白云母礦物特點探討范文
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作者：陳濤韓文李甜皺倩單位：中國地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室
樣品與實驗
1樣品
山炮綠（SPL）和月尾綠（YWL）分別在浙田山炮礦區(qū)和福建壽山善伯－月尾礦段采集得到，分別選擇其中具有代表性的4塊山炮綠和3塊月尾綠樣品進行實驗．西安綠（XAL）為市場上購買得到（產(chǎn)地不詳?shù)辉谖靼驳貐^(qū)），選擇其中2塊樣品進行測試．3種綠色圖章石樣品均為塊狀構(gòu)造、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、斷口呈平坦?fàn)睿渲猩脚诰G樣品呈藍綠至艷綠色，表面有黃褐色和白色脈狀及點狀雜質(zhì)分布．綠色部分呈微透明，拋光面呈蠟狀－油脂光澤，由拋光面測得折射率為1．58～1．60，山炮綠比重在2．77～3．04g／cm3之間．月尾綠樣品呈黃綠色至綠色，整體綠色深淺分布不均勻，其中淡綠色－白色部分不透明，綠色部分半透明．拋光面呈蠟狀－油脂光澤，測得折射率為1．52～1．54，月尾綠比重在2．67～2．75g／cm3之間．西安綠樣品呈綠色至暗綠色，微透明，拋光面呈蠟狀－油脂光澤．樣品整體雜質(zhì)含量很少，在寶石顯微鏡下透光照射，可見內(nèi)部有少量白色點狀固態(tài)包裹體．拋光面測得折射率為1．52，西安綠比重為2．76g／cm3．
2測試
采用XPertPro型X射線粉晶衍射儀進行XRD實驗．實驗時采用的電壓為40kV，電流為40mA，Cu靶，Ni濾波片，測量范圍介于3°～65°．山炮綠和西安綠測試時掃描步長為0．0167°／S，月尾綠測試時掃描步長為0．010°／S．以上實驗分別在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室和材料與化學(xué)學(xué)院完成．采用JXA－8100型電子探針進行了EPMA實驗，樣品薄片經(jīng)噴碳處理，測試電壓為20kV．采用Quanta450FEG環(huán)境掃描電鏡進行微形貌測試，配合能譜儀對礦物成分進行確認(rèn)，測試時加速電壓為10kV．以上實驗均在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成．
結(jié)果與討論
1X射線粉晶衍射分析
1．1礦物成分分析
綠色圖章石都是以綠色部分純正、雜質(zhì)礦物含量少為上品，因此圖章石在選料上多避開含有雜質(zhì)礦物的部分，但通常情況下樣品都會含有少量的雜質(zhì)礦物，從而為其產(chǎn)地的確定提供一定依據(jù)．由X射線粉晶衍射測試分析可知，山炮綠樣品的礦物成分主要為白云母，次要礦物為白云石和黃鐵礦．說明山炮綠中白色點狀和脈狀部分為白云石礦物，而黃色不透明點狀部分為黃鐵礦，從而使其比重略高于其他兩種圖章石．有學(xué)者還在山炮綠中測到微量的石英、透長石、紅柱石等礦物（陳濤，2004；盧琪等，2010）．不同次要礦物成分與山炮礦區(qū)不同采樣點有密切關(guān)系．但是可以確定，山炮綠的綠色部分（主體部分）為白云母形成．月尾綠的主要礦物成分為白云母，次要礦物成分為高嶺石，所測樣品中不含其他礦物成分．西安綠也是由很純的白云母礦物組成．因此，所研究的3種綠色圖章石均為云母型圖章石．3種綠色圖章石的X射線粉晶衍射圖如圖1所示，其主要粉晶衍射數(shù)據(jù)如表1所示．
1．2云母晶體結(jié)構(gòu)分析
白云母的多型結(jié)構(gòu)通常有1M、2M1和3T型（潘兆櫓，1994）．X射線衍射圖譜中，2M1白云母的典型特征是在2θ＝20°～35°區(qū)間有眾多的衍射峰．由圖1可知，3種圖章石中白云母礦物的衍射峰都存在尖銳而對稱的d（114）＝3．48和d（114）＝3．19衍射峰，并且d（131）、d（023）、d（025）、d（115）和d（116）等衍射峰明顯，這些都是2M1型白云母的常見衍射峰．
并且通過對比JCPDF卡片86－1385可以確定3種圖章石綠色部分均為2M1型白云母．根據(jù)云母結(jié)構(gòu)單元層中八面體片中陽離子的種類和充填情況，云母結(jié)構(gòu)可分為二八面體（八面體空隙為三價離子充填）、三八面體（八面體空隙為二價離子充填）以及過渡型結(jié)構(gòu)．云母X射線衍射的（060）衍射峰可以用來區(qū)分云母的此種結(jié)構(gòu)類型．一般三八面體云母d（060）＝1．530～1．557，二八面體云母d（060）＝1．480～1．510，過渡型云母d（060）＝1．510～1．530（MooreandReynolds，1989）．
