西安綠的礦物成分研究

鄒倩 李琳(湖北國土資源職業學院 湖北武漢 430090)

引言

西安綠是近年來市場上興起的一個玉石品種，以其青翠欲滴的色澤吸引了越來越多人的注意，硬度較低的西安綠非常適合于雕刻成精美的器物，由于產量較少，為篆刻者所珍視。其質地致密，細膩，純凈，色澤亮麗靈潤，且通透晶瑩，具神秘如翡翠的綠色，十分吸引人。現從基本寶石學性質、礦物成分和微結構特征入手，分析其礦物組成及致色原因。

一、西安綠的常規寶石學特征研究

本次研究標本從玉石交易市場采購，標本有兩個，一個為未拋光的龜型吊墜，一個為拋光的菱形吊墜(如圖2-1所示)，兩標本均呈暗綠色，微透明，拋光面呈油脂光澤，在寶石顯微鏡下透光照射，，可見內部有少量白色點狀固體包裹體。實驗標本從菱形拋光吊墜上切取一小塊樣品進行打磨拋光，在折射儀上測得此西安綠樣品折射率為1.52，利用顯微壓入法測得其維氏硬度，通過計算得到此樣品相應的摩氏硬度為3.13，利用電子天平進行通過凈水稱重法通過計算測定此樣品的相對密度為2.76，在長短破紫外光照射下兩塊標本均無熒光現象產生，在分光光度計下觀察不到特征吸收光譜。

圖2-1 本次試驗的西安綠樣品

二、西安綠的化學成分和結構分析

1.X射線粉晶衍射測試結果及分析

圖3-2，表3-1為X射線粉晶衍射實驗中所得的西安綠樣品的衍射圖譜及衍射數據：

圖3-2 西安綠樣品的X射線粉晶衍射圖

表3-1 西安綠樣品的X粉晶衍射數據

55.817 55.9172 57.9393 59.7107 61.0309 61.7829 64.3564 1.64572 6 1.64301 4 1.59039 1 1.54737 1 1.51702 3 1.50035 1 1.44642 5 5.35 8.26666 7 1.13333 3 1.11666 7 3.46666 7 3.9 2.13333 3云母云母云母云母1 3 9-3 1 5 2 4 5 2 0 10

樣品名稱：XAL(西安綠)

用最小二乘法計算所得晶胞參數如表3-2：

單斜晶系(Monoclinic)

表3-2 計算所得樣品晶胞參數和標準差

表3-3 d實測與d計算所得數據

計算時參考的PDF/JCPDS卡片號:02-1019

化合物類型:無機+礦物

礦物名稱:Muscovite

分子式:(H,K)A lSiO4

化合物名稱:Potassium A lum inum Hydrogen Silicate

單斜晶系 空間群:A 2/a(15)

圖3-3 為西安綠的X粉晶衍射圖譜

此實驗所得結論：西安綠樣品所測數據(表3-1)與白云母標準卡片(卡片號:02-1019)的數據基本吻合，結合計算所得的晶胞參數(表3-2)以及偏差的計算(表3-3)，由此可判定礦物主要成分為為白云母。

2.傅里葉紅外光譜儀測試結果及分析

圖3-5為西安綠樣品的KBr壓片用透射法測得的紅外光譜圖：

圖3-5 西安綠樣品的紅外光譜圖

層狀硅酸鹽礦物的紅外光譜大體可分三個區描述：3700~3600cm-1高頻區，屬OH和層間水的伸縮振動；1000cm-1±的Si—O伸縮振動的強吸收區；500cm-1±的Si—O彎曲振動和晶格振動的強吸收區。從西安綠的紅外光譜圖(見圖3-5)可以看出，3612.44cm-1處有較弱的吸收寬帶，這屬于OH的伸縮振動，在1634.41 cm-1和1378.22cm-1處有吸收，這屬于H 2O的彎曲振動，在907.55cm-1和824.14cm-1處有肩狀吸收帶，這屬于OH的擺動。圖中1020.75cm-1附近產生一個強吸收帶，兩側有肩狀吸收，屬于Si—O伸縮振動，746.69cm-1附近分弱吸收，分析這與四次配位A lIV內Si—O—A lIV，526.24cm-1、472.62cm-1和424.96cm-1三個弱吸收帶，吸收帶尖銳，這屬于Si—O的彎曲振動和OH的擺動。通過查找資料，發現與二八面體的白云母的紅外標準光譜基本吻合，由此可知西安綠主要成分為二八面體白云母。

