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锆石

 

科技名词定义

中文名称:锆石英文名称:zircon 定义:化学式为ZrSiO4,属四方晶系的岛状硅酸盐矿物。可耐受3000℃以上的高温,可用做航天器的绝热材料。色泽绚丽而透明无瑕者,可用做宝石。应用学科:材料科学技术(一级学科);天然材料(二级学科);矿物(二级学科)
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

名片

锆石(英文名称:zircon)是一种硅酸盐矿物,它是提炼金属锆的主要矿石。锆石广泛存在于酸性火成岩,也产于变质岩和其他沉积物中。锆石的化学性质很稳定,所以在河流的砂砾中也可以见到宝石级的锆石。锆石有很多种,不同的锆石会有不同的颜色,如红、黄、橙、褐、绿或无色透明等等。经过切割后的宝石级锆石很像是钻石。锆石过去还被叫作锆英石或风信子石。锆石可耐受3000℃以上的高温,因此可用作航天器的绝热材料。
 

锆石简介

锆石又称锆英石,日本称之为“风信子石”,它是十二月生辰石,象征成功。(十二月生辰石还有绿松石、青金石)它的英文名字是Zircon,是地球上形成最古老的矿物之一。因其稳定性好,而成为同位素地质年代学最重要的定年矿物,已测定出的最老的锆石形成于43亿年以前。锆石为矿物名称,旧称锆英石,风信子石,透明者作为宝石,称锆石宝石。其来源一说可能是在阿拉伯文“Zarkun”的基础上演变而来的,原意是“辰砂及银朱”;另一说认为是来源于古波斯语“Zargun”,意即“金黄色”。第一次正式使用“Zircon”是在1783年,用来形容来自斯里兰卡的绿色锆石晶体。
 
锆石的化学成分:硅酸锆;化学组成为Zr[SiO₄],晶体属四方晶系的岛状结构硅酸盐矿物。晶体呈短柱状,通常为四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形。锆石颜色多样,有无色、紫红、金黄色、淡黄色、石榴红、橄榄绿,香槟,粉红,紫蓝,苹果绿等,一般有无色、蓝色和红色品种。色散高,有金刚光泽。无解理。摩氏硬度7.5-8,比重大,达4.4-4.8。
 

锆石保养方法

因长期佩戴就涉及到了晶石净化。净化这个词在拉丁语和消磁近似,所以也叫做消磁。《占事略决》中记载:需要1到3各月净化一次。科学上讲,人的死皮组织附着在锆石上会滋生真菌,长期不洗容易得皮肤病。标准的净化方法是用御守盐清洗因为所以对天然锆石无影响,不像海盐有腐蚀性。操作方法:1:取出锆石。2:按照每条手链10克御守盐 500克水配置。如果是多条手链一起消磁就增加御守盐量不增加水的量。3:把盐放在滤勺里,之后把滤勺浸入水中,如果配合专用碗长期消磁后,碗上可以生长出树根状物质。4:如果需要祈福在完成上一步后,取出“御守宣”,御守宣在花纹面写字:自己阴历(就是农历)生日、想求什么和愿望、之后把写着祝福的一面放在虑勺上或者碗上,有字面向上。5:等待24小时后取出,用布擦干后直接带。御守宣则焚烧。
 

晶体化学

理论组成(wB%):ZrO 67.1,SiO2 32.9。有时含有MnO、CaO、MgO、Fe2O3、Al?O3、TR2O3、ThO2、U3O8、TiO2、P2O5、Nb2O5、Ta2O5、H2O等混入物。H2O、TR2O3、U3O8、(Nb,Ta)2O5、P2O5、HfO2等杂质含量较高,而ZrO2、SiO2含量相应较低时,其物理性质也发生变化,硬度和相对密度降低,且常变为非晶态。因而形成多种变种:山口石,TR2O3 10.93%,P2O5 17.7%;大山石,TR2O3 5.3%,P2O5 7.6%;苗木石,TR2O3 9.12%,(Nb,Ta)2O5 7.69%,含U、Th较高;曲晶石,含较高TR2O3、U3O8,因晶面弯曲而故名;水锆石,含H2O 3~10%;铍锆石,BeO 14.37%,HfO2 6.0%;富铪锆石,HfO2 可达24.0%。

结构与形态

锆石在各种火成岩中作为副矿物产出。在碱性岩和碱性伟晶岩中可富集成矿,著名的产地有挪威南部和俄罗斯乌拉尔。锆石也常富集于砂矿中。世界上重要的宝石级的锆石产于老挝、柬埔寨、缅甸、泰国等地。中国东部的碱性玄武岩中也有宝石级的锆石。锆石是提取锆和铪的最重要的矿物原料,也用于国防和航天工业。
 
