氢原子百科 
闪锌矿（sphalerite）是一种含锌的硫化物，是提炼锌的主要矿物原料，含锌达67.1%。通常也含铁，当含铁量大于10%时则被称为铁闪锌矿，此外它还时常含有锰（Mn）、铟（In）、镉（Cd）等元素。闪锌矿颜色含铁量的影响，不含杂质时为无色，[4]随着铁含量的增加，由无色至浅黄色、褐色至黑色。[2]硬度3.5～4，相对密度3.5～4.2，无电磁性，无导电性。[1]部分闪锌矿有摩擦发光性。[4]
闪锌矿主要形成于中、低温热液成因和接触矽卡岩型矿床中，且分布较广，常与方铅矿共生。[4]主要产出于澳大利亚、西班牙、墨西哥、巴西、美国、加拿大和中国。[2]闪锌矿的晶体结构为等轴晶系，晶体形态常呈四面体或四面体正负形组成的聚形，[1]其标型特征主要有成分标型、物理性质标型和晶体形态标型三种，而成分标型中又包括了单元素标型和比值标型。[5][6]
闪锌矿的用途广泛。在工业领域，闪锌矿是提炼锌的重要矿物原料，提炼的锌主要用途是以镀锌钢和镀锌铁的形式，来保护铁和其它金属免受空气和水的侵蚀，还可作电池、颜料、药品原料、制造黄铜原料，[7]同时闪锌矿也是镉、铟、镓、锗等元素最重要的来源；[8][9][10]在珠宝领域，闪锌矿晶体还可用作宝石加工原料；[11]在地质勘探领域，闪锌矿地质温度计可用来解决矿床的成因、用来确定矿床形成时矿液的运移方向和通道，还可用于研究矿床的分带性、矿物的世代及成矿构造等，[12]还可以作为一种地压计，确定闪锌矿形成时的压力；[13]此外，结晶良好的闪锌矿单晶体，是最佳的红外窗口材料与发光材料。[14]
矿物组成
主要成分硫化锌（ZnS），含锌达67.1%，常含有铁（Fe）、锰（Mn）、铟（In）、镉（Cd）、铊（Tl）、镓（Ga）、锗（Ge）、硒（Se）、银（Ag）等类质同象混入物。其中，铁代替锌最为普遍，最多可达26%。[1]当含铁量大于10%时则被称为铁闪锌矿。[4]
物理特性
手标本[注1]中闪锌矿常为黄色、棕褐色、黑色等颜色（含铁致色），[3]条痕浅黄色至褐黄色；[1]纯闪锌矿近于无色，随含铁量增加由无色至浅黄色、褐色至黑色。金刚光泽、树脂光泽至半金属光泽。矿物薄片中为灰色、黄色、褐色，颜色不均匀，见多组解理，呈环带分布，正极高突起，正交偏光镜下全暗，均质性，[3]折射率为2.37；无双折射率。[2]有时可见微弱的异常双折射现象（应力作用所致）(如下图所示)。[3]色散强，色散值为0.156，透明，解理平行{10}完全；[1]性脆，[16]断口贝壳状，[4]硬度3.5～4，相对密度3.5～4.2，无电磁性，无导电性，[1]部分闪锌矿有摩擦发光性。[4]
结构特征
晶体形态常呈四面体或四面体正负形组成的聚形，晶面上常可见三角形条纹。有时也可呈四面体与菱形十二面体、立方体、三角三四面体等单形形成的聚形（如下图所示），常见双晶。常以粒状或致密块状集合体产出。闪锌矿通常呈粒状、钟乳状、反射状集合体产出，在砂矿中主要呈棱角状颗粒或晶屑状产出。[1]
晶体结构为等轴晶系；空间群；a=0.5417nm；Z=4。[1]粉晶数据：3.123（100）、1.912（51）、1.633（30）。在闪锌矿中铁代替锌导致晶胞增大。闪锌矿型结构（如下图所示），Zn2+分布于单位晶胞的角顶及面心，如将晶胞分为8个小的立方体，则S2-分布在相间的4个小立方体的中心。Zn的配位数为4。面网{110}为Zn2+和S2-的电性中和面，闪锌矿具有//{110}的6组完全解理。[17]
