钛铌钙铈矿的矿物学研究——碱性岩的特征矿物之一

钛铌钙铈矿的矿物学研究——碱性岩的特征矿物之一

皮宏章

新疆地矿局第二区域地质调查大队新疆昌吉831100

摘要：由于地球各个区域所处的环境不同，随着各个地域的地质过程，常常会形成一些当前地域所特有的矿物，研究者把它们称之为特征矿物。研究者们对这些矿物进行一系列的研究，这对于地球化学的研究和开发具有重要意义。常见的碱性岩特征矿物有钛铌钙铈矿、碧玄岩、碳酸岩、霓霞岩。钛铌钙铈矿是属于钙钛矿族，另外除了钛铌钙铈矿外，还有着钛铌钍铈矿、钛铌铁钙矿、铈钛钙矿等。本文就主要对钛铌钙铈矿——碱性岩的特征矿物进行一些问题的讨论研究。

关键词：钛铌钙铈矿、矿物化学、矿物特性、开采

引言：

钙钛矿、铈钙钛矿均可以当做钛的资源，并从中利用稀土元素。钛铌钙铈矿是钛、稀土的综合资源。这些元素在工业中有着重要的作用，并且这些元素在岩体表面存在，因此，对于工业发展以及矿物学研究有着重大意义，再此文章中所研究的钛铌钙铈矿主要是由碱性正长岩所组成，霓霞正长岩会产生钛铌钙铈矿，异性霞石正长岩以及伟晶岩中也同样会有钛铌钙铈矿的存在，钛铌钙铈矿与霞石、霓石、异性石等矿物共生在异性霞正长岩和伟晶岩中，在岩石中，早起产物的矿类物质成分散状态，结晶较晚。对于这些元素进行深入的研究，对于工业发展和地势推断方面有着重大的作用。

一、钛铌钙铈矿的结构性质

（一）物理性质

钛铌钙铈矿这类矿物一般呈现为粒状产出，以大约0.1—0.3厘米的形式存在于碳酸钙中，并且在伟晶岩中以0.5—0.8厘米的形式存在，外观颜色呈现为黑色，条痕黑褐色，并且无解理，在断口处，贝壳形状是它所呈现的最主要表现形式，断口处呈现油脂类或者半金属光泽，晶体表面因风化的原因，导致在光泽方面会有一定程度的减弱，比重大约为4.89（比重瓶法），由于这类化合物结构上有许多特性，在研究以及凝聚物理方面具有很重大的意义，所以化学家和物理学家通常以其分子式中化合物的比例（1:1:3）来简称，又名113，在晶体中所具备的条纹，是由于高温变体在转变为低温变体时发生变化，产生了聚片双晶所导致的。

（二）结晶学性质

该类矿物在结构上呈现立方晶体，其中在物理性质中外观上的平行条棱的条纹，再结晶性质中，聚片双晶也是有高温变体转变为低温变体时所产生的外观产物，钛铌钙铈矿的等轴晶系是他的高温变体，在高温变体的结构中，六个氧离子和钛离子会形成八面体配位，其中配位数为6，钙离子则会存在于由氧离子与钛离子形成的八面体结构中空穴中，配位数为12。

（三）矿物化学性质

研究员在存在于霓霞正长岩的人工重矿中将钛铌钙铈矿进行了重液分离富集、淘洗，最后再用双目镜洗净，进行钛铌钙铈矿的化学分析，但现实中取材所分析出的化学式与标准数据中的比较，其中钛铌钙铈矿A组元素不足，仅仅只有零点八二，可能会是因为A组元素在环境中受到侵蚀所导致，例如在水的结晶中，（OH）和A元素也不会完全相同。钛铌钙铈矿和钙钛矿是属于同一族的矿物，自从发现了钙钛矿，各国的矿物学家，在其中发现了多种矿物，其中就包括了钛铌钙铈矿在内的变钛铌钙铈矿、钛铌钍铈矿、钛铌铈钠矿等，矿物学者根据这些矿物的物理性质、分子结晶结构、化学性质分为两组，第一组是钙钛矿，第二组为钛铌钙铈矿。这对于工业方面以及地质学研究方面有着重要的意义。

二、钛铌钙铈矿的分布及矿物分析

（一）钛铌钙铈矿的分布

钛铌钙铈矿在成因上与碱性岩有着不可分割的联系，但在钙钛矿组和钛铌钙铈矿又有一定程度的区别，钙钛矿和钛铌铁钙矿，在碳酸岩中存在，碳酸岩主要是存在于超基性岩的霓霞岩中，而钛铌钙铈矿一般产生于霞石正长岩，也就是钠质火成岩中，主要是为碱性正长岩。在后期的霓霞岩、碳酸岩等中，钙钛矿则是存在于辉石岩、碱性辉石岩以及后期的霓霞岩、碳酸岩中。在其中有这一定数量的的角闪石化、黑云母化、方解石（碳酸盐化），钛钙矿和钛磁铁往往一起存在。钛铌铁矿存在于超基性岩—碱性岩共生的碳酸岩（方解石碳酸盐）中。钛铌钙铈矿主要产出于霞石正长岩，以及伟晶岩中，与碱性长石、霞石、霓石、异性石、等碱性岩矿物同时存在，钛铌钙铈矿在岩石中主要以星散状副产物形式产出，在伟晶岩中存在的数量比起其他来说分布较多，在苏联洛伏泽儿碱性岩体碱性岩体中，磷霞岩分布的数量较为多。

