电子探针和X射线衍射仪测定新疆祖母绿宝石_任伟.pdf

2010 年 4 月 April 2010 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 29，No． 2 179 ～181 收稿日期 2009- 06- 02; 修订日期 2009- 09- 02 基金项目 国家自然科学基金项目资助 40862004 ; 新疆高校科学研究重点项目资助 XJEDU2007I09 作者简介 任伟 1983 － ， 男， 安徽宿州人， 在读研究生， 从事环境、 材料及成因矿物学研究。E- mail renwei260163． com。 通讯作者 汪立今 1958 － ， 辽宁沈阳人， 教授， 从事矿物学、 地质学教学及科研工作。E- mail lw668w yahoo． com． cn。 文章编号 02545357 2010 02017903 电子探针和 X 射线衍射仪测定新疆祖母绿宝石 任伟，汪立今*，李甲平 新疆大学地质与勘查工程学院，新疆 乌鲁木齐830046 摘要 新疆首次发现了质量上佳的祖母绿宝石 绿柱石 ， 受到了国内外学者的高度关注。文章对新疆祖母绿矿物晶体进 行电子探针显微分析 EPMA 和 X 射线衍射 XRD 测试， 获得 EPMA 成分分析结果及 XRD 测试晶胞参数、 衍射图谱。 结果表明， 新疆祖母绿化学成分中 Cr2O3含量较高， 一般在 0． 21 ～0． 54; 典型样品晶胞参数测定结果为 a00．9233 nm， c00． 9206 nm， Z 2， 主要粉晶谱线为 2． 871 100 、 3． 257 100 、 7． 996 100 。 关键词 新疆祖母绿; 电子探针显微分析; X 射线衍射法 中图分类号 P575． 5; P619． 281文献标识码 B Detection of Emerald from Xinjiang by Electron Probe Microanalyzer and X- ray Diffractometer REN Wei，WANG Li- jin*，LI Jia- ping College of Engineering and Geological Prospecting，Xinjiang University，Urumqi830046，China Abstract The high grade emeralds beryls which were first discovered in Xinjiang have attracted attention of domestic and foreign scholars． In this paper，electron probe microanalyzer EPMA and X- ray diffractometer XRD were used for obtaining the data of chemical components，crystal cell parameters and diffraction patterns of the emeralds． The analytical results showed that the content of Cr2O3in emeralds was higher up to 0． 21 to 0． 54 and the emerald cell parameters were a00． 9233 nm，c00． 9206 nm， Z 2 with main powder diffraction spectral lines of 2． 871 100 ， 3． 257 100 ， 7． 996 100 ． Key words emerald of Xinjiang; electron probe microanalysis; X- ray diffractometry 祖母绿 Emerald ， 属绿柱石 Beryl， Be2 3 Al3 2 Si4 6 O2 18 类矿物 ［1 ］， 是绿柱石类矿物中价值最高的一种宝石矿物。 祖母绿主要产自哥伦比亚、 巴西、 俄罗斯等地 ［2 －5 ］， 我国云 南见有报道。新疆首先发现了优质祖母绿， 受到国内外学 者的高度关注。