粉色-紫红色白云石的宝石学特征研究

陈能香，陈 婵，李国贵，曹素巧，卢 焱，张 华

(1.广东省珠宝玉石及贵金属检测中心，广州 510080；2.成都产品质量检验研究院有限责任公司，成都 610100；3.安徽省地质实验研究所(国土资源部矿产资源监督中心)，合肥 230001；4.深圳市聚芯珠宝有限公司，深圳 518000)

前言

白云石属于碳酸盐中的方解石族矿物，方解石族包括的矿物还有：方解石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿、菱锌矿等。方解石族中除菱锰矿呈玫瑰色外，其它矿物多为无色、白色或灰色。白云石化学成分为CaMg(CO3)2，晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。白云石的晶体结构与方解石类似，晶形为菱面体，晶面常弯曲成马鞍状，聚片双晶常见，多呈块状、粒状集合体，有时呈多孔状、肾状集合体。纯白云石为白色，因含其他元素和杂质有时呈灰绿、灰黄、粉红等色，玻璃光泽。白云石摩氏硬度为3.5～4。比重随成分中Fe、Mn、Pb、Zn含量的增多而增大。[1-2]常见的白云石多为白色，粉色-紫红色白云石作为宝石在珠宝市场上相对较少。据前人的研究，在中非铜带刚果(金)境内发现的堪苏祁铜钴矿床中含有碳酸盐(孔雀石、方解石、白云石、菱钴矿)、硅酸盐、氧化物(石英、褐铁矿、赤铁矿)、硫化物等，赋存有铜和钴[3]。近期，笔者在检测中遇到一种粉红-紫红色的样品，外观与菱锰矿、蔷薇辉石、苏纪石相似，通过红外光谱仪初步分析为碳酸盐类矿物。为了确定该样品的品种，笔者进行了红外光谱、X射线粉末衍射分析、X射线荧光光谱、紫外-可见吸收光谱等测试分析，以期为该类样品的检测定名提供参考依据。

1 样品情况

测试样品由深圳市聚芯珠宝有限公司提供，其中成品5件(编号BYS-1～BYS-5)，原料1件(编号BYSYL-1)，见图1。样品呈粉红-紫红色，不透明，粒状结构，质地较粗，部分样品表面具有干裂、空隙、结核等。BYS-1～BYS-5表面抛光，呈玻璃光泽；BYSYL-1表面未抛光，呈油脂光泽。样品BYS-1蓝色部位可见明显光泽差异，样品BYS-2、BYS-4、BYS-5也可见其中明显的光泽差异，BYSYL-1可见少量黑色、蓝色的围岩矿物。(样品放大观察见图2)

图1 测试样品的照片

图2 样品的放大观察照片

2 测试方法

2.1 常规仪器测试

采用中国地质大学(武汉)GIC折射仪测试样品，得出样品折射率为1.52～1.66(见表1)，BYSYL-1因表面没抛光，所以未测试折射率。采用静水称重的方法测试样品，得出样品的相对密度范围为2.77～2.87(表1)，对比GB/T 16553-2017《珠宝玉石 鉴定》中白云石的相对密度理论值2.86～3.20[5]，发现样品BYS-1、BYS-2、BYS-5的密度相对较低，结合样品放大观察推测与样品含有其他矿物有关。采用紫外荧光灯测试样品，样品均呈现惰性。把少量冷稀盐酸滴到样品原料表面，可见有缓慢气泡的产生。

2.2 红外光谱分析

采用Thermo Scientific的Nicolet iS10和Nicolet iN10傅里叶变换红外光谱仪，使用反射法对样品采集反射图谱，温度分别采用室温和液氮冷却的条件，分辨率8，扫描次数16，测量范围4000～400cm-1、4000～650cm-1。

测试结果显示，样品BYS-1～BYS-5、BYSYL-1的粉色、紫红色部分均具1550～1450cm-1、887cm-1、726cm-1红外谱峰，对比红外图谱发现测试样品与白云石的红外谱峰一致[6]，表明样品的主要矿物成分为白云石。其中样品BYS-2、BYS-4、BYS-5号还具有1187cm-1、1119cm-1、799cm-1、779cm-1红外谱峰，对比红外图谱发现这一组峰与石英的红外谱峰基本一致[7]，表明BYS-2、BYS-4、BYS-5号样品中含有石英矿物。BYS-1号样品蓝色部位具1555cm-1、1465cm-1、1427cm-1、957cm-1、839cm-1等红外谱峰，对比红外图谱发现与蓝铜矿的红外图谱基本一致，表明BYS-1号样品蓝色部位主要为蓝铜矿。[6]

图3 样品的红外光谱图

2.3 X射线粉末衍射分析

采用德国BRUKER D8 X射线衍射仪，测试条件：Cu靶，电压40kV，电流40mA，扫描范围2θ= 5°～70°，扫描步长0.02°，扫描速度10°/min。取少量原料BYSYL-1(粉色部位)研磨成粉末。测试单位为安徽省地质实验研究所。结果见图4。

