黄绿色明矾石玉的矿物学特征及颜色成因研究_宋彦军.pdf

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2 0 2 0年 9月 S e p t e m b e r 2 0 2 0 岩 矿 测 试 R O C KA N DM I N E R A LA N A L Y S I S V o l . 3 9 ,N o . 5 7 0 9- 7 1 9 收稿日期 2 0 2 0- 0 3- 1 6 ;修回日期 2 0 2 0- 0 4- 2 0 ;接受日期 2 0 2 0- 0 6- 0 2 基金项目中央引导地方科技发展专项( 1 9 9 4 4 9 0 3 G ) ; 河北省高等教育教学改革研究与实践项目( 2 0 1 9 G J J G 2 9 7 ) ;河北地质 大学博士科研启动资金( B Q 2 0 1 8 0 1 7 ) 作者简介宋彦军, 博士, 讲师, 从事宝石及矿物材料研究。E- m a i l 7 2 8 2 2 5 1 8 5 @q q . c o m 。 宋彦军,李甘雨,张健, 等. 黄绿色明矾石玉的矿物学特征及颜色成因研究[ J ] . 岩矿测试, 2 0 2 0 , 3 9 ( 5 ) 7 0 9- 7 1 9 . S O N GY a n - j u n ,L I G a n - y u ,Z H A N GJ i a n ,e t a l . M i n e r a l o g i c a l C h a r a c t e r i s t i c s a n dC o l o r a t i o nM e c h a n i s mo f Y e l l o w- G r e e nA l u n i t e J a d e [ J ] . R o c ka n dM i n e r a l A n a l y s i s , 2 0 2 0 , 3 9 ( 5 ) 7 0 9- 7 1 9 .【 D O I 1 0 . 1 5 8 9 8 / j . c n k i . 1 1- 2 1 3 1 / t d . 2 0 2 0 0 3 1 6 0 0 3 6 】 黄绿色明矾石玉的矿物学特征及颜色成因研究 宋彦军1 , 2,李甘雨3,张健4,陶隆凤1,刘云贵1,张璐5 ( 1 . 河北地质大学宝石与材料工艺学院,河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ; 2 . 河北地质大学珠宝检测中心,河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ; 3 . 河北地质大学教学发展中心,河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ; 4 . 河北地质大学资源学院,河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ; 5 . 河北省地质环境监测院,河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ) 摘要黄绿色明矾石玉作为近年来市场上新出现的玉石品种, 目前有关其宝石矿物学特征的研究相对不足, 为其科学鉴定和质量评价造成一定困难。为此, 本文采用红外光谱、 X射线粉晶衍射、 拉曼光谱、 扫描电镜、 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱及紫外可见光谱等测试技术, 从矿物组成、 显微结构、 化学成分等方面对黄 绿色明矾石玉进行系统研究, 并分析其颜色成因。结果表明 黄绿色明矾石玉的主要矿物组成为明矾石, 未 见其他矿物成分; 玉石整体呈隐晶质结构, 粒尺寸小于 5 μ m , 这是样品呈现细腻玉石质感的主要原因, 但由 于缺少如纤维状或鳞片状交织结构, 韧性相对较差; 黄绿色明矾石玉主要化学成分为 O 、 A l 、 S 、 K , 此外过渡 金属元素 V 、 F e 、 C r 含量较高, 平均含量分别为 2 3 5 9 1 . 5 2 μ g / g 、 4 7 1 7 . 9 9 μ g / g 、 2 0 7 7 . 6 7 μ g / g , 结合紫外可见光 谱测试存在的 5 0 0 n m以下和以 8 2 6 n m为中心的吸收, 认为其黄绿色形成与 V 3 +、 C r3 +和 F e3 +进入明矾石晶 格中类质同相替代 A l 3 +有关; 明矾石玉黄褐色风化皮结构相对较粗, 主要组成矿物为明矾石和石英, 含少量 针铁矿和极少量锐钛矿, 其黄褐色主要受以针铁矿为主的表生褐铁矿浸染所致。