藍晶石

藍晶石 ^[2]  英文名稱kyanite，源於希臘語kyanos，指藍晶石最普遍的顏色。是島狀結構硅酸鹽礦物，成分為Al2[SIO4]O。與紅柱石、矽線石成同質多象。屬於三斜晶系，晶體呈扁平的板條狀，常呈柱狀晶形，可見雙晶。有時呈放射狀集合體。顏色有藍色、帶藍的白色、青色。具﹛100﹜完全和﹛010﹜中等的兩組解理。硬度有明顯的異向性，故又名二硬石。平行晶體伸長方向上摩氏硬度為4.5，垂直方向上為6，比重3.53～3.65。可見435nm，445nm吸收光譜帶。區域變質作用產物，在結晶片岩和片麻岩中出現。當加熱到1300℃時，藍晶石變為莫來石，是高級耐火材料。也可提取鋁。

藍晶石色麗透明的晶體可作寶石，以深藍色為佳。美國北卡羅來納州產有深藍、綠色的寶石藍晶石。晶體可磨製成刻面寶石或珠狀，但很難琢磨和拋光。 ^[3] 

藍晶石礦物主要成分為藍晶石和少量硅線石，副礦物成分為石英，次礦物為黑雲母、金雲母、綠泥石。

藍晶石的理論組成是為62.93%， 為37.07%。由於藍晶石礦物晶體往往含有少量的副生礦物成分，所以一般情況下含量是達不到理論值的。對藍晶石礦物的精礦來説，其含量為藍晶石和雜質礦物之和。

藍晶石是典型區域變質礦物之一，多由泥質岩變質而成。它主要形成於中級變質作用壓力較高的條件下。存在於區域變質片岩和片麻岩和相關結晶花崗岩及石英岩脈。與石榴石、十字石、雲母和石英共生。

對稱特點：點羣1，空間羣P1。

硬度：硬度在各個方向上顯著不同，在發育完全的解理的面上，為4～5。在垂直晶體延長的方向為6～7，表現出極其顯著的各向異性，故藍晶石又名二 ^[4]  硬石。

比重：3.53~3.64。

解理：(100)解理完全，(010)解理中等到完全。

斷口：易破碎。

顏色：一般呈藍色，有時由於晶石上面有斑點，或紋理顏色不均勻，致使中部顏色較深。

條痕：不明顯。

透明度：透明至半透明。

光澤：玻璃光澤，斷口可具玻璃光澤至珍珠光澤。

化學組成：天然產出的藍晶石，往往接近於理想成分。 可含有 Cr 、 Fe 、 Ca 、 Mg 、 Ti 等元素。

結晶狀態：晶質體。

晶系：三斜晶系。

晶體習性：常呈柱狀晶形，常見雙晶。

常見顏色：淺至深藍、綠、黃、灰、褐、無色。

C軸方向： 4－5

垂直C軸方向： 6－7

密度： 3.68 (+0.01 ，—0.12)

光性特徵：非均質體，二軸晶，負光性。

折射率： 1.716 －1.731 （± 0.004 ）。

雙折射率： 0.012－0.017 。

紫外熒光：弱

長波：紅

短波：無

吸收光譜：435nm，445nm 吸收帶。

放大檢查：固體礦物包體，解理，色帶。

特殊光學效應：貓眼效應（稀少）。

優化處理：未知。

藍晶石為島狀鋁硅酸鹽，屬三斜晶系，沿C軸呈扁平長柱狀。有時晶體的末端膨大呈帽狀%晶面具有條紋%是一種變質礦物，主要產於區域變質結晶片岩中，其變質相由綠片岩相到角閃巖相 ^[5]  。