图4 样品的X射线粉末衍射图谱

X射线粉末衍射图中显示，样品在d=2.8873、2.1934、1.8048、1.7872等处为最强衍射峰，与国际标准粉晶衍射数据卡片PDF：36-0426白云石的衍射峰位一致，表明该样品的主要矿物组成为白云石。此外样品在d=9.9676、3.1976、2.5401处还有衍射峰，对应为钠云母，d=3.3289处的衍射峰对应为石英，说明样品中还含有少量的钠云母、石英等矿物。

2.4 X射线荧光光谱仪分析

采用Thermo Quant’X型X射线荧光能谱仪对样品的化学成分进行分析，测试条件为Mid Za，滤光片为Pd Thin，电压16kV，电流自动，测试时间60s。测试结果显示，样品BYS-1～BYS-5、BYSYL-1号的粉色-紫红色部位显示明显的钙(Ca)、钴(Co)、铁(Fe)峰，微弱锰(Mn)峰。样品BYS-1号蓝色部位显示明显的铜(Cu)、钴(Co)、钙(Ca)峰，微弱铁(Fe)、锰(Mn)峰。

采用江苏天瑞的EDX4500H X射线荧光能谱仪对样品BYSYL-1的粉色部位化学成分进行半定量测定，测试条件：管压600kV，管流600μA，测试时间80s。测试单位为安徽省地质实验研究所。元素半定量测试结果见表2。白云石化学成分为CaMg(CO3)2，测试结果中CaO含量为52%，MgO含量为30%，Na2O含量为13.83%，这与白云石的成分相符。其中Co、Mn元素的含量分别为3.17%、0.04%。由此推断样品粉色部位主要致色元素为钴(Co)，蓝色部位主要致色元素为铜(Cu)。

图5 样品BYS-1粉色部位的X射线荧光光谱图

图6 样品BYS-1蓝色部位的X射线荧光光谱图

表2 BYSYL-1半定量成分分析结果

2.5 紫外可见吸收光谱

采用南京宝光的UV5000紫外-可见吸收光谱仪对样品进行测试。测试条件：波段范围220～1000nm，积分时间为45ms，平均次数20次，室温条件，采用反射法测试。

紫外-可见吸收光谱显示，6件样品粉色-紫红色部位的紫外-可见吸收光谱基本一致，均在480nm处有一个拐点，具530～540nm处较强的宽吸收带。样品BYS-1、BYS-3和BYSYL-1号颜色相对较鲜艳，呈粉色调，在665nm处还具有弱吸收带。样品BYS-2、BYS-4、BYS-5号颜色偏暗，呈紫红色调，未见665nm处弱吸收带。样品BYS-1蓝色部位紫外可见吸收光谱，在200～360nm、500～1000nm处基本全吸收。

图7 样品的紫外-可见吸收光谱

3 讨论与结论

(1)通过常规仪器测试，部分样品的相对密度超出白云石的理论值范围。通过红外光谱仪测试和X射线粉末衍射分析，得出测试的6件样品主要矿物成分为白云石，部分样品含有蓝铜矿或石英等其他矿物。含其他矿物的比例越大，对样品密度的影响越大。

(2)通过X射线荧光光谱仪元素分析，样品粉色-紫红色部位可见明显Ca、Co、Fe峰，微弱Mn峰。蓝色部位显示明显Cu、Co、Ca峰，微弱Fe、Mn峰。半定量成分分析：CaO含量为52%，MgO含量为30%，Na2O含量为13.83%，这与白云石的成分相符。其中Co元素的含量为3.17%。由此推断样品粉色部位主要致色元素为Co，样品蓝色部位主要致色元素为Cu。

(3)通过紫外-可见吸收光谱分析，样品粉色-紫红色部位在480nm处有一个拐点，具530～540nm处宽吸收带。不同颜色鲜艳程度在665nm处略微有一点差别。

(4)根据《珠宝玉石 名称》GB/T 16552-2017定名规定[4]，结合X射线衍射粉末分析结果和X射线荧光光谱仪半定量分析结果，建议定名“含钴白云石”或“钴白云石”。根据样品中其他矿物所占的比例，选择备注“含其他矿物”或是参与定名，如石英-钴白云石等。

(5)此类样品在外观上与菱锰矿、蔷薇辉石、苏纪石相似，可以通过红外光谱分析，快速将其与蔷薇辉石、苏纪石区分。菱锰矿和白云石同为碳酸盐类矿物，红外光谱图相似，在850～900cm-1、700～740cm-1处红外谱峰略有不同[5]。同时可以结合X射线荧光光谱仪元素分析和X射线粉末衍射成分分析，得出结论。