西安綠的礦物成分研究

鄒倩 李琳(湖北國土資源職業(yè)學(xué)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(chǎn)量較少，為篆刻者所珍視。其質(zhì)地致密，細(xì)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?，F(xiàn)從基本寶石學(xué)性質(zhì)、礦物成分和微結(jié)構(gòu)特征入手，分析其礦物組成及致色原因。

一、西安綠的常規(guī)寶石學(xué)特征研究

本次研究標(biāo)本從玉石交易市場采購，標(biāo)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(biāo)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(nèi)部有少量白色點狀固體包裹體。實驗標(biāo)本從菱形拋光吊墜上切取一小塊樣品進(jìn)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(yīng)的摩氏硬度為3.13，利用電子天平進(jìn)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(biāo)本均無熒光現(xiàn)象產(chǎn)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(xué)成分和結(jié)構(gòu)分析

1.X射線粉晶衍射測試結(jié)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(shù)據(jù)：

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(shù)據(jù)

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(shù)如表3-2：

單斜晶系(Monoclinic)

表3-2 計算所得樣品晶胞參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差

表3-3 d實測與d計算所得數(shù)據(jù)

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(jié)論：西安綠樣品所測數(shù)據(jù)(表3-1)與白云母標(biāo)準(zhǔn)卡片(卡片號:02-1019)的數(shù)據(jù)基本吻合，結(jié)合計算所得的晶胞參數(shù)(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(jié)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(qū)描述：3700~3600cm-1高頻區(qū)，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(qū)；500cm-1±的Si—O彎曲振動和晶格振動的強吸收區(qū)。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(chǎn)生一個強吸收帶，兩側(cè)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(nèi)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(fā)現(xiàn)與二八面體的白云母的紅外標(biāo)準(zhǔn)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(huán)境掃描電鏡下的測試結(jié)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(zhì)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(tài)呈鱗片狀，僅含有O，A l，Si，K四種元素，結(jié)合X粉晶衍射和紅外光譜的測試結(jié)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(jié)果，圖3-7中(a)、(b)、(c)中白云石內(nèi)部各元素所占質(zhì)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(zhì)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(jié)果，圖3-9中(e)、(f)中白云母內(nèi)部各元素所占的質(zhì)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(tài)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(jù)X粉晶衍射和紅外光譜的測試數(shù)據(jù)，我們判定此圖中片狀礦物為由類質(zhì)同象導(dǎo)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(jié)果，圖3-10中(g)、(h)中白云母內(nèi)部各元素所占的質(zhì)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(zhì)量百分比

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

三、研究成果及結(jié)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(biāo)本均無熒光現(xiàn)象產(chǎn)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(huán)境掃描電鏡等大型儀器進(jìn)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(dǎo)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(shù)與數(shù)據(jù)分析，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

【2】郭立鶴，韓景儀，紅外反射光譜方法的礦物學(xué)應(yīng)用，巖石礦物學(xué)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(yīng)用，寶石和寶石學(xué)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(yīng)用，寶石和寶石學(xué)雜志，2010年01期.