藍(lán)色藍(lán)晶石的寶石學(xué)特征及顏色成因探討

羅 潔，剡曉旭，陳林聰

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院,廣東 廣州 510800)

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藍(lán)色藍(lán)晶石的寶石學(xué)特征及顏色成因探討

羅 潔，剡曉旭，陳林聰

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院,廣東 廣州 510800)

藍(lán)晶石，又叫做二硬石，屬于硅酸鹽類礦物，是一種耐火度高的天然耐火原料礦物，工業(yè)用途非常廣泛，但是較少人知道藍(lán)晶石還有非常可觀的寶石學(xué)價(jià)值。選取了6塊藍(lán)色依次加深的藍(lán)晶石樣品，對(duì)它的寶石學(xué)特征進(jìn)行了研究，并采用了傅里葉紅外光譜儀、紫外-可見光分光光度計(jì)、電子探針等大型儀器對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)分析了它的顏色成因。研究表明，藍(lán)色藍(lán)晶石在350nm～400nm(紫區(qū))及540nm～650nm(綠區(qū)-紅區(qū))這兩個(gè)范圍內(nèi)均有吸收帶，隨著藍(lán)色調(diào)的加深，藍(lán)晶石在紫區(qū)的吸收程度變?nèi)酰诰G區(qū)至紅區(qū)的吸收程度變強(qiáng)。藍(lán)晶石樣品中的主要致色元素為Fe、Ni，F(xiàn)e離子含量越高，藍(lán)色越深，反之顏色越淺。

藍(lán)晶石;寶石學(xué)特征;顏色成因

藍(lán)晶石，英文名Kyanite，是一種島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，化學(xué)成分為Al2SiO5，可含有Cr、Fe、Ca、Mg、Ti等元素，與紅柱石、矽線石呈同質(zhì)多象。藍(lán)晶石為三斜晶系，晶體呈扁平的板條狀，常呈柱狀晶形，可見雙晶，常見放射狀集合體，有時(shí)晶體的尾部體積延伸變大呈傘狀，晶體表面具有規(guī)則條狀紋理[1]。藍(lán)晶石是典型區(qū)域變質(zhì)礦物的其中一種，泥質(zhì)巖經(jīng)過各種物理化學(xué)壓力影響后發(fā)生變質(zhì)作用便成了藍(lán)晶石。它主要形成于中等變質(zhì)作用壓力較高的條件下。存在于區(qū)域變質(zhì)片巖和片麻巖和相關(guān)結(jié)晶花崗巖及石英巖脈[2,3]。與石榴石、十字石、云母和石英共生。它的顏色豐富，有無色、灰色、綠色、黃色、褐色、藍(lán)色等，其中作為寶石級(jí)別的藍(lán)晶石為淺藍(lán)-深藍(lán)色。

1 樣品的介紹

本文的藍(lán)晶石樣品于廣州荔灣廣場(chǎng)及網(wǎng)絡(luò)渠道獲得，為6顆近無色到深藍(lán)色的藍(lán)晶石，編號(hào)為1～6號(hào)。樣品的藍(lán)色調(diào)隨著編號(hào)從近無色到深藍(lán)色逐漸加深，見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)樣品圖Fig.1 The picture of the laboratory samples

2 常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試

對(duì)樣品進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試，觀察它們的顏色、光澤、透明度。測(cè)試了它們的折射率、比重，得到樣品的折射率(點(diǎn)測(cè))在1.7～1.73之間、比重在3.50-3.68范圍內(nèi)，比重會(huì)因內(nèi)含物不同而有些許波動(dòng)[4]。觀察樣品的多色性及熒光、偏光等特征，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行整理，列表如下：

表1 樣品的寶石學(xué)特征

3 藍(lán)晶石的光譜學(xué)測(cè)試

3.1 傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)試

測(cè)試在華南理工大學(xué)廣州學(xué)院珠寶檢測(cè)中心完成，使用的測(cè)試儀器為傅立葉變換紅外光譜儀，儀器型號(hào)為TENSOR 27，測(cè)試方法為反射法，重點(diǎn)測(cè)試指紋區(qū)的紅外光譜特征，樣品的掃描時(shí)間為16Scans，背景掃描時(shí)間為16Scans，分辨率4cm-1，掃描范圍為1600～400cm-1，掃描次數(shù)為16。測(cè)試結(jié)果如圖2。