藍晶石存在三種形態：

（1）針狀和纖維狀集合體

（2）富含藍晶石的假象藍晶石集合體

（3）藍晶石結合礦

美國加利福尼亞州、衣阿華州、佐治亞州；加拿大、愛爾蘭、法國、意大利、瑞士、印度、巴西、朝鮮，澳大利亞等。

中國從四十年代開始對藍晶石礦產調查以來，特別是七十年代末到八十年代初，做了大量的普查勘探工作，發現藍晶石礦20餘處，分佈十幾個省區。主要礦牀分佈：江蘇沭陽的韓山、河南隱山、河北邢台、內蒙古點布斯廟、新疆布拉蓋、山西繁峙、安徽嶽西和霍山、遼寧大荒溝、四川汶川、雲南熱水塘、吉林磐石、陝西洋縣儻河口等 ^[4]  。

由於藍晶石礦物的特性，故用來製造優良的高級耐火材料、耐火砂漿、水泥、鑄造耐製品、塑料搗打混合料、技術陶瓷、汽車發動機的火花塞、絕緣體、球磨機球體、試驗器皿，耐震物品等。並可用電熱法煉製硅鋁合金，應用於飛機、汽車、火車、船舶的部件上。隨着鋼鐵工業的發展，此類礦以耐火磚，型材等形式製造熱風爐、熱風塔、再熱爐、均熱爐等的關鍵部位。製造窯爐設施，還可用於各種輔助性澆注和操作設備上。它們可以用於生產噴渡薄膜、製造結晶氟石和超音速飛機的前緣、宇宙飛船的金屬附件，部分還可作寶石。此外可用作研磨料，作釉成分以及不滑的地板材料。

（1）利用藍晶石高温一次永久性膨脹特性（直接加入不定形耐火材料、如澆注料、可塑料、膠泥中作高温膨脹劑）只要加入5%～15%就能提高製品的荷重軟化温度耐壓強度，改善燒後線變化指標，消除不定形耐火材料在高温和冷卻過程中產生的收縮裂紋，剝落以及影響使用壽命等弱點#從而延長爐襯壽命 ^[6]  。

（2）用藍晶石高鋁礦物生產的鋁酸鹽纖維#可用於製作汽車、宇宙飛船和雷達的零部件。

（3）用藍晶石煅燒形成的莫來石製作高級耐火材料，用於高温爐可使其爐齡延長5～6年，並節約能源。

（4）在高鋁水泥中加入5%～15%的藍晶石#可製成藍晶石水泥，耐火温度高達1650℃，可應用於軍工建築。

藍晶石礦物主要用作生產耐火材料、氧化鋁、硅鋁合金和金屬纖維等用途。

因此世界上對藍晶石類礦物的開發利用越來越重視，特別是幾個發達的國家，如在日本，藍晶石是耐火混凝土、可塑料、高鋁水泥的重要原料。美國和一些國家用藍晶石預燒製成各種牌號的莫來石質熟料，廣泛地應用於陶瓷和精密鑄造等部門。蘇聯用藍晶石－硅線石精礦製造的輕質磚。採用藍晶石作膨脹劑配製的不定型耐火材料在加熱爐上的試用是成功的，其表面裂紋少，使用中跑火現象也少，使用效果較好。總之藍晶石是不定型耐火材料良好的膨脹劑。

