紫水晶研究论文

紫水晶研究论文

天然紫黄晶是一种极其稀有的水晶，其主要成分是二氧化硅（SiO2）属于三方晶系（也有称六方晶系）。一块发育良好的石英晶体中，至少具有紫色黄色（还可能有无色透明石英）两种色彩的晶簇才能被称为紫黄晶。天然紫黄晶的生成依赖于极其特殊的地质条件。根据1925年美国矿物学家爱德华·霍顿发表的论文《彩色烟熏石英和紫水晶的致色原因》。紫黄晶中的黄色部分的致色原因是石英的二氧化硅分子所形成的硅氧四面体中，有少量Si原子被三价铁离子（Fe）替代。这种三价铁离子在自然电离辐射的作用下（主要的辐射源是天然K-40同位素。K-40同位素的半衰期很长，约为12.8亿年，裂变很慢，且自然界含量很低，约为钾元素0.01%。故天然存在的K-40同位素对人体无害。），经过漫长的地质年代，逐渐形成了常温下相对稳定的四价铁离子（Fe）——铁离子的一对成对电子远离原子核，形成了罕见的四价铁离子。被四价铁离子替代形成的硅氧四面体被称为“空心色穴”，由于空心色穴的存在，使晶体呈现出紫色（并不是所有的紫水晶都是由于Fe所致色，有少数紫水晶是由于含有四价钛离子（Ti）而致色。由四价钛离子致色的紫水晶常规方法无法变色。 天然紫黄晶根据形成原因不同，大体分为两种类型：侵入岩变色型和原生型。（1）侵入岩变色型。四价铁离子（Fe）在常温下很稳定，这种稳定性在温度升高至100摄氏度左右时就开始逐渐消失。随着温度的升高，原来呈现紫色的“空心色穴”纷纷崩溃，紫色逐渐变浅，在大约250摄氏度时，这个过程被推向极致，紫色晶体会因失去所有“空心色穴”变为无色水晶。随着温度继续升高，大约在温度达到450摄氏度时，三价铁离子（Fe）恢复正常，呈现黄色。由此衍生的办法也被用制造人造紫黄晶。在自然电离辐射的作用下，四价铁离子（Fe）形成“空心色穴”，含有“空心色穴”的二氧化硅分子随着地下水系流动，当水温逐渐降低，二氧化硅溶解度也随之降低，凝结为微小的晶胞，晶胞逐渐聚集，经过亿万年的累计，便形成紫色晶簇。侵入岩以高温岩浆形式侵入地层，使得部分晶簇因高温变成黄色。紫黄晶由此诞生。在此之后，如果还有持续的K-40同位素辐射，或者再次侵入岩加热晶簇，就会破坏已有的半紫半黄的晶簇。使得紫黄晶再度成为紫晶或者黄晶。即便形成条件如此苛刻，这种侵入岩变色型紫黄晶依旧占到紫黄晶95%以上。（2）原生型原生型紫黄晶也称德拉必切（Trapiche）紫黄晶，这种紫黄晶的形成比较少见，仅占所有紫黄晶的3%左右。德拉必切现象并不只局限于紫黄晶，同时广泛存在于三方晶系及六方晶系的矿物中。最先被发现具有德拉必切现象的宝石是祖母绿。19世纪50年代，意大利地理学家阿古斯丁·科达齐负责绘制哥伦比亚地图期间他考察了Nevado del Cocuy地区，并研究了木佐（Muzo）的祖母绿矿山。并发现了德拉必切祖母绿的存在。法国地质学家埃米尔·贝特朗则在1879年分析并阐述了产于木佐（Muzo）的德拉必切祖母绿——由晶核向外辐射出六条晶枝，组成如同雪花般六边形和放射状旋臂色带。由于这种结构和当时南美洲用于压榨甘蔗汁的磨轮（Trapiche de asugar）很像，便用德拉必切（Trapiche）命名这种三方晶系的奇特现象。哥伦比亚人深信德拉必切是神的特别恩赐，每一道线条都代表祝福：健康，财富，爱情，幸运，智慧，快乐。 德拉必切紫黄晶其形成原因是由于晶核在晶簇形成初期，矿脉里化学成分、温度和压力这些因素幸运地组合在一起，这时地磁作用介入校准晶核吸附紫黄晶分子的排列过程。地磁作用使得三方晶系出现六边形分级。理想状态下六边形的每个边所优先吸附的离子类型有所不同。这就使得优先吸附三价铁离子的端面保持纯净的黄色，而优先吸附空心色穴的端面保持纯净的紫色。这种模式一旦形成，在随后上亿年的漫长过程中，晶簇不断变大，由中心一点向六边辐射出带状色臂的德拉必切紫黄晶也就逐渐形成了。不过如果这时候，有岩浆侵入晶簇所在的地层，就很有可能破坏了德拉必切紫黄晶原有的色彩。所以，我们称其为原生型紫黄晶。天然紫黄晶的物理特性如下表： 类别 硅酸盐—架状硅酸盐 晶系 六方或三方晶系 化学成分 SiO2 颜色 紫色、无色、黄色 状态/习性 通常为锥状端面，有时也呈柱状 硬度 7 解理 无 断口 贝克状 光泽 玻璃光泽 条痕 白色 比重 2.7 透明度 半透明—透明 折射率 1.54—1.55