紅外光譜測(cè)試表明6顆樣品均呈現(xiàn)典型的藍(lán)晶石的譜峰[5，6]。藍(lán)晶石的7個(gè)主要紅外吸收峰位于1079cm-1、973cm-1、698cm-1、674cm-1、643cm-1、535cm-1、468cm-1處，這幾個(gè)峰位[7]，均與我們測(cè)得的結(jié)果相一致，也再一次地證實(shí)了樣品的種屬確實(shí)是藍(lán)晶石。

3.2 紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)試

測(cè)試地點(diǎn)在華南理工大學(xué)廣州學(xué)院珠寶檢測(cè)中心，測(cè)試儀器型號(hào)為GEM-3000，測(cè)試方法為反射法，積分時(shí)間為127毫秒，平均次數(shù)20次，測(cè)試光譜范圍：220～1000nm。對(duì)藍(lán)色逐漸變深的三顆寶石2、3、6進(jìn)行測(cè)試。

圖2 樣品2到樣品6的紅外光譜圖Fig.2 The infrared spectrum of samples No.2 to sample No. 6

圖3 樣品2的紫外吸收譜圖Fig.3 The UV absorption spectra of sample No.2

圖4 樣品3的紫外吸收譜圖Fig.4 The UV absorption spectra of sample No. 3

圖5 樣品6的紫外吸收譜圖Fig.5 The UV absorption spectra of sample No. 6

對(duì)紫外-可見光分光光度計(jì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)三顆樣品在350nm～400nm及540nm～650nm這兩個(gè)范圍內(nèi)均有吸收。樣品2、3在350nm～400nm范圍的反射率很低，僅為12%左右，說明這兩顆寶石對(duì)紫光的吸收程度很高，而在540nm～650nm范圍內(nèi)的吸收較弱，樣品3對(duì)于綠色-紅色的吸收程度要略高于樣品2。而藍(lán)色調(diào)較深的樣品6對(duì)紫光的吸收程度明顯要低于樣品2和3，但它在540nm～650nm范圍內(nèi)的吸收程度卻很高，對(duì)于綠色-紅色區(qū)的強(qiáng)吸收使得它有著比樣品2和3更深的藍(lán)色。

4 藍(lán)晶石的顏色成因探討

為了精準(zhǔn)地得到標(biāo)本中所含的元素，分析藍(lán)晶石的顏色成因，筆者對(duì)6顆樣品進(jìn)行了電子探針測(cè)試。測(cè)試地點(diǎn)是中山大學(xué)測(cè)試中心電子探針實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試儀器為JXA-8800R電子探針分析儀。測(cè)試條件：加速電壓15kV，束流20nA。測(cè)試結(jié)果如表2：

表2 樣品的電子探針測(cè)試結(jié)果(%)

經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，樣品組成的氧化物主要是SiO2以及Al2O3，含量占99%以上，并含有Na、K、Mg、Cr、Ca、Ni、Fe等元素的氧化物。寶石的致色元素有：Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu。因此推測(cè)影響藍(lán)晶石顏色的元素離子為Cr3+、Mn2+、Fe2+、Ni2+。

分析數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，六塊標(biāo)本中Cr3+和Mn2+的含量都很少，2號(hào)和3號(hào)中均無Cr3+，且僅有2號(hào)樣品中有極微量的Mn2+。因此推斷，Cr3+和Mn2+并不是導(dǎo)致樣品顏色存在差異的原因。通過對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著樣品藍(lán)色調(diào)的加深，F(xiàn)e2+的含量在逐漸增加，接近無色的1號(hào)樣品中Fe2+的含量為0.009%，而深藍(lán)色的樣品6中Fe2+的含量達(dá)到了0.220%。由此，我們可以推斷出，藍(lán)晶石的藍(lán)色調(diào)與Fe2+的多少有關(guān)，F(xiàn)e2+的含量越高，藍(lán)色調(diào)越明顯。觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)六顆不同顏色的藍(lán)晶石中均有一定含量的Ni2+，但Ni2+含量的多少與樣品的顏色并不存在線性關(guān)系。

因此，我們得出結(jié)論，藍(lán)晶石的藍(lán)色調(diào)是Fe2+和Ni2+所導(dǎo)致的，F(xiàn)e2+決定了顏色調(diào)的深淺，隨著Fe2+所占百分比的增加，藍(lán)晶石的藍(lán)色調(diào)逐漸加深，這剛好也與前人的研究結(jié)果相符[6]。

