金红石 rutile

avatar 2019-10-1410:00:20 评论 39

来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Rutile

金红石,英文名为rutile,是一种主要由二氧化钛(TiO2)组成的矿物,是TiO2最常见的自然形态。已知的TiO2的其他罕见多态性包括锐钛矿、钛钛矿和板钛矿。

金红石是所有已知晶体中可见波长折射率最高的晶体之一,并具有特别大的双折射和高色散。由于这些属性,它被用于制造某些

天然金红石可能含有高达10%的铁和大量的铌和钽。金红石的英文名(rutile)来自于拉丁的贝壳类,红色,是指在某些标本中,当用透射光观察时所观察到的深红色。1803年,Abraham Gottlob Werner首次对金红石进行了描述。

产出环境

金红石是高温高压变质岩和火成岩中常见的副矿物。

从热力学角度看,金红石是TiO2在所有温度下最稳定的多形,其总自由能低于锐钛矿或板钛矿的亚稳相。因此,亚稳态TiO2晶型向金红石的转变是不可逆的。由于三种主要晶型的分子体积最小,所以在高压变质岩中,主要是榴辉岩中,通常是主要的含钛相。

在火成岩环境中,金红石是深成火成岩中常见的副矿物,但在喷出火成岩中也偶有发现,特别是在具有深部地幔源的金伯利岩、煌斑岩等。在火成岩环境中发现锐钛矿和板钛矿,它们是深成岩冷却过程中自生蚀变的产物;锐钛矿也存在于来源于原生金红石的砂矿中。

金红石产地

世界金红石主要产地 By Anwar saadat at English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, Link

 

大型的金红石晶体常出现在伟晶岩、矽卡岩和花岗灰岩中。金红石是在某些蚀变火成岩、某些片麻岩和片岩中以副矿物的形式产出。2005年,西非的塞拉利昂共和国的生产能力占世界金红石年供应量的23%,2008年这一比例上升到约30%。

 

金红石穿过石英

By Aram Dulyan (User:Aramgutang) - Own work, Public Domain, Link 一组针状金红石晶体,可以看到它穿透石英

晶体结构

金红石的单位晶胞:钛原子为灰色;O原子为红色。By Ben Mills - Own work, Public Domain, Link

金红石为四方单元格,单元格参数a = b = 4.584 Å, c = 2.953 Å。钛离子的配位数为6,这意味着它们被6个氧原子组成的八面体所包围。氧阴离子的配位数为3,形成一个三角平面配位。当按顺序观察其八面体时,金红石也显示一个螺旋轴。

金红石扩展晶体结构 By Cynthia Striley / NIOSH - Current Intelligence Bulletin 63: Occupational Exposure to Titanium Dioxide (in en-us). U.S. National Institute for Occupational Safety and Health p. 1 (April 2011)., Public Domain, Link

金红石晶体常表现出沿其c轴,即[001]方向优先的棱柱状或针状的生长习性。金红石的{110}面表现出最低的表面自由能,因此在热力学上是最稳定的。金红石的c轴取向生长在纳米棒、纳米线和该相的异常晶粒生长现象中很明显。

用途及经济重要性

 金红石在海边沙滩中含量丰富,是重矿物和矿床的重要组成成分。矿工们提取和分离有价值的矿物,如金红石、锆石和钛铁矿。金红石的主要用途是制造耐火陶瓷、作为颜料以及生产钛金属。

金红石粉末是一种明亮的白色颜料,用于油漆、塑料、纸张、食品和其他需要明亮白色的应用。二氧化钛颜料是世界上使用钛最多的单一颜料。金红石的纳米颗粒对可见光是透明的,但对紫外线的吸收非常有效。纳米金红石粒子对紫外线的吸收比起块状金红石粒子来说发生了蓝移,从而使高能量的紫外光被纳米粒子吸收。因此,它们被用在防晒霜中,以防止紫外线引起的皮肤损伤。

宝石中出现的针状小金红石可形成一种被称为星光效应的光学现象。具有星光效应的宝石被称为“星光”宝石。星光蓝宝石、星光红宝石和其他“星光”宝石受到高度追捧,通常比普通宝石更有价值。

金红石是一种广为应用的焊条材料。它也被用作ZTR指数的一部分,该指数对强风化沉积物进行分类。

金红石作为一种大型禁带半导体材料,在光催化和稀磁[9]中作为一种功能氧化物的应用,近年来受到了人们的广泛关注。研究工作通常使用少量的合成金红石,而不是矿物矿床衍生材料。

合成金红石

合成金红石第一次生产于1948年,以各种各样的名字出售。钛矿钛铁矿可采用Becher法生产。非常纯的合成金红石是透明的,几乎无色、微黄色,块状。合成金红石可以通过掺杂涂料制成多种颜色。高折射率导致金刚光泽和强大的折射,形成钻石般的外观。这种近乎无色的钻石替代品被称为“Titania”,这是氧化钛的老式化学名称。然而,金红石很少用于珠宝,因为它不是很硬(抗刮擦),在莫氏硬度标度上只能达到6。

随着对二氧化钛光催化活性研究的兴趣增长,包括锐钛矿和金红石相 (以及两相的的混合物),实验室常通过无机前体(通常TiCl4)或有机金属前体(通常醇盐如钛异丙醇钛,也称TTIP)制作金红石二氧化钛粉末和薄膜。根据合成条件的不同,首先结晶的可能是亚稳态锐钛矿相,然后通过热处理将其转化为平衡金红石相。金红石的物理性质经常使用掺杂剂进行调节,通过改进光生电荷载流子分离、改变电子带结构和改进表面反应活性来提高光催化活性。

 

参考资料:

  • Handbook of Mineralogy.
  • Webmineral data.
  • org.
  • Klein, Cornelis and Cornelius S. Hurlbut, 1985, Manual of Mineralogy, 20th ed., John Wiley and Sons, New York, pp. 304–05, ISBN 0-471-80580-7.
  • Hanaor, D. A. H.; Assadi, M. H. N.; Li, S.; Yu, A.; Sorrell, C. C. (2012). "Ab initio study of phase stability in doped TiO2". Computational Mechanics. 50 (2): 185–94. arXiv:1210.7555. Bibcode:2012CompM..50..185H. doi:10.1007/s00466-012-0728-4.
  • Diebold, Ulrike (2003). "The surface science of titanium dioxide" (PDF). Surface Science Reports. 48 (5–8): 53–229. Bibcode:2003SurSR..48...53D. doi:10.1016/S0167-5729(02)00100-0. Archived from the original (PDF) on 2010-06-12.
  • "Rutile Structure", Steven Dutch, Natural and Applied Sciences, University of Wisconsin – Green Bay.
  • Hanaor, Dorian A.H.; Xu, Wanqiang; Ferry, Michael; Sorrell, Charles C.; Sorrell, Charles C. (2012). "Abnormal grain growth of rutile TiO2 induced by ZrSiO4". Journal of Crystal Growth. 359: 83–91. arXiv:1303.2761. Bibcode:2012JCrGr.359...83H. doi:10.1016/j.jcrysgro.2012.08.015.
  • Magnetism in titanium dioxide polymorphs J. Applied Physics

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