(1) 在高温下體積穩定，不收縮 。

(2) 比其他高鋁耐火材料生成本低。

(3) 性能好。比粘土磚損耗低壓43%，耐火度高達1825°C以上。

(4) 節約能源。熱容比粘土磚高12%，用於馬丁爐可縮短冶煉時間，能耗少。

(5) 加入不定形耐火材料中作高温膨脹劑，使產品在高温下不收縮和剝落 。主要應用於冶金、建材、機械、化工、輕工、核工業告等行業。

（1） 比用合成法（用熔鍊金屬硅和電解鋁）或用電熱還原高嶺土等方法成本低，經濟效益高。

（2） 可滿足製造汽車、宇宙飛船和雷達部件的特殊技術要求道的，冶金、機械、宇航等工業部門。

黑雲石榴藍晶石麻巖型礦石，主要礦物為藍晶石、黑雲母、斜長石。次要礦物為石英、絹(白)雲母、石榴石、十字石等。

藍晶石綠泥片岩型礦石，主要礦物為藍晶石和綠泥石。次要礦物為斜長石、黑雲母、白雲母、石英，石墨等。

黃玉藍晶石石英片岩型礦石，主要礦物為藍晶石、石英、白雲母。次要礦物為黃玉、金紅石，黃鐵礦等。

偉晶狀藍晶石礦石，主要礦物為石英、藍晶石、次要礦物為絹(白)雲母等。

藍晶石礦物在高温下(1100－1650℃)煅燒轉變為莫來石和熔融狀遊離二氧化硅(方石英)，同時產生不同程度的體積膨脹。

莫來石具有很高的耐火度(1800℃時仍很穩定)，化學惰性和良好的機械強度。其礦物性質如下：密度（3.16）莫氏硬度(6－7)耐火度(1800°C時仍很穩定，1810°C分解為剛玉和液相)。

藍晶石是一種變質礦物，主要產於區域變質結晶片岩中，其變質相由綠片岩相到角閃巖相。根據含藍晶石的形態特點，將藍晶石礦分成如下三類變態 ^[7]  ：

(1)針狀和纖維狀集合體(纖維針狀礦石)。

(2)富含空晶石的假象藍晶石集合體(假象型礦石)。

(3)藍晶石結核礦(結核型礦石)。如礦牀同時含有上述三種變態，這類礦屬於混合型。

藍晶石礦牀工業類型主要有：黑雲石榴藍晶石片麻岩型、藍晶石綠泥片岩型、黃玉藍晶石石英片岩型，偉晶狀藍晶石型。

黑雲石榴藍晶石片麻岩型礦牀產於太古代變質岩系中，含礦岩石以藍晶石、石榴石、黑雲母斜長麻巖為主。單晶石礦體呈層狀、或大的扁豆體。單個礦體一般延長數百米，藍晶石含量10－25%。

藍晶石綠泥片岩型礦石產於太古代，藍晶石不均勻地分佈在綠泥片岩中。礦體呈透鏡狀，藍晶石含量由百分之幾到百分之二十幾。原巖含鎂較高，有時含有微量剛玉。

黃玉藍晶石石英片岩型礦牀產於元古代石英岩中，礦石以藍晶石石英片岩為主。有時有藍石雲母石英片岩，藍晶石含量10－30%，含有少量黃玉，並見有沿裂隙分佈的放射聚晶狀葉臘石。

偉晶狀藍晶石礦牀，礦體呈不連續的小扁豆體，分佈在古生代黑雲母片岩中，礦石組成簡單，藍晶石晶體一般在5釐米以上。

藍晶石在高温下是不穩定相。當加熱到一定温度時，轉化為莫來石和玻璃聚合體 ^[5]  。

即藍晶石在高温鍛燒時，於1100開始分解，至1300藍晶石分解加劇，有大量莫來石生成。1350時分解速度加快，並以1450完全分解，當温度達到1500，開始出現石英玻璃以及纖維狀莫來石晶體。方石英形成在1450以下，這就是説，藍晶石在高温下分解出來的SiO2，在藍晶石完全分解的温度以下，以方石英相形式存在。

隨煅燒温度的升高，藍晶石分解有如下特點：

1、藍晶石開始分解温度始於1100左右。

2、藍晶石顯著分解温度為1300或1360，此時生成的莫來石達到理論生成量的3/4，含量大於60%。顯著分解的温度範圍是1300－1450或1350－1450。

3、藍晶石完全分解的温度大於1450。

藍晶石在不同煅燒温度的膨脹性受其莫來石化制約。藍晶石的膨脹性隨温度的提高分為三個階段：

1、膨脹平緩期：

温度1100－1300(或1350)，此階段體積膨脹不大，藍晶石緩慢分解，莫來石化不完全，晶體微小。

2、膨脹劇化期：

温度1300－1450(1350－1450)，此階段體積膨脹很大，藍晶石快速分解，莫來石化漸趨完全。

3、膨脹下降期：

温度高於1450，在此階段，藍晶石已完全分解，莫來石化完全，晶體發育。相變階段結束向燒結過渡，物料膨脹下降乃至產生收縮。

決定藍晶石礦牀工業價值的主要因素，為含礦率(即礦牀藍晶石礦物含量)和礦物化學成分與物理性能。礦牀的一般工業要求見下表：

原礦含量和開採技術條件( 藍晶石)