本研究基本明确了黄绿色 明矾石玉的宝石矿物学特征及其致色机理, 可为今后该玉石的科学鉴定和质量评价提供数据支持。 关键词明矾石玉;矿物组成;显微结构;颜色成因;电感耦合等离子体质谱法;紫外可见光谱法 要点 ( 1 )对黄绿色明矾石玉的矿物组成、 显微结构、 化学成分等性质进行了系统分析。 ( 2 )明矾石玉呈隐晶质结构, 晶粒尺寸小于 5 μ m 。 ( 3 )V 3 +、 F e3 +和 C r3 +对 A l3 +的类质同相替代是导致黄绿色形成的主要原因。 中图分类号O 6 5 7 . 3 1 ;P 5 7 5 . 4文献标识码A 明矾石是一种岛状基型硫酸盐矿物, 主要形成 于含硫酸的低温热液与中酸性火成岩中的碱性长石 或斜长石间的蚀变反应, 此外在砂岩、 黏土和铝土矿 中也有产出[ 1 ]。在工业领域, 明矾石的用途广泛, 可用来提取明矾和制备不含氯的钾肥、 钾盐、 氧化 铝、 铝盐以及催化剂载体等[ 2 - 3 ]。目前我国已在浙 江、 安徽、 福建等多个省份发现了明矾石资源, 探明 储量居世界前列[ 4 - 6 ]。 近年来, 玉石市场新出现了一种黄绿色明矾石 质玉, 该种玉石颜色鲜艳且结构细腻, 受到很多商家 和消费者的关注。前人虽围绕明矾石的成因产状、 晶体结构、 物化性质以及谱学特征等方面开展了大 量研究[ 7 - 1 6 ], 但有关其在宝石矿物学领域的研究相 对较少, 且主要集中于鸡血石的分类和绿松石相似 907 品的鉴定筛查方面。如戴慧等[ 1 7 ]、 韩孝朕等[ 1 8 ]分 别采用红外光谱、 粉晶衍射和拉曼光谱等不同手段 对昌化鸡血石进行分析研究, 指出昌化鸡血石中存 在以明矾石和石英为“ 地” 的品种, 其中的明矾石呈 半自形粒状, 尺寸 0 . 0 3~ 0 . 1 m m , 此外含少量黄铁 矿和镜铁矿; 孙丽华等[ 1 9 ]曾采用红外光谱、 拉曼光 谱、 粉晶衍射配合扫描电镜等手段对两种黄绿 -黄 褐色的绿松石相似玉石进行测试, 结果显示其主要 矿物成分为明矾石和磷灰石, 镜下粒度小于 1 0 μ m ; 陈全莉等[ 2 0 ]采用红外光谱配合粉晶衍射的方法对 白色和黄色系绿松石“ 伴生矿” 进行研究, 结果显示 均为明矾石群矿物, 其中白色系样品主要成分为磷 铝钒和磷钙铝钒, 黄色系样品主要为钠明矾石。 图 1 测试的明矾石玉样品外观 F i g . 1 A l u n i t ej a d es a m p l e s e x a m i n e di nt h i s s t u d y 由此可见, 由于明矾石玉问世时间较短, 目前尚 未有将明矾石玉作为一个独立玉石品种开展系统研 究的报道, 其各项宝石矿物学特征尚不明确, 这不仅 为该种玉石的鉴定和科学评价造成一定困难, 也限 制了明矾石玉资源的进一步开发利用。鉴于此, 本 文首先采用红外光谱( F T I R ) 和 X射线粉晶衍射 ( X R D ) 对黄绿色明矾石玉进行矿物成分研究, 进而 借助偏光显微镜配合激光拉曼光谱和扫描电镜 ( S E M) 的手段分析其显微结构特征及加工性能, 最 后结合能谱( E D S ) 、 激光剥蚀电感耦合等离子体质 谱( L A- I C P- M S ) 和紫外可见光谱( U V- V i s ) 对其 化学成分和颜色成因进行深入分析及讨论, 以期为 明矾石质玉的科学鉴定、 评价和进一步开发利用提 供数据支持。 1 实验部分 1 . 1 样品及基本特征 实验样品共 5件, 均购于湖北十堰珠宝玉石市 场, 样品编号 A J - 0 1 至 A J - 0 5 ( 图 1 ) 。其中样品 A J - 0 1 和 A J - 0 2为原石, 呈不规则椭圆形结核状, 两 件样品局部已进行切割, 露出的内部主体为鲜艳的黄 绿色, 致密块状构造, 结构细腻, 外皮呈黄褐色, 结构 相对疏松, 局部可见白色细脉; 样品 A J - 0 1相对密度 为2 . 6 4 , A J - 0 2为 2 . 6 8 ; 样品 A J - 0 3和A J - 0 4 为经 过简单切割打磨的半成品, 均呈黄绿色, 相对密度分 别为2 . 7 4 和 2 . 7 2 ; A J - 0 5为抛光好的椭圆形戒面, 黄绿色, 点测法测其折射率为 1 . 5 7 , 相对密度 2 . 