天然水晶和硅石原料的矿产资源概况
水晶的矿物学名为石英，化学成分SiO₂，是透明的石英晶体。按照水晶的生产过程，可分为天然水晶和人造水晶。按其特性和用途，又可分为压电水晶、光学水晶、熔炼水晶和工艺水晶。
据有关资料，全世界水晶资源稀少，分布极不平衡。主要分布在南美洲和亚洲。南美洲的巴西水晶资源丰富。亚洲主要分布在中国和印度，目前我国探明的水晶资源矿藏分布情况显示：海南、青海、四川、黑龙江、广西、广东和江苏等省市均有水晶资源。已有的资源特点是富矿少，贫矿多；高品级少，低品级多；共生矿及伴生矿多，开采条件不好。相对而言，江苏省水晶资源比较丰富，主要集中在东海县，产量占全国首位，水晶资源储量占全国的1/2。东海县不仅是江苏省而且是我国的水晶主要生产地，也是我国的“水晶之都”。
熔炼水晶有四种矿床类型：①伟晶岩型水晶矿；②热液石英脉型水晶矿；③层控型水晶矿；④水晶砂矿。
硅质原料是在自然界广泛分布的一种重要的矿产资源，是以SiO₂为主要化学组分和以适应为主要矿物组分的矿石原料的统称。我国的硅石资源十分丰富，主要特点是类型齐全，分布广泛，但中低质量矿多，优质硅石资源少。硅石按其形成的温度、所含杂质、晶形、气液包裹体含量等各种物理化学性质差异分为四大类、岩浆型、变质型、水热生长型及沉积型。通过工艺处理能做一般石英玻璃原料的高品质硅石矿主要有变质岩型石英中的元古代石英和水热生长型中伟晶岩石英和在高温条件下形成的脉石英矿床。主要分布在我国北方，如辽宁本溪、安徽凤阳、江苏东海等地。
天然水晶和硅石的特性及用途
天然水晶和硅石的特性
▶石英晶体的物理、化学性能
石英晶体(水晶)SiO₂含量大于99.9%以上，属于三方晶系，其内部质点在三度空间呈有规律排列，由三方双锥体与三方偏方面体组成结晶体，具有玻璃光泽，贝壳状断口，无解理。石英集合体通常呈粒状、致密块状、晶簇状或隐晶质的钟乳状、结核状等。水晶的摩氏硬度是7，且具有方向性；相对密度2.65-2.66，常压下温度每升高一度,相对密度约减小0.0001;折射率1.544-1.553,具有双折射和旋光性；透光范围约200-2500nm，说明水晶除了能透过全部可见光外，对红外线和紫外线约有70%的透过能力；抗压性能好，在垂直光轴方向能承受的最大压力为2.8MPa，在平行光轴方向上能承受最大压力为2.9MPa；水晶的导热性差，而且具有方向性；水晶的线膨胀系数小，同时也具有方向性；水晶受压或施加电压能产生压电效应并有弹性；耐酸、碱性好，除氢氟酸外，不溶于其他酸，在高温、高压下碱对水晶才能有作用。
▶石英晶体晶型转变
石英的晶型有其形成的温度、压力条件和稳定范围，能形成多种变体，其中常见的有α-石英和β-石英，它们是在不同的温度下形成的两种变体，α-石英属低温型，β-石英属高温型，它们的化学成分均为SiO₂，但因它们的结构单元Si—O四面体连接的角度不同而引起结构的变化，伴随着体积的明显变化，在一定的温度和压力条件下，它们之间存在着互变的关系。天然SiO₂的主要同质多相变体属于三种构造形式：石英(α)、鳞石英(α)、方石英(α)。它们互相转变过程中有相当大的能量变化。这三种主要构型各自又都有其高温(β)-低温(α)亚型。在常压下，同质多相之间转变过程如下。
α-石英←573℃→β-石英←870℃→β-鳞石英←1470℃→β-方石英←1713℃→熔融
天然水晶和硅石的用途
▶天然水晶的用途
根据水晶的外观和物理特性分为：压电水晶、光学水晶、工艺水晶和熔炼水晶四大类。按用途可分为工艺品用水晶和工业用水晶。