邊界品位（%）：≥5

工業品位（%）：≥10

可採厚度（m）：≥1－2

夾石剔除厚度（m）：≥1－2

注：圈定礦體時，須按藍晶石礦物含量5－10%，>10－15%，>15－20%，>20%分別試圈並計算儲量。

(1) 熱膨脹性

藍晶石礦物在加熱過程中轉化為莫來石和藍晶石的混合物。在這個轉化過程中，礦物伴隨着體積膨脹，並且形成良好的英來石針狀網絡，體積膨脹率16－18%。

藍晶石 ^[6]  加熱至1000℃無變化，在1300℃以上逐漸轉變為莫來石和白硅石。藍晶石在轉化為莫來石的過程中將產生一定的體積膨脹、體積膨脹分：平緩期、劇化期、下降期、平緩期。

當温度在1100～1300℃時，試樣體積膨脹不大，藍晶石分解緩慢，莫來石化不完全，晶體微小劇化期，當温度達到1300～1450℃時，藍晶石快速分解，莫來石化漸趨完全，體積膨脹很大，約在1450℃時達到最大下降期。當温度超過1450℃時，藍晶石已完全分解，莫來石化完成晶體開始發育物料基本不再膨脹，甚至產生收縮，

藍晶石的膨脹性是評價其質量的重要依據。藍晶石顆粒越大，體積膨脹也越大，反之則小’藍晶石的膨脹性不僅與顆粒有關，同時也與純度有關，純度越高，膨脹也就越大，並隨Al₂O₃含量增高，其線膨脹也增大。

(2) 穩定性

藍晶石礦物生產耐火材料穩定性比粘土質耐火材料高1.5倍。藍晶石耐火磚比粘土磚的損耗低43%，比粘土磚壽命長150－200爐。

(3) 耐火度高

一般粘土質耐火材料的耐火度為1670－1770℃，而藍晶石的耐火材料通常大於1790℃，最高大於1850℃。

(4) 不可逆性

藍晶石礦物煅燒成莫來石，是一個不可逆的轉化。在温度1810℃以下它是穩定的。因此莫來石耐火材料具有高温下體積穩定、膨脹率低、抗化學腐蝕性強、機械強度高和抗熱衝擊能力強的特點。

藍晶石礦物的選礦，一般使用浮選、磁選、重選三種方法。也有采用電選方法，但常以重選浮選為主。磁選作為除雜手段。具體的選礦方法、藥劑制度、選別流程要根據礦牀特徵、礦石組成、結構構造、圍巖性質等情況而定。細粒嵌布的藍晶石礦石，主要採用浮選方法。因為藍晶石礦物與脈石礦物與脈石礦物的比重不大，一般不考慮重選。

混合型藍晶石礦石，包括粗粒嵌布和細粒嵌布的兩種類型的礦石，可採用重浮聯合流程。

藍晶石原料化學成分直接影響着藍晶石耐火度，膨脹率和各製品的性能。為保證耐火製品具有高温條件下的良好性能，對原料化學成分，尤其是鋁、硅、鐵、鈦、鹼金屬等的含量均有比較嚴格的要求。該原料用於其它方面的要求並不象用於耐火材料和冶煉鋁硅合金那樣嚴格，如用於鑄鋼和鑄鐵中的防粘沙物原料，要求 3%、4%對鐵和鋼的鑄件都沒有什麼影響。如果呈金紅石狀態存在，其含量即使很多，對鑄件也不會產生壞的影響。