5 結(jié)論

綜合上述測(cè)試結(jié)果，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)藍(lán)晶石的折射率在1.71～1.73(點(diǎn)測(cè))范圍內(nèi)，密度為3.56～3.68g/cm3，為非均質(zhì)體，在正交偏光鏡下會(huì)出現(xiàn)似明似暗的現(xiàn)象。藍(lán)晶石具有中等至強(qiáng)的多色性，為無色-藍(lán)色-藍(lán)紫色。在紫外熒光燈下可以看到無-藍(lán)白色的熒光。

(2)紅外光譜測(cè)試結(jié)果表明，樣品的紅外光譜譜圖與藍(lán)晶石的吸收峰特征吻合。紫外-可見光分光光度計(jì)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色藍(lán)晶石在350nm～400nm(紫區(qū))及540nm～650nm(綠區(qū)-紅區(qū))這兩個(gè)范圍內(nèi)均有吸收帶。相對(duì)于深藍(lán)色藍(lán)晶石來說，淺藍(lán)色藍(lán)晶石在紫區(qū)的吸收程度較強(qiáng)，而在綠區(qū)至紅區(qū)的吸收程度較弱。

(3)電子探針測(cè)試結(jié)果表明，組成藍(lán)晶石的主要氧化物為SiO2以及Al2O3，含量為99%以上，其中還含有Na、K、Mg、Cr、Ca、Ni、Fe等元素的氧化物。藍(lán)色藍(lán)晶石樣品的主要致色元素為Fe、Ni，F(xiàn)e含量的多少直接決定了藍(lán)晶石藍(lán)色調(diào)的深淺，F(xiàn)e含量越高，藍(lán)晶石的藍(lán)色調(diào)越深。

[1] 王梅英.藍(lán)晶石的化學(xué)物相分析[J].非金屬礦,2006(1)．

[2] 肖松.河南隱山藍(lán)晶石晶體化學(xué)特征的探討[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2003(2)．

[3] 石成利.藍(lán)晶石的特性及其應(yīng)用[J].陶瓷，2007(4)．

[4] 王錫林.王蘇新.藍(lán)晶石特性的探討[J].佛山陶瓷，2005(5)．

[5] 茆訓(xùn)海.江蘇韓山藍(lán)晶石顏色成因研究[J].西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 1991(1)．

[6] 劉宏科，杜紅梅，庫(kù)育苗，宋家達(dá).光譜分析在寶石檢測(cè)中的應(yīng)用述評(píng)[J].廣東化工,2014(16)．

[7] 彭文世，劉高魁.礦物紅外光譜圖集[M].北京：科學(xué)出版社，1982：309 ．

Research on the Gemological Characteristics of Blue Kyanite and Its Color Contributing Factors

LUO Jie, YAN Xiao-xu, CHEN Lin-cong

(GuangzhouCollegeofSouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,China510800)

Kyanite, also known as the two-hardness rock, which belongs to the silicate minerals, is a natural refractory minerals with high refractoriness. It has been widely used in industry, while few people knows that it has considerable gemological value. In order to study its gemological characteristics, 6 kyanite samples with blue color deepening in order have been selected to analyze its color contributing factors by large equipments such as Fourier infrared spectrometer, ultraviolet-visible spectrophotometer and EPMA. Result shows that blue kyanite has absorption band within both of the two ranges, 350nm～400nm (purple area) and 540nm～650nm (green-red area). With the blue color deepens, the absorption degree of kyanite drops, while the absorption degree become strong from green to red area. The main color contributing elements of Kyanite are Fe and Ni. The blue color deepens as Fe content increases, the blue color becomes lighter the other way round.Keywords:kyanite；gemological characteristics；color contributing factors

2016-07-19

羅潔(1989-)，女，講師，寶石學(xué)碩士，CGC、GIC、主要從事珠寶鑒定與研究、評(píng)估的工作。E-mail:luojie1717@163.com

羅 潔，剡曉旭，陳林聰.藍(lán)色藍(lán)晶石的寶石學(xué)特征及顏色成因探討[J].超硬材料工程，2016，28(5)：57-61.

TS933

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1673-1433(2016)05-0057-05