磷灰石的寶石與工業(yè)價值

文/楊麗莎

插圖/葛若雯

引言

磷灰石圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石，作為一種色彩絢爛的常見礦物，常以親民的價格出現(xiàn)在寶石市場上，深受人們喜愛。同時，因其具有能發(fā)光的典型特征，使其在樸實之中又增添了一絲神秘的色彩，甚至有古人相信，帶上磷灰石飾品可擁有與神明溝通的神力。另一方面，磷灰石作為磷礦的主要礦物，因其富含人類所需的重要生命元素——磷，承載著生命之重，使得開采磷礦具有重要的工業(yè)價值。

磷灰石的簡介

綠色磷灰石產(chǎn)地：葡萄牙帕納什凱拉（Panasqueira，Portugal）圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石常作為副礦物廣泛地發(fā)育在各類巖石中，它是一組含鈣磷酸鹽礦物，化學結(jié)構(gòu)式為Ca（PO）（F,Cl,OH），屬于六方晶系，晶體形態(tài)一般呈六方柱狀、六方粒狀，或以粒狀、塊狀集合體出現(xiàn)；在沉積巖中，磷灰石還可能以隱晶質(zhì)膠狀的形態(tài)出現(xiàn)，稱為“膠磷礦”。磷灰石的脆性較脆，比重3.18～3.21，摩爾硬度為5，是用來做劃分礦物硬度的摩氏硬度計的標準礦物。磷灰石的解理不發(fā)育，具有玻璃光澤，斷口具有油脂光澤，礦物晶體通常呈透明狀，但有些具“貓眼效應”的磷灰石會呈現(xiàn)半透明。貓眼效應正如其名，是指弧面磷灰石在光照下會出現(xiàn)一條光帶，轉(zhuǎn)動時光帶會隨之轉(zhuǎn)動，如同貓眼一般。

磷灰石的色彩多樣，常見的顏色有黃—綠色、肉紅—褐紅等色，極純凈的磷灰石表現(xiàn)為無色，但無色磷灰石很稀有，導致其顏色多樣性的主要原因是化學成分的含量和組成不同。根據(jù)附帶的陰離子（F-、Cl-、OH-）的不同，磷灰石又分為氟磷灰石、氯磷灰石、羥磷灰石三大類。其中，最常見的是氟磷灰石，綠色、紫色、藍色、褐色、肉紅色的氟磷灰石均可見，常以副礦物的形式出現(xiàn)在巖漿巖中，偉晶巖中常出現(xiàn)寶石級磷灰石，因為高溫巖漿緩慢冷卻結(jié)晶，且未經(jīng)歷變質(zhì)過程，形成的磷灰石顆粒較大、較為純凈，且晶體形態(tài)良好。但若巖石經(jīng)歷了熱液作用或變質(zhì)作用，磷灰石會被蝕變成其他磷酸鹽礦物，如獨居石、磷釔礦、磷鋰鐵礦等。羥磷灰石可以構(gòu)成人體骨骼、牙齒，在自然界中也很常見。氯磷灰石相比前兩者，在自然界中較少見，一般具有很淡的顏色。

紫色磷灰石產(chǎn)地：捷克共和國卡羅維發(fā)利地區(qū)，索科洛夫區(qū)，霍爾尼斯拉夫科夫（Horni Slavkov，Sokolov District，Karlovy Vary Region，Czech Republic）圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

淺玫瑰紅色磷灰石產(chǎn)地：美國加利福尼亞州圣迭戈市梅薩格蘭德喜瑪拉雅礦山（Himalaya Mine，Mesa Grande，San Diego Co，California，USA）圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石產(chǎn)地：葡萄牙卡斯特羅布蘭科市科維良圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石刻面圖片來源/ 鐘宇清

磷灰石的替位機制也會影響其顏色變化。磷灰石在形成的過程中，經(jīng)常會發(fā)生離子替位來維持電荷平衡，不同元素不同程度地進入磷灰石晶體，取代鈣離子或磷酸根離子，如鐵、錳、稀土元素等陽離子會與二價鈣離子發(fā)生替位，硫酸根、硅酸鈣根等陰離子會與磷酸根發(fā)生替位，這些微量元素都可以導致磷灰石的顏色發(fā)生改變，當某一元素大量進入磷灰石時，就會產(chǎn)生衍生的變種磷灰石。例如，一種常發(fā)育在堿性正長巖中的含釷的鈰磷灰石，又稱“鳳凰石”，其顏色為黃褐色，風化后呈淺黃色；廣泛發(fā)育在沉積巖中的膠磷礦一般為淺棕—灰色，膠磷礦中一般含有較多有機質(zhì)，如生物化石；產(chǎn)于接觸變質(zhì)大理巖中的富二氧化硅的氧硅磷灰石呈淺玫瑰色；另一種產(chǎn)于變質(zhì)矽卡巖中的羥硅磷灰石呈淡紫色。