中國藍晶石礦物的利用，尚處於初級階段，對原料化學成分的要求，還沒有制定統一的國家標準。

中國對藍晶石礦物精礦化學成分的要求，是按原地質部和冶金部1981年“東海會議”制定的詳查階段對精礦產品的一般參考指標，見下表：

中國對藍晶石礦作了一些工作，結合用户要求，制定企業標準，見下表：

藍晶石礦物的選礦，一般使用浮選、磁選、重選三種方法，也有采用電選方法，但常以重選浮選為主。磁選做為除雜手段。原則工藝流程見圖1所示。

粗粒嵌布藍晶石礦石，包括粗粒級和細粒結核狀礦石，合理的選礦工藝是重選或重浮聯合。首先將礦石分成粗細兩個粒級，粗粒級用重選搖牀處理，細粒級浮選法回收。

入選粒度：粗粒35－65目，細粒－65目。流程的最大特點是避免了粗粒藍晶石的過粉碎，提高了回收率，同時也保證了精礦中大於65目的藍晶石礦物粒度。原則工藝流程見圖2所示 ^[1]  。

混合型藍晶石礦石，包括粗粒嵌布和細粒嵌布的兩種類型的礦石，可採用重浮聯合流程（見圖3）。也可採用分級浮選法，選礦流程為：脱泥後的物料分成+60目和-60目二個粒級，然後分別進行浮選，其優點是粗粒藍晶石回收率高。原則工藝流程如下：

藍晶石礦物的主要生產國有美國、原蘇聯、印度、南非、法國、加拿大、澳大利亞等國。中國對藍晶石礦石的選礦研究始於70年代末，只有少數幾個礦山建有選礦廠。下面介紹中國河北魏魯藍晶石礦開發生產情況。

(1)原礦性質

該礦區藍晶石賦存於石榴黑雲斜長片麻岩中。根據礦石的基本性質及礦物成分，礦石可分為三個基本自然類型：①含石榴藍晶黑雲斜長片麻岩。

②含石墨藍晶黑雲斜長片訂巖。

③含石榴藍晶黑雲變質岩。其中含石榴藍晶黑雲斜長片麻岩為本區主要的礦石自然類型。礦石的礦物組成見下表。原礦的化學成分見下表：

(2)工藝流程

魏魯藍晶石選廠採用磁選一浮選流程。選礦工藝流程見圖4。原礦磨至-0.2mm，脱泥後進行磁選作業，磁選精礦進入重選（搖牀）作業，獲得鐵鋁榴石精礦。磁選尾礦作為浮選藍晶石原料。浮選是在常温下用石油磺酸鈉作捕收劑，硫酸作pH值調劑（pH=2—3）。經一粗一精選別作業，再經脱泥後得到藍晶石精礦。

魏魯藍晶石礦選礦工藝流程

(3)產品規格

魏魯藍晶石礦除生產藍晶石浮選精礦外，還生產顆粒較大、品位較高的手選藍晶石精礦。產品規格見：

魏魯藍晶石礦產品規格

(4)技術經濟指標 魏魯藍晶石礦技術經濟指標（1989年）見下表。

隨着工業利用範圍的擴大，藍晶石精礦需求量將會不斷增長，其增長率一般每年為5－7%。在鋼鐵工業方面增長率每年為10%。預計明年中國冶金工業需用藍晶石量可達4－6萬噸。電器、無線電、化學瓷、高強瓷等行業需用藍晶石量可達1.4萬噸。若加強出口能力，約為3萬噸 ^[6]  。

藍晶石開發利用存在產品與市場需求不對路的局面，高質量藍晶石產品供不應求。低質量藍晶石產品已趨飽和，造成市場缺口較大。應加強選礦技術研究，開發出經濟上合理的高質量藍晶石產品生產技術，改變供求矛盾。

（1）藍晶石精礦在鋼鐵工業、製備地板和牆體耐火磚等方面的用量將有較大增長。在玻璃和陶瓷工業方面的用量將處於穩定狀態。

（2）對藍晶石精礦的要求主要是向高純度方向發展，其製品向多種和高質量方面發展。

（3）重選及反浮選工藝用於超純度藍晶石精礦的生產是有發展前途的，應加強應用技術研究及生產轉化。