磷灰石的宝石与工业价值

文/杨丽莎

插图/葛若雯

引言

磷灰石图片来源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石，作为一种色彩绚烂的常见矿物，常以亲民的价格出现在宝石市场上，深受人们喜爱。同时，因其具有能发光的典型特征，使其在朴实之中又增添了一丝神秘的色彩，甚至有古人相信，带上磷灰石饰品可拥有与神明沟通的神力。另一方面，磷灰石作为磷矿的主要矿物，因其富含人类所需的重要生命元素——磷，承载着生命之重，使得开采磷矿具有重要的工业价值。

磷灰石的简介

绿色磷灰石产地：葡萄牙帕纳什凯拉（Panasqueira，Portugal）图片来源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石常作为副矿物广泛地发育在各类岩石中，它是一组含钙磷酸盐矿物，化学结构式为Ca（PO）（F,Cl,OH），属于六方晶系，晶体形态一般呈六方柱状、六方粒状，或以粒状、块状集合体出现；在沉积岩中，磷灰石还可能以隐晶质胶状的形态出现，称为“胶磷矿”。磷灰石的脆性较脆，比重3.18～3.21，摩尔硬度为5，是用来做划分矿物硬度的摩氏硬度计的标准矿物。磷灰石的解理不发育，具有玻璃光泽，断口具有油脂光泽，矿物晶体通常呈透明状，但有些具“猫眼效应”的磷灰石会呈现半透明。猫眼效应正如其名，是指弧面磷灰石在光照下会出现一条光带，转动时光带会随之转动，如同猫眼一般。

磷灰石的色彩多样，常见的颜色有黄—绿色、肉红—褐红等色，极纯净的磷灰石表现为无色，但无色磷灰石很稀有，导致其颜色多样性的主要原因是化学成分的含量和组成不同。根据附带的阴离子（F-、Cl-、OH-）的不同，磷灰石又分为氟磷灰石、氯磷灰石、羟磷灰石三大类。其中，最常见的是氟磷灰石，绿色、紫色、蓝色、褐色、肉红色的氟磷灰石均可见，常以副矿物的形式出现在岩浆岩中，伟晶岩中常出现宝石级磷灰石，因为高温岩浆缓慢冷却结晶，且未经历变质过程，形成的磷灰石颗粒较大、较为纯净，且晶体形态良好。但若岩石经历了热液作用或变质作用，磷灰石会被蚀变成其他磷酸盐矿物，如独居石、磷钇矿、磷锂铁矿等。羟磷灰石可以构成人体骨骼、牙齿，在自然界中也很常见。氯磷灰石相比前两者，在自然界中较少见，一般具有很淡的颜色。

紫色磷灰石产地：捷克共和国卡罗维发利地区，索科洛夫区，霍尔尼斯拉夫科夫（Horni Slavkov，Sokolov District，Karlovy Vary Region，Czech Republic）图片来源/ Rob Lavinsky &irocks.com

浅玫瑰红色磷灰石产地：美国加利福尼亚州圣迭戈市梅萨格兰德喜玛拉雅矿山（Himalaya Mine，Mesa Grande，San Diego Co，California，USA）图片来源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石产地：葡萄牙卡斯特罗布兰科市科维良图片来源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石刻面图片来源/ 钟宇清

磷灰石的替位机制也会影响其颜色变化。磷灰石在形成的过程中，经常会发生离子替位来维持电荷平衡，不同元素不同程度地进入磷灰石晶体，取代钙离子或磷酸根离子，如铁、锰、稀土元素等阳离子会与二价钙离子发生替位，硫酸根、硅酸钙根等阴离子会与磷酸根发生替位，这些微量元素都可以导致磷灰石的颜色发生改变，当某一元素大量进入磷灰石时，就会产生衍生的变种磷灰石。例如，一种常发育在碱性正长岩中的含钍的铈磷灰石，又称“凤凰石”，其颜色为黄褐色，风化后呈浅黄色；广泛发育在沉积岩中的胶磷矿一般为浅棕—灰色，胶磷矿中一般含有较多有机质，如生物化石；产于接触变质大理岩中的富二氧化硅的氧硅磷灰石呈浅玫瑰色；另一种产于变质矽卡岩中的羟硅磷灰石呈淡紫色。

由于磷灰石中能储存多种微量元素，所以能记录形成时的环境，在地质研究上，学者们将磷灰石称为敏感的“示踪剂”，可以用来反演岩浆的变化、形成时经历的物理化学条件以及形成后经历的地质作用。

宝石界的磷灰石

由于磷灰石的相对硬度较小，所以在宝石市场上，磷灰石可作为中低档宝石，主要被用来制成项链、耳坠等不易碎的首饰，或作为宝石标本，所以它的知名度远不如其他宝石，但磷灰石的收藏价值在于它多变的颜色，令人眼花缭乱。磷灰石的英文名是“apatie”，源于希腊语，有“欺骗”的意思，是因为磷灰石常被错认为碧玺、海蓝宝石等其他宝石，磷灰石与它们在外观上极为相似，但价格却只要千分之一，可作为价

格高昂的矿物的“平替”，因此在宝石市场上深受人们喜爱。

氟磷灰石产地：葡萄牙 潘纳斯科地区

与碧玺相似的磷灰石具有美妙的蓝绿色，这种颜色的形成是因为二价锰离子以替位的形式进入磷灰石晶格，取代二价钙离子。这种宝石级蓝绿色磷灰石主要产自马达加斯加、斯里兰卡、巴西等国家。除此之外，具有收藏价值的还有主要产自西班牙莫尔西亚的黄绿色磷灰石、产自美国和德国的紫色磷灰石以及产自加拿大的褐色磷灰石。