7 8 。 所有样品均不透明, 土状光泽 - 蜡状光泽, 抛光后可 接近玻璃光泽, 摩氏硬度3 ~ 4 , 紫外荧光下均显惰性。 017 第 5期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 2 0年 5 件样品中两件原石样品的相对密度略低, 应是由于 其外层包裹有结构相对疏松的风化皮所致。 1 . 2 测试仪器及工作条件 明矾石玉样品的矿物组成分析 采用红外光谱 及 X射线粉晶衍射对样品进行测试。红外光谱测 试采用美国赛默飞世尔 I S 5型傅里叶变换红外光谱 仪, 直接反射法测试, 测试范围 4 0 0~ 4 0 0 0 c m- 1, 扫 描次数 3 2次, 分辨率 4 c m- 1; 粉晶衍射测试采用德 国布鲁克 D 8A D V A N C E型衍射仪, C u靶, 工作电压 为 4 0 k V , 电流 3 0 m A , 测试范围 1 0 ~8 0 , 步长 0 . 0 2 。 明矾石玉的显微结构特征分析 采用偏光显微 镜和扫描电子显微镜分别对样品薄片和新鲜断面进 行观察。其中薄片观察采用德国徕卡 D M2 7 0 0 P型 偏光显微镜完成, 并配合英国雷尼绍 I n V i a 型显微 共聚焦激光拉曼光谱仪对镜下的次要矿物加以确 认, 激光波长 7 8 5 n m和 5 3 2 n m选择性切换, 测试范 围为 1 0 0~ 2 0 0 0 c m- 1, 曝光时间 1 0 s , 叠加 3次; 扫描 电镜测试采用日本日立 S U 8 2 2 0型场发射扫描电子 显微镜完成, 加速电压为 2 0 k V 。 图 2 明矾石玉样品的( a ) 红外光谱及( b ) 粉晶衍射谱图 F i g . 2 ( a )F T I Rs p e c t r aa n d( b )X R Ds p e c t r ao f a l u n i t ej a d es a m p l e s 明矾石玉样品的化学成分和颜色成因分析 通 过能谱仪及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪进行 化学成分测试, 联合紫外可见光谱仪对样品颜色成 因进行分析。其中能谱测试采用扫描电镜加装的美 国 A M E T E KE D A X能谱仪完成; 激光剥蚀电感耦合 等离子体质谱测试采用澳大利亚科学仪器公司 R E S O l u t i o n-L R型激光剥蚀系统配合美国赛默飞 世尔 I C A PR Q型电感耦合等离子体质谱仪完成, 激 光剥蚀光斑直径为 2 9 μ m , 能量密度 3 J / c m 2, 剥蚀频 率 8 H z , 载气采用高纯度氦气, 氦气流量 0 . 6 L / m i n , 辅助气( 氩气) 流量0 . 8 L / m i n , 测试元素包含 T i 、 F e 、 M n 、 V 、 C r 、 N i 、 C u 、 Z n 、 P b 、 C o ; 紫外可见光谱测试采 用国产标旗 G E M- 3 0 0 0型紫外可见光谱仪完成, 测 试波段为 2 2 0~ 1 0 0 0 n m , 积分时间 1 2 0 m s 。 2 结果与讨论 2 . 1 黄绿色明矾石玉的矿物组成特征 对 5件样品的黄绿色主体及两件原石样品的黄 褐色外皮进行红外光谱测试, 结果基本一致, 以样品 A J - 0 1为例, 如图 2 a 所示。黄绿色主体的红外光 谱特征与明矾石类矿物相一致, 其中 3 4 8 5 c m- 1强峰 及 3 5 1 5 c m- 1吸收肩归属于[ O H ] -基团伸缩振动, 1 0 2 0~ 1 2 3 0 c m- 1范围内的吸收主要由[ S O 4] 2 -基团 v 3伸缩振动所致, 5 9 0~ 6 9 0 c m - 1的吸收由[ S O 4] 2 -基 团 v 4伸缩振动所致, 5 1 5 c m - 1吸收峰由 A l O八面 体振动引起, 4 2 6 c m- 1附近吸收峰为[ S O 4] 2 -基团 v 2 伸缩振动所致[ 1 5 - 1 6 , 2 1 - 2 2 ]。相比之下, 黄褐色外皮的 测试结果稍有不同, 明矾石的特征吸收峰仍存在但 峰强减弱, 峰形宽化, 推测是风化作用使外皮中的明 矾石脱水、 结晶度下降所致。此外, 外皮部分还存在 明显的 7 9 5 c m- 1、 7 7 7 c m- 1分裂峰及 4 6 4 c m- 1吸收 峰, 次为石英中 S i O对称伸缩振动所致[ 2 3 - 2 4 ]。 