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閃鋅礦

閃鋅礦（英語：Sphalerite）是一種硫化物礦物，化學式為ZnS。[5]它是最重要的鋅礦石。閃鋅礦存在於多種礦床類型中，但主要存在於沉積噴流型、密西西比河谷型和塊狀硫化物礦床中。它與方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦（和其他硫化物）、方解石、白雲石、石英、菱錳礦和螢石伴生。[6]

閃鋅礦
黑色閃鋅礦晶體，含有少量黃銅礦和方解石
基本資料
類別硫化物礦物
化學式ZnS
IMA記號Sp[1]
施特龍茨分類2.CB.05a
戴納礦物分類02.08.02.01
晶體分類六面體 (43m)
H-M記號：(4 3m)
晶體空間群F43m (No. 216)
晶胞a = 5.406 Å; Z = 4
性質
顏色淺至深棕色、紅棕色、黃色、紅色、綠色、淺藍色、黑色和無色。
晶體慣態自面體晶體——形成良好的晶體，表現出良好的外部形狀。粒狀——通常在基質中以自面體到半面體晶體的形式出現。
晶系立方
雙晶簡單的接觸孿晶或複雜的層狀形式，雙軸[111]
解理[011]完全解理
斷口參差狀到貝殼狀
莫氏硬度3.5–4
光澤金剛光澤，樹脂光澤，油脂光澤
條痕棕白色，淡黃色
透明性透明到半透明，富含鐵時不透明
比重3.9–4.2
光學性質各向同性
折射率nα = 2.369
其他特徵熒光和摩擦發光
參考文獻[2][3][4]

德國地質學家歐內斯特·弗里德里希·格洛克（英語：Ernst Friedrich Glocker）在1847年最早發現了閃鋅礦，並根據希臘語sphaleros命名，意思是「欺騙」，因為這種礦物難以識別。[7]

除鋅外，閃鋅礦是鎘、鎵、鍺和銦的礦石。鐵閃鋅礦（英語：Marmatite）是一種不透明的黑色品種，含鐵量高。[8]

晶體習性和結構

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閃鋅礦的晶體結構

閃鋅礦以面心立方閃鋅礦結構結晶，[9][10]這種結構以此礦物命名。該結構屬於六面體晶體種類（空間群F43m）。在結構中，硫和鋅（或鐵離子）都佔據了面心立方晶胞的點，兩個晶格相互位移，而硫原子與它們呈四面體配位。反之亦然。[11]與閃鋅礦相似的礦物包括閃鋅礦族中的礦物，包括閃鋅礦、碲汞礦、方硫鎘礦、黑辰砂、方硒鋅礦和灰硒汞礦。[12]這種結構與金剛石結構密切相關。[9]閃鋅礦的六方晶型是纖鋅礦。[12]纖鋅礦是較高溫度的多形體，在高於1,020 °C（1,870 °F）的溫度下穩定。[13]閃鋅礦晶體結構中硫化鋅的晶格常數為0.541nm。[14]閃鋅礦可被發現為假晶型，其晶體結構為方鉛礦、黝銅礦、重晶石和方解石。[13][15]閃鋅礦可以有尖晶石規則孿晶，其中孿晶軸為[111]。[12]

該材料可以被認為是二元端點ZnS和FeS之間的三元化合物，其成分為ZnxFe(1-x)S，其中x的範圍可以從1（純ZnS）到0.6。

所有天然閃鋅礦都含有一定濃度的各種雜質，一般在晶格中取代鋅的陽離子位置；最常見的陽離子雜質是鎘、汞和錳，但鎵、鍺和銦也可能以相對較高的濃度存在（數百至數千ppm）。[16][17]鎘可以替代高達1%的鋅，而錳通常存在於具有鐵豐度高的閃鋅礦中。[12]陰離子位置的硫可以被硒和碲取代。[12]這些雜質的豐度受閃鋅礦形成的條件控制；地層溫度、壓力、元素可用性和流體成分是重要的控制因素。[17]