由此可見，3種圖章石中云母的d（060）值屬于二八面體結(jié)構(gòu)范疇，為典型的白云母結(jié)構(gòu)．根據(jù)3種圖章石中白云母的粉晶衍射數(shù)據(jù)，采用最小二乘法由9214程序計算得到其晶胞參數(shù)，結(jié)果如表2所示．3種白云母中西安綠的a軸、b軸長度以及晶胞體積略大于山炮綠和月尾綠中的白云母，而c軸和β角略小于其他兩種白云母．
2電子探針分析
2．1化學(xué)成分分析
筆者分別對3種圖章石中的主要礦物和XRD無法探測到的次要礦物進行了電子探針分析（表3）．通過分析發(fā)現(xiàn)，山炮綠（SPL）中還存在少量的磷灰石（Ca5［PO4］3（F，OH）），在山炮綠圖章石中呈灰白色點狀分布．西安綠中白色點狀物為白云石（CaMg［CO3］），由于碳酸根在電子探針中無法探測到，因此測白云石中的氧化物，其百分含量為51．807％．由化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)，3種綠色圖章石中的白云母除了主要元素K、Al、Si外，普遍存在雜質(zhì)元素Na、Ca、Mg、Ti、Fe；山炮綠中還存在少量的Cr元素．由于白云母在XRD測試中被證明為二八面體結(jié)構(gòu)，因此，此次測試中Fe元素氧化物的計算定為三價離子（表3）．
2．2白云母的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)特征
通過晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式的分析，可以較深入了解白云母的晶體結(jié)構(gòu)特征．由表3中白云母的氧化物百分含量計算出其化學(xué)結(jié)構(gòu)式，以及它們的四面體、八面體及層間電荷數(shù)等．白云母的化學(xué)結(jié)構(gòu)式以11個氧為基礎(chǔ)計算（Bailey，1984），表4為計算所得的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式．其中山炮綠白云母的平均晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式為K0．873Na0．037Ca0．004（Al1．931Mg0．028Ti4＋0．012Fe3＋0．013Cr3＋0．002）Σ＝1．986（Si3．143Al0．858）Σ＝4O10（OH）2，月尾綠白云母的平均晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式為K0．816Na0．013Ca0．006（Al1．888Mg0．008Ti4＋0．002Fe3＋0．083）Σ＝1．981（Si3．224Al0．776）Σ＝4O10（OH）2，西安綠白云母的平均晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式為K0．929Na0．015Ca0．004（Al1．492Mg0．513Ti4＋0．009Fe3＋0．001）Σ＝2．015（Si3．507Al0．493）Σ＝4O10（OH）2．由云母的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式中八面體離子總數(shù)，進一步可知所研究的3種圖章石中白云母為典型的二八面體結(jié)構(gòu)．［VI］Al／（［VI］Al＋［VI］Fe3＋）比值在0．5～1．0之間，符合白云母晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)要求，并且這3種白云母的Fe代Al程度不高．根據(jù)國際新礦物和礦物命名委員會云母分會對白云母化學(xué)成分的規(guī)定（Riederetal．，1998），所研究的3種白云母四面體中Si離子數(shù)均略高（［VI］Si規(guī)定值為3．0～3．1），從而屬于多硅白云母．其中，西安綠白云母四面體中Si含量最高，并且八面體中Al含量偏低，因此需要其他離子來充填八面體空位．從化學(xué)成分分析可見，西安綠白云母中Mg離子的含量較高，而八面體中其他雜質(zhì)離子成分較低．同時，由于西安綠白云母中四面體中Si離子較多，導(dǎo)致白云母的四面體和八面體產(chǎn)生畸變．四面體層必將由原來理想的六方環(huán)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成復(fù)三方環(huán)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)雜質(zhì)離子的替代，從而使西安綠中白云母的晶胞參數(shù)b值增大而β值減小（Bailey，1984；Chenetal．，2010）．
2．3顏色成因分析
