主题:【第十四届原创】“二氧化硅”的商品鉴定检测(上·天然篇)

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埃克斯锐(X-Ray)发表于:2021/09/20 20:46:11 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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这里所说的“二氧化硅”是指主要成分为SiO2的商品,如果我们看到一种商品“二氧化硅含量100%”的描述,那么这个商品就是二氧化硅么?答案是:不一定。

首先,这世界上不可能有纯度达到100%的物质,相对人通过“100%”其实想表达的意思是——这个商品的主要成分就是二氧化硅(此处特指化学试剂SiO2)。

在化学试剂范畴,有两个常见的纯度概念——“化学纯”和“分析纯”,后者的纯度比前者要高。不同化学试剂的达到“化学纯”含量要求是不一样的,但是常被人提及、被人广泛接受的主要有两个含量数值——99%和99.5%。那么,如果一种商品的二氧化硅含量为99.5%,是否就是二氧化硅(同上)呢?

答案依然是否定的,因为天然二氧化硅的含量也可以很轻易地达到或者超过99.5%,于是现在问题就来了:



且等我慢慢道来:

天然状态的二氧化硅主要分为两种:结晶状态的二氧化硅和非晶状态的二氧化硅。


结晶状态的二氧化硅矿物学名称叫做石英(Quartz)。

涉及商品的类型:

一、硅砂和石英砂


此类商品是天然状态的砂子,包括河砂、海砂、沙漠里的沙子,主要成分为二氧化硅,含量通常大于90%,主要用于建筑领域。

标准砂是加工后符合标准规定的石英砂,用以按标准方法测试水泥胶砂强度,是检验水泥强度必需的通用材料。中国标准砂源为福建平潭,通称平潭标准砂,是SiO2>96%的天然石英质海砂。经水洗、筛分加工成符合国家标准(GB178-77注:已作废)要求的标准砂。国际标准化组织提出的标准砂(ISO R679~68)由粗、中、细三级配成。

二、石英和石英岩

上图的石英砂与上文中的“硅砂”的区别在于前者的颗粒为破碎而得,而后者的颗粒为自然形成。

上图为石英岩,通常为无色半透明的块状岩石,断面有油脂光泽。


三、水晶和石英类宝石

1.水晶

水晶

紫水晶

发晶


2.石英

石英和水晶的区别在于水晶具备典型的结晶体特征,而石英是结晶集合体。

蔷薇石英

东陵石


非晶状态的二氧化硅主要以硅藻土、玛瑙为代表。

一、硅藻土

硅藻土一般是由统称为硅藻的单细胞藻类死亡以后的硅酸盐遗骸形成的,其本质是含水的非晶质SiO?2 。硅藻在淡水和咸水中均可生存,种类很多,一般可分为“中心目”硅藻和“羽纹目”硅藻,每一目中,又有许多“属”,相当复杂。硅藻土宏观状态下通常为白色质轻粉末。

在电子扫描显微镜下可以看到生物体残骸,主要成分是二氧化硅,主要用于吸附材料。但是经过活化的硅藻土又是一种不同的商品。

二、玛瑙和玉髓

玉髓

图示为玉髓成品,玉髓和玛瑙实际区别不大,都属于隐晶质的二氧化硅,只是玉髓通常不带纹路。

海洋玉髓里由于有些杂质,会形成一些图案,成分没有本质区别。


特殊的例外

结晶态和非结晶态天然二氧化硅的结合体——紫晶洞

紫晶洞其实是水晶和玛瑙的复合体,外层为非晶状态二氧化硅(玛瑙),内层为结晶状态二氧化硅(石英)。

不同天然二氧化硅的商品鉴定检测技术路线

1.XRF荧光光谱分析

        使用样品杯承装样品(粉末、颗粒状态的)或使用部分、全部样品(覆盖检测面)直接检测;

2.外观判定

        水晶、玛瑙、玉髓等商品具备较为典型的外观特征,必要时可以补充进行XRD粉末衍射,对于部分有特殊光路设计或特殊样品台的衍射仪,可以直接使用块状样品进行XRD分析;

3.光学显微镜

        通过观察样品边缘,如果是天然形成的砂则边缘圆润,颗粒纵向和横向尺寸接近,在生产阶段破碎形成的颗粒边缘尖锐,颗粒形状不规则。

4.电子显微镜

        确定粉体微观状态,硅藻土能观察到生物体残骸。

附表(空白表示无需此项检测)


商品

 
   

水晶

 
   

玛瑙

 
   

玉髓

 
   

石英岩

 
   

东陵石

 
   

蔷薇石英

 
   

天然硅砂

 
   

人工硅砂

 
   

硅藻土

 
   

外观

 
   

结晶体

 
   

带条纹半透明致密块状物

 
   

与玛瑙相类,但通常不带条纹

 
   

通常为无色半透明块状物

 
   

绿色块状物

 
   

粉红色块状物

 
   

白色或浅黄色颗粒

 
   

白色或浅黄色颗粒

 
   

白色质轻粉末

 
   

X射线衍射

 
   

石英

 
   

非晶态

 
   

非晶态

 
   

石英

 
   

石英

 
   

石英

 
   

石英

 
   

石英

 
   

非晶态

 
   

光学显微镜

 
   

 
   

颗粒较为规则,边缘圆滑

 
   

颗粒不规则,边缘锐利

 
   

 
   

电子显微镜

 
   

 
   

颗粒不规则,边缘锐利

 
   

可以观察到生物体遗骸

 
   

X射线荧光光谱

 
    二氧化硅



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