本文采用电子探针显微分析仪 EPMA 和 X 射线衍射仪 XRD 对其进行测试分析研究。 1祖母绿的基本结构特性 祖母绿， 由 Cr 致色， 属环状硅酸盐矿物， 六方晶系， 空 间群 D2 6h－ P6/mcc， ［ SiO4］ 、 ［ BeO4］ 和［ AlO6］ 以 6 ︰ 3 ︰ 2 的比例组成 Be3A12［ Si6O18］ 。结构中［ SiO4］四面体以两个 角顶联结在平面上， 形成封闭的六方环， 垂直 c 轴平行排 列。上下两环错动 25， 环之间由 Al3 和 Be2 连接， 铝配位 数为 6， 铍配位数为 4。［ AlO6］八面体和［ BeO4］四面体以 共棱的方式连结， 分布在环的外侧 ［3 －6 ］。环中心平行于 c 轴， 为连通性较好的结构通道， 可容纳 Na 、 K 、 Cs 等大半 径离子和水分子。由于环状结构的离子堆积程度较差， 晶 格中部分 Al、 Be 可被 Cr、 Fe、 Mg、 Mn、 Li 等类质同象替 代 ［1， 3 ］。 2新疆祖母绿产地和主要特性 2． 1新疆祖母绿的产地 新疆祖母绿矿区位于西昆仑、 喀喇昆仑、 帕米尔构造单 元的结合处。东北部属塔里木板块南缘活动带公格尔喀 拉塔什中间地块的西北段; 西南部属华南板块羌塘微板块 的一部分。 971 ChaoXing 该区域祖母绿多产在碳酸盐岩脉中， 碳酸盐岩脉主要 以斜交脉、 顺层脉产于片岩、 片麻岩、 炭质页岩中， 以脉状、 透镜状、 雁行状为主， 走向以北西向为主 ［7 －9 ］。 2． 2新疆祖母绿的主要特性 新疆祖母绿晶体多呈绿色、 翠绿色; 半透明透明; 短 柱状或长柱状， 长 1 ～ 8 cm， 对径 0． 5 ～ 3 cm， 玻璃光泽， 摩 氏硬度为 7． 5， 密度 2． 70 g/cm3; 多为非均质体， 具一轴晶， 有负光性; 折射率 1． 574 ～1． 576， 双折射率 0． 005 ～0． 009。 3新疆祖母绿测试分析 采用 EPMA 和 XRD 测试技术， 对新疆祖母绿成分及结 构的研究非常重要。为此， 作者利用 XRD 对新疆祖母绿典 型样品进行测试分析， 从而获取一些初步研究结果， 对进一 步深入研究新疆祖母绿具有重要的矿物学研究意义。 3． 1电子探针分析 3． 1． 1化学成分分析 本次 EPMA 测试分析样品， 采用产于新疆的天然祖母 绿典型样品， 粗粒状， 翠绿色。利用日本电子公司 JXA － 733 探针 － 扫描电子显微镜， 测定新疆天然祖母绿的化学 成分， 结果见表 1［9 ］。 表 1新疆祖母绿电子探针显微成分分析［9 ］ Table 1Analytical results of components in emeralds from Xinjiang by EPMA 原编号 样品名称 wB/ SiO2Al2O3K2OFeOCaOMgOCr2O3TiO2MnONa2O总计 08TY －1 祖母绿 66．21 16．39 0．03 1．13 0．13 1．33 0．32 0．01 0．00 1．02 86．57 08TY －2 祖母绿 67．66 15．04 0．02 0．86 0．06 1．57 0．21 0．03 0．04 0．71 86．20 08TY －3 祖母绿 65．78 16．28 0．09 1．50 0．12 1．61 0．54 0．03 0．03 0．88 86．86 由表1 可见， 样品主要成分为 SiO2 65.78 ～67.66 、 Al2O3 15.04 ～16.39 、 K2O 0.02 ～0.09 、 FeO 0.86 ～ 1.50 、 CaO 0.06 ～ 0.13 、 MgO 1.33 ～ 1.61 、 Cr2O3 0.21 ～0.54 、 TiO2 0.01 ～0.03 、 MnO 0.00 ～0.04 、 Na2O 0.71 ～1.02 等。 祖母绿晶体中 Cr2O3含量一般为 0. 15 ～ 0. 20， 深 绿色晶体可达 0. 50 ～ 0. 60; 绿柱石中 SiO2含量为 66. 90， Al2O3含量为 19. 0［1， 10 ］。 新疆祖母绿较之绿柱石， SiO2和 Al2O3均有大量类质同 像替代存在。较之祖母绿理论含量， 新疆祖母绿中 Cr2O3含 量较高， 所呈颜色多在翠绿至深绿之间。 3． 1． 