
在石英玻璃行業(yè),通常稱(chēng)水晶中的白色云霧狀雜質(zhì)為“棉”,而所謂的“棉”即是個(gè)體較小的流體包裹體的集合體,即肉眼能看到的雜質(zhì)集合體。對評價(jià)天然石英的質(zhì)量而言,僅有宏觀(guān)的觀(guān)察是遠遠不夠的,有“棉”的天然石英不能用于透明石英玻璃的生產(chǎn),“棉”的多少是判斷塊狀天然石英質(zhì)量的一個(gè)必要條件而非充分條件,況且大部分天然石英的產(chǎn)出不是塊狀粗晶,而是顆粒狀或顆粒的集合體,肉眼難以確定石英顆粒中是否有“棉”或“棉”的多少。
1.石英中流體包裹體分類(lèi)
流體包裹體系指礦物在生長(cháng)過(guò)程中,因晶體發(fā)生缺陷而捕獲的至今尚在礦物中存在并處于封閉狀態(tài)的成礦介質(zhì),是成巖成礦流體或熔體的樣品。
沒(méi)有缺陷的理想晶體不僅在自然界中尚未發(fā)現,而且即使在最嚴格的實(shí)驗室條件下也不可能生長(cháng)出來(lái)。因此,包裹體在礦物中的分布是非常普遍的,幾乎所有的礦物都有包裹體,而且數量很多。估計在乳白色的石英中,包裹體的數量可達109個(gè)/cm3。礦物中的包裹體多數小于0.1mm,一般介于2μm-20μm之間,其總體體積很少大于已知晶體體積的0.1%。由于包裹體很小,通常在顯微鏡下放大到250倍以上時(shí)才能容易找到。
根據室溫下流體包裹體的狀態(tài)(固、液、氣)特征,并適當考慮成分因素可將流體包裹體分為7類(lèi)。
▼礦物中流體包裹體的狀態(tài)和成分分類(lèi)

流體包裹體能為人們了解自然界中晶體賴(lài)以生長(cháng)的物理化學(xué)條件提供寶貴資料,流體包裹體在探明礦床成因方面有特別的意義,為人們今天認識礦質(zhì)運移和沉淀過(guò)程做出了有益的貢獻。
然而對用于生產(chǎn)高純石英玻璃的天然石英而言,流體包裹體則嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量,將導致石英玻璃中產(chǎn)生大量的氣泡和氣線(xiàn)。
2.石英中流體包裹體特點(diǎn)及檢測方法
石英中的流體包裹體是在顯微鏡下進(jìn)行觀(guān)察和研究的,可采用顆粒載片法或薄片鑒定法。
顆粒載片法是將少量碎屑石英(<0.1g)放在玻璃載片上,用數滴浸油與之相混合,在載玻片上形成一個(gè)直徑約20mm的液滴,然后將一塊蓋玻片放置到液滴的上部。這樣就可以在顯微鏡下對石英中的包裹體進(jìn)行觀(guān)察了。在對碎屑石英進(jìn)行顯微鏡觀(guān)察時(shí)所用的浸油是廉價(jià)的丁香油和煤油,丁香油的折射率為n=1.54,煤油的折射率n=1.44,與石英的折射率n=1.544~1.553接近。
薄片鑒定法是將礦石磨制成兩面拋光的薄片,石英的透明度很好,樣品的厚度一般在0.2mm~0.5mm之間。拋光片的制備過(guò)程如下:切片-粗磨-細磨-拋光-粘片,粘片后按上述研磨拋光工序磨制薄片的另一面。將制好的薄片放在顯微鏡下即可進(jìn)行觀(guān)察。
由于多數包裹體的直徑常常小于50μm,通常放大250倍后才容易找到包裹體,要詳細研究包裹體的內部細節,至少要放大到400~500倍。
在變質(zhì)巖地區,先成的脈石英或偉晶巖石英,在經(jīng)過(guò)動(dòng)力變質(zhì)或動(dòng)力熱變質(zhì)作用時(shí),在溫度、壓力等因素的作用下,發(fā)生重結晶,形成變晶結構,這種石英我們稱(chēng)之為?;?,形成?;⒌倪^(guò)程稱(chēng)為?;^(guò)程。這種成因的石英具有儲量大、質(zhì)量穩定的特點(diǎn)。
石英在因變質(zhì)作用而重結晶的過(guò)程中,結構中原有的雜質(zhì)被排斥到石英顆粒之間,流體雜質(zhì)主要沿石英中的裂隙呈條帶狀分布。例如,東海變質(zhì)巖石英中的包裹體大都是富含CO2的氣液兩相包裹體,CO2相大于50%,個(gè)體從2μm-50μm之間變化。

▲東海變質(zhì)巖石英中的包裹體(×100):含CO2包裹體,呈帶狀分布,包裹體因變質(zhì)而變形

▲東海變質(zhì)巖石英中的包裹體(×100):含CO2包裹體,呈群帶狀分布,包裹體因變質(zhì)而變形
3.石英中流體包裹體存在形式及主要成分
流體雜質(zhì)是石英在加熱過(guò)程中所釋放出的可揮發(fā)性雜質(zhì),又叫氣-液雜質(zhì)。這類(lèi)雜質(zhì)在石英中的存在形式主要是流體包裹體,也包括石英表面所吸附的氣體和以分子或離子狀態(tài)溶解在石英結構中的氣體雜質(zhì)。
▼天然石英中流體雜質(zhì)的存在形式及主要成分

在所有的流體雜質(zhì)中H2O是最主要的,它是影響天然石英質(zhì)量的最重要的雜質(zhì),根據水的存在形式可以將其分為三類(lèi)。
▼天然石英中水的存在形式

石英中的水,尤其是高溫水的含量會(huì )影響石英玻璃的透明度,水和其他氣體共同作用會(huì )影響石英玻璃的軟化溫度、粘度、擴散系數、機械性能、分相和析晶性能等。
天然石英中另一類(lèi)含量較大的流體雜質(zhì)是含炭化合物,即CO2、CO、CxHy、CxHyOH等。CO2主要源自富含CO2的包裹體;高溫狀態(tài)下,CO的析出大都是含炭物質(zhì)與SiO2相互作用而產(chǎn)生的,同時(shí)會(huì )產(chǎn)生水。反應方程式如下:
CxHy+SiO2=SiC+CO+H2O
CxHy+SiO2=≡Si-OH+CO+H2O
4.石英中流體包裹體去除方法
石英中的流體雜質(zhì)通常采用熱處理方法去除。不同形式雜質(zhì)脫除溫度和脫除方法如下:

▲天然石英中流體雜質(zhì)的脫除
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