①压电水晶是指具有高纯度的水晶单晶体，无任何包裹体、杂质、节瘤、蓝针的双锥柱状晶体。当水晶晶体受压力或拉力后则产生电荷，称压电效应(又称正压电效应)，水晶晶体在电场作用下则产生机械振动(又称逆压电效应)，由于水晶具有正逆压电效应的性能，而且有其他压电材料不能比拟的优点，所以被大量用于制造谐振器、滤波器、超声波发生器和各类检测仪器。
②光学水晶是指纯净的无色透明的水晶晶体，要求晶体内无双晶、节瘤、各种包裹体、绵、裂隙、蓝针等杂质，紫外线的透过率大于85%，被大量应用于各种工业用仪器仪表的镜头等。
③工艺水晶是对于不能做压电水晶、光学水晶的水晶晶体，如紫水晶、茶水晶、墨水晶、发晶、绿晶、蓝晶、黄晶、红晶等透明或半透明的水晶，都可以按其晶体、外观、颜色和体积制作成水晶工艺品。
④熔炼水晶是指经选出压电、光学、工艺水晶后剩余的水晶晶体及碎块，允许有双晶、节瘤、各种包裹体、绵、裂隙、蓝针等杂质的透明或半透明块体，不允许有杂色，如紫色、红色、黄色、绿色、茶色等。熔炼水晶是生产工业用石英玻璃的原料。
水晶工艺品在我国古代就作为宝石被人们所重视，北京故宫博物院就收藏有古代的水晶工艺品。工艺水晶主要是利用水晶的透明度、外观造型、包裹体形状、颜色、内部绵纹造型、块体大小等的不同，制作成各种水晶雕刻工艺品、水晶观赏石、水晶眼镜、水晶饰品、水晶保健品等。
20世纪初，法国科学家朗之万教授依据法国著名科学家皮尔·居里于1886年发现的水晶的压电效应，首次用来制造超声波探测仪用于军事探测潜水艇，从此拉开了水晶在工业中应用研究的序幕。工业用水晶是利用水晶的物理性能、化学性能和二氧化硅纯度高，作为原料生产石英玻璃和工业器件，压电水晶、光学水晶和熔炼水晶都是工业用水晶。
工业中常利用水晶的物理特性制作工业产品，如利用水晶的压电效应，生产石英晶体谐振器、滤波器、超声波发生器和各类检测仪器，广泛应用于无线电报、无线传真、无线电视、人造卫星、导弹、飞机、火箭、舰艇、雷达、电子计算机、远距离操纵、跟踪、导航等设备中；还用于各种载波设备，如载波电话、载波传真、载波电振及超声波探伤仪、压力计、高压仪等仪表、仪器。
利用水晶的光学特性制作光学材料，如利用水晶的透红外线的特点制作的仪器镜头用于在黑暗中照相、观测、云雾中拍摄及远距离高空照相等。利用水晶的透紫外线的特点，将水晶做成光谱仪的棱镜、透镜，用于测定矿物元素的含量等，利用水晶的旋光性做成镜头，用于各种旋光计中，测量旋光物质的浓度、含量等。利用水晶高纯的二氧化硅制作石英玻璃，具有较好的耐高温性、耐酸性、耐碱性、线性膨胀系数小等特性，可以生产各种各样的石英玻璃器皿、石英玻璃管、石英玻璃棒，广泛应用于国防工业、半导体行业、光学行业、电光源、冶金、化学工业等行业。
▶硅石的用途
硅石(也叫石英石)与天然水晶在化学组成上是一致的，主体成分都是二氧化硅(SiO₂),纯度高的硅石SiO₂含量可达99.85%左右。然而硅石和水晶晶体结构上是有差异的，由于形成条件不同，它所包裹着的固体杂质矿物、气-液包裹体和密集的气泡是很难排除的。硅石是重要的工业矿物原料，在传统的工业生产和现代科技中都得到了非常广泛的应用，经过加工的硅石粉料：是制造平板玻璃和玻璃制品的主要原料；是机械铸造工业用作造型材料的主要原料；是各种工业陶瓷和日用陶瓷用作坯料和釉料的原料；是化学工业中制造水玻璃、硅胶、干燥剂以及各种硅酸盐、无水硅酸、硅铝、有机硅等化工产品的原料；还可用做橡胶、塑料、农药等填料；以石英为原料生产碳化硅用于高温耐火材料、耐磨材料及电器元件材料等。纯度高、透明度好的石英还可代替水晶制造石英玻璃和人造晶体。
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