一種仿斜紅磷鐵礦材料的寶石學(xué)特征

胡開艷，何立言，黃大惠，黎 力

(廣東省珠寶玉石及金屬檢測中心，廣東 廣州 510080)

斜紅磷鐵礦,又名變紅磷鐵礦, 商業(yè)名稱叫美國紫云母，英文名稱為Phosphosiderite,化學(xué)成分為FePO4·2H2O，是紅磷鐵礦一磷鋁石族這一完全類質(zhì)同象系列的中間礦物。是近來在市場及珠寶展上出現(xiàn)的一種紫羅蘭色稀有寶石，在2013年北京國際珠寶首飾展覽會(huì)上，已經(jīng)有斜紅磷鐵礦的飾品出現(xiàn),證明了這種稀有且美麗的礦物已經(jīng)開始走進(jìn)人們的視野。斜紅磷鐵礦以其高貴的紫色而得名，顏色典雅、純正、均勻；光澤亮麗，結(jié)構(gòu)致密，深得愛美人士的喜愛。因價(jià)格相對高昂，仿制品也層出不窮，近期，在廣東珠寶市場上，出現(xiàn)一種與斜紅磷鐵礦極其相似的玉石，其結(jié)構(gòu)致密，同樣具有鮮艷純正的紫色。筆者系統(tǒng)地研究了這種仿斜紅磷鐵礦送檢樣品的寶石學(xué)、礦物學(xué)和譜學(xué)特征，旨在與斜紅磷鐵礦相區(qū)別。

為確定其仿斜紅磷鐵礦的礦物成分和微量元素，采用常規(guī)測試、紅外光譜儀、紫外可見紅外光譜儀以及X射線熒光光譜儀等對其樣品進(jìn)行了研究。

1 寶石學(xué)特征及常規(guī)測試

光學(xué)性質(zhì)：顏色-紫色 光澤：油脂光澤，折射率：1.54(點(diǎn)測),密度： 2.27 g/cm3,紫外熒光燈：弱熒光，肉眼觀察該樣品外觀與斜紅磷鐵礦非常相似(圖 1)。

圖1 該樣品外觀與斜紅磷鐵礦非常相似Fig.1 The appearance of this sample is very similar to that of phosphosiderite

在寶石學(xué)顯微鏡放大30～40倍下，以頂光源反射光照射條件下觀察該樣品，可見其表面有因加工破壞氣泡造成的圓凹形痕跡(如圖2，左)，內(nèi)部可見內(nèi)部氣體以及黑色雜質(zhì)包體(如圖2，右)。

圖2 該樣品表面有因鑄造時(shí)降溫造成的收縮孔(圓凹形痕跡)(左)，不規(guī)則狀白色礦物顆粒包體以及點(diǎn)狀黑色包體(右)Fig.2 Shrinkage holes (round and concave traces) on the surface of the sample caused by cooling during casting process (left), irregular white mineral inclusions and black dot inclusions (right)

表面可見劃痕，說明硬度偏低。劃痕呈白色，放大看成粉末狀，說明有組分中含細(xì)粒狀物質(zhì)(圖 3，左)， 顏色呈團(tuán)塊狀不規(guī)則分布(圖 3，右)。

圖3 該樣品表面可見劃痕，劃痕呈白色(左)，顏色呈團(tuán)塊狀不規(guī)則分布(右)Fig.3 Scratches can be seen on the surface of the sample, the scratches are white (left), and the color is irregularly distributed in clumps (right)

用斜紅磷鐵礦做對比，放大檢查可見斜紅磷鐵礦呈粒狀結(jié)構(gòu)，表面礦物顆粒緊密排列，顏色由礦物顆粒所致(圖 4)。

圖4 斜紅磷鐵礦呈粒狀結(jié)構(gòu)，表面礦物顆粒緊密排列Fig.4 Phosphosiderite has a granular structure and the surface mineral particles are closely arranged

2 紅外吸收光譜

采用尼高力Nicolet IS5傅立葉變換紅外光譜儀，工作條件：22℃～26℃，濕度：52%～56%，電壓220V，測試范圍：4000～400cm-1，分辨率：8 cm-1，掃描時(shí)間：32s。

采用直接反射法測試，測試結(jié)果顯示，樣品的紅外圖譜(紅色部分)與斜紅磷鐵礦的紅外圖譜(紫色部分)有一定的差別(圖5)。但與三水鋁石紅外光譜特征基本相符(紅色的為樣品紅外圖譜，藍(lán)色的為三水鋁石紅外圖譜)，表明兩者的主要成分基本相同(圖6)。

圖5 該樣品(紅色圖譜)與斜紅磷鐵礦(紫色圖譜)的紅外圖譜對比Fig.5 Comparison of the infrared spectrum of this sample (red spectrum) and the infrared spectrum of phosphosiderite (purple spectrum)

圖6 該樣品(紅色圖譜)與三水鋁石(藍(lán)色圖譜)的紅外圖譜對比Fig.6 Comparison of the infrared spectrum of this sample (red spectrum) and gibbsite (blue spectrum)

該樣品主要譜峰3442cm-1、3349cm-1峰顯示υO(shè)H羥基伸縮振動(dòng)所致，2912 cm-1、2842cm-1顯示有機(jī)峰，1022cm-1歸屬為υ(A1-O-H)伸縮振動(dòng)所致，δ(Al-O-H)彎曲振動(dòng)出現(xiàn)666cm-1、739cm-1附近的寬峰以及559cm-1、512 cm-1、4453 cm-1、416 cm-1的一組弱譜為羥基的相關(guān)彎曲振動(dòng)所致(圖7)。