3種綠色圖章石的綠色部分礦物成分單一，為純度很高的白云母組成，只有月尾綠的白云母中含有很少量的高嶺石．因此，3種綠色圖章石的顏色是由白云母礦物形成．云母由于雜質(zhì)離子的影響可以形成褐色、粉色、紅色、綠色、藍綠色、黑色等顏色，F(xiàn)e、Mg、Cr和Ti元素對云母顏色形成的重要性已經(jīng)被認(rèn)識（Rossman，1984）．在電子探針成分測試中發(fā)現(xiàn)這些圖章石中白云母的八面體中含有Mg、Fe、Ti等雜質(zhì)元素，并且山炮綠白云母中還含有Cr3＋離子．Cr3＋能使白云母形成翠綠色的觀點一直被人們認(rèn)可（魯安懷和陳光遠，1995）．但是，有的學(xué)者在研究廣綠玉時發(fā)現(xiàn)綠色和白色部分的白云母均含有Cr3＋離子，而且有的白色部位的Cr3＋離子含量甚至高于綠色部位（郭清宏等，2010）．此次測試的翠綠色山炮綠部分Cr3＋離子平均含量為0．047％，比之前的報道要低（陳濤，2004；盧琪等，2010）．由此可見，白云母中Cr3＋元素的存在不一定是其形成綠色的唯一因素，并且其含量也與白云母所呈綠色的深淺沒有直接相關(guān)性．Fe元素是否對白云母的顏色產(chǎn)生影響也一直被人們所研究．Finchetal．（1982）曾對14塊不同產(chǎn)地的多硅白云母中Fe2＋和Fe3＋含量與顏色的關(guān)系進行了測試，發(fā)現(xiàn)樣品中Fe3＋含量最高的白云母具有最純正的綠色，而Fe2＋含量最高者為紅色．范良明等（1983）曾報道浙江昌化鎢鈹?shù)V床晶洞中亞鐵白云母為淺黃綠色．Rossman（1984）在總結(jié)白云母顏色成因時曾指出Fe2＋對顏色成因的影響還不明確，而Fe3＋可與Ti4＋共同作用而形成綠色．此次研究的綠色白云母的八面體中均含有Fe3＋和Ti4＋離子，然而所研究的月尾綠樣品的綠色并沒有西安綠和山炮綠的顏色艷麗．本研究認(rèn)為，山炮綠的翠綠色應(yīng)該是Cr3＋、Fe3＋和Ti4＋離子共同作用形成．而單純由Fe3＋和Ti4＋離子共同作用呈色的白云母不一定與其含量有關(guān)，而是與Fe3＋和Ti4＋離子在白云母八面體層中的占位有密切關(guān)系，但其需要后續(xù)的研究來進一步證明．
3環(huán)境掃描電鏡分析
利用環(huán)境掃描電鏡對3種綠色圖章石中主要礦物成分白云母的微形貌進行了觀察．圖2為這些白云母的形貌像，觀察的同時利用能譜儀對其化學(xué)成分進行了測定，從而進一步確定礦物相，如表5所示．理想的白云母應(yīng)該生長成假六方片狀結(jié)構(gòu)（潘兆櫓，1994），而這3種白云母的單礦物形貌和集合體形貌差異較大．山炮綠中白云母大多數(shù)無結(jié)晶形態(tài)，結(jié)構(gòu)致密（圖2a），偶見半自形－自形片狀結(jié)構(gòu)，說明山炮綠經(jīng)歷熱液蝕變后重結(jié)晶程度不高，因此形成的晶形不完整．
月尾綠和西安綠中白云母呈鱗片狀和葉片狀結(jié)構(gòu)，單礦物顆粒在20μm左右，厚度小于1μm，如圖2b和2c所示．月尾綠中白云母礦物結(jié)晶程度以半自形為主，晶體形態(tài)不規(guī)則，并在三維空間成無序排列．但西安綠中白云母棱角狀輪廓較月尾綠清晰，且呈薄片疊層狀緊密排列，指示其結(jié)晶程度高于月尾綠中白云母．
結(jié)論
（1）3種綠色圖章石樣品的主要礦物成分均為白云母，此外，山炮綠還含有白云石、黃鐵礦和磷灰石，月尾綠含有高嶺石，西安綠含有白云石，其雜質(zhì)礦物的存在對圖章石產(chǎn)地的鑒定具有一定意義．3種圖章石中白云母多型結(jié)構(gòu)均為2M1型，具有二八面體結(jié)構(gòu)，屬于單斜晶系，其晶胞參數(shù)分別為其中西安綠中白云母的晶胞參數(shù)b值較大而β值較小，這是由于四面體中相對較高的Si離子，以及八面體中相對較高的Mg離子引起結(jié)構(gòu)調(diào)整形成的．
（2）3種綠色圖章石中的白云母除了主要元素K、Al、Si外，還含有雜質(zhì)元素Na、Ca、Mg、Ti、Fe等．其中山炮綠中白云母的平均晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式為
（3）月尾綠和西安綠中白云母的綠色是由Fe3＋和Ti4＋離子形成，其呈色與白云母中Fe3＋和Ti4＋離子的含量關(guān)系不大，而與Fe3＋和Ti4＋離子在白云母八面體層中占位有密切關(guān)系．而山炮綠的翠綠顏色是由Fe3＋、Ti4＋離子以及Cr3＋離子共同作用形成．
（4）山炮綠中白云母大多數(shù)無結(jié)晶形態(tài)，結(jié)構(gòu)致密，說明經(jīng)歷熱液蝕變后重結(jié)晶程度不高．月尾綠和西安綠中白云母呈鱗片狀和葉片狀結(jié)構(gòu)，晶體形態(tài)不規(guī)則，在三維空間成無序排列．西安綠中白云母相對清晰的棱角狀輪廓以及薄片疊層狀緊密排列結(jié)構(gòu)，指示其結(jié)晶程度高于月尾綠中的白云母．