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燒綠石
鎖定
- 中文名
- 燒綠石
- 外文名
- pyrochlore
- 用 途
- 提取稀土元素、鈮、鉭等元素
- 別 名
- 黃綠石
- 化學式
- CaNb2O6F
- 晶體類型
- 等軸晶系
- 密 度
- 4.03—5.40g/cm3
- 莫氏硬度
- 5—5.5
燒綠石礦物介紹
燒綠石是一種氧化礦物,是提取鈮的重要礦物原料。它的成分中含有鈮、鈉、鈣及稀土、鈾、釷、鋯、鈦等元素,是複雜的氧化礦物,因此人們還可以從中提取鉭、稀土及鈾、釷等。它呈褐到黑色玻璃狀晶體或不規則的塊體狀,具有樹脂光澤或金剛光澤,稍微有些透明。 燒綠石有一個奇怪的特性,用火一燒它就會變成綠色。
燒綠石化學性質
燒綠石的礦物的成分通式可以用A2-xB2X7表示,理論化學組成:Na2O為8.52%,CaO為15.41%,Nb2O5為73.05%,F為5.22%。A組陽離子Ca、Na常可被U、TR、Y、Th、Pb、Sr、Bi代替,從而出現以下變種:鈰燒綠石,含CeO達13%;水燒綠石,含H2O 6.8%;鈾燒綠石,含UO2 10~20%;釔鈾燒綠石,含UO2 9~11%,TR 12%;鈰鈾燒綠石,含Ce2O3 13%,U3O8 7%;鈾鉭燒綠石,含UO3 15%,Ta2O5 13%;釔鈾鉭燒綠石,含ΣY2O3 11%,Ta2O5 30%,U3O8 9%;鈾鉛燒綠石,含UO3 21%,PbO 7%;鋇鍶燒綠石,含BaO 12%,SrO 6%;鉛燒綠石,含PbO 39%。
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燒綠石結構與形態
等軸晶系,Oh7-Fd3m;a0=1.020~1.040nm;Z=4。a0值與Ti含量成反相關;而A組陽離子的成分變化並不引起a0值的規律變化。B組陽離子Nb呈6次配位,[NbO6]八面體以共角頂形式沿立方晶胞的[110]方向聯結成鏈。A組陽離子Ca、Na的配位數為8,[(Ca,Na)O8]立方體彼此共稜並與[NbO6]八面體共稜相聯。其結構可視為螢石型結構的衍生結構。即螢石結構中的配位立方體的1/2為配位八面體所代替,並減少1個陰離子。
燒綠石物理光學性質
物理性質:燒綠石晶體呈八面體或八面體與菱形十二面體的聚形,顏色為淡黃色、淺紅棕色至棕黃色,含鈾、釷的燒綠石顏色變深,甚至變為灰黑至黑色金剛至油脂光澤,貝殼狀斷口。莫氏硬度5—5.5,密度4.03—5.40g/cm3。
光學性質:薄片中黃白色或不同色調的褐色、淺紅色、無色。變生的燒綠石顏色較深,為褐一黑褐色,並且色調分佈不均勻,正突起很高。均質體,有時具弱非均質性。n=1.96~2.27。常見環帶構造。反射光下灰色,反射率:R=8.2一13.7。內反射為褐、橙、黃色。以八面體晶形,高正突起,均質性為鑑別特徵。
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燒綠石結構電解質
燒綠石結構化合物可以看作有序、具有氧空位的螢石結構氧化物,如圖《燒綠石結構氧化物(A2B2O6O1-δ)的晶體結構示意圖》所示。燒綠石結構氧化物通常可以用A2B2O6O1-δ表示。可以看出,結構中具有一定的氧空位。晶體的空間羣為Fm3m,離子半徑較大的A位離子處於16d格位,較小的B位離子佔據16c格位,六個氧離子處於48f格位,剩餘的氧離子隨機佔據8b格位。燒綠石結構氧化物在高温時具有良好的穩定性,並且在許多領域具有潛在的應用價值,因此很長一段時間內受到了人們的關注,例如:它可以用作固體電解質、氧電極和催化劑等。
Tuller課題組對燒綠石結構氧離子導體進行了深入的研究,研究主要集中在Gd2Ti2O7和Gd2Zr2O7體系,其中Gd2(Ti1-xZrx)2O7固溶體引起了他們極大的興趣。當x=0時,固溶體為離子絕緣體;當x=l時,固溶體呈現出較高的離子電導率,石的大小控制了離子電導率與電子電導率的比值。他們在Gd2Ti2O7的A位和B位分別摻雜Ca2+及Al3+,摩爾百分比為10%的CaO摻雜Gd2Ti2O7體系在1 000℃時,離子電導率為5 x10-2 S·cm-1,遠遠高於未摻雜的Gd2Ti2O7(10-4 S·cm-1);固溶體的電導活化能從0.94 eV降低到0.63 eV。採用Al3+取代Ti4+ (x≤0.1)後也觀察到了類似的現象。當摻雜離子的含量較高時,化合物的電導率迅速降低。不同氧分壓條件下的電導率測試表明:固溶體的離子電導和電子電導的比例與CaO的含量密切相關。在低氧分壓範圍內,固溶體呈現出N型電導;在中氧分壓與高氧分壓範圍內,分別表現為離子電導與P型電導。隨着Ca2+含量的增加,氧離子的導電範圍逐漸擴展,例如,800℃時,摩爾百分比為0. 25%的CaO摻雜的Gd2Ti2O7固溶體的離子導電的氧分壓範圍為10-4~10-12 atm;而對於摩爾百分比為5%的CaO摻雜的固溶體來説,離子導電的氧分壓範圍擴展到10-1~ 10 - 20 atm。實驗結果表明,摻雜的燒綠石體系的電導率與穩定的2rO2處於同一個數量級,但是前者的電子電導比例較大,作為固體氧化物燃料電池的固體電解質還需要進一步的研究。
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燒綠石成因產狀與產
生;產於鈉長石化鹼性偉晶岩中,與鋯石、鈮鈰釔礦、鈉長石、磷灰石、霓石、鹼性角閃石共生;產於碳酸岩中,與鋯石、鈰鈣鈦礦、鈣鈦礦、磷灰石、磁鐵礦共生;產於花崗岩與白雲岩的外接觸帶中,與鈉長石、霓石、鎂鈉鐵閃石、重晶石、螢石、鈮鐵礦、易解石等共生;產於鈉長石花崗岩中,與鈉閃石、黃玉、冰晶石等共生。
燒綠石鑑定特徵
- 參考資料
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- 1. 梁冬雲,李波編著.稀有金屬礦工藝礦物學.北京:冶金工業出版社 , 2015.08:143~145
- 2. 工業礦物與岩石 .讀秀網.2002.08 [引用日期2017-12-09]
- 3. 夏天,王敬平著.固體氧化物燃料電池電解質材料.哈爾濱:黑龍江大學出版社,2013.07 :224~225
- 4. 王德滋編.光性礦物學.上海:上海人民出版社,1975.10 :65