锆石是硅酸盐类矿物,按其物理性质和化学成份可分为高型和低型两个变种。结晶完整的晶体多为“高型”;晶体极差或无晶者为“低型”。也有分为高、中、低三种的。但就宝石价值来说,高型锆石价值较高。
 
锆石是天然宝石中折射率仅次于钻石、色散值很高的宝石,无色透明的锆石酷似钻石,是钻石很好的代用品。常用的锆石多呈无色、红褐色、褐红色、绿色等。但最流行的颜色是蓝色和无色两种,其中以蓝色价值较高,且一般都经过人工热处理。市场上的许多锆石,都是经过热处理之后再拿出来销售。这是因为处理后的宝石比原来的宝石更漂亮、更好销。
 
锆石的晶体属四方晶系,a0=0.662nm,c0=0.602nm;Z=4。结构中Zr与Si沿c轴相间排列成四方体心晶胞。晶体结构可视为由[SiO4]四面体和[ZrO8]三角十二面体联结而成。[ZrO8]三角十二面体在b轴方向以共棱方式紧密连接。
 
复四方双锥晶类,D4h-4/mmm(L44L25PC)。晶体呈四方双锥状、柱状、板状,且形态与成分密切有关。主要单形:四方柱m、a,四方双锥p、u,复四方双锥x。可依成膝状双晶。可与磷钇矿成规则连生。

理化性能

无色、淡黄、紫红、淡红、蓝、绿、烟灰色等。玻璃至金刚光泽,断口油脂光泽。透明到半透明。硬度7.5~8。相对密度4.4~4.8。因常具有放射性而引起自身的非晶化,透明度、光泽、密度、硬度均下降。
 
X射线照射下发黄色,阴极射线下发弱的黄色光,紫外线下发明亮的橙黄色光。
 
偏光镜下:无色至淡黄色,色散强,折射率大。No=1.91~1.96,Ne=1.957~2.04。均质体折射率降低,N=1.60~1.83。
 
熔点2340~2550℃。氧化条件下,在1300~1500℃稳定;1550~1750℃分解,生成ZrO2 SiO2。线性热膨胀系数5.0?10-6/℃(200~1000℃),且耐热震动,稳定性良好。高温下不与CaO、SiO2、C、Al2O3等反应,抗渣蚀能力强,不粘钢水。
 
锆石按它的结晶程度分为高型(四方晶系,受辐射少或无,晶格没有或很少发生变化的锆石),低型(有多种非晶质混合物组成,结晶程度低,晶格变化大),中型(介于高和低之间),硬度由低型到高型发生变化,低型可低至6,高型可高至7.5,密度也一样从低型到高型逐渐变大,范围为3.90~4.73,锆石无解理,断口呈贝壳状,锆石较脆,常见边角有破损,称为纸蚀效应。有的锆石也可具猫眼或星光效应,只是比较罕见。
 

锆石特征

锆石的成分中含有放射性元素铀(U)和钍(Th)。但含量很低,远低于安全系数。所以大家可以放心地佩戴锆石装饰品。
 
锆石是一种性质特殊的宝石。它有较高的折光率和较强的色散,无色或淡蓝色的品种加工后,象钻石一样有较强的出火现象。由于它在外观上与钻石很相似,因而被誉为可与钻石媲美的宝石。
 
早在古希腊时,这种美丽的宝石就已被人们所钟情。相传,犹太主教胸前佩戴的十二种宝石中就有锆石,称为“夏信斯”。据说,锆石的别名“风信子石”,就是由“夏信斯”转言而来,流行于今天的日本,我国的香港及内地。
 
锆石一名源于阿拉伯语的朱之意和金色之意,而古印度曾称锆石为“月食石”。这也说明这种宝石的颜色常见于红色、金黄色、无色。同时从另一个侧面说明,锆石在古时的阿拉伯、波斯和印度地区就十分受欢迎。
 
大家知道,许多东西经过热处理就可以变性,锆石也是如此。如果对低型的锆石加热到一定程度时,其就会变成无色透明晶体。比如:斯里兰卡的锆石多为绿色低型的,经过热处理后,颜色明显变淡,成为高型的锆石宝石。我国海南省产的红色、棕色锆石,经过热处理,可以变成无色的。
 
宝石界把锆石、绿松石、青金石同列为十二月生辰石,象征胜利,好运,是成功的保证。
 
我国有部分红色或棕红色的锆石,不经改色处理,也可直接研磨成美丽的宝石。但应该注意,我国红低型锆石也是二色性较强的宝石。如果从红锆石某一方向上看是红色,而从另一方向看,又是淡色或接近无色。所以,加工时,必须按一定方向研磨,让红色出现在磨型正面。
 