明矾石族矿物种类众多, 化学通式可写为 A B 3[ S O4]2( O H )6, 其中 A位可被 K 、 N a 、 C a 、 B a 等占 据, B位可被 A l 、 F e 、 M g 、 V 、 C r 、 M n 、 C u 等占据, 从而形 成如明矾石( K A l 3[ S O4]2( O H )6) 、 钠明矾石( N a A l3 [ S O 4]2( O H )6) 、 黄钾铁钒( K F e3[ S O4]2( O H )6) 等几 十种矿物[ 7 - 9 ]。很多情况下仅通过红外光谱难以对 具体种属进行准确鉴定[ 7 , 2 5 ], 需采用红外光谱与 X射 线粉晶衍射联用的方法对其进行有效鉴定[ 2 6 - 2 7 ]。因 此, 本文对两件原石样品的黄绿色主体部分和黄褐色 外皮进行了粉晶衍射测试, 结果基本一致, 以 A J - 0 1 为例, 如图 2 b所示。黄绿色部分的主要衍射峰为 117 第 5期宋彦军, 等黄绿色明矾石玉的矿物学特征及颜色成因研究第 3 9卷 d = 0 . 5 7 3 、 0 . 4 9 7 、 0 . 3 5 0 、 0 . 2 9 9 、 0 . 2 8 9 、 0 . 2 2 9 、 0 . 1 9 1 、 0 . 1 7 5 和 0 . 1 5 1 n m , 这与标准明矾石卡片( P D F 1 4- 0 1 3 6 ) 和王翠芝等[ 1 6 ]报道的明矾石衍射峰位相一致, 结合红外光谱测试结果, 可以确认黄绿色明矾石玉的 主要矿物组成为单一的明矾石相( K A l 3[ S O4]2 ( O H ) 6) , 未发现以往报道 [ 1 9 - 2 0 ]中所见的钠明矾石、 磷灰石和磷铝钒等矿物; 黄褐色外皮的粉晶衍射图谱 同样显示了明显的明矾石衍射峰, 并存在 d= 0 . 4 2 4 、 0 . 3 3 3 、 0 . 2 1 2 、 0 . 1 8 2 和 0 . 1 5 4 n m衍射峰位。经分析, 与标准石英( P D F 4 6- 1 0 4 5 ) 衍射峰位基本一致, 结合 红外光谱测试结果, 表明黄褐色外皮主要矿物组成为 明矾石和石英。 2 . 2 黄绿色明矾石玉的显微结构特征 对两件原石样品进行薄片观察可以发现, 黄绿 色主体部分的明矾石颗粒细小, 总体呈隐晶质结构, 局部呈细小的毛毡状纤维交织结构, 单偏光下明矾 石呈白 -淡黄色, 正交偏光下最高干涉色二级蓝 ( 图 3 a 、 b ) ; 明矾石玉靠近外皮处结构相对较粗, 并 可见明显的铁锰质矿物不规则浸染现象( 图 3 c 、 d ) , 由于浸染的铁锰质矿物常呈无定形胶体态, 颗粒尺 寸极小( 可达纳米级) , 因此其浸染面积虽大但总含 量低, 在红外光谱、 粉晶衍射中难以识别[ 2 8 - 3 0 ]; 在外 皮中还可观察到不规则分布的无色细脉, 脉中夹杂 有半自形 - 他形粒状无色矿物, 正低突起, 正交偏光 下干涉色一级白( 图 3 e 、 f ) , 利用显微激光拉曼光谱 测试, 其特征拉曼峰位于 1 2 8 、 2 0 8 、 3 5 6 、 3 9 5和 4 6 4 c m- 1( 图 4 a ) , 与 “ R R U F F ”矿物谱学数据库 ( h t t p s / / r r u f f . i n f o ) 中石英拉曼特征峰基本一致, 结 合红外光谱和粉晶衍射同样检测到外皮中石英的存 在, 因此判断其为石英脉; 此外, 在外皮部分可见呈 不规则破碎状的红褐色矿物和极少量不规则黑色矿 物分布其中( 图 3 g 、 h ) , 经拉曼光谱测试红褐色矿物 拉曼特征峰位于 2 4 3 、 3 0 0 、 3 9 9 、 5 6 4和 1 3 5 9 c m- 1( 图 4 b ) , 黑色矿物拉曼峰位于 1 4 6 、 4 0 1 、 5 2 0 、 6 4 2 c m- 1 ( 图 4 c ) , 通过与“ R R U F F ” 矿物谱学数据库对比, 确 定前者为针铁矿, 后者为锐钛矿。两者之中, 针铁矿 周围的晕染现象明显, 因此认为以针铁矿为主的表 生成因褐铁矿浸染是黄褐色外皮的主要颜色来源, 这也与其他多种玉石外皮的次生黄褐色的致色机理 相一致[ 3 1 - 3 4 ]。锐钛矿作为一种低温热液产物, 常温 图 3 明矾石玉样品的偏光显微镜照片 F i g . 