圖7 該樣品(紅色圖譜)紅外圖譜Fig.7 Infrared spectrum of the sample (red spectrum)

3 紫外-可見吸收光譜(UV-VIS)

紫外-可見光譜儀3000，樣品測試條件：積分時(shí)間：80s，平均次數(shù)：15，平滑寬度：3，波段：2500～1000nm。

斜紅磷鐵礦的紫外-可見吸收光譜420nm、546nm、584nm、755nm，其中讓樣品呈色的主要峰位為546nm、584nm。(圖8)

圖8 斜紅磷鐵礦的紫外-可見光吸收光譜Fig.8 Ultraviolet-visible light absorption spectra of phosphosiderite

該樣品可見291nm、405nm、531nm、564nm、622nm吸收峰。其中讓樣品呈色的主要原因是根據(jù)顏色互補(bǔ)原理，由于綠區(qū)531nm,黃區(qū)564nm,紅橙區(qū)622nm吸收峰的強(qiáng)吸收，余下的光綜合起來呈紫色。與斜紅磷鐵礦紫外-可見吸收光譜有很大的區(qū)別(圖 9)。

圖9 該樣品的紫外-可見光吸收光譜Fig.9 Ultraviolet-visible light absorption spectra of the sample

4 X射線熒光光譜儀分析-元素分析

4.1 Thermo Quant'X 能譜儀

測試條件:電壓4kV，電流為自動(dòng)，濾光片為鋁片,測試結(jié)果顯示,該樣品含Al元素(圖 10)，含量高,測試結(jié)果顯示的所含元素進(jìn)一步證實(shí)了該樣品主要組成部分的成分為三水鋁石。

圖10 該樣品的含Al元素Fig.10 Al element containing in the sample

4.2 EDX 3000 PLUS測試

測試條件:管壓40，管流：300，初始化元素Ag,粗調(diào)碼：66，濾光片：3。

測試該樣品含Ba，Sr等元素(圖 11)。

圖11 測試該樣品含Ba，Sr等元素Fig.11 Ba, Sr and other elements containing in the sample

綜合以上兩種儀器測試的結(jié)果，該樣品含Al，Ba，Sr等元素，而三水鋁石的主要元素含Al，常含有少量的Fe和Ga置換Al，以及含雜質(zhì)Mg、Si等元素。除主要元素外，其它元素有不少差別。

5 結(jié)論

該仿斜紅磷鐵礦顏色鮮艷，純正，結(jié)構(gòu)細(xì)膩，致密，硬度低(小刀可劃動(dòng))，適合首飾加工，目前市面上

以圓珠為主。因顏色、硬度、光澤等外觀特征非常相似，僅憑肉眼觀察，具有極大的迷惑性，普通消費(fèi)者難以區(qū)分。

(1)通過研究該仿斜紅磷鐵礦的常規(guī)寶石學(xué)特征，透明度為不透明-微透明，膠結(jié)結(jié)構(gòu)，油脂光澤，折射率：1.54(點(diǎn)測)(測試受所含有機(jī)物影響折射率偏低)，密度：2.25 g/cm3(拆繩裸測圓珠，測試受所含有機(jī)物影響密度偏低)，放大檢測具明顯的鑄造痕跡，表面有因鑄造時(shí)降溫造成的收縮孔(圓凹形痕跡)，細(xì)粒物質(zhì)(不規(guī)則狀白色礦物顆粒包體以及點(diǎn)狀黑色包體)，染料局部濃集(顏色呈團(tuán)塊狀不規(guī)則分布)，與斜紅磷鐵礦具粒狀結(jié)構(gòu)，顏色均勻，屬礦物顆粒呈色相區(qū)別。

(2)紅外光譜圖與三水鋁石相符合，則其主要礦物應(yīng)為三水鋁石，同時(shí)可見2912 cm-1、2842 cm-1顯示有機(jī)峰位，則組分中應(yīng)有有機(jī)物參與。

(3)紫外可見光譜分析：可見291nm、405nm、531nm、564nm、622nm吸收峰。與斜紅磷鐵礦的紫外-可見吸收光譜有很大的區(qū)別。

(4)X射線熒光光譜分析：X射線熒光光譜測試該樣品含 Al，則與主要礦物組分三水鋁石所含元素相符合，而此樣品含其它Ba、Sr等元素，其中Ba 、Sr元素為同族2A族元素，不屬于三水鋁石常見的元素，可能為其它充填物或者染料帶入。

綜合上述，根據(jù)成分和結(jié)構(gòu)特征可知，這是一種壓制三水鋁石仿斜紅磷鐵礦，其主要礦物成分為三水鋁石，該樣品以環(huán)氧樹脂為粘合劑，加入紫色染料，經(jīng)鑄造、固化成型而制得。

依照國標(biāo)GT/T 16552定名為：仿斜紅磷鐵礦。

附：因新品質(zhì)出現(xiàn)在市場上，本文主要起警示作用，以免檢測同行出現(xiàn)檢測錯(cuò)誤或消費(fèi)者受到經(jīng)濟(jì)損失，因信息和儀器設(shè)備等資源有限，可能研究有不足之處，還請各位讀者指正。