2环带成分差异 新疆祖母绿样品存在同心圆状颜色环带， 环带间颜色有明 显差异， 特征如下 见表2 ① 外环颜色显深绿色， 内环颜色明 显较浅。从成分上分析， 祖母绿 外环 Cr2O3含量明显高于祖 母绿 内环 ［ 9 ］。② 祖母绿 外环 FeO 含量明显高于祖母绿 内环 。③ 外环 K2O Na2O 总量明显低于内环; 且碱 Na2O K2O 含量有较宽的变化范围 0.36 ～1.17 。 表 2新疆祖母绿电子探针成分分析 Table 2Analytical results of components in emeralds from Xinjiang by EPMA 样品名称 wB/ SiO2Al2O3K2OFeOCaOMgOCr2O3TiO2MnONa2O总计 祖母绿 内环65. 30 16. 36 0. 15 1. 26 0. 18 1. 72 0. 43 0. 02 0. 02 0. 95 86. 39 祖母绿 外环66. 25 16. 20 0. 04 1. 74 0. 06 1. 50 0. 65 0. 05 0. 03 0. 81 87. 33 3． 2X 射线衍射分析 选择具有典型代表性的新疆祖母绿 绿柱石 ， 利用 D/MAX －3A X 射线衍射仪 日本理学公司 对粉末样品进 行分析。所得祖母绿样品的晶胞参数为 a0 0. 9233 nm， c00. 9206 nm， Z 2， 主要粉晶谱线为 2. 871 100 、 3. 257 100 、 7. 996 100 ， 详见图 1 和表 3。 表 3新疆祖母绿 X 射线衍射数据 Table 3X- ray diffractometric data of emeralds from Xinjiang 序 号 d 第一次第二次第三次平均值 hkl 序 号 d 第一次第二次第三次平均值 hkl 17. 993 7. 997 7. 997 7. 996100131. 797 1. 797 1. 797 1. 797 321， 313 24. 594 4. 594 4. 594 4. 594 110， 002141. 741 1. 741 1. 741 1. 741304 33. 984 3. 984 3. 984 3. 984 200， 102151. 715 1. 715 1. 715 1. 715411 43. 257 3. 257 3. 257 3. 257112161. 629 1. 628 1. 629 1. 629 412， 224 53. 017 3. 018 3. 018 3. 018 210， 202171. 600 1. 600 1. 600 1. 600 500， 314 62. 871 2. 871 2. 871 2. 871211181. 5711. 571 1. 571323 72. 525 2. 526 2. 526 2. 526212191. 532 1. 532 1. 532 1. 532006 82. 297 2. 297 2. 297 2. 297 220， 302201. 517 1. 517 1. 517 1. 517413 92. 208 2. 207 2. 207 2. 207104211. 460 1. 460 1. 460 1. 460116 10 2. 155 2. 155 2. 155 2. 155311221. 436 1. 434 1. 436 1. 435 510， 422 11 1. 992 1. 992 1. 992 1. 992 312， 204231. 371 1. 371 1. 371 1. 371512 121. 835 1. 835 320， 402 祖母绿晶体发生类质同象替代， 会对祖母绿的晶胞参 数产生影响。如 Me 类质同象代替 Al， 导致 MeO 键长变 长， 八面体体积增大， 由此挤压 c 轴方向致使八面体发生形 变。a 轴方向键长变长也会影响晶胞参数 a 的值。四面体 配位中 Li 代替 Be2 ， 使 MeO 键长增加， 伴随着 c 值的增 加。绿柱石理论晶胞参数为 a 0. 9188 nm， c 0. 9189 nm， c/a 为 0. 997 ～0. 998， 据 c/a 比值可将绿柱石分为以下两种 类型 ［11 －13 ］。 1 以 Al3 的八面体类质同象替代为主的绿柱石。 c/a为 0. 