菱镁矿

菱镁矿（magnesite^[2]）又称菱镁石或菱苦土，是一种镁的碳酸盐矿物，其主要成分为MgCO3。^[3]菱镁矿颜色呈白、浅黄、浅灰等色，含Fe者呈黄至褐色，含Co者呈淡红色。^[10]性脆，硬度3.5-4.5，比重2.9-3.1，难溶于水，玻璃光泽，透明，不导电。^[10][11][12]

菱镁矿为三方晶系，方解石型结构，集合体通常呈晶粒状或隐晶质致密块状。^[9][13]菱镁矿主要通过沉积变质作用和热液交代作用形成，也可以是超基性岩风化的产物，常与方解石、白云石、绿泥石、滑石共生。^[7][10][14]

世界上菱镁矿资源分布不平衡，产量较大的国家有俄罗斯、中国、斯洛伐克、朝鲜等。^[4]大部分菱镁矿都用于冶金、生产耐火材料，也用于制作菱镁水泥、建筑板材、陶瓷制品，还可用作提炼金属镁的原料和制取镁的化合物等。此外，菱镁矿还可用于制成宝石珠子和雕塑艺术品。^[5][6][7][8]

菱镁矿（MgCO3）又称菱镁石或菱苦土，^[3]是一种镁的碳酸盐矿物，其主要成分为MgCO3。^[15]与FeCO3之间可形成完全类质同象，常含Mn、Ca、Ni等类质同象元素。^[13]由于类质同象的原因，纯的菱镁矿很少，或多或少有菱铁矿存在（见下表），但含Fe量一般不高(<8%)。^[15]当有Fe，Ca，Mn，Si等元素混入时，则形成钙菱镁矿、铁菱镁矿、锰菱镁矿、硅菱镁矿。^[14]。另外由于地质成因、矿床围岩不同等原因，致使菱镁矿石矿物组成不一，菱镁矿石化学成分有异。^[15]

菱镁矿颜色呈白、浅黄、浅灰等色，含Fe者呈黄至褐色，含Co者呈淡红色，陶瓷状菱镁矿大多呈雪白色。^[10]呈玻璃光泽，透明。^[11]性脆。致密陶瓷状块体的菱镁矿呈贝壳状断口。硬度3.5-4.5。比重2.9-3.1，比重随含Fe量的增加而增大。^[10]熔点625K（350℃），难溶于水。^[12]解理平行完全。不导电。^[11]

菱镁矿晶体属三方晶系的碳酸盐矿物，方解石型结构，晶体呈菱面体、六方柱、平行双面、复三方偏三角面体。^[9][13]晶体少见，^[5]集合体通常呈晶粒状或隐晶质致密块状（外观似未上釉的瓷，故又称为瓷状菱镁矿），呈现出晶体的是粒状，不显出晶体的则是块状；在风化带常呈隐晶质瓷状。^[9]

菱镁矿多为富镁的岩浆岩和变质岩的蚀变产物，通常是橄榄岩、蛇纹岩、绿泥石、滑石片岩的蚀变产物。在镁质变质岩、白云岩、白云质灰岩和一些沉积岩中也有菱镁矿产出。^[2]菱镁矿矿石中脉石主要是滑石、石英、蛇纹石（含Si类），白云石（CaCO3·MgCO3）、方解石（含Ca类），褐铁矿、磁铁矿（含Fe类），^[6]主要是通过沉积变质作用和热液交代作用形成。^[14]常与方解石、白云石、绿泥石、滑石共生。^[7]此外，菱镁矿也可以是超基性岩风化的产物，它常在风化壳底层成细脉或胶态充填于裂隙中，与蛋白石共生。^[10]

由于成矿条件不同，菱镁矿有两种类型：晶质菱镁矿（显晶质）和非晶质菱镁矿（隐晶质）。晶质菱镁矿赋存于镁质碳酸盐岩层中，多分布在古老结晶片岩系出露地区，与富镁岩石如白云岩、蛇纹岩等伴生。由于沉积时含镁很高，后来受酸性或基性岩浆侵入活动，富镁热液沿白云岩或石灰岩裂隙或层间交代充填成矿。非晶质菱镁矿多赋存于超基性岩的风化壳中下部，由橄榄岩、蛇纹岩等含镁较高的岩石经过风化和地表水淋滤沉积而形成。^[4]

世界上菱镁矿资源分布不平衡，产量较大的国家有俄罗斯、中国、斯洛伐克、朝鲜、奥地利，约占世界总产量的 85%~90%。但宝石级的菱镁矿主要产在巴西。^[7]截至2012年，全世界已探明的菱镁矿储量为1.26×1010t，主要分布于以下国家和地区，见下表：^[16]