形成原因
闪锌矿主要形成于中、低温热液成因和接触矽卡岩型矿床中，常与方铅矿共生。氧化后易成菱锌矿。[4]闪锌矿常见于各种热液成因矿床中，是分布最广的锌矿物。在高温热液矿床中的闪锌矿，通常富含Fe、In、Se和Sn，并且铁闪锌矿与毒砂、磁黄铁矿，有时与黄铜矿、方黄铜矿等共生。在中低温热液矿床中的闪锌矿则含Cd、Ga、Ge和Tl。闪锌矿往往与方铅矿共生，有时还出现各种硫盐矿物，如硫锑铅矿等。此外，闪锌矿还产于火成岩岩脉、接触变质矿床，以及沉积岩中。[18]
闪锌矿中铁的含量与形成温度有关，高温时形成的含铁量高，颜色较深，晶胞参数增大；而低温形成的含铁量低，色浅。因此，铁含量多少是闪锌矿形成温度的标志。同时铁含量也与压力有关，铁含量随压力增高而降低（在闪锌矿中的Fe2+为4次配位，压力的增高限制了四次配位Fe2+的稳定范围）。因此闪锌矿可作为地质温-压计。在氧化带中，闪锌矿分解形成易溶于水的ZnSO4，并随着流水迁移，若遇到石灰岩，可与之反应形成菱锌矿ZnCO3。因此，在铅锌矿床的氧化带中，锌的次生矿物比铅的少。[14]
产地
闪锌矿主要产出于澳大利亚、西班牙、墨西哥、巴西、美国、加拿大和中国。[2]其中澳大利亚的布罗肯希尔、美国的密西西比河谷等地是世界著名的闪锌矿主要产地。[19]中国主要产地有青海锡铁山、广东韶关仁化县凡口矿、云南金顶等。[4]
工业领域
闪锌矿是重要的锌矿石；大约95%的原生锌是从闪锌矿中提取的。[20]闪锌矿提炼的锌主要用途是以镀锌钢和镀锌铁的形式，来保护铁和其它金属免受空气和水的侵蚀；也可用于生产黄铜，中国和印度过去大量生产黄铜，而在欧洲商船开始进行横渡太平洋的贸易活动中，黄铜为一重要的贸易项目；氧化锌大量用于橡胶制造业中，也用作白色颜料；干电池制造业中也采用大量氧化锌；锌也是制药工业的重要原料，用作营养增补剂、油膏、洗发剂和其他制剂，其碳酸盐已作为农药使用等。[7]
此外，由于闪锌矿微量元素含量可变，它也是其他几种金属的重要来源，例如替代锌的镉[8]、镓[9]、锗[10]、和铟[8]。
宝石
闪锌矿的高折射率使闪锌矿拥有夺目的金刚光泽，近三倍于钻石的色散值使它具有闪耀非凡的火彩。净度高、色泽亮丽、品质上乘的闪锌矿晶体可用作宝石加工原料，晶形完整、自形程度高者可作矿晶观赏石，闪锌矿逐渐走入人们视野，成为收藏界的新宠。[11]
地质勘探
闪锌矿可作为地质温度计使用，随着闪锌矿晶格中铁含量的增加，闪锌矿向纤锌矿的转化点要降低，如果矿物的热力学数据为已知，那么在一定条件下，某些元素在混合晶体中的含量可以用作最可靠的地质温度计。如可用来解决矿床的成因，矿床生成温度是矿床成因分类的重要因素，而FeS-ZnS系则被认为是测定金属矿床实际生成温度的较为可靠的手段，它能提供热液矿床温度范围的确切数据。还可以用来确定矿床形成时矿液的运移方向和通道，因为许多金属矿床中存在着明显的温度梯度，这种温度递降的方向即标出矿液的流动方向。此外，还可用于研究矿床的分带性、矿物的世代及成矿构造等。[12]
闪锌矿还可以作为一种地压计用，在300～700℃范围内，闪锌矿中含FeS量是压力的函数，压力越高，FeS含量越少。当测出闪锌矿中含FeS量和温度后，即可确定闪锌矿形成时的压力。[13]
其他
结晶良好的闪锌矿单晶体，是最佳的红外窗口材料与发光材料。[14]