3 P o l a r i z i n gm i c r o s c o p ei m a g e s o f a l u n i t ej a d es a m p l e s 图 4 明矾石玉风化皮中矿物包裹体的拉曼光谱图 F i g . 4 R a m a ns p e c t r ao f m i n e r a l i n c l u s i o n s i nw e a t h e r i n gc r u s t o f a l u n i t ej a d es a m p l e s 217 第 5期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 2 0年 常压下稳定[ 1 , 3 5 ], 推测其形成于明矾石玉的围岩环 境中, 由风化作用导致其在明矾石玉外皮沉积所致, 锐钛矿周围无浸染现象, 对外皮颜色基本无贡献。 通过扫描电子显微镜对样品进行观察, 可深入 揭示明矾石玉的显微结构特征与其质地和加工性能 之间的联系。明矾石玉新鲜断面的扫描电镜照片如 图 5所示, 图 5 a 中为黄绿色主体部分, b为外皮部 分。从图中可以看出主体部分的明矾石呈细小的不 规则粒状、 板片状, 局部可见假立方体状菱面体颗 粒, 颗粒表面不平整, 晶粒尺寸小于 5 μ m至难以辨 认, 颗粒之间堆积紧密, 粒间孔隙度小。这一特征与 结构细腻致密的绿松石及印章石相似[ 3 6 - 3 7 ], 是导致 明矾石玉感官上呈现出细腻玉石质感的主要原因。 相比之下, 外皮部分颗粒形态较难辨认, 颗粒间界限 不清楚, 这可能与表层明矾石长时间遭受风化作用 发生破坏、 溶蚀有关。值得注意的是, 结合薄片观察 和扫描电镜观察后发现明矾石玉中缺少如纤维状或 鳞片状矿物颗粒相互交织的结构类型, 这会导致玉 石的韧性相对较差, 易崩坏, 这一点在本研究采样测 试过程中也得到体现, 因此在明矾石玉的雕刻加工 过程中应加以注意。 图 5 明矾石玉样品的扫描电镜图像 F i g . 5 S E Mi m a g eo f a l u n i t ej a d es a m p l e 2 . 3 黄绿色明矾石玉的化学成分特征及颜色成因 分析 2 . 3 . 1 化学成分特征 采用能谱仪对两件原石样品的黄绿色主体和黄 褐色外皮进行多点测试, 结果显示主体和外皮部分 其主要化学成分均为 O 、 A l 、 S 、 K , 其中主体部分 O元素的平均含量为 4 0 . 1 8 %, A l 元素为 2 3 . 3 7 %, S 元素为1 9 . 9 1 %, K元素为1 2 . 8 3 %; 外皮部分 O元 素的平均含量为 3 8 . 1 0 %, A l 元素为 2 2 . 5 7 %, S元 素为 2 0 . 2 3 %, K为1 3 . 3 2 %, 以上结果与明矾石中 各元素含量理论值[ 1 ]基本相符。此外, 在黄绿色部 分中还检测到少量 V和 S i 的存在, 平均含量分别为 2 . 6 3 %和 1 . 0 8 %; 黄褐色外皮中则存在少量 V 、 F e 和 S i , 平均含量分别为 2 . 2 1 %、 2 . 4 7 %和 1 . 1 0 %。 结合前人研究结果[ 3 8 - 3 9 ], 推测过渡金属元素 V 、 F e 的存在可能与样品致色有关, 而少量 S i 的存在可能 与样品中石英的影响有关。 为进一步研究明矾石玉中的致色元素含量, 采 用 L A- I C P- M S对两件原石样品的主体和风化皮 进行了元素分析, 结果如表 1所示。可见明矾石玉 样品中 V含量较高, 其中黄绿色主体部分的 2 0点 测试结果显示 V平均含量高达 2 3 5 9 1 . 5 2 μ g / g , 此外 还有一定量 F e 、 C r 等元素, 平均含量分别为4 7 1 7 . 9 9 μ g / g 和 2 0 7 7 . 6 7 μ g / g 。通过对测试结果与手标本 颜色进行对比观察发现, 随着测试点位黄绿色的加 深, V 、 F e 、 C r 含量也逐步递增, 说明样品颜色与 V 、 F e 、 C r 直接相关, 这与部分蓝 - 绿色松石、 磷铝石中 的致色元素组合较为相似[ 4 0 - 4 2 ], 但以上玉石中 V 并非以主要致色元素的形式出现, 而是作为次要元 素与 C u 、 F e 、 C r 等共同影响玉石颜色, 相比之下本 文样品中 V的含量更高, 这可能是导致明矾石玉呈 现特征性黄绿色的主要原因。至于 V 、 F e 、 C r 的存 在形式及对颜色的影响, 将在下节进行进一步分析。 