金红石

金红石是高温高压变质岩和火成岩中常见的副矿物。

热力学上，金红石是二氧化钛在所有温度下最稳定的多晶型物，表现出比锐钛矿或板钛矿的亚稳态更低的总自由能^[1]。因此，亚稳态二氧化钛多晶型物向金红石的转变是不可逆的。由于金红石在三种主要多晶型物中具有最低的分子体积，因此它通常是大多数高压变质岩(主要是榴辉岩)中的主要含钛相。

在火成岩环境中，金红石是深成火成岩中常见的副矿物，但偶尔也在喷出的火成岩中发现，特别是那些具有深地幔源的金伯利岩和煌斑岩。锐钛矿和板钛矿存在于火成岩环境中，尤其是作为深成岩冷却过程中的自生蚀变产物；锐钛矿也存在于源自原生金红石的砂矿中。

大型标本晶体在伟晶岩、矽卡岩和花岗云英岩中最为常见。金红石是一些蚀变火成岩、某些片麻岩和片岩中的副矿物。经常可以看到针状二氧化钛晶体群穿透石英，就像在瑞士格劳宾登州（Graubünden）出产的宝石（ fléches d'amour）中一样。2005年，西非的塞拉利昂共和国的生产能力占世界金红石年供应量的23%，2008年上升到约30%。

金红石具有四方晶胞，晶胞参数a = b = 4.584Å,，c = 2.953Å,^[2]。钛阳离子的配位数为6，这意味着它们被由6个氧原子组成的八面体包围。氧阴离子的配位数为3，导致三角平面配位。当按顺序观察八面体时，金红石也显示螺旋轴^[3]。

金红石晶体通常表现出棱柱形或针状生长习性，沿其c轴[001]方向优先取向。这种生长习性是有利的，因为金红石的{110}面显示出最低的表面自由能，因此在热力学上最稳定^[4]。金红石的c轴取向生长清晰地出现在纳米棒、纳米线和该相的异常晶粒生长现象中。

在海滩砂中，金红石含量足够大，是重矿物和矿床的重要组成部分。矿工提取和分离有价值的矿物——例如金红石、锆石和钛铁矿。金红石的主要用途是制造耐火陶瓷，作为颜料以及生产钛金属。

细粉金红石是一种明亮的白色颜料，用于涂料、塑料、纸张、食品和其他需要明亮白色的应用。二氧化钛颜料是钛在全世界最大的单一用途。金红石的纳米级颗粒对可见光透明，但对紫外线辐射的吸收非常有效。与块状金红石相比，纳米金红石颗粒的紫外吸收发生了蓝移，因此高能紫外光被纳米颗粒吸收。因此，它们被用于防晒霜以防止紫外线引起的皮肤损伤。

宝石中存在的小金红石针是一种被称为星彩光学现象的原因。星彩宝石被称为“星光（star）”宝石。星光蓝宝石、星光红宝石和其他“星光”宝石广受追捧，通常比其普通宝石更有价值。

金红石广泛用作焊条药皮。它也是ZTR指数的一部分，该指数是对高度风化的沉积物进行分类。

金红石作为一种大带隙半导体，在最近几十年里成为光催化和稀磁应用中作为功能氧化物的重要研究对象。研究工作通常使用少量人造金红石，而不是矿床衍生材料。

人造金红石首次生产于1948年，并以各种各样的名称出售。它可以由钛铁矿通过贝歇耳（Becher）工艺生产。非常纯的人造金红石是透明的，几乎无色，微黄色，大块。人造金红石可以通过掺杂制成各种颜色。高折射率赋予其金刚石光泽和强折光，从而产生钻石般的外观。这种近乎无色的钻石替代品被称为“TITANIA”，这是这种氧化物的旧式化学名称。然而，金红石很少用于珠宝首饰，因为它不是很硬(耐刮擦)，莫氏硬度只有6左右。

由于对锐钛矿相和金红石相(以及两相的两相混合物)二氧化钛光催化活性的研究兴趣日益增长，粉末和薄膜形式的金红石二氧化钛经常在实验室条件下通过液相法制造。液相法使用无机前体(通常为四氯化钛)或金属有机前体(通常为醇盐，例如异丙醇钛，也称为TTIP)。根据合成条件，结晶的第一相可以是亚稳态锐钛矿相，然后可以通过热处理转化为平衡态金红石相。金红石的物理性能通常使用掺杂剂进行改性，以通过改善光生载流子分离、改变电子能带结构和改善表面反应性来赋予其改善的光催化活性。