虽然磷灰石易与其他矿物混淆，但它独特的物化性质、光学特性，可作为鉴别依据，其典型特征包括荧光、磷光及变色效应。

关于磷灰石，有一个古老浪漫的传说：佩带着散发光芒的磷灰石，精神与思想便可与神明相通。这里所说的“光芒”即荧光。荧光是指矿物在受外界能量作用时，会激发内部电子吸收能量，再通过发光将这部分能量释放出来，但是外界能量一旦停止作用，荧光也会立即停止。

磷光与荧光不同，它是一种持续性的发光，是指磷灰石受热可以缓慢释放能量，产生弱小的光芒，如同点点星芒，光芒时长可持续数小时之久。传说中墓地里的“鬼火”就是这种磷光，因为磷灰石是组成人体骨骼的主要矿物，当尸体腐烂后，微生物作用使磷灰石分解，形成的磷化氢能够自燃。

磷灰石图片来源/ Rob Lavinsky &irocks.com

氟磷灰石产地： 美国缅因州 牛津县 格林伍德镇 汤姆叔叔山 艾蒙斯采石场

磷灰石光性方位图

变色效应是一种特殊的光学效应，指在不同光（一般使用日光和白炽灯光）下观察矿物，矿物会呈现不同的颜色。虽然磷灰石本身就五颜六色，但具有变色效应的磷灰石却不常见，因此此类磷灰石价格比较昂贵。有学者研究得出，这种变色效应与磷灰石所含的稀土元素有关。通过对磷灰石光谱学的研究，学者们根据光谱上吸收峰的峰位进一步得出了影响磷灰石变色的稀土元素是钕（Nd）。同时，前人通过对比实验还发现，若想观察到效果更明显的变色效应，在加工时，应沿着磷灰石平行c 轴的方向切割。

无论是荧光、磷光还是变色，光影斑驳，都让本就绚丽的磷灰石在宝石界更有一席之地。

生命之磷

磷灰石虽然也被人们当做高贵的宝石，但它的本职工作却是为生命提供源源不断的能量，因为其中储存着重要的生命元素“磷”。

对于生命而言，磷是必不可少的营养元素，它以各种形式参与生命活动，为我们提供源源不断的能量。具体而言，在生命体中，磷可以形成三磷酸腺苷（ATP），ATP 在转化的过程中可以实现能量的储存和释放，为生命的活动提供能量；磷在生物体中的另一存在形式则是坚硬的骨骼和牙齿，构成了身体结实的框架；在农业上，植物的生长也离不开磷肥，而磷灰石是制造磷肥的主要矿物原料。作为“磷”的载体矿物，磷灰石就像大自然的馈赠。

那么大自然中的磷是怎么进入生物体的呢？是由于磷的循环。磷的循环发生在全球很大的时空范围内。磷一直在地球各圈层进行着不同尺度的循环，如陆地上的磷元素可通过河流的搬运，一部分进入海洋沉积，待大陆板块俯冲作用时再参与大陆的磷循环；一部分吸附在土壤里再被生物利用，在生命活动中又释放到体外，在地表堆积，等待再次进入循环。由于人们对磷的大量需求，开采磷矿逐渐成为人们关注的热点。

全球磷矿资源极为丰富，最为广泛的是新元古代末期的磷块岩矿床。具有工业开采价值的优质磷矿床主要分布在摩洛哥、中国、美国、南非4 个国家，约旦、巴西、俄罗斯、以色列、突尼斯和叙利亚等国亦有少量分布。我国是磷资源大国，磷资源分布广泛，但地理分布不均衡，PO品位大于30%的富矿主要分布于滇、黔、鄂、川、湘五省，占全国累计探明资源储量的74%，北方地区分布较少，造成中国南磷北运的局面。

在刚才提到的磷循环过程中，伴随着各种类型的磷矿形成，地质学家们将磷矿按照成矿地质作用为主要依据，划分为了四个类型：（1）与岩浆活动有关的岩浆—热液型磷矿。岩浆岩型磷矿主要产自华北地块北缘与太古宙陆核区，其含矿母岩一般为幔源岩浆岩体，表明其与幔源岩浆活动联系紧密。（2）海相沉积型磷矿，这类磷矿是可开采的具有工业价值的矿床主要类型。约占全国磷矿总资源储量的75.5%，尤其是集中分布于扬子地区的云、贵、川、湘、鄂、陕等地区。（3）经历了变质作用的变质型磷矿。这类矿床是中国北方缺磷省份较为重要的磷矿床类型之一，主要产于华北地块东南缘。（4）次生型磷矿。这类矿床的形成是由于磷质就地残积、异地迁移或再沉积等富集形成，例如鸟粪堆积型磷矿。不过此类矿床规模小、数量少，在已探明储量中仅占0.5%，主要分布于川、桂、湘、云、黔、吉、陕、苏、闽等省。

总结

磷灰石是一组含钙的磷酸盐矿物，常见的颜色有浅绿、黄绿、褐红等色，在宝石市场上，因为磷灰石的硬度较低，所以只能作为中低档宝石，但磷灰石的色泽光彩与碧玺、海蓝宝石等高档宝石十分相似，可作为它们的代替品。而散发荧光、磷光，以及具有变色效应可以作为鉴别磷灰石的特殊依据。

磷灰石不仅具有收藏意义，更主要的是还具有极大的工业价值，可谓“生命之光”。磷灰石作为磷矿中的主要矿物，是重要生命元素“磷”的载体，人们通过开采磷矿，加大了对自然界中的磷的利用，磷也通过全球尺度的磷循环源源不断地为生命供给能量。

无色绿柱石产地：巴西巴伊亚 瓜拉蒂加

自然金 产地：美国