（二）矿物分析

在矿物分析上，可以用日立570SEM和TN5500（Tracor5500）分析系统，再用标准能散法分析物相，在工作距离为28mm的条件、加速电压为20kv的先决条件下，从而获得样品光谱。运用TN‘非标准’SQ软件对样品光谱和相应的参考光谱进行多重最小二乘法修正，取得矿物的成分定量分析结果，所有的分析结果都进行归一化，对于各相应的波长，正如数据一样，完全符合要求。

（三）钛铌钙铈矿的分析数据

钛铌钙铈矿和钙钛矿一样，在本岩系的各阶段皆有产出，主要是在霞石正长岩中存在大部分的数量，这与各类元素的共生也存在一定的关系，类质同像的取代在这一组的矿中是非常的复杂的，同价类质同象以及异价类质同象都会发育，但是不同元素的类质同象范围差异还是很大的。在类质同象中的异价类同象：Fe3+——Ti4+——Nb5+（主要），Al3+——Ti4+（次要）。

三、钛铌钙铈矿的特性及开采

（一）在热液体系中的不稳定性

碱性岩中稳定的矿物中有着钙铁矿，但在次生蚀变和交代作用下，钙铁矿会被其他的含钛矿物交代，反应过后最常见的产物是榍石，他们之间的反应在很多的硅酸盐岩石中都可以见到，比如说超基性深成岩。在黄长岩中，钙钛矿结构会被贫镁、铝等一系列交代，并伴有榍石的产生。后生的硅酸盐存在于钙铁矿中。

（二）钙铈矿的结晶实验研究

由于钛铌钙铈矿是等轴结晶，主要产出于伟晶岩中，对钛铌钙铈矿进行X光粉晶照相究，在不进行滤光的前提下，曝光两小时左右，对所产生的钛铌钙铈矿的数据进行对比，在比对结果中得到结果与各地与所产生的钙铈矿极为近似，所以钛铌钙铈矿的单位晶胞长度为三点八八，误差小于零点零一。

（三）开采的问题及解决措施

钛铌钙铈矿主要的分布地区在俄罗斯，由于俄罗斯的大部分矿脉的矿床是由倾斜薄矿体组成，由于矿体厚度小并且环境复杂，有实际应用矿物的贫化率达到了百分之五十，甚至更高，这就导致了在这类矿脉的技术经济指标明显的进入一个死循环之中，而随着贫矿化，直接带来的经济损失达到金属成本的百分之二十到百分之三十，甚至有特殊情况会达到百分之四十，原因就是因为开采出的矿物质量不高，运输时的成本过大。因此在采集矿物时提高出矿率和出矿量具有重大的意义。研究者提出了一种沿矿脉倾斜向壁式回采矿，矿石隔墙的深孔落矿采矿法，用这种方法，可以提高采矿的效率，将采集者在采集停留的时间降到最低。

结论：

钛铌钙铈矿与角闪石化、黑云母化、方解石（碳酸盐化），钛钙矿和钛磁铁往往一起存在，或许之间会有更加紧密的关系，有关钛铌钙铈矿的主要问题，要涉及到钛铌钙铈矿所处的岩石体和不规则的构造，并且涉及到它与钛铌钙铈矿相邻的外部环境反应的层面，对钛铌钙铈矿本身共生关系的讨论也必须将交代作用等的几个过程所造成的影响考虑进去，不能仅仅靠Na、稀土元素的变化特征来进行阐述，因为单单从成分来阐述钛铌钙铈矿是十分困难的，要从物理特性、化学特性、结构、分布以及成分共同来研究、阐述。尽管很少发现霞石正长岩与碳酸岩的岩体有关，但在主要出产矿石的俄罗斯，钛铌钙铈矿就是这种岩石，在一些杂岩体内，研究者也鉴定出了类似的钙铁矿和钛铌钙铈矿，但在钛铌钙铈岩的母岩中，缺乏长石类矿物，因此难以判断Na对钛铌钙铈矿的稳定性影响，因此，在矿学研究方面仍存在很多问题，等待发现和研究。

参考文献：

【1】格拉西莫夫斯基：B,H:霞石正长岩侵入体的地球化学和矿物学。地球化学专辑，第4期。地质出版社1959年出版

【2】FYFEW.S,1951.somorphismandbondtype.Am.Min.Vol.36,No.7-8,1951