紫黄晶的产地、产量及生产流程

天然紫黄晶是一种极其稀有的宝石，它真正在世界范围内被广泛认知的时间并不长。据史料记载，玻利维亚东部的印第安部落Ayoreo在500年前就发现了这种双色石英结晶体。相传16世纪，西班牙殖民者在玻利维亚Anahí矿脉发现这种宝石后，选取了几块样本作为送给西班牙女王的礼物。但随着南美洲的独立运动，西班牙人失去了紫黄晶资源的所有权，紫黄晶从此在宝石界销声匿迹。对于紫黄晶的正式记载见于1925年一位美国矿物学家爱德华·霍顿发表的论文《彩色烟熏石英和紫水晶的致色原因》。直至19世纪60年代末，在玻利维亚靠近巴西边境的Anahí矿脉开发出这种奇特的宝石。 开发之初，大多数人并不相信这是天然宝石，因为成色上乘的天然紫黄晶分界十分明显。人们以经验主义的错误的判定天然紫黄晶是由天然紫晶加工而成或是完全人工制造的。1989年，玻利维亚政府将Anahí矿脉收为国有，Minerales y Metales delOriente SRL 获得了矿区的永久开采权，地质学家及宝石学家深入矿井实地考察，为天然紫黄晶正名。紫黄晶天然宝石的身份终于得到世界的承认。在世界范围内，另有几处地方发现少量天然紫黄晶存在，但是由于品质及产量问题无法进行规模开采。 矿井中，从入口的隧道到矿井本身都被石英晶体覆盖，矿井周围的小山都由白云灰质岩构成，这也是矿井有大量石英晶体产生的原因之一。若天气情况良好（Anahí矿地市低洼，开采受雨季影响很大）Anahí矿每年可以开采石英矿石60-80吨。其中宝石级别的的石英矿石仅有3000-3500公斤。其中天然紫晶占44%，天然黄晶占23%，天然紫黄晶占33%。根据玻利维亚官方机构《能源快递》杂志的数据——按照现在每年开采80吨的速度计算，从2012年算起，Anahí矿脉仅能维持8-10年的开采。根据玻利维亚矿石出口相关法律，未经加工的矿石不允许出口。经过加工过的天然紫黄晶裸石，一部分被加工成成品首饰，其他出口海外，统称“Bolivianita”——玻利维亚国石。天然紫黄晶的主要出口国是巴西和美国。巴西是美洲的彩宝消费大国，Anahí矿脉的天然紫黄晶大量出口巴西，再加上Anahí矿脉地处玻利维亚和巴西边境以及玻利维亚贫穷闭塞，故产生了天然紫黄晶产自巴西的讹传。巴西盛产天然紫水晶，紫晶中夹杂少量紫黄晶，但由于量少品质差，无法形成商业开采。出口天然紫黄晶的南美国家都是从玻利维亚进口之后再出口的。中国云南和印度也曾发现紫黄晶，但是品质较差，无法制作高端珠宝。最近，在Anahí矿脉以北约50公里的地方，矿业专家发现了一处新矿脉——Yuruty矿脉，也出产天然紫黄晶。但从产量而言，Yuruty的产量仅有Anahí矿脉的一半左右，且质量较Anahí矿脉出产的天然紫黄晶有较大差距。