开采
绝大多数锌矿石都采用地下开采法开采，这是由锌矿床的性质决定的，在开采锌矿石的过程中，有4种传统的方法，即矿房-立柱法、仰采留矿回采法、剥离-充填法以及方阵法。一般情况下，矿房-立柱法是利用开采室开采平坦或浸染矿石的一种方法，它采用废弃的岩矿柱支撑开采室的顶部。层状矿体大多采用这种方法，但在具体运用中会略有变化。在仰采留矿回采过程中，矿石是在连续或倾斜的开采面上开采的，矿石的拖运面逐渐向里延伸。在每一个开采面上，通过斜道将充分破碎的矿石运出，以保证采矿场顶部和底部的工作面，剩余的碎矿石则作为下一个开采面的基底。剥离-充填法以及方阵法的成本较高，仅适用于高品位的银-铅-锌矿山或铜-锌矿山。[21]
浮选
闪锌矿的可浮性在很大程度上取决于其中所含的杂质。一般来说，闪锌矿是一种较难浮选的硫化矿物，特别是含铁高的铁闪锌矿更是如此。但含Cd、Cu、Pb、Ag这类杂质时，可浮性则有所提高。闪锌矿的表面存在有各种离子与锌类质同象从而组成同晶形化合物，由此提供了闪锌矿天然活化的条件。
对不同矿区的天然闪锌矿，用乳钵湿磨，在缺氧不加捕收剂和起泡剂的条件下，用单泡管浮选，pH值为6.8时，回收率在50%左右；若有氧存在，则矿物失去其天然可浮性。在相同的矿样试验中，若用Cu2+离子活化，则浮选回收率均能达到100%。矿物表面的处理方法对闪锌矿的天然可浮性影响亦很大，瓷磨的闪锌矿显出了一定程度的天然可浮性，而钢磨则无可浮性；这是由于磨矿过程中产生了还原状态的铁，它对闪锌矿的抑制作用很强。[22]
标型特征
矿物的标型特征是指不同成因的同种矿物，由于其形成时的物理化学条件有所不同，而在其成分、微观结构、晶形、物理性质上反映出一定的差异，如此种差异现象具有明显的特征而可作为成因上的标志者，此种特征称为标型特征。闪锌矿的标型特征主要有成分标型、物理性质标型和晶体形态标型三种，而成分标型中又包括了单元素标型和比值标型。[5][6]其中矿物在成分上的标型特征是一切标型特征的研究基础，物理性质的标型是根据矿物硬度、反射率、晶胞参数等物理性质进行的划分，[5][23]晶体形态标型与矿床的成因密切相关。[6][23]
成分标型
闪锌矿的主要化学成分为Zn和S，但实际上闪锌矿往往富集有Fe、Mn、Cd、Ga、In、Cu、Sn（锡）、Ti、Ge、Hg等元素，其次为Ag、Co（钴）、Ni（镍），不同成因类型的闪锌矿，其富集元素的种类不同。热液型矿床中闪锌矿以富集Fe、Cu、Bi（铋）、Te（碲）、Ag、Sn为特点，断裂型矿床中除上述元素含量中等外，以相对富集Ga、Ge、Ti为特点；层控型矿床中相对富集Cd、Hg、Ni为特点。[5]
单元素标型
Fe、Mn标型：由于Zn2+、Fe2+、Mn2+均具有四位配位，三者离子半径相似，易产生类质同象。故闪锌矿中往往含有Fe、Mn，层控型Pb-Zn矿中Fe大于6%，岩浆热液型、斑岩型铅锌矿中闪锌矿含Fe变化范围大；对Mn来讲，热液型闪锌矿中相对富Mn，多在千分之几以上，而层控型则极低，多为万分之几到十万分之几。[5]
