萤石矿资源特点及应用

萤石，又称氟石，是工业上氟元素的主要来源，是世界上20几种重要的非金属矿物原料之一。它广泛应用于冶金、炼铝、玻璃、陶瓷、水泥、化学工业。纯净无色透明的萤石可作为光学材料，色泽艳丽的萤石亦可作为宝玉石和工艺美术雕刻原料。萤石又是氟化学工业的基本原料，其产品广泛用于航天、航空、制冷、医药、农药、防腐、灭火、电子、电力、机械和原子能等领域。随着科技和国民经济的不断发展，萤石已成为现代工业中重要的矿物原料，许多发达国家把它作为一种重要的战略物资进行储备。我国萤石资源丰富，分布广泛，矿床类型繁多，资源储量、生产量和出口量均居世界首位。
　　一、 矿物原料特点
　　氟是自然界广泛存在的元素，它的化合物有萤石(CaF2)、氟磷灰石〔Ca5(PO4)F〕、冰晶石(Na3AlF6)、氟镁石(MgF2)、氟化钠(NaF)、氟碳铈矿〔(Ce.La)(CO3)F〕等150多种。其中最重要的矿物是萤石。
　　萤石分子式为CaF2，纯净萤石含钙(Ca)占51.3%，氟(F)占48.7%。但萤石矿物中常混入氯、稀土、铀、铁、铅、锌、沥青等。萤石矿物属等轴晶系，晶形多呈立方体，少数为菱形十二面体及八面体。多形成穿插双晶。集合体为致密块状，偶成土状块体。硬度为4，性脆、解理完全，比重为3.18，熔点1 360℃。萤石一般不溶于水，与盐酸、硝酸作用微弱，在热的浓硫酸中可完全溶解而生成氟化氢气体和硫酸钙。结晶的萤石有多种颜色，在X射线、热紫外线和压力的作用下色泽会发生变化，有些萤石在紫外线或阴级射线作用下会发出萤蓝色或紫罗蓝色光，有些在受热和阳光或紫外线照射下发磷光，还有些会发出磨擦萤光。结晶状态完好的萤石还具有很低的折射率(n=1.4339)和低的色散率，同时也是异向同性的物质，具有不寻常的紫外线透过能力。
　　萤石常与石英、方解石、重晶石、高岭石、金属硫化物矿共生。根据矿物的共生组合，构造条件，围岩特征，并结合加工性能，萤石矿床可分为单一型萤石矿床和“伴生”型萤石矿床。单一型萤石矿床矿石组成以萤石、石英为主，并有少量的方解石、重晶石、高岭石、黄铁矿、冰长石、钾长石、微量的金属硫化物和含磷矿物。此类矿石主要是作为冶金萤石块矿、浮选化工级(酸级)萤石精矿、陶瓷(建材)级萤石粉矿和光学萤石、宝玉石萤石等。另一类就是“伴生”型萤石矿床，在这类萤石矿床中矿石主要矿物以铅锌硫化物、钨锡多金属硫化物和稀土磁铁矿为主，萤石作为脉石矿物分布于硫化矿物或磁铁矿之中，随主矿开采而被综合回收利用。它只能生产化工级(酸级)萤石精矿和陶瓷级(建材)萤石粉矿。
　　二、 用途与技术经济指标
　　萤石的用途十分广泛，随着科学技术的进步，应用前景越来越广阔。目前主要用于冶金、化工和建材三大行业，其次用于轻工、光学、雕刻和国防工业。因此，根据用途要求，目前我国萤石矿产品主要有四大系列品种，即萤石块矿、萤(氟)石精矿、萤石粉矿和光学、雕刻萤石。
　　(一) 冶 金 工 业
　　萤石具有能降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使渣和金属很好分离，在冶炼过程中脱硫、脱磷，增强金属的可煅性和抗张强度等特点。因此，它作为助熔剂被广泛应用于钢铁冶炼及铁合金生产、化铁工艺和有色金属冶炼。冶炼用萤石矿石一般要求氟化钙含量大于65%，并对主要杂质二氧化硅也有一定的要求，对硫和磷有严格的限制。硫和磷的含量分别不得高于0.3%和0.08%。其产品质量按照中华人民共和国国家标准GB8216-87《萤石块矿》执行。