3.環境掃描電鏡下的測試結果及分析

以下為掃描電鏡下西安綠樣品的礦物微形貌特征圖，以及能譜測得的礦物中主要元素所占的質量百分比：

譜圖a b c O 55.96 42.62 67.42 Mg 8.77 8.98 16.18 Ca 35.27 48.40 16.40總的100.00 100.00 100.00

圖3-7 白云石微形貌特征圖

圖 3-7中，(a)、(b)、(c)中均可見礦物具的三組完全的階梯狀解理，僅含有O，Mg，Ca三種元素，由此可判定此三幅圖中的礦物顆粒均為白云石礦物顆粒。

圖3-8中，(d)中礦物形態呈鱗片狀，僅含有O，A l，Si，K四種元素，結合X粉晶衍射和紅外光譜的測試結果，我們判定此圖中片狀礦物為白云母。

按重量百分比顯示的所有結果，圖3-7中(a)、(b)、(c)中白云石內部各元素所占質量百分比如表3-4所示：

表3-4 (a)(b)(c)中白云石所含元素質量百分比

圖3-9 白云母微形貌特征圖

按重量百分比顯示的所有結果，圖3-9中(e)、(f)中白云母內部各元素所占的質量百分比如表3-6所示：

譜圖e-譜圖1 e-譜圖2 e-譜圖3 e-譜圖4 f-譜圖 1 f-譜圖 2 f-譜圖 3 f-譜圖 4 O 52.5 6 49.1 1 51.7 4 54.6 6 53.6 2 57.5 6 61.5 4 54.4 5 A l 10.50 11.76 12.60 14.37 7.70 2.52 18.73 4.92 Si 17.83 14.44 18.57 29.99 27.04 39.92 19.72 30.09 K 0.7 9 Fe 19.11 24.69 17.09 0.98 11.65 9.76總的100.0 0 100.0 0 100.0 0 100.0 0 100.0 0 100.0 0 100.0 0 100.0 0

圖3-9中，(e)、(f)中礦物形態同樣呈片狀，除含O，A l，Si，K四種元素之外還含有Fe元素，根據X粉晶衍射和紅外光譜的測試數據，我們判定此圖中片狀礦物為由類質同象導致的含鐵云母，因為不含其他致色元素，所以我們推斷其綠色可能是由Fe致色的。

圖3-10 異形白云母微形貌特征圖

按重量百分比顯示的所有結果，圖3-10中(g)、(h)中白云母內部各元素所占的質量百分比如表3-7所示：

表3-7 (g)(h)中異形白云母所含元素質量百分比

圖3-10中(g)、(h)中礦物形態呈卷曲放射狀，根據所含元素和X粉晶衍射、紅外光譜的測試數據可判定其為由類質同象導致的含F，Mg的異形白云母。

三、研究成果及結論

1.在折射儀上測得此西安綠樣品折射率為1.52，利用顯微壓入法，測得此樣品摩氏硬度為3.13，同時用靜水稱重法測得本樣品密度為2.76。在長短破紫外光照射下兩塊標本均無熒光現象產生，在分光光度計下觀察不到特征吸收光譜。

2.利用X射線衍射儀、傅里葉變換紅外光譜儀、環境掃描電鏡等大型儀器進一步分析確定了此西安綠樣品的礦物組成成分，其主要成分為二八面體片狀白云母，偶見卷曲異形白云母，其中白色包裹體為白云石，微形貌觀察中可見三組完全的階梯狀解理。

3.在樣品所含元素成分測試中，有些測試點測得樣品中含有一定比例的Fe，除此之外沒有測出其他致色元素的存在，因此推測Fe可能是導致此西安綠樣品呈綠色的致色元素。

【1】馬禮敦，近代X射線多晶體衍射——實驗技術與數據分析，北京：化學工業出版社，2004.

【2】郭立鶴，韓景儀，紅外反射光譜方法的礦物學應用，巖石礦物學雜志，2006年第3期.

【3】亓利劍，袁新強，曹姝旻，寶石的紅外反射光譜表征及其應用，寶石和寶石學雜志，2005.

【4】盛克平，掃描電子顯微鏡X射線能量色散譜儀在寶玉石鑒定中的應用，寶石和寶石學雜志，2010年01期.