藍色藍晶石的寶石學特征及顏色成因探討

羅 潔，剡曉旭，陳林聰

(華南理工大學廣州學院,廣東 廣州 510800)

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藍色藍晶石的寶石學特征及顏色成因探討

羅 潔，剡曉旭，陳林聰

(華南理工大學廣州學院,廣東 廣州 510800)

藍晶石，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，但是較少人知道藍晶石還有非常可觀的寶石學價值。選取了6塊藍色依次加深的藍晶石樣品，對它的寶石學特征進行了研究，并采用了傅里葉紅外光譜儀、紫外-可見光分光光度計、電子探針等大型儀器對樣品進行測試，重點分析了它的顏色成因。研究表明，藍色藍晶石在350nm～400nm(紫區(qū))及540nm～650nm(綠區(qū)-紅區(qū))這兩個范圍內均有吸收帶，隨著藍色調的加深，藍晶石在紫區(qū)的吸收程度變弱，在綠區(qū)至紅區(qū)的吸收程度變強。藍晶石樣品中的主要致色元素為Fe、Ni，F(xiàn)e離子含量越高，藍色越深，反之顏色越淺。

藍晶石;寶石學特征;顏色成因

藍晶石，英文名Kyanite，是一種島狀結構硅酸鹽礦物，化學成分為Al2SiO5，可含有Cr、Fe、Ca、Mg、Ti等元素，與紅柱石、矽線石呈同質多象。藍晶石為三斜晶系，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]。藍晶石是典型區(qū)域變質礦物的其中一種，泥質巖經過各種物理化學壓力影響后發(fā)生變質作用便成了藍晶石。它主要形成于中等變質作用壓力較高的條件下。存在于區(qū)域變質片巖和片麻巖和相關結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、藍色等，其中作為寶石級別的藍晶石為淺藍-深藍色。

1 樣品的介紹

本文的藍晶石樣品于廣州荔灣廣場及網絡渠道獲得，為6顆近無色到深藍色的藍晶石，編號為1～6號。樣品的藍色調隨著編號從近無色到深藍色逐漸加深，見圖1。

圖1 實驗樣品圖Fig.1 The picture of the laboratory samples

2 常規(guī)寶石學測試

對樣品進行常規(guī)寶石學測試，觀察它們的顏色、光澤、透明度。測試了它們的折射率、比重，得到樣品的折射率(點測)在1.7～1.73之間、比重在3.50-3.68范圍內，比重會因內含物不同而有些許波動[4]。觀察樣品的多色性及熒光、偏光等特征，對測試結果進行整理，列表如下：

表1 樣品的寶石學特征

3 藍晶石的光譜學測試

3.1 傅立葉變換紅外光譜儀測試

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

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

3.2 紫外-可見分光光度計測試

測試地點在華南理工大學廣州學院珠寶檢測中心，測試儀器型號為GEM-3000，測試方法為反射法，積分時間為127毫秒，平均次數20次，測試光譜范圍：220～1000nm。對藍色逐漸變深的三顆寶石2、3、6進行測試。

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

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

4 藍晶石的顏色成因探討

為了精準地得到標本中所含的元素，分析藍晶石的顏色成因，筆者對6顆樣品進行了電子探針測試。測試地點是中山大學測試中心電子探針實驗室，測試儀器為JXA-8800R電子探針分析儀。測試條件：加速電壓15kV，束流20nA。測試結果如表2：

表2 樣品的電子探針測試結果(%)

經測試發(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。因此推測影響藍晶石顏色的元素離子為Cr3+、Mn2+、Fe2+、Ni2+。

分析數據我們發(fā)現(xiàn)，六塊標本中Cr3+和Mn2+的含量都很少，2號和3號中均無Cr3+，且僅有2號樣品中有極微量的Mn2+。因此推斷，Cr3+和Mn2+并不是導致樣品顏色存在差異的原因。通過對比數據發(fā)現(xiàn)，隨著樣品藍色調的加深，F(xiàn)e2+的含量在逐漸增加，接近無色的1號樣品中Fe2+的含量為0.009%，而深藍色的樣品6中Fe2+的含量達到了0.220%。由此，我們可以推斷出，藍晶石的藍色調與Fe2+的多少有關，F(xiàn)e2+的含量越高，藍色調越明顯。觀察數據發(fā)現(xiàn)六顆不同顏色的藍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系。

因此，我們得出結論，藍晶石的藍色調是Fe2+和Ni2+所導致的，F(xiàn)e2+決定了顏色調的深淺，隨著Fe2+所占百分比的增加，藍晶石的藍色調逐漸加深，這剛好也與前人的研究結果相符[6]。

5 結論

綜合上述測試結果，可以得出以下幾點結論：

(1)藍晶石的折射率在1.71～1.73(點測)范圍內，密度為3.56～3.68g/cm3，為非均質體，在正交偏光鏡下會出現(xiàn)似明似暗的現(xiàn)象。藍晶石具有中等至強的多色性，為無色-藍色-藍紫色。在紫外熒光燈下可以看到無-藍白色的熒光。

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

(3)電子探針測試結果表明，組成藍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。藍色藍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晶石藍色調的深淺，F(xiàn)e含量越高，藍晶石的藍色調越深。

[1] 王梅英.藍晶石的化學物相分析[J].非金屬礦,2006(1)．

[2] 肖松.河南隱山藍晶石晶體化學特征的探討[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2003(2)．

[3] 石成利.藍晶石的特性及其應用[J].陶瓷，2007(4)．

[4] 王錫林.王蘇新.藍晶石特性的探討[J].佛山陶瓷，2005(5)．

[5] 茆訓海.江蘇韓山藍晶石顏色成因研究[J].西安礦業(yè)學院學報, 1991(1)．

[6] 劉宏科，杜紅梅，庫育苗，宋家達.光譜分析在寶石檢測中的應用述評[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，寶石學碩士，CGC、GIC、主要從事珠寶鑒定與研究、評估的工作。E-mail:luojie1717@163.com

羅 潔，剡曉旭，陳林聰.藍色藍晶石的寶石學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