由于磷灰石中能儲存多種微量元素，所以能記錄形成時的環(huán)境，在地質(zhì)研究上，學者們將磷灰石稱為敏感的“示蹤劑”，可以用來反演巖漿的變化、形成時經(jīng)歷的物理化學條件以及形成后經(jīng)歷的地質(zhì)作用。

寶石界的磷灰石

由于磷灰石的相對硬度較小，所以在寶石市場上，磷灰石可作為中低檔寶石，主要被用來制成項鏈、耳墜等不易碎的首飾，或作為寶石標本，所以它的知名度遠不如其他寶石，但磷灰石的收藏價值在于它多變的顏色，令人眼花繚亂。磷灰石的英文名是“apatie”，源于希臘語，有“欺騙”的意思，是因為磷灰石常被錯認為碧璽、海藍寶石等其他寶石，磷灰石與它們在外觀上極為相似，但價格卻只要千分之一，可作為價

格高昂的礦物的“平替”，因此在寶石市場上深受人們喜愛。

氟磷灰石產(chǎn)地：葡萄牙 潘納斯科地區(qū)

與碧璽相似的磷灰石具有美妙的藍綠色，這種顏色的形成是因為二價錳離子以替位的形式進入磷灰石晶格，取代二價鈣離子。這種寶石級藍綠色磷灰石主要產(chǎn)自馬達加斯加、斯里蘭卡、巴西等國家。除此之外，具有收藏價值的還有主要產(chǎn)自西班牙莫爾西亞的黃綠色磷灰石、產(chǎn)自美國和德國的紫色磷灰石以及產(chǎn)自加拿大的褐色磷灰石。

雖然磷灰石易與其他礦物混淆，但它獨特的物化性質(zhì)、光學特性，可作為鑒別依據(jù)，其典型特征包括熒光、磷光及變色效應。

關(guān)于磷灰石，有一個古老浪漫的傳說：佩帶著散發(fā)光芒的磷灰石，精神與思想便可與神明相通。這里所說的“光芒”即熒光。熒光是指礦物在受外界能量作用時，會激發(fā)內(nèi)部電子吸收能量，再通過發(fā)光將這部分能量釋放出來，但是外界能量一旦停止作用，熒光也會立即停止。

磷光與熒光不同，它是一種持續(xù)性的發(fā)光，是指磷灰石受熱可以緩慢釋放能量，產(chǎn)生弱小的光芒，如同點點星芒，光芒時長可持續(xù)數(shù)小時之久。傳說中墓地里的“鬼火”就是這種磷光，因為磷灰石是組成人體骨骼的主要礦物，當尸體腐爛后，微生物作用使磷灰石分解，形成的磷化氫能夠自燃。

磷灰石圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

氟磷灰石產(chǎn)地： 美國緬因州 牛津縣 格林伍德鎮(zhèn) 湯姆叔叔山 艾蒙斯采石場

磷灰石光性方位圖

變色效應是一種特殊的光學效應，指在不同光（一般使用日光和白熾燈光）下觀察礦物，礦物會呈現(xiàn)不同的顏色。雖然磷灰石本身就五顏六色，但具有變色效應的磷灰石卻不常見，因此此類磷灰石價格比較昂貴。有學者研究得出，這種變色效應與磷灰石所含的稀土元素有關(guān)。通過對磷灰石光譜學的研究，學者們根據(jù)光譜上吸收峰的峰位進一步得出了影響磷灰石變色的稀土元素是釹（Nd）。同時，前人通過對比實驗還發(fā)現(xiàn)，若想觀察到效果更明顯的變色效應，在加工時，應沿著磷灰石平行c 軸的方向切割。