特性

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物理性質

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閃鋅礦具有完美的十二面體解理，有六個解理面。[9][18]在純粹的形式中，它是一種半導體，但隨着鐵含量的增加而轉變為導體。[19] 在礦物硬度的莫氏硬度範圍內，它的硬度為3.5 - 4 。[20]

它可以通過完美的解理、獨特的樹脂光澤和深色品種的紅棕色條紋與類似礦物區分開來。[21]

光學特性

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閃鋅礦在紫外光下發出熒光。（森肯伯格自然歷史博物館）

純淨的硫化鋅是一種寬帶隙半導體，帶隙約為3.54電子伏特，這使得純物質在可見光譜中是透明的。增加鐵含量會使材料變得不透明，而各種雜質可以賦予晶體多種顏色。[20]在薄片中，閃鋅礦呈現出非常高的正浮凸，呈無色至淡黃色或棕色，無多色性。[6]

根據雜質的不同，它會在紫外線下發出熒光。

閃鋅礦的折射率（通過鈉光測量，平均波長589.3 nm）從純ZnS時的2.37到鐵含量為40%時的2.50不等。[6]閃鋅礦在交叉偏振光下是各向同性的，但如果閃鋅礦與其多形體纖鋅礦共生，則會發生雙折射；雙折射可以從0（0%纖鋅礦）增加到0.022（100%纖鋅礦）。[6][13]

用途

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金屬礦石

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閃鋅礦是重要的鋅礦石；大約95%的原生鋅是從閃鋅礦中提取的。[22]然而，由於其微量元素含量可變，閃鋅礦也是其他幾種金屬的重要來源，例如替代鋅的鎘[23]、鎵[24]、鍺[25]、和銦[26]。這種礦石最初被礦工稱為blende（來自德語blind或deceiving），因為它類似於方鉛礦，但不產生鉛。[21]

黃銅和青銅

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閃鋅礦中的鋅用於生產黃銅，這是一種銅與3 – 45%鋅的合金。[18]黃銅物體的合金主要元素成分提供了證據，證明閃鋅礦被伊斯蘭用於生產黃銅，早在公元7世紀至16世紀之間的中世紀時代。[27] 在公元12世紀至13世紀（晉朝）中國北方的黃銅膠結過程中也可能使用了閃鋅礦。[28]與黃銅類似，閃鋅礦中的鋅也可用於生產某些類型的青銅；青銅主要是銅與錫、鋅、鉛、鎳、鐵和砷等其他金屬形成合金。[29]

其他

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圖集

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  •  
    美國田納西州坎伯蘭礦的閃鋅礦和重晶石
  •  
    白雲石上的閃鋅礦，來自美國俄亥俄州米勒斯維爾採石場
  •  
    附在黑色閃鋅礦晶簇上的棕褐色方解石晶體
  •  
    來自美國科羅拉多州烏雷區特柳賴德Idarado礦的尖銳四面體閃鋅礦晶體和少量伴生黃銅礦
  •  
    來自中國湖南省的寶石級雙晶櫻桃紅色閃鋅礦晶體（1.8 cm）
  •  
    來自西班牙坎塔布里亞卡馬萊尼奧Áliva的閃鋅礦晶體
  •  
    來自美國田納西州史密斯縣Elmwood礦的紫色螢石和閃鋅礦
  •  
    大地腕足動物中的閃鋅礦晶體

參考資料

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  1. ^ Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 2021, 85 (3): 291–320 [2022-08-07]. Bibcode:2021MinM...85..291W. S2CID 235729616. doi:10.1180/mgm.2021.43. （原始內容存檔於2022-07-22）. 
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延伸閱讀

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  • Dana's Manual of Mineralogy ISBN 0-471-03288-3
  • Webster, R., Read, P. G. (Ed.) (2000). Gems: Their sources, descriptions and identification (5th ed.), p. 386. Butterworth-Heinemann, Great Britain. ISBN 0-7506-1674-1

外部連結

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