方解石对于广大朋友们而言可谓是;“听得多,见的少”。人们往往单一的用一些单晶作为范例因此叫这些生活中不可缺少的矿物隐形了它的存在。方解石对我们而言可谓是成也萧何败也萧何的存在状态,包括人类在内的很多动物的耳内、听泡中的“耳石”就是方解石堆砌的石灰质晶体,这些晶体的主要作用就是感受重心变化,以便于调节身体平衡来维持生物们的活动。如此重要的人体矿化如果位置不同就会叫我们恨之入骨,就好比人体乳腺矿化后乳腺内方解石堆砌结晶形成的“乳腺钙化”……自然生活中,我们常常见到的是一些方解石微晶集合体,比如海洋里的珊瑚,贝壳、河里的蚌、螺、生物的外骨骼、水壶附着的石灰华。
方解石是一种无机化合物,也就是我们常说的碳酸钙、石灰,其化学成分含量为CaO:56.03%、CO2:43.97%,常含有MgO、FeO、MnO等形成类质同象变种(比如霰石、白垩等),有时会含有Zn、Pb、Sr、Ba、Co、Tr等类质同象替代物。
方解石是地壳造岩重要矿物之一,同时也是地球元素循环的重要组员。其生生世世都在循环罔替,在地球五大圈内起着重要的控制作用。
方解石属三方晶系;D63d - R3c。菱面体晶胞:arh=6.37 ,α=46°5′ , Z=2。六方晶胞;ah=bh=4.9896 ,ch=17.061 ,Z=6。方解石晶胞结构中的CO2-3呈平面三角形垂直于三次轴并形成层排布,同层内的CO2-3三角形方向相同,相邻层中CO2-3三角形方向相反。Ca也垂直于三次轴的方向成层排列并与CO2-3交替分布,钙的配位数为6,构成[CaO6]八面体。
方解石常发育形态多种多样的完好晶体,其形态多达600余种。其常依{0001}形成接触双晶,更常依{0112}形成聚片双晶。方解石的集合体也是非常庞大的数量群,有呈板状的层解石、纤维状的纤维方解石、致密块状的石灰岩、粒状的大理岩、土状的白垩、多孔石灰岩、石钟乳、鲕状、豆状、结核状、葡萄状、被膜状、晶簇……形式是五花八门。常见于缝隙、裂隙、空腔、洞穴的沉积结晶。
较纯的方解石为无色~白色,无色透明的在国内常被称为“冰洲石”。但绝大多数方解石因含有Fe、Mn、Cu等杂质元素呈现出浅黄色、浅红色、紫色、褐色、黑色……各种颜色。解理{1011}完全。在应力的影响下,可沿{0112}聚片双晶方向滑移形成裂开。
方解石摩氏硬度2.50~3.75,在(0001)面上硬度较大。比重为2.6~2.9g/cm,密度的变化主要受杂质含量的影响。方解石在紫外荧光下可发荧光,但荧光颜色与方解石所含杂质元素及产状有关。加热方解石可产生弹性变形及热发光,热发光的激发因素是放射性杂质的影响、微量杂质的存在及晶体形变程度。在偏光显微镜下,方解石显一轴晶(-)光性。有时为光轴角很小的二轴晶、Ne=1.4864,N0=1.6584(λ=589nm),重折率高。
无色透明的方解石双折率效应是它重要的光学性质,在白色透明的晶体矿物中具有最高的重折率和偏光性能。这种高重折率是方解石的结构所决定的。当光线沿着c轴(三次对称轴)传播时,CO2-3配位三角形平面内,氧离子的极化作用因邻近氧离子的相互作用而加大,当光线垂直c轴传播时,电场作用于垂直配位的三角形平面内,氧离子的极化作用因近邻的阳离子的相互作用而减弱。因而在CO2-3配位的三角形平面内振动的光波所呈现的折射率N0远大于垂直CO2-3配位的三角形平面振动的光波所呈现出的折射率Ne。也就是N0≥Ne。
石灰岩就是主要是由方解石组成的沉积碳酸盐,有时候含有白云石、黏土矿物和碎屑矿物。石灰岩不易溶于水而易溶于酸。在1000~1300℃煅烧之下,石灰岩发生分解转化为高钙型生石灰CaO,生石灰遇水潮解,水化物为高钙型熟石灰[Ca(OH)2]。熟石灰+水后调成灰浆在空气中易于硬化,熟石灰中通入CO2气体所产生的碳酸钙沉淀物经过过滤、烘干、细磨就可以制成轻质碳酸钙粉。
方解石成因有很多方式,常见的有生物遗体沉积成矿,藻类、海绵、有孔浮游动物的壳、等等,也有岩石风化、地表降水携带二氧化碳进入地下……由流体携带并交代其他生物遗体等等。常见的有洞穴石钟乳、石笋、石矛、植物方解石化的木变石,钙质根管、生物遗体的方解石化、纹石化。
我们最熟悉的石灰就是以方解石矿物为原料制成的,这些石灰被用在建筑上、装饰材料、玻璃和陶瓷的配料上(降低烧成温度)等等。在冶金方面可作为碱性溶剂,在化工方面则多用来制备电石、制碱、碳酸钙、碳酸钾……其制成的烧碱也被用在人造丝、化学药品、染料、纸浆、橡胶、涂料工业中,在农业中可生产肥料。
随着科技的发展方解石现在也多用于纳米碳酸钙的领域,粒径<100nm的碳酸钙被称为纳米碳酸钙,由于纳米级碳酸钙粒子的超细化其晶体结构和表面电子结构发生变化,因而产生了普通碳酸钙所不具备的量子尺寸效应,小尺寸效应,表面效应和宏观量子效应,在磁性、催化性、光热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出了更优越的性能。
人体除功能性矿化外还存在这病理性矿化,这种被称为钙化、结石或钙沉着的矿化常表现为脑膜瘤、乳腺癌、甲状腺癌、心血管疾病等方面。这些矿化多为μm级片状或不规则粒状及混合集合体形式,多见方解石结构或碳羟磷灰石等结果特点。
哪些因素可以影响碳酸钙的白度?如何解决?
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