外皮部分 L A- I C P- M S 测试结果显示其 F e 含量相 对更高, 平均为 1 9 2 3 0 . 4 5 μ g / g , 远高于本体部分, 这 也与能谱测试结果相一致, 应与表生褐铁矿的大面 积浸染有关, 其他元素含量则与本体差异不大。 2 . 3 . 2 颜色成因分析 明矾石( K A l 3[ S O4]2( O H)6) 的晶体结构中, K可与N a 、 C a 、 B a 、 S r 等发生类质同象替换, 而 A l 可 被 F e 、 M g 、 V 、 C r 、 G a 、 M n 、 C u 等元素进行不同程度的 替换从而造成明矾石在物理化学性质上的差 异[ 8 - 9 , 4 3 ]。为进一步分析讨论 L A-I C P-M S测试 结果中 V 、 F e 、 C r 对明矾石颜色的影响方式, 分别对 A J - 0 1的黄绿色主体和黄褐色外皮进行了紫外可 见光谱测试, 并对图谱进行一阶求导, 结果如图 6所 示。从图中可以看出, 黄绿色主体部分在 5 0 0 n m以 下区域存在明显吸收, 其中 3 0 0 n m为中心的宽缓吸 收与 F e 3 +的 d 电子跃迁(6A 1→ 4A 2) 有关, 但该吸收 处于紫外区, 对样品颜色影响不大;4 2 0 n m为中心 的 宽吸收则由V 3 +、 C r3 +以及F e3 +的d 电子跃迁联 317 第 5期宋彦军, 等黄绿色明矾石玉的矿物学特征及颜色成因研究第 3 9卷 表 1 明矾石玉 L A- I C P- M S 分析结果 T a b l e 1 L A- I C P- M Sa n a l y t i c a l r e s u l t s o f a l u n i t ej a d es a m p l e s 样品编号位置点号 元素含量( μ g / g ) T iF eM nVC rN iC uZ nP bB aC o 0 11 0 8 . 5 35 0 5 9 . 4 71 4 9 . 9 0 2 3 6 2 7 . 8 6 1 5 2 6 . 2 55 1 . 0 82 9 4 . 8 92 2 8 . 5 16 . 8 83 8 6 . 9 15 . 5 0 0 26 5 . 9 63 7 7 3 . 1 31 3 7 . 3 6 1 8 3 7 7 . 2 4 1 4 1 1 . 6 94 1 . 7 53 5 0 . 1 61 8 0 . 6 08 . 9 62 8 4 . 8 15 . 5 2 0 35 1 . 7 01 9 2 6 . 7 89 9 . 9 31 7 6 6 9 . 6 8 1 2 6 7 . 5 43 8 . 3 49 4 7 . 9 61 6 7 . 9 35 . 1 55 7 5 . 4 44 . 6 9 0 46 2 . 4 72 7 6 5 . 8 61 6 0 . 0 9 2 0 3 4 8 . 7 5 1 5 1 6 . 7 84 7 . 7 34 1 6 . 7 52 0 7 . 0 98 . 2 24 2 6 . 6 24 . 6 0 0 55 7 . 1 62 5 6 3 . 2 71 7 8 . 5 7 2 2 0 9 8 . 6 0 1 4 5 8 . 8 54 5 . 3 05 0 1 . 1 12 1 1 . 2 15 . 5 74 0 4 . 0 55 . 2 8 黄绿色 主体 0 65 4 . 5 92 2 3 2 . 5 41 9 4 . 1 2 2 0 6 8 3 . 0 0 1 3 3 3 . 0 14 8 . 0 12 0 9 . 5 72 1 2 . 2 53 . 8 22 5 7 . 8 25 . 6 3 A J - 0 10 75 4 . 3 92 3 5 2 . 5 22 0 0 . 2 7 2 4 0 0 9 . 1 7 1 5 3 9 . 8 15 1 . 5 15 3 9 . 9 72 4 3 . 5 44 . 9 72 3 4 . 1 75 . 0 6 0 89 1 . 6 22 4 9 3 . 0 92 3 2 . 3 9 2 2 0 0 6 . 8 0 1 4 9 9 . 4 65 7 . 6 41 3 7 . 5 22 1 8 . 6 84 . 1 07 8 9 . 9 14 . 8 6 0 96 9 . 6 92 5 8 4 . 5 41 9 7 . 2 1 2 1 6 0 6 . 2 0 1 5 7 7 . 9 34 9 . 