蓝色蓝晶石的宝石学特征及颜色成因探讨

罗 洁，剡晓旭，陈林聪

(华南理工大学广州学院,广东 广州 510800)



蓝色蓝晶石的宝石学特征及颜色成因探讨

罗 洁，剡晓旭，陈林聪

(华南理工大学广州学院,广东 广州 510800)

蓝晶石，又叫做二硬石，属于硅酸盐类矿物，是一种耐火度高的天然耐火原料矿物，工业用途非常广泛，但是较少人知道蓝晶石还有非常可观的宝石学价值。选取了6块蓝色依次加深的蓝晶石样品，对它的宝石学特征进行了研究，并采用了傅里叶红外光谱仪、紫外-可见光分光光度计、电子探针等大型仪器对样品进行测试，重点分析了它的颜色成因。研究表明，蓝色蓝晶石在350nm～400nm(紫区)及540nm～650nm(绿区-红区)这两个范围内均有吸收带，随着蓝色调的加深，蓝晶石在紫区的吸收程度变弱，在绿区至红区的吸收程度变强。蓝晶石样品中的主要致色元素为Fe、Ni，Fe离子含量越高，蓝色越深，反之颜色越浅。

蓝晶石;宝石学特征;颜色成因

蓝晶石，英文名Kyanite，是一种岛状结构硅酸盐矿物，化学成分为Al2SiO5，可含有Cr、Fe、Ca、Mg、Ti等元素，与红柱石、矽线石呈同质多象。蓝晶石为三斜晶系，晶体呈扁平的板条状，常呈柱状晶形，可见双晶，常见放射状集合体，有时晶体的尾部体积延伸变大呈伞状，晶体表面具有规则条状纹理[1]。蓝晶石是典型区域变质矿物的其中一种，泥质岩经过各种物理化学压力影响后发生变质作用便成了蓝晶石。它主要形成于中等变质作用压力较高的条件下。存在于区域变质片岩和片麻岩和相关结晶花岗岩及石英岩脉[2,3]。与石榴石、十字石、云母和石英共生。它的颜色丰富，有无色、灰色、绿色、黄色、褐色、蓝色等，其中作为宝石级别的蓝晶石为浅蓝-深蓝色。

1 样品的介绍

本文的蓝晶石样品于广州荔湾广场及网络渠道获得，为6颗近无色到深蓝色的蓝晶石，编号为1～6号。样品的蓝色调随着编号从近无色到深蓝色逐渐加深，见图1。

图1 实验样品图Fig.1 The picture of the laboratory samples

2 常规宝石学测试

对样品进行常规宝石学测试，观察它们的颜色、光泽、透明度。测试了它们的折射率、比重，得到样品的折射率(点测)在1.7～1.73之间、比重在3.50-3.68范围内，比重会因内含物不同而有些许波动[4]。观察样品的多色性及荧光、偏光等特征，对测试结果进行整理，列表如下：

表1 样品的宝石学特征

3 蓝晶石的光谱学测试

3.1 傅立叶变换红外光谱仪测试

测试在华南理工大学广州学院珠宝检测中心完成，使用的测试仪器为傅立叶变换红外光谱仪，仪器型号为TENSOR 27，测试方法为反射法，重点测试指纹区的红外光谱特征，样品的扫描时间为16Scans，背景扫描时间为16Scans，分辨率4cm-1，扫描范围为1600～400cm-1，扫描次数为16。测试结果如图2。

红外光谱测试表明6颗样品均呈现典型的蓝晶石的谱峰[5，6]。蓝晶石的7个主要红外吸收峰位于1079cm-1、973cm-1、698cm-1、674cm-1、643cm-1、535cm-1、468cm-1处，这几个峰位[7]，均与我们测得的结果相一致，也再一次地证实了样品的种属确实是蓝晶石。

3.2 紫外-可见分光光度计测试

测试地点在华南理工大学广州学院珠宝检测中心，测试仪器型号为GEM-3000，测试方法为反射法，积分时间为127毫秒，平均次数20次，测试光谱范围：220～1000nm。对蓝色逐渐变深的三颗宝石2、3、6进行测试。