　　(二) 化 学 工 业
　　萤石另一重要用途是生产氢氟酸。氢氟酸是通过酸级萤石(氟石精矿)同硫酸在加热炉或罐中反应而产生出来的，分无水氢氟酸和有水氢氟酸，它们都是一种无色液体，易挥发，有强烈的刺激气味和强烈的腐蚀性。它是生产各种有机和无机氟化物和氟元素的关键原料。
　　在制铝工业中，氢氟酸用来生产氟化铝、人造冰晶石、氟化钠和氟化镁。
　　在航空、航天工业中，氢氟酸主要用来生产喷气机液体推进剂，导弹喷气燃料推进剂。在原子能工业中，氢氟酸主要用来制造UF4，再经氟化生成UF6，通过气体扩散法或气体离心法分离235U。
　　氢氟酸是有机氟化工的基础原料，它通过与氯仿和四氯化碳相互作用，生产毒性小、化学稳定性高的氟化的含氯烃和碳氟化合物，作冷冻剂，空气溶胶促进剂，溶剂聚合物的中间体和碳氟化合物树脂和弹性体。
　　氢氟酸与四氯化碳反应制成氟利昂(通常以F表示)。氟利昂除作为冷冻剂外，还广泛用于喷雾剂、灭火剂、氟塑料等。
　　在医药方面，氟有机化合物还可以制造含氟抗癌药物，含氟可的松，含氟碳人造血液。
　　在无机氟化工业中，可以生产杀虫剂、防腐剂、防护剂、添加剂、助熔剂和抗氧化剂等。
　　化学工业对萤石产品的质量要求很高，一般要求CaF2含量在93%～98%，二氧化硅和碳酸钙是有害杂质，要严格限制。目前，我国萤(氟)石精矿的质量要求按中华人民共和国GB5690-85《氟石精矿》标准执行。
　　(三) 建 材 工 业
　　萤石也广泛应用于玻璃、陶瓷、水泥等建材工业中，其用量在我国占第2位。
　　在玻璃工业中，萤石作为助熔剂、遮光剂加入，它能促进玻璃原料的熔化。不同玻璃，萤石加入量不同。普通玻璃板材，萤石加入量为炉料的1%;碱性玻璃球，萤石的加入量为1%～2%;氧化玻璃，萤石加入量则为3%;白色、乳色、彩色玻璃的生产过程中，萤石除作为助溶剂外，还作遮光剂，加入量为炉料的10%～20%。玻璃工业对萤石的质量要求较严格，要求CaF2>80%;Fe2O3<0.2%。
　　在水泥生产中，萤石作为矿化剂加入。萤石能降低炉料的烧结温度，减少燃料消耗，同时还能增强烧结时熟料液相粘度，促进硅酸三钙的形成。在水泥生产中，萤石加入量在一般情况下为4%～5%至0.8%～1%。水泥工业对萤石质量要求不严，一般CaF2含量在40%以上即可，对杂质含量要求也不作具体规定。
　　在陶瓷工业中，萤石主要用作瓷釉，它能在瓷釉生产过程中起到助色和助熔作用。如在红色瓷釉中加入萤石后能色泽光亮鲜艳，在陶瓷生产瓷釉中的萤石加入量一般约10%～20%。
　　萤石还应用于搪瓷工业和铸石生产中，其加入量分别为3%～10%和3%。
　　在建材工业中，由于用途不同，对萤石质量要求也不相同。目前，我国用于建材工业的萤石质量要求在中华人民共和国国家标准GB19321-88《萤石粉矿》中作了规定。
　　因萤石在光学上具有低色散、低折射率和对紫外线、红外线滤光性高等特性，而被用来制作棱镜和高质量的光学元件。对光学萤石的技术要求十分严格，需质纯(或带均匀的浅色)、透明、红(紫)外线透射性强，无裂隙、无包裹体、机械性能良好。厚度为1.5mm的萤石薄片必须能透过波长为4.5pm的红外线80%以上，同时对晶体规格也有严格规定。
　　随着人们生活水准的提高，对饰品、工艺品的需求不断增加。萤石具有结构致密，色彩鲜艳而多样，作为工艺雕刻的原料被人们所重视。