锆石的著名产地有斯里兰卡、泰国、老挝、柬埔寨。我国云南出产的锆石一般需经加热改色处理。我们在商场里看到的一些钻石的替代品——营业员声称的锆石,并不是前文所说的天然锆石,而且一种人工合成的立方氧化锆(Cubic Zirconia),简称CZ,价格远低于天然锆石,是钻石的一种最常见的替代品,请勿将它与天然锆石混淆。

鉴定特征

锆石在酸性和碱性岩浆岩中广泛分布,基性岩和中性岩中亦常产出。
 
四方短柱状,四方双锥状。硬度大,金刚光泽。与金红石的区分是硬度大,金红石有完全解理。与锡石区别是锆石的密度较小。与独居石区别是锆石具四方柱状晶形,且硬度较大。
 
锆石主要鉴定特征有:高折射率、强光泽、高双折射率、高密度、高色散和典型的光谱特征等。
 
由于锆石色彩丰富,而且颜色深浅程度变化较大,因此,锆石可与任何颜色、透明度的宝石相混。最易于相混的宝石有钻石、尖晶石、金绿宝石、蓝宝石、红宝石、石榴子石、锆石宝石、托拍石等。

佩戴注意事项

锆石是常见的宝石用矿物,但是锆石往往含有放射性元素,故而有些锆石有放射性,特别是绿色的锆石,最好不要作为首饰佩戴,这样的锆石很可能有放射性。而且如果是首饰用的锆石,低型锆石也是不能接受的,低型锆石是由于放射性而晶体变为非晶体的锆石,也是有放射性的。
 
锆石的评价与选购。主要依据因素是颜色、净度、切磨的款式和重量。锆石的最为流行的颜色为无色和蓝色,以蓝色者价值较高。无色锆石:是宝石级锆石的最优质品种,因其色散度高,透明无色,常用做钻石的代用品。蓝色锆石:是锆石的优质品种,价值最高,以鲜艳的蓝色,透明无暇和高的色散倍受人喜爱。锆石性脆,硬度比钻石低的多,当做饰品佩带时必须小心。
 

锆石的优化处理

(一)热处理

热处理可以改变锆石的颜色,也可以改变锆石的类型。
 
1.改变颜色
 
不同产地的锆石经热处理会出现不同的颜色。
 
1)在还原的条件下进行热处理可产生蓝色或无色的锆石。其中最重要的是越南红褐色的锆石原料,经热处理后产生无色、蓝色、金黄色,这是宝石首饰中最常见的品种。热处理步骤如下:
 
首先样品放在封闭的坩埚里(一般放1kg),放进炉子中,在减压还原的条件下进行加热900~1000°C,约可使30%的样品达到宝石级。剩下70%颜色差但净度好的蓝色锆石,再经进一步加热可产生无色的锆石。这一步热处的目的是去除锆石中的褐色色调,以产生无色的锆石,同时产生白雾状效果。
 
2)在氧化条件下进行热处理,温度达到900°C时可产生金黄色和无色的锆石,有些样品可呈红色。上述热处理两个步骤下来仍未达到宝石级颜色的样品也可以在这种氧化条件下热处理成无色或金黄色的锆石。
 
经热处理可得到无色、蓝色、黄色及橙红色锆石。但有些热处理锆石受到强烈日光照射或随时间推移会部分甚至全部恢复原色。如蓝色锆石产生不悦目的绿蓝色或褐蓝色,这种部分恢复的锆石有时放在有木炭的坩埚里,加热至800~900°C,又可完全转为蓝色。此现象与因产地不同而导致的锆石中杂质成分的差异有密切关系。
 
2.改变类型
 
加热至1450°C,持续长时间的热处理可引起硅和锆石重结晶,将低型的锆石转向高型的锆石。经这种处理,低、中、高型的锆石都能提高密度(可达4.7g/cm3),具有较高的折射率和清楚的吸收线,同时还可以提高透明度和明亮程度。热处理引起的重结晶还可产生纤维状微晶,形成猫眼。
 
经热处理的锆石表面或棱角处容易发生碎裂和小破坑。

(二)辐照处理

锆石的辐照处理与热处理结果是相反的逆变化过程。几乎所有经热处理得到的高型锆石改变品经辐照处理(X射线、γ射线、高能电子等)都可以恢复热处理前的颜色,甚至变深。天然产出的锆石在辐照下也会发生变色,如无色锆石在X射线照射下可变成深红色、褐红色或紫色、橘黄色;蓝色锆石在X射线辐照下可变成褐色—红褐色。但这类辐照改色锆石往往不稳定,在光照或加热时很快恢复原状。
 