图2 样品2到样品6的红外光谱图Fig.2 The infrared spectrum of samples No.2 to sample No. 6

图3 样品2的紫外吸收谱图Fig.3 The UV absorption spectra of sample No.2

图4 样品3的紫外吸收谱图Fig.4 The UV absorption spectra of sample No. 3

图5 样品6的紫外吸收谱图Fig.5 The UV absorption spectra of sample No. 6

对紫外-可见光分光光度计测试的结果进行观察，发现三颗样品在350nm～400nm及540nm～650nm这两个范围内均有吸收。样品2、3在350nm～400nm范围的反射率很低，仅为12%左右，说明这两颗宝石对紫光的吸收程度很高，而在540nm～650nm范围内的吸收较弱，样品3对于绿色-红色的吸收程度要略高于样品2。而蓝色调较深的样品6对紫光的吸收程度明显要低于样品2和3，但它在540nm～650nm范围内的吸收程度却很高，对于绿色-红色区的强吸收使得它有着比样品2和3更深的蓝色。

4 蓝晶石的颜色成因探讨

为了精准地得到标本中所含的元素，分析蓝晶石的颜色成因，笔者对6颗样品进行了电子探针测试。测试地点是中山大学测试中心电子探针实验室，测试仪器为JXA-8800R电子探针分析仪。测试条件：加速电压15kV，束流20nA。测试结果如表2：

表2 样品的电子探针测试结果(%)

经测试发现，样品组成的氧化物主要是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。宝石的致色元素有：Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu。因此推测影响蓝晶石颜色的元素离子为Cr3+、Mn2+、Fe2+、Ni2+。

分析数据我们发现，六块标本中Cr3+和Mn2+的含量都很少，2号和3号中均无Cr3+，且仅有2号样品中有极微量的Mn2+。因此推断，Cr3+和Mn2+并不是导致样品颜色存在差异的原因。通过对比数据发现，随着样品蓝色调的加深，Fe2+的含量在逐渐增加，接近无色的1号样品中Fe2+的含量为0.009%，而深蓝色的样品6中Fe2+的含量达到了0.220%。由此，我们可以推断出，蓝晶石的蓝色调与Fe2+的多少有关，Fe2+的含量越高，蓝色调越明显。观察数据发现六颗不同颜色的蓝晶石中均有一定含量的Ni2+，但Ni2+含量的多少与样品的颜色并不存在线性关系。

因此，我们得出结论，蓝晶石的蓝色调是Fe2+和Ni2+所导致的，Fe2+决定了颜色调的深浅，随着Fe2+所占百分比的增加，蓝晶石的蓝色调逐渐加深，这刚好也与前人的研究结果相符[6]。

5 结论

综合上述测试结果，可以得出以下几点结论：

(1)蓝晶石的折射率在1.71～1.73(点测)范围内，密度为3.56～3.68g/cm3，为非均质体，在正交偏光镜下会出现似明似暗的现象。蓝晶石具有中等至强的多色性，为无色-蓝色-蓝紫色。在紫外荧光灯下可以看到无-蓝白色的荧光。

(2)红外光谱测试结果表明，样品的红外光谱谱图与蓝晶石的吸收峰特征吻合。紫外-可见光分光光度计测试发现，蓝色蓝晶石在350nm～400nm(紫区)及540nm～650nm(绿区-红区)这两个范围内均有吸收带。相对于深蓝色蓝晶石来说，浅蓝色蓝晶石在紫区的吸收程度较强，而在绿区至红区的吸收程度较弱。

(3)电子探针测试结果表明，组成蓝晶石的主要氧化物为SiO2以及Al2O3，含量为99%以上，其中还含有Na、K、Mg、Cr、Ca、Ni、Fe等元素的氧化物。蓝色蓝晶石样品的主要致色元素为Fe、Ni，Fe含量的多少直接决定了蓝晶石蓝色调的深浅，Fe含量越高，蓝晶石的蓝色调越深。

[1] 王梅英.蓝晶石的化学物相分析[J].非金属矿,2006(1)．

[2] 肖松.河南隐山蓝晶石晶体化学特征的探讨[J].中国非金属矿工业导刊,2003(2)．

[3] 石成利.蓝晶石的特性及其应用[J].陶瓷，2007(4)．

[4] 王锡林.王苏新.蓝晶石特性的探讨[J].佛山陶瓷，2005(5)．

[5] 茆训海.江苏韩山蓝晶石颜色成因研究[J].西安矿业学院学报, 1991(1)．

[6] 刘宏科，杜红梅，库育苗，宋家达.光谱分析在宝石检测中的应用述评[J].广东化工,2014(16)．

[7] 彭文世，刘高魁.矿物红外光谱图集[M].北京：科学出版社，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

罗洁(1989-)，女，讲师，宝石学硕士，CGC、GIC、主要从事珠宝鉴定与研究、评估的工作。E-mail:luojie1717@163.com

罗 洁，剡晓旭，陈林聪.蓝色蓝晶石的宝石学特征及颜色成因探讨[J].超硬材料工程，2016，28(5)：57-61.

TS933

A

1673-1433(2016)05-0057-05