6 01 4 0 . 6 82 4 9 . 6 25 . 0 98 1 1 . 6 16 . 2 4 1 06 3 . 5 12 2 2 2 . 0 71 9 5 . 6 1 2 0 9 7 8 . 2 1 1 4 6 6 . 7 34 2 . 1 05 2 1 . 3 12 3 4 . 6 63 . 3 45 6 7 . 4 85 . 3 7 黄褐色 外皮 1 18 9 . 3 72 0 3 6 8 . 1 9 2 1 2 . 6 7 2 9 0 7 8 . 8 5 3 5 8 1 . 9 64 5 . 6 07 3 4 . 0 82 0 0 . 8 84 . 1 03 1 0 . 8 16 . 3 6 1 21 3 7 . 4 1 1 8 5 8 2 . 7 4 2 0 4 . 1 8 2 1 7 7 3 . 5 4 2 8 8 4 . 4 34 0 . 7 84 3 0 . 8 11 7 5 . 7 77 . 0 25 1 7 . 3 94 . 6 8 0 11 4 9 . 1 57 6 6 4 . 3 01 6 6 . 9 5 2 7 4 4 1 . 2 5 3 1 8 8 . 9 44 4 . 8 34 6 0 . 9 61 6 8 . 3 69 . 9 19 1 8 . 6 74 . 4 0 0 21 5 7 . 3 65 7 3 8 . 0 41 2 0 . 5 5 1 7 6 6 6 . 7 4 2 4 9 4 . 3 73 8 . 2 81 9 7 . 0 71 2 2 . 0 85 . 3 23 4 0 . 0 42 . 7 1 0 31 3 3 . 1 36 7 9 2 . 4 41 5 2 . 2 0 2 5 4 0 6 . 6 7 2 8 0 7 . 5 73 9 . 5 13 6 3 . 8 31 5 9 . 9 95 . 5 66 7 0 . 8 64 . 4 7 0 41 3 2 . 1 87 1 0 8 . 5 11 8 0 . 0 5 2 7 0 0 8 . 6 4 2 8 3 1 . 3 44 4 . 3 73 7 5 . 9 41 6 6 . 8 08 . 2 81 2 7 . 1 64 . 5 4 0 51 3 6 . 3 27 0 0 2 . 5 51 8 8 . 7 1 3 2 5 6 2 . 5 1 3 2 1 4 . 7 74 5 . 7 25 8 3 . 8 92 0 0 . 7 45 . 7 93 6 9 . 7 64 . 8 8 黄绿色 主体 0 61 2 2 . 1 87 3 8 9 . 5 31 6 3 . 6 2 2 3 9 4 3 . 9 0 2 5 8 5 . 9 44 7 . 9 21 2 8 . 9 91 9 1 . 3 76 . 6 71 8 7 . 7 24 . 8 5 A J - 0 20 71 1 3 . 3 05 7 9 7 . 4 61 6 9 . 9 9 2 4 7 3 7 . 2 4 2 7 1 0 . 9 93 8 . 6 94 7 1 . 2 71 6 1 . 1 47 . 4 37 2 6 . 0 14 . 4 6 0 81 0 7 . 4 45 1 7 5 . 3 71 7 1 . 6 0 2 4 0 3 0 . 8 0 2 0 2 3 . 4 83 8 . 4 18 3 4 . 5 01 8 0 . 4 98 . 9 91 0 3 . 4 04 . 6 8 0 91 3 0 . 8 56 3 4 8 . 0 92 1 2 . 7 1 2 6 0 4 9 . 5 6 2 4 5 7 . 2 44 7 . 6 54 5 0 . 6 72 6 1 . 9 05 . 6 52 9 9 . 7 87 . 7 1 1 01 3 8 . 5 57 3 7 0 . 1 62 4 9 . 9 3 3 1 5 7 7 . 4 9 2 6 4 0 . 7 05 3 . 9 38 9 0 . 3 82 5 9 . 6 28 . 9 69 6 3 . 9 98 . 9 7 黄褐色 外皮 1 11 2 6 . 8 7 2 1 1 7 4 . 3 3 2 3 7 . 0 2 2 6 3 3 1 . 6 3 4 1 0 4 . 9 74 5 . 1 35 5 5 . 9 02 7 6 . 8 18 . 9 92 0 9 . 8 26 . 7 2 1 21 0 3 . 7 0 1 6 7 9 6 . 5 5 1 8 5 . 1 7 2 2 1 4 6 . 5 6 3 4 1 8 . 