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刚玉族宝石概述

@ 宝石学院 2015.02.02

刚玉族宝石的主要化学成分为Al2O3,常含微量杂质,主要有Cr、Ti、Fe、Mn、V等,呈类质同像代替Al,或以机械混入物形式存在。常见金红石、赤铁矿、钛铁矿包裹体。

晶体结构:三方晶系,结构特点是O2-作六方最紧密堆积,Al3+填充2/3的八面体空隙。[AlO6]八面体共棱联结成垂直三次轴的层;在∥c轴方向二实心八面体与一个空心八面体交互排列。

刚玉-Z轴投影

刚玉晶胞


复三方偏三角面体晶类,D3d-3m(L33L23PC)。晶体呈桶状、柱状,少数呈板状或叶片状。主要单形:六方柱a,六方双锥z、n、w,菱面体r{1011},平行双面c{0001}。在{0001}晶面上,通常具有∥{0001}与{1011}交棱的花纹及三角形或六边形天然蚀像;在{1011}晶面上有∥{1011}与交棱的花纹。依(1011)成聚片双晶,少数依(0001)成双晶,从而在柱面、底面和锥面上显示聚片双晶纹。刚玉能与金红石、钛铁矿、赤铁矿、尖晶石、云母、夕线石等形成规则连生。金红石的[001]平行刚玉的[1011]或规则连生,使刚玉晶体的(0001)面上出现六射星光图案,形成星光红宝石和星光蓝宝石。

晶体形态与形成条件有关。沿c轴延长的六方双锥、六方柱及菱面体的刚玉生长于贫SiO2、富碱的岩石中;而底面发育的板状刚玉则生成于富SiO2而贫碱的岩石中。

不透明或半透明的刚玉通常呈蓝灰、黄灰或带不同色调的黄色;透明的刚玉除无色、白色(白宝石)外,常因含色素离子而呈现各种颜色,如红(含铬,红宝石)、蓝(含铁和钛,蓝宝石)、绿(含钴、镍、钒,绿宝石)、黄(含镍,黄宝石)、黑(含Fe2+和Fe3+,铁刚玉)等。黑色而具有星光的刚玉宝石称“黑星石”,其黑色系由细散分布的碳质所引起。玻璃-金刚光泽,在(0001)面上可显珍珠光泽或星光。

力学性质:相对密度4.016。∥{0001}或{1011}聚片双晶方向有裂开。硬度9,仅次于金刚石;显微硬度:∥光轴面20986MPa,⊥光轴面18437MPa。但人工合成的刚玉,由于晶体生长时的巨大热应力导致晶格畸变,致使与晶轴成一定角度的方向硬度最大,达22065MPa;研磨硬度833,为石英的8.33倍。耐磨性能好,并有明显的各向异性,平行光轴的平面较易磨损。抗折强度以白宝石为例,∥光轴66636MPa,⊥光轴34078MPa。

颜色:刚玉族宝石的颜色多样,各种以红色为主色调的称为红宝石,而其他的颜色通常称为蓝宝石,常见的颜色有蓝色、绿色、黄色、橙色和紫色。红、蓝宝石的颜色与杂质元素的种类,含量和组合有关:

(1)鸽血红(纯红色)红宝石含1wt%左右的Cr3+,如果红宝石中同时含有Fe2+/Ti4+离子对,则会使红宝石带紫色调;同时含有Fe3+则使红宝石带橙色调。

(2)粉红色红宝石的Cr3+含量多小于0.3wt%,当Cr3+的含量达到0.4wt%时,可形成漂亮的玫瑰红色。

(3)蓝色蓝宝石中的Fe和Ti成Fe2+/Ti4+离子对替代两相邻的两个Al3+离子,是蓝宝石显蓝色的主要原因。Fe和Ti的含量只要达到0.1wt%,就能够产生漂亮的蓝色。而Fe含量过高,超过与Ti离子1:1的比例,多余的Fe会形成Fe2+和Fe3+离子对,也产生蓝色,使颜色过深,玄武岩成因的蓝宝石通常Fe的含量较高,因而显深蓝色。