中国是世界上菱镁矿资源最丰富的国家，居世界第一位。^[17]中国菱镁矿以晶质菱镁矿为主，资源丰富、品位高、储量大，主要集中在辽宁省营口大石桥至海城一带，储量占全国的80%，仅已探明开采的青怀山、桦子峪、金家铺子、下房身采区即达几十亿吨。另外，在辽宁省岫xiù岩、凤城、宽甸、庄河，山东省莱州市，甘肃省肃北，四川省甘洛、汉原及西藏等地也有结晶菱镁矿。在中国的陕西、甘肃、内蒙古一带的超基性岩体中，发现了非晶质菱镁矿，但规模一般较小，矿体形态不规则。^[4]中国菱镁矿储量分布见下表：^[18]

大部分菱镁矿都消耗于这一领域。应用硬烧菱镁矿^[注1]生产耐火度达2000℃以上的冶金镁砂、冶金粉、镁砖、镁铬砖、镁铝砖及硅镁砖等耐火材料，用于炼钢平炉、电炉、转炉、有色企属的冶炼炉及其工业高温窑炉作炉衬用。^[5]

在水泥生产中可用轻烧菱镁矿^[注2]制作菱镁水泥。菱镁水泥是以菱苦土（轻烧菱镁矿）和卤水（MgCl2的水溶液）为主要原料的一种气硬性胶凝材料，这种水泥具有良好的粘结性和可塑性，且凝固时间短，与有机物的结合力大，有绝缘、隔音、耐磨、美观等优点。轻烧菱镁矿也是制造轻质建筑板材的重要原料。例如轻烧菱镁矿与木屑、锯末轻质材料压制成的墙面、地板、顶板和装饰用建筑材料。某些建筑物、锅炉、汽缸及蒸汽管道上用的绝热隔音材料也可用轻烧菱镁矿和石棉制成。此外，菱镁矿也可作玻璃生产的配料。^[5]

在陶瓷生产中，由于菱镁矿分解温度低于方解石，当坯料中加入菱镁矿时，可使烧成中形成的玻璃液粘度增大，玻璃化温度很宽，有利控制生产工艺，提高陶瓷质量。同时，利用轻烧菱镁矿热膨胀系数低的特点，生产耐火度高、可承受强的机械振动和冲击的陶瓷制品。^[5]

菱镁矿是提炼金属镁的主要原料。^[5]菱镁矿除提炼镁外，还可用作制取镁的化合物，菱镁矿在750~1100℃温度下煅烧获得轻烧镁粉。^[6]轻烧菱镁矿经化学处理，可制成多种镁的化合物。这些镁化合物可用作药剂、橡胶硫化过程中的沉淀加速剂和填料、纸张的硫化处理剂。^[5]在化学工业中，菱镁矿还可用于媒染剂、干燥剂、溶解剂、去色剂、中和剂、吸附剂等的生产；也用于人造纤维、肥料、塑料、化妆品的生产。^[5]

最大的一颗菱镁矿重达134.5ct，在巴西为私人藏品。染色的菱镁矿通常制成珠子，也有加工成形状不规则的或“异形”的扁平抛光薄片，不具绿松石的结构，并且染色剂可沿裂隙富集，透过查尔斯滤色镜可呈现淡褐色。^[7]

菱镁矿作为雕塑材料历史由来已久，出土于公元前16世纪的古叙利亚城邦阿拉拉赫的统治者伊德里米（Idrimi）的石雕像，采用菱镁矿作为雕塑材料。^[8]1943年，日裔美国艺术家野口勇在《光雕（月）》作品中使用菱镁矿创作雕塑，当光雕作品亮起时，立体的形状让人联想到一些已灭绝的荧光海洋生物。^[19]

依据矿石中脉杂石的性质，可以分别采用手选、热选、浮选、磁选等方法，中国主要采用的是热选法、浮选法和手选法。根据中国菱镁矿的矿物构成特性，浮选除硅、铝效果明显，而除铁、钙效果有限。用浮选方法处理三级和级外矿时，不仅能得到高级菱镁矿精矿，而且级外矿的尾矿精选后还可以得到滑石精矿粉，实现资源的综合利用。^[20]