工业用途

提取Zr、Hf的主要矿物原料。锆石的主要工业用途如下:耐火材料;型砂材料;陶瓷原料;宝石原料。
 
锆石极耐高温,其熔点达2750。并耐酸腐蚀。世界上有80%的锆石直接用于铸造工业、陶瓷、玻璃工业以及制造耐火材料。少量的锆石用于铁合金、医药、油漆、制革、磨料、化工及核工业。极少量的锆石用于冶炼金属锆。
 
含ZrO265~66%的锆英石砂因其耐熔性(熔点2500℃以上)而直接用作铸造厂铁金属的铸型材料。锆英石砂具有较低的热膨胀性、较高的导热性,而且较其他普通耐熔材料有较强的化学稳定性,因此优质锆英石和其他各种粘合剂一起有良好的粘结性而用于铸造业。锆英石砂也用作玻璃窑的砖块。而锆英石砂和锆英石粉与其他耐熔材料混合还有其他用途。
 
锆石
 
锆英石和白云石一起在高温下反应生成二氧化锆或锆氧(ZrO2)。锆氧也是一种优质耐熔材料,虽然其晶形随温度而变。稳定的锆氧还含有少量的镁、钙、钪或钇的氧化物,稳定的锆氧熔点接近2700,它抗热震,在一些冶金应用中比锆英石反应差。稳定的锆氧导热性低,在工业锆氧中,二氧化铪作耐熔物使用是无害的。
 
金属形式存在的锆,主要用于化学工业和核反应堆工业,以及用于要求耐蚀、耐高温、特殊熔合性能或吸收特殊中子的其他工业,在美国,锆总消耗量中约有8%用于这些工业,而铪金属的唯一有意义的应用是用在军舰的核反应堆。
 
锆金属用多段提炼法获得。最初锆英石在电炉中和焦炭反应产生碳氢化锆,然后氯化生成四氯化锆。镁还原四氯化锆法(Thekrollprocess)包括四氯化物的还原,它把镁金属放在一种惰性的气体中,用来获得海绵状锆金属。可以用碘化物热离解法精炼高纯度锆金属,在这一过程中,依靠金属和碘蒸气在200℃的温度下发生反应,并将易挥发的碘送往连接器中,使锆成为易挥发碘的形态,从而与大多数杂质分离。大约在1300℃的温度下,碘化物在加热的灯丝上被分离。灯丝上附着高纯度的锆。释放出来的碘从灯丝中转移,这种产物称为锆晶棒。
 

锆石鉴定

用偏光仪

可将均质体宝石的钻石、尖晶石、石榴子石等区分开来,因为,锆石是非均质宝石,在偏光镜下呈四明四暗的消光现象,而均体宝石为全消光或斑状消光。

观测比较

测折射率、密度、光谱、观察刻面边棱重影以及包裹体等,易将锆石与其余相似宝石区分来。

硬度法

用宝石的棱角在玻璃的表面轻轻划过如能在玻璃表面轻易划出痕迹的是锆石反之则是赝品。

放大检测法

用十倍放大镜从不同方向观看宝石,透过宝石观察宝石另一面如发现另一面的交角线条变成了双影,那就是锆石,如果还是单线则是赝品。

锆石与钻石如何区别

很多较好的锆石与钻石用肉眼很难分辨开来。锆石的硬度特别的低,时间久了容易磨损,锆石和皓石在手里甸重量比皓石重。水晶和玻璃的火彩很差啦!在皓石台面上吹一口潮气,台面上凝聚的水蒸气会迅速蒸发掉。如果水蒸气蒸发慢,说明不是皓石。玻璃和水晶的区别在于:玻璃内部很均匀,有时会有圆形或椭圆形气泡;天然水晶多含有气态、液态和固态包裹体,气、液包裹体多呈星点状、云雾状分布。而且颜色不均匀;合成水晶的包裹体较少,且为原料粉末,常粘连成面包渣状;有时还可见到片状种晶晶核;锆石知道的不多,只知道它的密度是四种里面最高的。[2]
 
一、锆石是非均质体,从琢磨好的锆石刻面石顶面往下看,可以见到底部的棱面具有清晰的双影,而钻石则无此双影。
 
二、钻石的硬度为10,而锆石的硬度为8。用锆石来刻划硬度为9的标准硬度片刻不动,便可与钻石区别。
 
三、钻石的比重为3.52,而锆石的比重则达4.2以上。

锆石的科研特征

锆石中常含Th、U,故可以测定锆石中的Th/U的含量和由它们衰变而成的几种铅同位素之间的比值和它们与U的比值,从而测定锆石及其母岩的绝对年龄。

常 用工 具

用来检查质量的工具:镊子,小铲子,台灯,卡尺和A4纸

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