991 ～0. 998， 随替代量增加， 其 a 值增加， c 值保持 稳定。 2 以 Li →Be 2 的四面体替代为主的绿柱石。c/a 为 0. 999 ～1. 003， 随替代量增加， a 值保持稳定， c 值增加。 由图 1 和表 2 可见， 新疆祖母绿样品的 X 射线衍射线 的主要峰位置与强度几乎吻合， a00. 9233 nm， c00. 9206 nm， Z 2。样品晶胞参数 a、 c 值 c/a 0. 997 与标准绿柱 石相比， 表明新疆祖母绿晶体晶格中存在大量 Al 的类质同 相替代， 这与本文化学成分分析结果一致。测定的 c/a 值 表明新疆祖母绿以［ A1O6］ 八面体类质同象替代为主。 081 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2010 年 ChaoXing 图 1新疆祖母绿 X 射线衍射谱图 Fig．1XRD spectrograms of emeralds from Xinjiang 4结语 1 新疆祖母绿化学成分中 Cr2O3含量较高， 一般为 0. 21 ～0. 54。测得样品晶胞参数为 a0 0. 9233 nm， c00. 9206 nm， Z 2， 主要粉晶谱线为 2. 871 100 、 3. 257 100 、 7. 996 100 。 2 新疆祖母绿较之标准绿柱石， 其 SiO2和 Al2O3均有 大量类质同像替代存在。 3 测定的 c/a 值表明， 新疆祖母绿属于以［A1O6］ 八面体类质同象替代为主的绿柱石。 新疆祖母绿是我国的又一种高档宝石， 在一定程度上 填补了我国优质祖母绿宝石的空白。多项测试数据表明， 新疆祖母绿具有高品质祖母绿宝石的特征， 对其研究工作 需要多角度、 全方面深入。本文仅从电子探针显微分析 EPMA 和 X 射线衍射 XRD 测试结果与晶体结构的角度 进行了分析， 对新疆祖母绿晶体化学特征进行了初探， 以供 进一步工作参考。 5参考文献 ［ 1］Kim I G， Yeoma T H， Chohb S H， Hong K S， Yu Y M， Choi E S． 27Al NMR relaxation studies of an emerald single crystal［J］ ． Solid State Communications， 2000， 114 311． ［ 2］John S． Emerald and Other Beryl［M］ ． Pennsylvania Chilton Book Company， 1981 157 －160． ［ 3］潘兆橹． 结晶学及矿物学 下册 ［M］． 北京 地质出版社， 1993 133 －134， 222 －223． ［ 4］唐延龄， 梅厚钧， 潘克跃． 中国新疆非金属矿床［M］ ． 北京 地质出版社， 2005 198 －199． ［ 5］栾秉璈． 宝石［ M］ ． 北京 冶金工业出版社， 1985 90． ［ 6］王福泉． 宝石通论［ M］． 北京 科学出版社， 1985 103． ［ 7］邓燕华． 宝 玉 石矿床［M］． 北京 北京工业大学出版社， 1992 45． ［ 8］周国平．宝石学 ［ M ］ ．北京中国地质大学出版社， 1989370 －377． ［ 9］汪立今， 任伟， 陈勇， 陈俊华， 申晓萍， 李甲平． 新疆祖母绿宝 石矿物学特征初探［ J］ ． 矿物学报， 2009， 29 2 225 －228． ［ 10］Groat L A， Giuliani G， Marshall D D， Turner D． Emerald deposits and occurrences A review［J］． Ore Geology Reviews， 2008， 34 87 －112． ［ 11］曲刚． 云南祖母绿的矿物学及改善研究［D］． 北京 中国地质 大学， 2007． ［ 12］房俊卓， 张霞， 徐崇福． 实验条件对 X 射线衍射物相定量 分析结果的影响［ J］． 岩矿测试， 2008， 27 1 60 －62． ［ 13］刘粤惠， 刘平安． X 射线衍射分析原理与应用［M］． 北京 化学工业出版社， 2003 128． 181 第 2 期任伟等 电子探针和 X 射线衍射仪测定新疆祖母绿宝石第 29 卷 ChaoXing