Cd标型：Cd的晶体化学性质与Fe、Mn、Zn极为相似，CdS与MnS、FeS一样以四次配位进入闪锌矿的晶格，从理论上讲，高温时Fe2+（Mn2+）置换Zn2+，随着温度降低，FeS从闪锌矿中游离出来，形成细分散的磁黄铁矿于闪锌矿中，Cd则呈四次配位的CdS进入闪锌矿中，因此通常认为浅色闪锌矿为低温形成，含Cd高；深色闪锌矿为高温形成，含Cd低。当Fe＜6%时，二者呈反消长关系，当Fe在6%～11%时，二者呈正消长关系，当Fe>11%时，又呈反消长关系，因此闪锌矿中Cd不但与温度、Fe、Mn有关，而且与成矿物质来源有关。[5]
In的标型：In3+是典型的分散元素，具有亲硫性，四次配位时离子半径为0.88Å，其共价半径（1.44Å）与Zn2+（1.25A）相似，故常赋存闪锌矿中。层控型矿床的闪锌矿贫In且变化幅度小；岩浆热液型、火山型、斑岩型矿床中闪锌矿一般富集In且变化幅度大。In随闪锌矿的形成温度升高而增大。[5]
Ga、Ge、Hg的标型：Ga3+,Ge4+属于分散元素。四次配位时两者离子半径分别为0.55Å和0.48Å，为保持电价平衡，闪锌矿中可能出现2Ge3++Hg3+替代4Zn2+，Ge4++Hg2+替代3Zn2+，故Ga、Ge、Hg在闪锌矿中往往组合在一起，三者呈正相关。一般来说，层控型矿床闪锌矿中富集Ga、Ge、Hg，岩浆热液型、火山型和斑岩型闪锌矿则贫Ga、Ge、Hg。[5]
比值标型
闪锌矿中Ga、In含量随矿物形成温度而变化，成矿温度越高，In含量越大,Ga略微降低，反之，Ga升高而In降低。岩浆热液型、火山型、斑岩型闪锌矿Ga/In<1，而层控型Ga/In往往很大。[5]
标型特征与矿床成因的相互关系
闪锌矿的各种标型特征与矿床成因的相互关系下表所示。[24][6]
历史
早在公元7世纪的伊斯兰，闪锌矿就被用于生产黄铜，[25]在公元12世纪至13世纪（晋朝）中国北方的黄铜胶结过程中也可能使用了闪锌矿。[26]金属镓的发现也与从闪锌矿有关，1875年，布瓦博得朗（LecoqdeBoisbaudran）在闪锌矿矿石（ZnS）中提取锌的原子光谱上观察到了两条从未见过的新谱线，其波长在417nm处。经过细致的分析之后，他确定这是一个新的元素，从而发现了金属镓（Gallium）。[27]
名称来源
闪锌矿的英文名称sphalerite来自希腊语sphaleros，意思是背信弃义，因为它颜色多变（铁含量增加时，它的颜色变深）。[28]
辨颜色
真正的闪锌矿有一个鲜明的特征，一般都是黄褐或棕黑色，很象松香的颜色。不具备这个特有颜色，就是假闪锌矿。[29]
看条痕
真正的闪锌矿的条痕呈白色或黄褐色，否则为假矿。[29]
看硬度
真正的闪锌矿的硬度为4,比较硬，用小铁钉或小刀才划得动。过软或过硬，都不是真正的闪锌矿。[29]
看晶体情况
真正的闪锌矿常呈粒状集合体，晶石常有三角形花纹。否则，为假矿。[29]
试验鉴定
参考资料 29
- 参考 1
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 闪锌矿 — geologyscience
- 参考 17
- 闪锌矿 — 地球科学与技术学院
- 参考 19
- Zinc Statistics and Information — USGS
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- 参考 28
- 参考 29
注释
- 手标本是指规格小一些的标本，一般长6厘米、宽4厘米、厚2厘米。特殊的地质现象标本、古生物标本、矿物晶体标本，不受规格的严格限制，以能说明问题为准。[15]