(4)黄色蓝宝石或是含有Fe3+,或者是因色心致色。Fe3+成色的会有450nm的窄吸收带,而色心致色的黄色蓝宝石没有450nm的吸收。

(5)绿色蓝宝石则可视为黄色致色剂(Fe3+或者色心)与蓝色致色剂(如Fe2+/Ti4+)共存而造成的,绿色蓝宝石多会出现450nm的吸收带。

(6)紫色蓝宝石的颜色是因Cr3+和Fe2+/Ti4+或者Fe2+/Fe3+所致。

(7)帕德马蓝宝石(padparadscha)的橙-橙红色由产生黄色的色心与产生红色的Cr3+(斯里兰卡)或者Cr3+与Fe3+(坦桑尼尼亚)组合造成的。

(8)变色蓝宝石的变色效应则取决于所含的Fe/Ti离子对和Cr的比例。

光泽:亮玻璃至亚金刚光泽。

透明度:透明至不透明,高档刻面宝石为透明,具星光效应的多为半透明。

折射率和双折射率:Ne:1.760-1.762,No:1.768-1.771,双折率:0.008—0.009。

光性:一轴晶负光性符号。

多色性:

(1)红宝石:红色/橙红色;

(2)蓝宝石:蓝色/蓝绿色;

(3)黄色蓝宝石:黄色/浅黄色;

(4)绿色蓝宝石:绿色/黄绿色;

(5)橙色蓝宝石:橙色/无色;

(6)褐橙色蓝宝石:黄褐色/无色;

(7)紫色蓝宝石:紫色/橙色。

发光性:

(1)红宝石在长波紫外线下可呈弱至强红色荧光,短波紫外光下呈弱至中等红色荧光,随微量元素含量的不同而变化,但同一样品的长波紫外荧光强度大于短波紫外荧光强度。

(2)蓝宝石的紫外荧光因颜色和产地的变化而异,缅甸、斯里兰卡、克什米尔的蓝宝石具有橙至橙红色的长波和短波紫外荧光。斯里兰卡的一些黄色蓝宝石具有橙黄或橙色的紫外荧光。

查尔斯滤色镜反应:红宝石可呈现不同的红色。

吸收光谱

(1)红宝石的典型光谱特征是698、694、659nm吸收线,620~540nm的吸收带,476、475、468nm的细吸收线及450nm后的全吸收。由于分光镜中分辨率的原因,698与694、476和475常合并成一条吸收线。

(2)蓝色和绿色蓝宝石以及由Fe3+致色的黄色蓝宝石典型光谱是470、460、450nm吸收线,当颜色较深时连成一起形成一较宽的吸收带。浅灰色蓝宝石仅可在450nm处见一条模糊的吸收线。

解理和裂理:解理不发育,但可发育平行底面{0001}和平行菱面体{1011}的聚片双晶,并产生裂理。

硬度:摩氏硬度为9,硬度略具方向性,平行柱面的硬度略大于垂直柱面的硬度。

相对密度常为:3.95-4.05,随宝石内杂质元素的不同,相对密度值会有变化,如山东蓝宝石相对密度可达4.17。

特殊光性

(1)星光效应:许多产地的刚玉宝石含有丰富的定向排列的金红石针状包裹体,它们在垂直光轴的平面内呈现出120°角度相交,构成三组不同的包裹体方向,当加工成弧面形宝石后可显示六射星光。偶尔可见十二射星光现象,据报道是由于三组金红石针和三组赤铁矿针状体互呈30°角交叉构成的。

据有人研究指出,山东蓝宝石的星光效应是由于三组聚片双晶引起的。

(2)变色效应:少数蓝宝石具变色效应,它们在日光下呈蓝紫色、灰蓝色,在灯光下呈红紫色,颜色变化不明显,颜色通常也不鲜艳。

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本文刚玉族宝石概述编辑整理,是宝石学院中的原创作品,发表于2015-02-02。
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