無論是熒光、磷光還是變色，光影斑駁，都讓本就絢麗的磷灰石在寶石界更有一席之地。

生命之磷

磷灰石雖然也被人們當做高貴的寶石，但它的本職工作卻是為生命提供源源不斷的能量，因為其中儲存著重要的生命元素“磷”。

對于生命而言，磷是必不可少的營養(yǎng)元素，它以各種形式參與生命活動，為我們提供源源不斷的能量。具體而言，在生命體中，磷可以形成三磷酸腺苷（ATP），ATP 在轉(zhuǎn)化的過程中可以實現(xiàn)能量的儲存和釋放，為生命的活動提供能量；磷在生物體中的另一存在形式則是堅硬的骨骼和牙齒，構(gòu)成了身體結(jié)實的框架；在農(nóng)業(yè)上，植物的生長也離不開磷肥，而磷灰石是制造磷肥的主要礦物原料。作為“磷”的載體礦物，磷灰石就像大自然的饋贈。

那么大自然中的磷是怎么進入生物體的呢？是由于磷的循環(huán)。磷的循環(huán)發(fā)生在全球很大的時空范圍內(nèi)。磷一直在地球各圈層進行著不同尺度的循環(huán)，如陸地上的磷元素可通過河流的搬運，一部分進入海洋沉積，待大陸板塊俯沖作用時再參與大陸的磷循環(huán)；一部分吸附在土壤里再被生物利用，在生命活動中又釋放到體外，在地表堆積，等待再次進入循環(huán)。由于人們對磷的大量需求，開采磷礦逐漸成為人們關(guān)注的熱點。

全球磷礦資源極為豐富，最為廣泛的是新元古代末期的磷塊巖礦床。具有工業(yè)開采價值的優(yōu)質(zhì)磷礦床主要分布在摩洛哥、中國、美國、南非4 個國家，約旦、巴西、俄羅斯、以色列、突尼斯和敘利亞等國亦有少量分布。我國是磷資源大國，磷資源分布廣泛，但地理分布不均衡，PO品位大于30%的富礦主要分布于滇、黔、鄂、川、湘五省，占全國累計探明資源儲量的74%，北方地區(qū)分布較少，造成中國南磷北運的局面。

在剛才提到的磷循環(huán)過程中，伴隨著各種類型的磷礦形成，地質(zhì)學家們將磷礦按照成礦地質(zhì)作用為主要依據(jù)，劃分為了四個類型：（1）與巖漿活動有關(guān)的巖漿—熱液型磷礦。巖漿巖型磷礦主要產(chǎn)自華北地塊北緣與太古宙陸核區(qū)，其含礦母巖一般為幔源巖漿巖體，表明其與幔源巖漿活動聯(lián)系緊密。（2）海相沉積型磷礦，這類磷礦是可開采的具有工業(yè)價值的礦床主要類型。約占全國磷礦總資源儲量的75.5%，尤其是集中分布于揚子地區(qū)的云、貴、川、湘、鄂、陜等地區(qū)。（3）經(jīng)歷了變質(zhì)作用的變質(zhì)型磷礦。這類礦床是中國北方缺磷省份較為重要的磷礦床類型之一，主要產(chǎn)于華北地塊東南緣。（4）次生型磷礦。這類礦床的形成是由于磷質(zhì)就地殘積、異地遷移或再沉積等富集形成，例如鳥糞堆積型磷礦。不過此類礦床規(guī)模小、數(shù)量少，在已探明儲量中僅占0.5%，主要分布于川、桂、湘、云、黔、吉、陜、蘇、閩等省。

總結(jié)

磷灰石是一組含鈣的磷酸鹽礦物，常見的顏色有淺綠、黃綠、褐紅等色，在寶石市場上，因為磷灰石的硬度較低，所以只能作為中低檔寶石，但磷灰石的色澤光彩與碧璽、海藍寶石等高檔寶石十分相似，可作為它們的代替品。而散發(fā)熒光、磷光，以及具有變色效應可以作為鑒別磷灰石的特殊依據(jù)。

磷灰石不僅具有收藏意義，更主要的是還具有極大的工業(yè)價值，可謂“生命之光”。磷灰石作為磷礦中的主要礦物，是重要生命元素“磷”的載體，人們通過開采磷礦，加大了對自然界中的磷的利用，磷也通過全球尺度的磷循環(huán)源源不斷地為生命供給能量。

無色綠柱石產(chǎn)地：巴西巴伊亞 瓜拉蒂加

自然金 產(chǎn)地：美國