化学与水晶的论文

水晶是一种颇为人们喜爱的宝石，在古代，称之为水精，即水的精华，此外还称之为水玉、白附、玉晶、千年冰、菩萨石、放光石等。古腊著名哲学家亚里斯多德也认为，水晶是由冰逐渐演变而成。其实，水晶是二氧化硅的晶体，与水或冰没有内在联系。它通常为无色透明，但含铁族元素时可具有不同的颜色，如紫色、黄色、烟灰色等。当水晶中含有沿一定方向排列的纤维或针状矿物时，就可加工成水晶猫眼或星光水晶或发品，若含有水的包裹体时，即可能成为水胆水晶。

我国江苏东海之水晶产量占全国的二分之一，素有“水晶之乡”的美称。长期以来，水晶以其晶莹透明、温润素净而被人们视为圣洁之物，并相信讯戴之能“御邪度，斥鬼神”，是吉祥之象征。水晶饰品清凉艳丽，万里长城夏天佩戴给人增添凉爽之感，解除炎暑之烦燥。在我国西北地区，害火眼(一种眼疾)的人则相信戴上水晶眼镜能除掉眼中之火，从而消除眼疾。水晶的洁白无暇，也使人们相信其中藏有神灵，将其制成圆球加以凝视，可以预言未来，所以日本人总甚欢把水晶球陈设于家中。

水晶之品种中尤以紫色水晶最为珍贯，除其色泽高雅之外，我们的祖先一直认为紫晶可以促使相互谅解，保佑万事如意。现在罗马大教堂的主教常佩戴紫晶戒指，典礼上则用水晶制成的高脚酒杯盛酒。此外，天然水晶含有多种对人体有益的元素,不具放射性，凡此种种:使得水晶及其制品，长期以来倍受人们青睬。

日常生活中，我们不难见到各种颜色和不同性质的水晶:

天然水晶按颜色、形态和物理性质差异可分为:

(1)白水晶：无色、透明如水的晶体;

(2)紫晶：呈紫色透明或半透明（含三价铁和锰）；

(3)烟水晶(俗称为茶晶)，呈烟黄色或烟褐色的透明晶体;

(4)墨晶：墨黑色，含有机质的半透明晶体;

(5)黄晶：呈黄色到红-桔黄-褐色的透明晶体(含二价铁);

(6)蔷薇水晶（又称“芙蓉石”）：呈蔷薇色，浅玫瑰色的至密块状体(含Ti等微量元素)；

(7)发晶：含金刚石、角闪石等毛发状矿物包裹体者;

　　

(8)绿水晶：含阳起石针状包裹物;

(9)彩虹水晶：含有细小气泡或淬体充填裂隙的水晶，这些裂隙通过干涉光产生彩虹。 人造水晶和天然水晶的化学成份都为二氧化硅,高纯度的二氧化硅即称为“水晶”。天然水晶是一种透明的石英结晶，呈六角状结晶，它的硬度很高、反光烽极强。纯净的水晶为无色的透明晶体，而没有杂质的天然水晶几乎找不到的，大都天然水晶含有气泡、杂质，晶体混蚀。人造水晶是原料石英砂经过一系列工序提炼， 再经精细的切割技术和绝无瑕疵的打磨功夫制造而成，晶体纯净透明，弥补了天然水晶的不足。人造水晶添加进金属元素如铅能增强光的拆射，更显出水晶的高贵。由于人造水晶工序繁杂，工艺高超，有的售价甚至比天然水晶还要昂贵。紫外线都能透过人造水晶和天然水晶，而普通玻璃则不能。 水晶跟普通砂子是“同出娘胎”的一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。 　　纯净的无色透明的水晶是石英的变种。化学成分中含Si—46.7%，O—53.3%。由于含有不同的混入物或机械混入的而呈多种颜色。紫色和绿色是由铁(Fe2+)离子致色，紫色也可由钛(Ti4+)所致，其他颜色由色心所致色。在水晶中含有砂状、碎片状针铁矿、赤铁矿、金红石、磁铁矿、石榴石、绿泥石等包裹体；发晶中则含有肉眼可见的似头发状的针状矿物的包裹体形成。含锰和铁者称紫水晶；含铁者(呈金黄色或柠檬色)称黄水晶；含锰和钛呈玫瑰色者称蔷薇石英，即粉水晶；烟色者称烟水晶；褐色者称茶晶；黑色透明者称为墨晶。