菱镁矿热选提纯原理是利用菱镁矿经过热处理后，主矿物的强度与易磨性不同的特点，在细磨中按照粒度分级实现提纯目的的。利用菱镁矿和杂质矿石受热的强度变化，将矿石轻烧（小于1100℃），菱镁矿强度降低，变成易细的疏松状物料，而滑石等矿石的强度明显提高，不易磨细，形成粗粒，通过边细磨边风选的方法，可以将矿石中的高硅颗粒分离出去。^[20]

菱镁矿的浮选原理是利用矿物润湿性的差异。滑石不易被水润湿，属于疏水性矿物，极易浮起，而菱镁矿白云石表面离子键能强，易润湿，不易浮起。可以利用表面活性剂对矿物颗粒表面进行改性来改变其润湿性，实现分选的目的。^[20]

菱镁矿在不同温度下煅烧可以生成物理化学性质有明显差异的菱镁矿熟料，视水分和杂质含量的不同。菱镁矿在400~750℃开始分解，经750~1000℃的低温煅烧，镁矿中的CO2析出不完全，所得产品称为轻烧菱镁矿（轻烧镁石、轻烧镁、菱苦土等）。菱镁矿经1400~1700℃的高温煅烧，则完全分解，生成方镁石（MgO），所得产品称为硬烧菱镁矿（死烧菱镁矿、僵烧镁、烧结镁石等）。菱镁矿在煅烧过程中，SiO2，Fe2O3、Al2O3、CaO等杂质能与MgO生成各种结晶质和玻璃质的矿物，如橄榄石、尖晶石、镁硅钙石、钙硅酸盐、铝酸盐等。另外，氧化钙在煅烧时呈游离状态，易吸收水分变成氢氧化钙，因此对作为耐火材料的菱镁矿在煅烧前所含的杂质有严格要求。杂质的含量对其制品的耐火度、烧结性能、荷重软化温度、耐压强度等有严重影响。^[9]

1800年首先发现了镁的碳酸盐，1808年被命名为菱镁矿，1867年前后才第一次作为碱性的耐火材料来使用。菱镁矿广泛用于耐火材料、胶凝材料、提取金属镁及化学工业等都是二十世纪初期的事情。^[21]中国第一批菱镁矿发现于1909年。当时日本人发现在辽宁省营口市的大石桥和海城一带富含矿产资源，尤其是菱镁矿储量丰富，在官马山、圣水寺、牛心山（金牛山）等地，都有十分可观的矿石储量，便开始对菱镁矿石进行资源掠夺。^[22]

晶质菱镁规模较大，常应用于工业。晶质菱镁矿呈块状、条带状和菊花状构造。^[23]

非晶质菱镁规模较小，呈酸状结构、块状构造。^[23]

区域变质型菱镁矿矿体呈层状、似层状、透镜状，多层群集于白云岩中，常与滑石伴生或共生。其矿石为块状构造、粒状结构，由晶质菱镁矿组成，MgO含量为35%~47%。区域变质型菱镁矿属绿片岩相-角闪岩相片岩变粒岩镁质碳酸盐岩建造区域变质型菱镁矿矿床，是由区域变质作用而成矿。成矿地质背景为海盆中镁质富集经沉积变质而成矿。^[23]

热液蚀变型菱镁矿矿体呈透镜状、囊状、脉状，产于蛇纹岩化纯橄岩或辉石岩中，与纤维状水镁石、滑石伴生或共生。其矿石由块状、非晶质菱镁矿组成，质量不高，含蛋白石、透闪石、绿泥石、滑石。热液蚀变型菱镁矿属超基性岩建造热液蚀变型菱镁矿矿床，是热液蚀变作用而成矿。成矿背景为蛇纹岩化作用使纯橄岩或辉石岩蚀变成矿。^[23]

风化型菱镁矿矿体产于面状风化壳中，风化壳厚为30-60m。其矿石呈网状、块状构造，由非晶质菱镁矿组成，MgO含量为40%左右，含蛋白石、玉燧、蛇纹石。风化型菱镁矿属超基性岩建造风化型菱镁矿矿床，是由风化作用而成矿。成矿背景为蛇纹岩化纯橄岩风化成矿。^[23]

按菱镁矿共生矿分六类：白云石-菱镁矿、滑石-菱镁矿、蛋白石-石英-菱镁矿、绿泥石-菱镁矿、滑石-白云石-菱镁矿、滑石-蛋白石-菱镁矿等。^[23]

菱镁矿以高折射率、无聚片双晶、突起更高等特征区别于方解石和白云石矿物。^[2]此外，菱镁矿加冷盐酸不起泡或作用极慢，加热盐酸则剧烈起泡。^[24]