīng)的機(jī)理可通過以下反應(yīng)來表達(dá)：

CaF?(s) H?SO?(l)→Ca(HSO?·F·HF)

Ca(HSO?·F·HF)→Ca(HSO?·F) HF(g)

Ca(HSO?·F) HF(g)→CaSO?·2HF(g)

螢石和硫酸在進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)之前，需在常溫或低溫下經(jīng)預(yù)反應(yīng)器混合，反應(yīng)過程由煤氣燃燒提供熱量，以避免惰性氣體進(jìn)入而影響HF的吸收冷凝與精餾。反應(yīng)程度直接影響物料狀態(tài)，反應(yīng)物在0-40%及70