第四节　环状硅酸盐

环状硅酸盐中，［SiO4］四面体以角顶联结形成各种封闭环，有三元环［Si3O9］、四元环［Si4O12］、六元环［Si6O18］等多种，环还可以重叠起来形成双环，如双六元环［Si12O30］等。环状硅酸盐中以电气石最具代表性，且有重要应用价值。

电气石（tourmaline）

Na（Mg，Fe，Mn，Li，Al）3Al6［Si6O18］［BO3］3（OH，F）4

【晶体化学】　电气石为矿物超族名称，有22个矿物种（Back，2014）。化学通式：XY3Z6［T6O18］（BO3）3V3W。其中X=Na、Ca、K、ð；Y=Fe2+、Mg、Mn2+、Al、Li、Fe3+、Cr3+；Z=Al、Fe3+、Mg、Cr3+；T=Si、Al、B3+；V=OH、O；W=OH、F、O。常见的Y以Fe2+为主，称铁电气石（schorl），亦称黑电气石或黑碧玺；以Mg为主，称镁电气石（dravite）；以（Al+Li）为主，称锂电气石（elbaite）；若Mn进入此位置即为钠锰电气石（tsilaisite）；在电价得到补偿条件下Fe3+或Cr3+亦可进入此位置，含Cr电气石中w（Cr2O3）可达10.86%。锂电气石中部分OH-常被F-代替。Mg-Fe2+电气石、Fe2+-Li电气石之间形成完全类质同象系列，但后一系列的中间成员较为少见。

【结构形态】　三方晶系，；a0=1.584～1.603nm，c0=0.709～0.722nm；Z=3。结构特点为硅氧四面体组成复三方环。B的配位数3，组成平面三角形。Mg配位数6（其中2个OH-），组成八面体，与［BO3］共氧相连。在硅氧四面体的复三方环上方的空隙中充填Na+，配位数9。环间以［AlO5（OH）］八面体相联结（图1-1-46）。

图1-1-46　电气石的晶体结构（a）和晶形（b）

复三方单锥晶类，-3m（L33P）。晶体呈柱状。常见单形为三方柱，六方柱，三方单锥、及复三方单锥等。晶体两端晶面不同，柱面上常出现纵纹，横断面呈球面三角形。双晶依或较少见。集合体呈棒状、放射状、束针状，亦成致密块状或隐晶质块体。

【物理性质】　颜色随成分不同而异：铁电气石呈黑色；锂、锰、铯电气石呈玫瑰色，亦呈淡蓝色；镁电气石呈褐色和黄色；铬电气石呈深绿色。电气石常具色带现象，垂直z轴由中心向外形成水平色带，或z轴两端颜色不同。条痕无色。玻璃光泽。无解理。有时可有垂直L3的裂开。硬度7～7.5。相对密度3.03～3.25。具压电性和热电性。透明晶体纵向切片有偏光和多色性。

【资源地质】　主要产于伟晶岩及气成热液矿床中。一般黑色电气石的形成温度较高；绿色、粉红色者形成于较低温度。早期形成的电气石为长柱状，晚期者为短柱状。变质岩中亦有电气石产出。

花岗伟晶岩中产出者常属铁-锂电气石系列。白云母、二云母花岗岩中为铁电气石，与石英、微斜长石、绿柱石共生；强烈交代花岗伟晶岩中多为锂电气石，与钠长石、绿柱石、锂云母、铯沸石、铌钽矿物共生。我国新疆阿尔泰和内蒙古的花岗伟晶岩均有产出。

在气成热液矿床中，电气石多产于石英脉、锡石-硫化物脉及云英岩中，与白云母、石英、黄玉、锡石等共生。我国江西、湖南一带的钨锡矿脉属此类型。

在变质岩中，电气石作为变质矿物产出，如辽宁某硼矿床，电气石产于变粒岩中，与长石、石英、黑云母、石榴子石等共生，主要为铁电气石。也有交代作用形成的电气石，如我国东北某地含硼溶液交代前寒武纪大理岩，形成夕卡岩，富镁电气石与透闪石、金云母、斜硅镁石、硼镁石等共生。

对意大利Elba岛黑云母片岩与含硼流体的相互作用进行实验，在相当于上地壳温压（500～600℃，100～130MPa）和H3BO3＞1.6mol/L条件下，流体相含20% NaCl和不含NaCl时分别生成镁电气石和铁电气石。前一种情况下，黑云母释放的Fe2+赋存于富氯流体相；而后一种情况，钾长石通过Na-K交换为电气石结晶提供Na+（Orlando et al，2017）。

20世纪80年代以前，电气石仅作为低档宝石。90年代后，电气石的用途迅速扩展，中国开始电气石资源的勘查，发现一批可供开发的电气石矿床，作为战略资源对待。

【鉴定特征】　柱状晶形，柱面有纵纹，横断面呈球面三角形，无解理及高硬度。

【工业应用】　压电性良好的晶体可用于无线电工业中的波长调整器、偏光仪中的偏光片，或作为测定空气和水冲压用的压电计。细粒电气石可作研磨材料。

利用电气石超细粉的热释电性，可制备保健涂料、声电材料、保健制品等，用于净化空气和人体保健，如电气石人造丝纤维及具有优异保健性能的织物等（毕鹏宇等，2003），具有一定的电磁屏蔽性能。利用电气石的自发电极性可净化工业废水，改善饮用水水质，如用于吸附重金属离子，调节水体的pH值等（张晓晖等，2004）。利用电气石极性晶体的天然电场、远红外辐射及产生负离子性能，制备电气石-PE塑料复合薄膜，用于种子发芽、水果保鲜、活化水体性能等用途。

色泽鲜艳美观、清澈透明者可作宝石，称为碧玺。主要品种：红碧玺，粉红色至红色；绿碧玺，深绿、蓝绿、棕绿色；蓝碧玺，浅蓝至深蓝色；多色碧玺，即单晶上出现红、绿二色或三色色带。具猫眼效应者称为碧玺猫眼，常见为绿色，少数为蓝色、红色。环绕c轴颜色呈环带状分布，常见内红外绿者，称西瓜碧玺。