(壹)天然硫群
天然硫有斜方晶系的α硫、單斜晶系的β硫和γ硫三種同質多晶型變體,自然界中只有α硫是穩定的。此外,還有處於膠狀無定形狀態的硫。
天然硫 α-S硫
斜方晶系。晶體形狀通常為雙錐狀或厚板狀,由菱形雙錐、菱形柱和板塊組成(圖 4-2)。它通常呈塊狀、粒狀、粉狀和鐘乳狀聚集體。
圖 4-2 天然硫晶體
具有深淺不同的黃色;條紋呈白色至淡黃色;晶體表面呈金剛砂狀,而切片則呈現油脂光澤。密度 2.05 至 2.08g/cm3;熔點低,易燃,有硫磺味。
天然硫磺為硫蒸汽直接凝結或由硫化氫、黃鐵礦等硫化物不完全氧化或氧化還原後在表面形成。天然硫沈積的最重要原因是由細菌參與的生化沈積和火山噴發形成的。生化沈積形成的沈積硫礦床是在封閉的瀉湖中由細菌還原硫酸鹽形成的,常與碳酸鹽層、石膏層等形成夾層,具有很高的工業價值。中國天然硫磺的主要來源是臺灣北部的大屯火山區。
★以色澤、硬度低、脆易熔、易燃為主要識別特征。
主要用作生產工業硫磺和硫酸的原料,也用於生產化肥和合成洗滌劑、染料、合成樹脂、炸藥和藥品等。
(二)金剛石-石墨組
該組包括四種碳的同質多晶變體:金剛石、六方金剛石、石墨和沸石。然而,六方金剛石和沸石在自然界中非常罕見。近年來,人們只在隕石中發現了微量的碳物質富勒烯(fullerene),其分子組成為C60,由60個碳原子組成,結構上由5個或6個碳原子組成的環相互連接成球體,構成壹個類似足球形狀的中空球形分子。
金剛石 金剛石 C
圖 4-3 金剛石晶體
等軸晶系。晶體多為八面體、菱形十二面體和多晶體,也可見由立方體、四面體等組成的多晶體(圖 4-3、圖 4-4)。晶面常被蝕刻,八面體晶面呈倒三角形凹坑,大部分金剛石在自然界中由於溶解作用,晶面常呈彎曲狀,並呈圓晶、凸晶或碎晶產出。無色透明,通常帶有深淺不同的黃色或棕色色調。也有少數鉆石呈現藍色、黑色、黃色和粉紅色。晶面具有標準的金剛光澤,斷口呈油脂狀。硬度 10;較脆;平行{111}解理中等。密度 3.50-3.52g/cm3。純金剛石的熱膨脹系數小,導熱性能好,室溫下的導熱系數幾乎是銀的 5 倍。
圖 4-4 金剛石的晶體形態(A、B、C)和多態性(D)
o{111}八面體;α{100}立方體;d{110}菱形十二面體
金剛石結晶發生在高溫高壓條件下,是巖漿的產物,主要產於超基性巖的金伯利巖和鉀鎂煌斑巖中。與金剛石****生的礦物有橄欖石、鎂鋁榴石、鉻透閃石、金雲母等。此外,在高壓變質石榴石中也可見零星金剛石產出。含金剛石的巖石遭受風化後,在外力作用下可聚集形成重要的金剛石沖積礦。
世界著名的鉆石產地有南非、剛果(金)、塞拉利昂、澳大利亞和俄羅斯雅庫特以及印度、巴西等地。目前世界上最大的鉆石是 1906 年在南非普雷默發現的,質量為 3106ct(1ct=200mg)。中國的鉆石產地主要在山東、遼寧和湖南。1977年山東臨沭地區曾發現壹顆由立方體和弧形四面體拼成的多邊形鉆石,質量為158.786ct,被稱為 "常林鉆"。
★硬度極高,具有標準金剛石的光澤,晶體輪廓形狀多為圓形,紫外線照射顯示磷光為其主要鑒定特征。
無色或彩色透明的金剛石可用作寶石。工業上金剛石用作高硬度切削材料和鉆頭,金屬和化纖工業上的拉絲模,集成電路中的散熱片,原子能工業上的高溫半導體材料,以及人造衛星、宇宙飛船和遠程導彈上的紅外激光窗口材料。
石墨 石墨 C
自然界中最常見的石墨屬於六方晶系 2H 型。
通常為鱗片狀、塊狀或土狀集合體。鋼灰色至黑色鐵質,有黑色條紋;半金屬光澤;隱晶質土狀集合體光澤暗淡。硬度 1~2;平行{001}溶解很完全;片狀有彈性;軟、滑,易沾手。密度 2.09-2.26g/cm3;化學性質穩定;是電和熱的良好導體。
自然界中的石墨常在高溫下形成。分布最廣的是沈積變質成因的石墨,是富含有機質或碳質的沈積巖經區域變質作用形成的。接觸變質石墨可由煤或碳質頁巖經熱變質作用或碳酸鹽礦物分解形成。我國石墨儲量和產量均居世界首位,許多省區都有產出,如黑龍江蘿北縣雲山、山東南召等。
★以色澤、團解極為完整、硬度低、密度小、滑膩、易沾手為其主要鑒別特征。
石墨因其熔點高、耐腐蝕、不溶於酸等特點,用於生產冶煉用的高溫坩堝;碳纖維和石墨復合材料。具有滑爽感,可作為機械、航空等行業的高溫、高速潤滑劑;導電性能好,可制作電池電極等。成分純凈的高碳石墨可用作原子能反應堆的中子減速劑、輻射殼,是國防和核能工業的重要材料。3R 型石墨是合成金剛石的原料。