4 94 8 . 4 64 6 1 . 7 01 3 4 . 2 41 1 . 0 93 8 4 . 0 93 . 2 9 图 6 明矾石玉的( a ) 紫外可见光谱及( b ) 一阶导数图谱 F i g . 6 ( a )U V- V i s s p e c t r aa n d( b )i t s f i r s t - o r d e r d e r i v a t i v e s s p e c t r ao f a l u n i t ej a d es a m p l e s 合作用产生, 表现在一阶导数图谱中为强烈的 4 9 2 n m主峰; 此外, 红区 -红外区以 8 2 6 n m为中心 的吸收则与 F e 3 +的 d电子跃迁 (6A 1→ 4T 2)有 关[ 4 1 , 4 4 - 4 6 ]。由此可以认为正是 V 3 +、 F e3 +和少量 C r 3 +以类质同象替代的形式进入明矾石晶格中替代 了 A l 3 +, 共同导致了明矾石玉本体部分仅在约 5 8 0 n m为中心的黄绿光区透射率较大, 从而形成黄 绿色。 相比之下, 黄褐色外皮的紫外可见图谱是一向 红端倾斜的曲线, 存在 2 5 7 n m 、 3 6 5 n m 、 4 8 0 n m吸收, 但辨识度不高, 通过一阶求导后可以发现图谱中存 在明显的 5 4 5 n m主峰和 4 3 5 n m次级峰, 这与文献 [ 4 7- 4 8 ] 报道中的针铁矿紫外可见一阶导数图谱 特征基本一致, 结合偏光显微镜和显微激光拉曼光 谱测试结果, 可以确定明矾石玉的黄褐色外皮是由 以针铁矿为主的表生褐铁矿浸染致色, 为次生色。 417 第 5期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 2 0年 3 结论 本文对一种黄绿色明矾石玉的矿物组成、 显微 结构、 化学成分及致色机理进行系统研究, 结果表明 黄绿色明矾石玉主体部分的主要矿物组成为明矾 石, 呈隐晶质结构, 晶粒尺寸小于 5 μ m , 且多呈不规 则粒状、 板片状, 局部可见假立方体状菱面体, 未见 以往有关明矾石类玉石报道[ 1 9 - 2 0 ]中存在的钠明矾 石、 磷灰石等矿物; 明矾石玉主要化学成分为 O 、 A l 、 S 、 K , 其含量与明矾石理论值基本相符, 但过渡金属 元素 V 、 F e 、 C r 含量相对较高, 平均含量分别为 2 3 5 9 1 . 5 2 μ g / g 、 4 7 1 7 . 9 9 μ g / g 和2 0 7 7 . 6 7 μ g / g 。结合 紫外可见光谱测试结果, 认为是 V 3 +、 F e3 +和 C r3 +共 同进入明矾石晶格替代了 A l 3 +, 导致了黄绿色的形 成。相比于主体部分, 明矾石玉的黄褐色风化皮结 构相对较粗, 主要组成矿物为明矾石和石英, 含有少 量针铁矿和极少量锐钛矿, 其黄褐色主要受以针铁 矿为主的表生褐铁矿浸染所致。 本研究基本明确了明矾石玉各方面的矿物学特 征及颜色成因, 可为今后明矾石玉的科学鉴定和质 量评价提供理论依据, 也可在一定程度上促进人们 对明矾石玉的认识及开发利用。受样品获取途径所 限, 本研究未能对样品产地进行确认, 建议今后可进 一步开展有关明矾石玉产地溯源及矿区地质背景方 面的研究。 4 参考文献 [ 1 ] 王濮, 潘兆橹, 翁玲宝. 系统矿物学( 下册) [ M] . 北京 地质出版社, 1 9 8 2 2 8 6- 2 8 7 . Wa n gP , P a nZL , We n gLB . S y s t e m a t i cm i n e r a l o g y ( V o l u m eⅢ)[ M] . B e i j i n g G e o l o g i c a lP r e s s , 1 9 8 2 2 8 6- 2 8 7 . [ 2 ] 李达, 蒋开喜, 蒋训雄, 等. 明矾石焙砂提取硫酸钾的 工艺研究[ J ] . 矿冶, 2 0 1 6 , 2 5 ( 5 ) 4 2- 4 5 . L iD ,J i a n gK X ,J i a n gX X ,e ta l .S t u d yo n t h e t e c h n o l o g yo f a b s t r a c t i n gp o t a s s
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